Вентиляторное охлаждение для повышения производительности холодильников

Холодильник — один из наиболее часто используемых бытовых приборов, работающий непрерывно в течение всего года. Следовательно, любое улучшение условий эксплуатации может повысить эффективность охлаждения пищевых продуктов. Снижение нагрузки на компрессор также помогает продлить срок его службы, while обеспечивая умеренную экономию электроэнергии.

Видеоруководство по POC:

Видео: https://www.youtube.com/watch?v=rgpk7Rxnnuw

Холодильники отводят тепло от хранящихся продуктов и рассеивают его через змеевики конденсатора. В старых моделях эти катушки устанавливались на задней стороне, где открытые черные катушки отдавали тепло непосредственно в окружающий воздух. В более новых версиях змеевики конденсатора встроены в обе боковые стенки корпуса холодильника. Прикосновение к боковым стенкам часто обнажает теплые области, указывающие на расположение катушек внутри корпуса. Тепло от змеевиков конденсатора передается этим стенкам, которые затем излучают его во внешнюю среду. Температура стенок обычно повышается примерно на 10°C выше температуры окружающей среды.

С обеих сторон холодильника рекомендуется оставить свободное пространство от 5 до 10 см для обеспечения надлежащей циркуляции воздуха. Однако этого зазора часто недостаточно из-за нехватки места. Во многих случаях имеющаяся щель также используется для хранения предметов домашнего обихода, что еще больше затрудняет приток воздуха. В результате холодильник остается окруженным теплым воздухом, что снижает эффективность его охлаждения.

Простая система охлаждения с вентилятором решает эту проблему. Охлаждающие вентиляторы можно прикрепить к обеим сторонам холодильника с помощью небольших магнитов. Вентиляторы switch включаются автоматически при каждом запуске цикла компрессора. Это достигается путем измерения тока компрессора с помощью трансформатора тока (ТТ). Когда трансформатор тока обнаруживает ток, вентиляторы включаются и switch автоматически выключаются по окончании цикла компрессора.

Измерение тока компрессора

Принципиальная схема предлагаемой системы представлена на рис. 1. Она состоит из трансформатора тока, имеющего коэффициент выхода 5А к 5мА на вторичной обмотке. Обычно компрессор потребляет несколько сотен миллиампер. Резистор R1 (4,7 кОм) действует как нагрузка на ТТ. Внимание: Не отсоединяйте нагрузочный резистор от клемм ТТ. Без нагрузочного резистора ТТ будет генерировать высокое напряжение, и катушка может перегореть.

Подробности CT

<р>1. Ток компрессора (измеренный): 500 мА (среднеквадратичное значение) <р>2. Количество первичных витков: 2 <р>3. Ток во вторичной обмотке: 1 мА <р>4. Напряжение на нагрузке R1: 4,7 В (среднеквадратичное значение) <р>5. Пиковое напряжение на R1: 2√2×4,7=13,3 Вразмах

Рис. 2 показана форма кривой пускового тока компрессора (нагрузка трансформатора тока 4,7 кОм, первичная обмотка 2 витка), while На рис. 3 показана форма кривой рабочего тока. Выходной сигнал трансформатора тока выпрямляется с помощью двухполупериодного выпрямителя, состоящего из диодов от D1 до D4 (1N4007). Выпрямленное напряжение фильтруется с помощью коробчатого конденсатора C1 (0,47 мкФ). Этот сигнал выпрямленного тока управляет транзистором Т1 (BC546) через резистор R2 (4,7 кОм). T1 управляет силовым транзистором T2 (TIP31C) с помощью токоограничивающего резистора R3 (330 Ом, 1 Вт). Т2 установлен на небольшом радиаторе. В коллекторную цепь Т2 включены два вентилятора охлаждения приборов напряжением 12В. D5 (1N4007) действует как безынерционный диод и устраняет выбросы напряжения при выключении вентиляторов.

Список деталей

Полупроводники: T1 — NPN-транзистор BC546 T2 — силовой транзистор TIP31C NPN (TO220) корпус) D1-D5 – выпрямительный диод 1N4007 Резисторы (все 1/4 Вт, ±5% углерода): R1, R2 – 4,7 кОм R3 – 330 Ом, 1 Вт Конденсатор: C1 – 0,47 мкФ Тип коробки 100 В Разное: FAN1, FAN2 – 12 В постоянного тока, 0,25 А, охлаждающий вентилятор BLDC 120 мм×120 мм CT – Трансформатор тока с соотношением тока 5 А: 5 мА CON1, CON2 – 2-контактный поляризованный разъем CON3 – 2-контактный под пайку клеммы Радиатор – Для корпуса TO220 Магниты – Кольцевые магниты наружный диаметр 12 мм, внутренний диаметр 4 мм, толщина 4 мм (4) Защитные приспособления для пальцев – Для 120-мм вентиляторов (2) Адаптер – 12 В пост. тока, 1 А Разъем постоянного тока – Розетка 12 В пост. 3-контактная розетка переменного тока, 5 А (2) Пластиковая пленка – пластиковая пленка формата А4 (жесткая) Распределительная коробка – для установки 2 розеток

Строительство

Собранный прототип системы показан на рис. 4. Для подключения вентиляторов используются полярные 2-контактные разъемы CON1 и CON2. CON3 (клеммная колодка) используется для подключения проводов +12В и RET, идущих от разъема постоянного тока. Для питания схемы используется адаптер (12В, 1А).

Схема PCB показана на рис. 4. Этот PCB монтируется внутри коробки switch с помощью двух монтажных отверстий.

Вентилятор в сборе

Выбраны малошумные вентиляторы охлаждения. Вентилятор большего размера (120×120 мм) помогает снизить шум while, обеспечивая большую площадь охлаждения.

Рис. 5 показан вид вентиляторного блока спереди. Четыре кольцевых магнита (диаметр 12 мм и толщина 4 мм) крепятся к четырем монтажным отверстиям вентилятора с помощью винтов M3 × 40 мм. Крупный план магнитов показан на рис. 6.

Винты пропускаются через отверстия магнита и закрепляются, как показано. Магниты создают зазор в 4 мм между поверхностью холодильника и лопастями вентилятора. Если требуется больший зазор for для более плавного воздушного потока, между магнитом и корпусом вентилятора можно добавить дополнительные нейлоновые шайбы.

Этот узел можно прикрепить с помощью магнита в любом месте на боковых стенках холодильника. Не перетаскивайте вентилятор по поверхности холодильника, так как он может поцарапать краску.

Рис. 7 показан вид сзади. Жесткий пластиковый лист размером примерно 240×200 мм крепится, как показано на рисунке. В пластиковом листе вырезано круглое отверстие того же размера, что и диаметр лопасти вентилятора, для обеспечения циркуляции воздуха.

Затем устанавливается защита для пальцев и затягиваются гайки. Пластиковый лист перенаправляет поток воздуха от вентилятора на поверхность холодильника, тем самым увеличивая эффективную площадь охлаждения.

Потребляемая мощность вентилятора

• Рабочее напряжение вентилятора: 12 В постоянного тока.
• Рабочий ток вентилятора: 125 мА (измеренный)
• Потребляемая мощность: 12×0,125= 1,5 Вт
• Количество фанатов: 2
• Общая потребляемая мощность: 2×1,5 = 3 Вт.
• Рабочий цикл компрессора: 50 %.
• Энергия, потребляемая за 24 часа: 24×0,5×3=36 Втч.
• Потребление энергии в месяц: 36×30=1080 Втч (около одной единицы)
• Эксплуатационные расходы в месяц: 5 рупий.

Wiring и сборка

Рис. 8 показана схема подключения. Здесь используются две розетки на 5А: одна для питания адаптера, другая для питания холодильника.

Короткий кабель с 3-контактной вилкой используется для подачи питания от розетки, к которой в данный момент подключен холодильник. Фазовый провод сначала проходит через трансформатор тока, а затем подключается к розетке, обозначающей for холодильника. Фактическое подключение показано на рис. 9.

Внимание

Источники питания 230 В и 12 В находятся в одном корпусе. Поэтому необходимо соблюдать особую осторожность при проводке while.

Используйте розетки хорошего качества, в которых клеммы не видны. Рекомендуется закрыть розетки полиэтиленовой пленкой, чтобы PCB был полностью изолирован от напряжения 230 В.

Результаты

Предложенная система была протестирована на холодильнике в реальных условиях работы. Были измерены профили температуры стенки for в условиях включения и выключения вентилятора.

Из графиков, представленных на рис. 11, видно, что пиковая температура почти на 5°C ниже при работающем вентиляторе. Такое снижение температуры стенок холодильника дает следующие преимущества:

• Повышенная эффективность охлаждения, меньше порчи продуктов.
• Меньшая нагрузка на компрессор, следовательно, более длительный срок службы.
• Пользователь может иметь возможность снизить настройку внутренней температуры холодильника на один или два шага while, сохранив ту же эффективность охлаждения.
• Умеренная экономия электроэнергии и небольшое снижение счетов за электроэнергию.

Небольшое снижение энергопотребления может сэкономить от 25 до 50 рупий на ежемесячных счетах. Фактическая экономия будет зависеть от следующих факторов:

• Объём холодильника в литрах
• Звездный рейтинг (чем ниже звездный рейтинг, тем выше экономия)
• Свободное пространство вокруг стенок холодильника. Если зазор очень мал, принудительное охлаждение обеспечит большую экономию.
• Летом, вероятно, экономия будет выше.
• Интенсивное использование приводит к частому открыванию дверцы холодильника.

Советы for по дальнейшему улучшению

• Вместо вентилятора с пластиковым корпусом выберите вентилятор с алюминиевым корпусом. Алюминиевый корпус будет поглощать тепло от стенок холодильника, которое затем будет отводиться потоком воздуха вентилятора.
• Также замечено, что когда компрессор и вентиляторы выключаются, некоторое количество тепла остается в стенах. Чтобы рассеять накопленное тепло, потребуется еще несколько минут. Если выключение вентилятора задерживается на несколько минут после остановки компрессора, это тепло можно рассеять быстрее.
• Для холодильников большой вместимости рекомендуется использовать четыре вентилятора.

Предложенная система вентиляторного охлаждения очень проста в установке. Это улучшает общую эффективность охлаждения холодильника и обеспечивает умеренную экономию на счетах за электроэнергию.

Производители OEM-холодильников могут включить эту функцию в качестве дополнительной функции. В этом case стоимость системы значительно снизится, и даже CT не потребуется.

Пользователь может выбрать for эту функцию во время покупки, заплатив небольшую дополнительную сумму. Для питания вентиляторов можно предусмотреть разъемы на задней стенке холодильника. Затем пользователь может легко подключить или отключить вентиляторы по своему желанию.

---

Доктор Виджай Дешпанде в настоящее время работает над for проектами в области солнечной энергетики. Он работал инженером-электронщиком в нескольких компаниях.