8
LETNIK 17 ŠT. 01/2008 1 1 Uvod V novembru 2007 sem zaključil magistrski študij na Mednarodni podiplomski šoli JOŽEFA STEFANA v Ljubljani. Nalogo sem izdelal s področja ekološko prijaznih materialov v proizvodnji bele tehnike pod vodstvom mentorja prof. dr. Danila Suvorova. Rdeča nit naloge je bila analiza in nova konstrukcija povratne cevi v hladilni tehniki. V Gorenju uporabljamo vsaj tri izvedbe izdelave povratne cevi, ki se v osnovi bistveno razlikujejo, opravljajo pa isto funkcijo. V okviru magistrskega dela sem natančno preučil konstrukcijske materiale, ki se uporabljajo za izdelavo povratne cevi. Večina opravljenega dela pa je bila namenjena raziskavam prenosa toplote iz kapilare na povratno cev pri uporabi različnih materialov in različnih tehnologij spajanja kapilare na povratno cev. Optimalno rešitev sem skušal najti z ustrezno izbiro materialov, z iskanjem rešitve, ki bi zagotavljala optimalno spajanje kapilare na povratno cev, kar omogoči dober prenos toplote in ne povzroča stranskih učinkov interakcije materialov. Predlagana rešitev mora biti ustrezna tudi s stališča zahtev po reciklabilnosti izdelka. Pomemben faktor je seveda ekonomska učinkovitost izvedbe, ki naj v končni fazi vpliva na večjo kakovost in/ali pocenitev aparata. 1.2 Delovanje hladilnega sistema v gospodinjskih aparatih Hladilni sistem je zaprt krožni sistem, v katerem kroži snov, ki služi za prenos toplote. Hladilni sistem deluje tako, da hladilna snov spreminja agregatna stanja. Kompresor (2) sesa pregreto paro in ji zvišuje tlak. Sledi ohlajevanje pregrete pare v kondenzatorju (3) in kondenzacija pare. Iz kondenzatorja kapljevina potuje preko filtra v kapilaro (ekspanzijski ventil – 4). Kapilara služi kot dušilni element, s katerim znižamo tlak in temperaturo. Takšno podhlajeno snov vodimo v uparjalnik, kjer se izvaja proces uparjanja. Za proces uparjanja potrebujemo toploto, ki jo črpamo iz notranjosti hladilnega aparata. Iz uparjalnika nato vodimo paro po cevi nazaj v kompresor, kjer se postopek ponovi. Cev, ki povezuje uparjalnik in kompresor, običajno imenujemo povratna cev. Ker je povratna cev hladna, saj vodi iz uparjalnika hladilno sredstvo nazaj v kompresor, obstaja nevarnost, da povratna cev zamrzne. Da zamrzovanje preprečimo, je potrebno povratno cev greti. Gretje dosežemo tako, da iz povratne cevi naredimo toplotni izmenjevalec. Kapilaro, ki je toplejši element, pritrdimo na povratno cev in tako dobimo izmenjevalec. Glede na posamezne polnitve, kapaciteto sistemov in temperaturo okolice je potrebno narediti ustrezno učinkovit izmenjevalec in s tem konstrukcijsko predvideti ustrezno dolžino povratne cevi. Rdeča nit magistrske naloge je analiza in nova konstrukcija povratne cevi v hladilni tehniki Slika1: Hladilni sistem gospodinjskega hladilnika STROKOVNI PRISPEVKI Ekološko prijazni materiali v proizvodnji bele tehnike Povzetek magistrskega dela Avtor: mag. Srečko Jug

Avtor: Ekološko prijazni materiali v proizvodnji bele …...kapilare na povratno cev, kar omogoči dober prenos toplote in ne povzroča stranskih učinkov interakcije materialov

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Avtor: Ekološko prijazni materiali v proizvodnji bele …...kapilare na povratno cev, kar omogoči dober prenos toplote in ne povzroča stranskih učinkov interakcije materialov

LETNIK 17 ŠT. 01/20081

1 Uvod

V novembru 2007 sem zaključil magistrski študij na Mednarodni podiplomski šoli JOŽEFA STEFANA v Ljubljani. Nalogo sem izdelal s področja ekološko prijaznih materialov v proizvodnji bele tehnike pod vodstvom mentorja prof. dr. Danila Suvorova. Rdeča nit naloge je bila analiza in nova konstrukcija povratne cevi v hladilni tehniki. V Gorenju uporabljamo vsaj tri izvedbe izdelave povratne cevi, ki se v osnovi bistveno razlikujejo, opravljajo pa isto funkcijo. V okviru magistrskega dela sem natančno preučil konstrukcijske materiale, ki se uporabljajo za izdelavo povratne cevi. Večina opravljenega dela pa je bila namenjena raziskavam prenosa toplote iz kapilare na povratno cev pri uporabi različnih materialov in različnih tehnologij spajanja kapilare na povratno cev. Optimalno rešitev sem skušal najti z ustrezno izbiro materialov, z iskanjem rešitve, ki bi zagotavljala optimalno spajanje kapilare na povratno cev, kar omogoči dober prenos toplote in ne povzroča stranskih učinkov interakcije materialov. Predlagana rešitev mora biti ustrezna tudi s stališča zahtev po reciklabilnosti izdelka. Pomemben faktor je seveda ekonomska učinkovitost izvedbe, ki naj v končni fazi vpliva na večjo kakovost in/ali pocenitev aparata.

1.2 Delovanje hladilnega sistema v gospodinjskih aparatih

Hladilni sistem je zaprt krožni sistem, v katerem kroži snov, ki služi za prenos toplote. Hladilni sistem deluje tako, da hladilna snov spreminja agregatna stanja. Kompresor (2) sesa pregreto paro in ji zvišuje tlak. Sledi ohlajevanje pregrete pare v kondenzatorju (3) in kondenzacija pare. Iz kondenzatorja kapljevina potuje preko filtra v kapilaro (ekspanzijski ventil – 4). Kapilara služi kot dušilni element, s katerim znižamo tlak in temperaturo. Takšno podhlajeno snov vodimo v uparjalnik, kjer se izvaja proces uparjanja. Za proces uparjanja potrebujemo toploto, ki jo črpamo iz notranjosti hladilnega aparata. Iz uparjalnika nato vodimo paro po cevi nazaj v kompresor, kjer se postopek ponovi. Cev, ki povezuje uparjalnik in kompresor, običajno imenujemo povratna cev. Ker je povratna cev hladna, saj vodi iz uparjalnika hladilno sredstvo nazaj v kompresor, obstaja nevarnost, da povratna cev zamrzne. Da zamrzovanje preprečimo, je potrebno povratno cev greti.

Gretje dosežemo tako, da iz povratne cevi naredimo toplotni izmenjevalec. Kapilaro, ki je toplejši element, pritrdimo na povratno cev in tako dobimo izmenjevalec. Glede na posamezne polnitve, kapaciteto sistemov in temperaturo okolice je potrebno narediti ustrezno učinkovit izmenjevalec in s tem konstrukcijsko predvideti ustrezno dolžino povratne cevi.

Rdeča nit magistrske naloge je analiza in nova konstrukcija povratne cevi v hladilni tehniki

Slika1: Hladilni sistem gospodinjskega hladilnika

STROKOVNI PRISPEVKI

Ekološko prijazni materiali v proizvodnji bele tehnikePovzetek magistrskega dela

Avtor:mag. Srečko Jug

Page 2: Avtor: Ekološko prijazni materiali v proizvodnji bele …...kapilare na povratno cev, kar omogoči dober prenos toplote in ne povzroča stranskih učinkov interakcije materialov

LETNIK 17 ŠT. 01/20082

2 Obstoječi sistemi povratnih cevi

2.1 Povratna cev z lotano kapilaro

V tej izvedbi se toplota izmenjuje s pomočjo mehko lotane bakrene kapilare na bakreni povratni cevi. Izmenjevalec je ugoden s stališča prenosa toplote, saj je kapilara togo lotana na povratni cevi. Dolžina izmenjevalca je pogojena z dolžino povratne cevi, saj za izmenjevalec potrebujemo enako dolžino kapilare. Izmenjevalec je zaščiten s prašnim lakom in je ugoden s stališča priključitve na sistem. Baker je material, ki se lahko preoblikuje (širjenje, ožanje, itd), se dobro spaja z različnimi postopki z jeklom, aluminijem itn. Zaradi same izvedbe izmenjevalca na hladilnem sistemu niso potrebni dodatni spoji, ki lahko povzročijo dodatna potencialna spuščanja.

2.2 Povratna cev z vstavljeno kapilaro

Pri tej izvedbi se toplota prevaja s pomočjo kapilarne cevi vstavljene v povratno cev. Povratna cev je lahko jeklena, aluminijasta ali bakrena. V povratni cevi je potrebno izdelati dve luknji. Prvo za vstop kapilare v povratno cev, drugo pa za izstop kapilare iz povratne cevi. Takšna izvedba omogoča dober prenos toplote iz kapilare v medij povratne cevi. Nevarnost takšne izvedbe je v povečanih uporih povratne cevi, če ima povratna cev premajhen presek. Takšna izvedba je nekoliko dražja s stališča izdelave, ker je potrebno izdelati dva dodatna spoja. Spoji lahko povzročijo tudi dodatno spuščanje. Povratna cev z vstavljeno kapilaro se dobro preoblikuje, saj ne zahteva vzdolžnega spajanja kapilare in cevi.

2.3 Povratna cev z nalepljeno kapilaro

Omenjen način izdelave izmenjevalca je eleganten s stališča izvedbe. Na izmenjevalcu ni dodatnih spojev, ki bi izhajali iz načina pritrditve kapilare

Slika 2: Lotana izvedba izmenjevalca povratne cevi: Cu – povratna cev in Cu bakrena kapilara

Slika 3: Izmenjevalec z vstavljeno kapilaro

STROKOVNI PRISPEVKI

Page 3: Avtor: Ekološko prijazni materiali v proizvodnji bele …...kapilare na povratno cev, kar omogoči dober prenos toplote in ne povzroča stranskih učinkov interakcije materialov

LETNIK 17 ŠT. 01/20083

na povratno cev. Kapilara je pritrjena na povratno cev s pomočjo tanke aluminijaste samolepilne folije. Takšna konstrukcija omogoča relativno dober prenos toplote, lahko pa ga izboljšamo še s pomočjo nanosa termo-prevodne paste med kapilaro in povratno cevjo. S stališča recikliranja ta izvedba ni ugodna, saj vsebuje lepilo, ki spaja folijo na cev. Prednost te izvedbe je v veliki fleksibilnosti proizvodnje izmenjevalca. Na ta način lahko spajamo različne materiale. Slabost takšne izvedbe pa je, da ni možno izmenjevalca lakirati ali kako drugače površinsko zaščititi, ker lepilo, ki je sestavni del izmenjevalca, ne prenese povišanih temperatur, ki jih zahteva tehnološki proces lakiranja.

3 Nove konstrukcije povratne cevi

Osnovni namen nove izvedbe izmenjevalca, ki predstavlja eksperimentalno delo magisterija, je izdelati izmenjevalec, ki bo ustrezal potrebam funkcionalnosti aparata, bo ekološko sprejemljiv in ugoden za recikliranje, dovolj poceni in enostaven za vgradnjo in izdelavo. Pri konstrukciji nove izvedbe izmenjevalca sem moral upoštevati različne zahteve. Izmenjevalec mora zagotavljati ustrezno vgradno dimenzijo, omogočiti mora ustrezen prenos toplote – ne pa poslabšati izkoristka, biti mora ustrezno korozijsko zaščiten, imeti mora ustrezno togost in biti dovolj fleksibilen za vgradnjo. Posebno pozornost sem moral posvetiti zmanjševanju pretoka kapilare, še posebej pri oblikovanju kapilare. Prav tako sem moral paziti na priključke z ene in druge strani povratne cevi. Bistveno je, da ne smemo preveč zmanjšati preseka cevi oziroma moramo ustrezno povečati premer povratne cevi v primeru deformacije povratne cevi. Izmenjevalec mora biti tudi dovolj enostaven za proizvodnjo, seveda pa je potrebno paziti tudi na tehnološko izvedljivost. Vse te kriterije sem upošteval pri novi konstrukciji toplotnega izmenjevalca.

Nove rešitve sem poiskal s pomočjo metodologije Problem - Solution - Morphology. V drugem stolpcu so navedeni elementi, ki bistveno vplivajo na konstrukcijo povratne cevi s kapilaro. V stolpcih pod specifikacijo so navedene specifikacije elementov. Povezave različnih specifikacij elementov predstavljajo posamezne izbire. Ta nabor izbir nam omogoča, da vključimo v izbor za vrednotenje različne rešitve.

Slika 4: Izmenjevalec z nalepljeno kapilaro

Osnovni namen eksperimentalnega dela magisterija je izdelati izmenjevalec, ki bo ustrezal potrebam funkcionalnosti aparata, bo ekološko sprejemljiv in ugoden za recikliranje, dovolj poceni in enostaven za vgradnjo in izdelavo

Tabela 1: Metodologija [1] Problem - Solution - Morphology prikazuje možne rešitve izvedbe povratne cevi

STROKOVNI PRISPEVKI

Page 4: Avtor: Ekološko prijazni materiali v proizvodnji bele …...kapilare na povratno cev, kar omogoči dober prenos toplote in ne povzroča stranskih učinkov interakcije materialov

LETNIK 17 ŠT. 01/20084

STROKOVNI PRISPEVKI

Bakreno kapilaro navijemo na bakreno ali aluminijasto povratno cev

Slika 5: Povratna cev z navito kapilaro na povratni cevi

Slika 6: Aluminijasta povratna cev z bakreno lotano kapilaro

3.1 Povratna cev z navito kapilaro (izbira 1)

Osnovni koncept izdelave toplotnega izmenjevalca je uporabiti vso kapilaro, ki je na voljo, za gretje povratne cevi. To je izvedljivo samo tako, da kapilaro navijemo na povratno cev, torej da bakreno kapilaro navijemo na bakreno ali aluminijasto povratno cev. Seveda pa je ponovno potrebno upoštevati vse prednosti in slabosti posameznih izvedb. Pri materialih z različnimi električnimi potenciali je potrebno posebno pozornost posvetiti luknjičasti (pitting) koroziji. Z navitjem kapilare dosežemo boljši prenos toplote, saj smo na ta način povečali stično površino med gretim in hlajenim telesom. S tehnološkega stališča je seveda najzanimivejše, kako pritrditi kapilarno na povratno cev? Možnih je več izvedb. Lotanje bi bila najenostavnejša rešitev, vendar bi bilo lotanje po obodu povratne cevi zahteven proces, ki bi povzročil dodatno utrditev sistema, kar bi lahko oviralo vgradnjo elementa. Naslednja možnost je togo navitje kapilare na povratno cev in s tem zagotovitev ustreznega stika med njima. Ta rešitev je ugodna za razgradnjo, saj omogoča mehansko ločitev kapilare in povratne cevi. Pri navijanju kapilare je potrebno paziti, da ne povzročimo nekontroliranega zmanjševanja pretoka kapilare, kar bi lahko ohromilo kasnejše delovanje aparata. V proizvodnem procesu je potrebno zagotoviti 100 % kontrolo pretoka in glede na eventualno zmanjšanje pretoka ustrezno skrajšati kapilaro. Zagotoviti moramo, da bo kapilara tesno navita na povratno cev. Prav tako je potrebno natančno raziskati vpliv koraka (razdalje med navoji) navijanja kapilare na povratno cev. Pri prašno lakiranem izmenjevalcu poveča togost izmenjevalca tudi lak, ki dodatno povezuje povratno in kapilarno cev.

Slika 5 kaže bakreno kapilaro, navito na aluminijasti povratni cevi. V prerezu je lepo vidna tudi plast laka, ki služi kot vezni element med kapilaro in cevjo.

1 ..............................Bakrena kapilara 2 .....................Epoksi poliesterski lak3 ...............Aluminijasta povratna cev

3.2 Aluminijasta povratna cev z bakreno lotano kapilaro (izbira 3)

Takšna izvedba omogoča dober prenos toplote med kapilaro in povratno cevjo. Iz slike je razvidno, da je lot lepo spojil oba elementa, kar omogoča dovolj velike površine za prevod toplote. Težava nastopa pri spajanju bakra in aluminija zaradi majhne razlike med tališčem lota in tališčem

1 ....... Bakrena kapilara 2 ....... Epoksi poliesterski lak3 ....... Lot4 ....... Aluminijasta povratna cev

Page 5: Avtor: Ekološko prijazni materiali v proizvodnji bele …...kapilare na povratno cev, kar omogoči dober prenos toplote in ne povzroča stranskih učinkov interakcije materialov

LETNIK 17 ŠT. 01/20085

STROKOVNI PRISPEVKI

Slika 7: Povratna cev z vstavljeno kapilaro

aluminijaste povratne cevi. Pri lotanju postane povratna cev krhka, zaradi česar obstaja nevarnost zloma pri montaži ali transportu izdelka. S tem lahko povzročimo nekontrolirano spuščanje izdelka pri montaži. Izdelek je potrebno lotati pri temperaturi 400°C, pri lotanju pa se uporabljajo paste. Ta način je tudi z ekološkega vidika manj primeren.

3.3 Povratna cev z utorom (izbira 4)

Izmenjevalec z utorom je zgrajen iz aluminijaste ali bakrene povratne cevi in bakrene kapilare. Izvedba potrebuje povratno cev z večjim premerom, da se zaradi izdelave utora ne povečajo upori pri pretoku hladiva skozi povratno cev. Utor v povratni cevi je mogoče narediti z ustreznim preoblikovalnim orodjem (valjčna enota). V utor povratne cevi se nato vstavi kapilara. Izvedba izmenjevalca z vgrajeno kapilaro zagotavlja zelo dober prenos toplote zaradi velike stične površine kapilare in povratne cevi. Prinaša pa tudi nekaj slabosti. Zaradi utora v povratni cevi se močno povečajo preoblikovalni upori, kar povzroča težave predvsem pri vgradnji. Posledično bi pri vgradnji lahko nastopil lom celotnega izdelka. Lom bi bil lahko usoden predvsem pri povratni cevi iz aluminija, ki ima slabše preoblikovalne lastnosti. Naslednja slaba lastnost je oblikovanje priključkov z obeh strani povratne cevi. Zaradi povečanja premera cevi je potrebno za priključitev končine le-te ustrezno zmanjšati. Pozorni pa moramo biti tudi na spremembo materiala povratne cevi. Aluminijasta cev lahko povzroča probleme pri spajanju, ker je slabše varljiva v kombinaciji z ostalimi materiali.

4 Vrednotenje nove rešitve povratne cevi z obstoječo

Na osnovi opisa posameznih izbir in možnosti tehnološke izdelave sem se odločil, da podrobneje obdelam izbiro 1. Pri tem bom primerjal prednosti in slabosti izbire 1 v primerjavi z izbiro 2, ki je doslej v rabi.

Opis izbire 1

Prva izbira vključuje aluminijasto povratno cev. Aluminijasta povratna cev je primerna rešitev s stališča mehanske obdelave cevi, to je krivljenja cevi, širjenja cevi oziroma priprave koncev cevi za spajanje. Takšno cev je mogoče tudi dobro površinsko zaščititi. Aluminij je sicer nekoliko slabši prevodnik toplote kot baker, vendar bistveno boljši kot jeklo. Aluminij zagotavlja tudi ustrezno plinotesnost.

Bakrena kapilara je element, ki zelo dobro prevaja toploto. Spajanje bakra (sposobnost varjenja in lotanja z drugimi materiali je dobra) z ostalimi kovinami je dobra. Lahko ga varimo v kombinaciji z aluminijem ter lotamo z aluminijem in z jeklom oziroma bakrene dele med seboj. Baker je kovina, ki ima zelo dobre preoblikovalne lastnosti, kar nam omogoča tudi krivljenje kapilare, ne da bi ji pri tem bistveno spreminjali pretok. Površinska zaščita z epoksi - poliesterskim lakom omogoča zaščito pred neugodnimi klimatskimi razmerami, prav tako pa tudi pred vplivi slane atmosfere. Istočasno s svojo elastičnostjo in oprijemom omogoča krivljenje izmenjevalca (povratna cev + kapilara) v zaželeno obliko, ki jo potrebujemo zaradi geometrije povezave uparjalnika s kompresorjem. Nevarnost, ki jo je potrebno omeniti pri tem spoju, je nastanek luknjičaste korozije, ki nastane kot posledica delovanja kovin z različnimi električnimi

Page 6: Avtor: Ekološko prijazni materiali v proizvodnji bele …...kapilare na povratno cev, kar omogoči dober prenos toplote in ne povzroča stranskih učinkov interakcije materialov

LETNIK 17 ŠT. 01/20086

STROKOVNI PRISPEVKI

potenciali, ko pridejo v stik z medijem, ki prevaja električni tok. Pri tem ostane nezaščiten kontakt med kovinama in pojavi se korozija. Le-ta lahko povzroči propad aluminijaste cevi, kar bi privedlo do prenehanja delovanja celotnega hladilnega sistema. Takšen kontakt pa lahko nastane tudi pri poškodbi površinske zaščite.

Trdno navitje omogoča povečanje dolžine grelne kapilare na povratni cevi. To omogoča, da povečamo grelno moč, ki se bo sicer zagotovo delno izgubila zaradi kontakta med kapilaro in povratno cevjo pri samem nanosu epoksi poliesterskega laka. Navitje mora biti skrbno zasnovano in kontrolirano zaradi zmanjšanje pretoka kapilare.

Opis izbire 2

V drugi izbiri uporabimo bakreno povratno cev. Tudi bakrena povratna cev ima vrsto prednosti pred ostalimi materiali, ki jih uporabljamo v hladilni tehniki. Baker je korozijsko obstojen, je dober prevodnik toplote in se da dobro preoblikovati. Zagotavlja tudi dobro varivost z ostalimi materiali. Slaba lastnost bakra je, da je v primerjavi z ostalimi kovinami drag, kar se bistveno odraža v končni ceni izdelka. Cena metra bakrene cevi lahko tudi petkrat presega ceno drugih materialov, na primer aluminija ali jekla. Bakrena kapilara z dobro sposobnostjo varjenja na bakreno povratno cev nudi široko paleto možnosti pritrjevanja. Najverjetnejša izbira je lotanje z mehkimi loti ali potapljanje v tekočine za lotanje. Takšen način pritrjevanja je s stališča prevajanja toplote zelo dober. Celotna izvedba je tudi zelo kompaktna. Običajno kapilarno cev vzporedno lotamo na povratno cev. Zaradi kratke dolžine lotanega dela kapilare ostanek navijemo v ovoje premera 100 mm, za kar je potrebno dodatno delo.

Površinska zaščita z epoksi - poliesterskim lakom v tem primeru služi tudi kot kvalitetno čiščenje lotanih površin. Pri lotanju toplotnega izmenjevalca ostanejo na površini ostanki past, ki v procesu lotanja služijo za kemijsko čiščenje površine in omogočajo boljšo omočljivost lota. Kasneje, pri sami uporabi izmenjevalca v delovanju, pa bi takšni ostanki povzročili trajne poškodbe bakrene cevi. Vsekakor praškasti lak zagotavlja zelo dobro in enakomerno zaščito na površini izmenjevalca.

Lotanje kot način pritrjevanja kapilare na povratno cev omogoča dober kontakt med povratno cevjo, lotom in kapilaro. Slaba stran mehkega lota je v tem, da slabo prevaja toploto med kapilaro in povratno cevjo. Ta kontakt pa je zelo pomemben za enoličen in zanesljiv prevod toplote med bakrenima cevema. Slaba stran je tudi v tem, da z vzporednim potekom povratne in kapilarne cevi ne moremo zagotoviti povečanja dolžine kontakta med kapilaro in povratno cevjo tako kot pri naviti kapilari. Lotanje pa je tudi s stališča recikliranja problematičen spoj.

Način spajanja povratne cevi z ostalimi elementi. Spajanje povratne cevi iz bakra nudi široko možnost pri izbiri postopka za spajanje. Spoje je mogoče izdelati z različnimi mehkimi in trdimi loti, elektro-uporovnim varjenjem s trenjem in z lepljenjem. Vrsta uporabljenega postopka je odvisna od vrste materiala, s katerim spajamo povratno cev.

Lokacija kapilare na povratni cevi. Kapilara je ravna s povratno cevjo, kar je za izdelavo idealna rešitev. Takšna rešitev pa ne omogoča povečanja dolžine oprijema med kapilaro in povratno cevjo.

Lokacija izmenjevalca glede na aparat. Toplotni izmenjevalec poteka iz notranjosti aparata v zunanjost na skrajni zgornji točki aparata, nato zavije po hrbtu navzdol do kompresorskega prostora. Ker želimo preprečiti prehajanje toplote v okolico in zamrznitev izmenjevalca pri izhodu iz notranjosti celice, moramo na izmenjevalec vstaviti izolacijsko cev. Izmenjevalec z izolacijsko cevjo je tako nameščen med kondenzatorjem in hrbtiščem hladilnika. Zaradi pomanjkanja prostora je običajno težko namestiti kondenzator. Pri tej izvedbi je izmenjevalec tudi bolj izpostavljen

Page 7: Avtor: Ekološko prijazni materiali v proizvodnji bele …...kapilare na povratno cev, kar omogoči dober prenos toplote in ne povzroča stranskih učinkov interakcije materialov

LETNIK 17 ŠT. 01/20087

STROKOVNI PRISPEVKI

Tabela 2: Rezultati testiranj porabe električne energije

raznim vplivom okolice aparata, vendar omogoča lažji servis pri morebitnih okvarah in napakah hladilnega sistema.

5 Analize in eksperimentalno delo

Novo rešitev povratne cevi sem ocenil in analiziral s pomočjo:• oceno izbire po izbranih kriterijih,• FMEA konstrukcije povratne cevi [2] (Failure Models and Effects

Analysis) ali analizo možnih napak in posledic, • analize procesa uporabnika,• SIPOC analize [3] (Suppliers – Inputs – Process – Outputs –

Customers),• teoretičnega izračuna prevoda toplote v spoju izmenjevalca.

Na osnovi analize, ocene in predpisanih standardov sem planiral sledeče eksperimente na aparatu ZOS 2466:

a) Kontrola ledenenja po ISO 15502Iz meritev sem ugotovil, da bistvene razlike pri izmenjavi toplote med obema primeroma ni, kar kaže, da zamrzovanje med delovanjem novega sklopa ne bo nastopilo.

b) Porabe električne energije po ISO 15502Vzorec Povprečna poraba energije (kWh/24 ur)Obstoječa izvedba – vzorec 1 0,936Obstoječa izvedba – vzorec 2 1,024Nova izvedba – vzorec 3 0,919Nova izvedba – vzorec 4 0,913

Aparat ZOS 2466 ima deklarirano porabo električne energije 1,03 kWh/24 ur. Rezultati kažejo na manjšo porabo električne energije nove izvedbe v primerjavi z obstoječo izvedbo.

c) Test na vlago po SIST EN ISO 6270/2Pred testiranjem sem na izmenjevalcu namerno naredil poškodbe. S tem sem ustvaril ostrejše pogoje testiranja. Rezultati testiranja so pokazali, da kljub razpokanosti laka ne nastajajo poškodbe na kovinskih delih toplotnega izmenjevalca. Na mestih, kjer je lak počen, je bila opazna pasivacija površine aluminija, na spojih kapilara-cev pa ni opaziti luknjičaste korozije.Na osnovi rezultatov testiranja sklepam, da je uporabljen način izvedbe toplotnega izmenjevalca primeren tudi za vlažne atmosfere, ki jih sicer ne predvidevamo pri običajnih uporabah hladilnih aparatov.

d) Testiranje v slani komori po DIN 50021 SS (neobvezen test)Test sem izvedel na vzorcu, ki je bil pripravljen s poškodovanim lakom. Zaradi slane atmosfere je aluminijasta cev propadla.

e) Kontrola padcev pretoka z dušikom, pri tlaku 9.81 baraPri zmanjševanju koraka ovojev kapilare na povratni cev prihaja do padcev pretoka v kapilari. Iz literature in z meritvami pretoka sem ugotovil, da je najoptimalnejši korak ovojev med 25 mm in 45 mm, kjer znaša padec pretoka med (0.3 in 0.15) l/min, kar je seveda potrebno upoštevati pri posameznih izvedbah izmenjevalca in kapilaro ustrezno skrajšati.

6 Zaključek

Teoretično sem obdeloval tri nove izvedbe povratne cevi (izbira 1, izbira 3, in izbira 4). Eksperimentalni del pa sem izvajal samo na izbiri 1. Izvedel sem ga tako, da sem primerjal utečeno in novo izvedbo in pri tem upošteval predpisane standarde testiranja. Iz analiz lahko zaključim,

Page 8: Avtor: Ekološko prijazni materiali v proizvodnji bele …...kapilare na povratno cev, kar omogoči dober prenos toplote in ne povzroča stranskih učinkov interakcije materialov

LETNIK 17 ŠT. 01/20088

STROKOVNI PRISPEVKI

Iz opravljenih analiz lahko zaključim, da je nova izvedba povratne cevi učinkovitejša pri prenosu toplote in ekološko bolj sprejemljiva

da je nova izvedba učinkovitejša pri prenosu toplote in ekološko bolj sprejemljiva.

Glede na opravljene teste (poraba energije aparata, test ledenenja povratne cevi in korozijska testiranja) ugotavljam, da je takšna povratna cev primerna za vgradnjo v aparate, kjer na povratno cev ni vpliva slane atmosfere.

Nova izvedba povratne cevi ima vrsto prednosti pred izvedbo, ki je v rabi. Zaradi mehanskega pritrjevanja kapilare ni potrebno lotati na povratno cev, kar pomeni prihranek na energiji in materialu za lotanje. Postopek lotanja obremenjuje okolje, lot pa onemogoča učinkovito recikliranje. Mehansko je kapilara pritrjena tako, da je tesno ovita okoli povratne cevi. Direkten kontakt med bakreno kapilaro in aluminijasto povratno cevjo omogoča zelo dober prevod med obema elementoma. Izračun toplotnih upornosti je pokazal, da je pri obstoječi izvedbi upornost prevoda toplote kar dvakrat večja, kar je s pozitivnimi učinki potrdil tudi eksperimentalni del na meritvah porabe energije. Zagotovo pa nova izvedba prinaša tudi velike ekonomske učinke, saj v nov izdelek vgrajujemo cenejše materiale, izločene so operacija lotanja, skrbna priprava površine za lotanje, dodatna poraba energije itn. Testiranja v vlažni komori, ki je tudi s standardom predpisan preizkus kontrole korozijske obstojnosti, so dala ugodne rezultate. Zaradi lastnega interesa sem se želel prepričati tudi o posledicah, ki nastanejo pri korozijsko nezaščitenem spoju bakrene kapilare in aluminijaste cevi ob agresivni atmosferi. Ta test sicer ni predpisan, vendarle moramo biti pozorni na ta pojav. V agresivni atmosferi lahko ob poškodbi laka nastopi luknjičava korozija.Mehansko je kapilara pritrjena tako, da je tesno ovita okoli povratne cevi, direkten kontakt med bakreno kapilaro in aluminijasto povratno cevjo pa omogoča zelo dober prevod med obema elementomaOcenjujem, da ima nova izvedba vrsto prednosti, ki bi jih lahko izkoriščali ob uvedbi tega novega izdelka v proizvodnjo, hkrati pa bi lažje poskrbeli za izdelek tudi takrat, ko bi zaradi iztrošenosti odslužil svojemu namenu. Pred uvedbo nove rešitve v proizvodnjo pa je potrebno testirati povratno cev še na morebiten povečan hrup.

7 Literatura

[1] Hugo Tschirky, Management of Technology and Innovation, Swiss Federal Institute of Technology , ETH Zurich, 2005

[2] Kenneth Crow; Failure modes and effects analysis; DRM 2002http://www.npd-solutions.com/fmea.html

[3] Elena A. Averboukh, SIX – Sigma Dmaic Green Belt, Lusi – Centre Kassel, 2006