Устройство и принцип работы холодильника.  

1.Узлы и агрегаты, из которых состоит холодильник.

Cистема охлаждения.

Герметически закрытая система циркуляции, в которой находится хладагент. Основными частями контура являются:

 Испаритель. Устройство, в котором происходит испарение жидкого хладагента. Тепло, необходимое для испарения, берётся из холодильной камеры (от продуктов, в ней находящихся),  в результате чего температура в холодильной камере камере понижается. Испаритель бывает нескольких типов:

·                Стандартный-U образный. Состоит из 2-х спрессованных вместе листов алюминия с проложенными между ними каналами. Располагается около задней стенки холодильной камеры.

·                Скрытый. Такая же конструкция, но располагается за пределами холодильной камеры. Между задней  внутренней стенкой и пеной.

·                Полу утопленный. Размещён в углублении внутренней поверхности на задней стенке холодильной камеры. Окрашен в тоже цвет, что и пластмасса холодильной камеры.

Компрессор. Состоит из электродвигателя и небольшой емкости.

Холодильный компрессор служит для отсасывания паров холодильного агента (хладагента) из испарителя и нагнетания их в конденсатор. Одной  из важнейших характеристик компрессора в холодильнике является - холодопроизводительность холодильной установки, которая при заданном хладагенте и температурном режиме работы холодильной машины пропорциональна объёмной (массовой) производительности .

Холодопроизводительность, количество теплоты, отнимаемое от охлаждаемого объекта в единицу времени с помощью холодильной машины; измеряется в вт (ккал/ч). Х. зависит от мощности основного оборудования холодильной машины, температурных условий её работы и используемого холодильного агента.

Холодильники бывают с 1-м и 2-мя компрессорами.

Конденсатор.  Служит для преобразования хладагена из газообразной формы в жидкую. Чем больше площадь поверхности конденсатора, тем эффективнее он работает.

Конденсатор (от лат. condense — уплотняю, сгущаю), аппарат для осуществления перехода вещества из газообразного (парообразного) состояния в жидкое или твёрдое. Широко используется в химической технологии, в теплоэнергетических и холодильных установках для конденсации рабочего вещества, в испарительных установках для получения  разделения смесей паров и т. д. Конденсация пара в конденсаторе происходит в результате соприкосновения его с поверхностью твёрдого тела , имеющих температуру более низкую, чем температура насыщения пара при данном давлении. Конденсация пара сопровождается выделением тепла, затраченного ранее на испарение жидкости, которое должно отводиться какой-либо охлаждающей средой.

Если при конденсации пара образуется жидкость, она стекает с поверхности теплообмена под действием силы тяжести или увлекается движущимся паром; если же образуется твёрдая фаза (например, лёд), она непрерывно или периодически удаляется скребками или др. устройствами.

Соединительные (капиллярные) трубки. По ним перемещается хладагент от       компрессора к испарителю.

Фильтр-осушитель. Служит для удаления остатков воды из холодильного агрегата. Состоит из трубчатого контейнера, наполненного поглощающим воду веществом. Предотвращает закупоривание капиллярной трубки каплями воды, которое может привести к нарушению циркуляции хладагента.                                  

 Аккумулятор (накопитель). В нём находится основная масса жидкого холодильного агента, который в противном случае мог бы повредить компрессор.  Он находится на выпускном конце испарителя и обеспечивает испарение всех остатков жидкости, которые могли пройти через испаритель. Т.е. предотвращает попадание жидкого хладагена во всасывающую линию,образование инея и конденсации влаги на наружной поверхности.

 Хладагент. Это жидкость,закаченная в систему охлаждения холодильника. Хладагент имеет относительно низкую точку кипения, настолько низкую, что тепла, выделяемого находящимися в холодильнике продуктами, достаточно для кипения и испарения этих довольно необычных химических соединений.

 Холодильный агент,хладагент, рабочее вещество холодильной машины, которое при кипении или в процессе расширения отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде (воде, воздуху и т. п.).

К хладагентам предъявляется ряд требований: они должны иметь низкую температуру кипения при давлениях выше атмосферного (во избежание подсоса воздуха), умеренные давление и температуру конденсации, низкую температуру затвердевания и высокую критическую температуру, большую теплоту парообразования при малых удельных объёмах паров, малую теплоёмкость и высокую теплопроводность. Кроме того, желательно, чтобы хладагенты были взрывобезопасными, нетоксичными, негорючими, нейтральными к конструкционным материалам, инертными к смазке и т. д. В зависимости от температуры кипения при атмосферном давлении хладагенты подразделяют на 3 группы: высокотемпературные (выше –10^оС), умеренные (ниже –10^оС) и низкотемпературные      (ниже -50^оС). Основными хладагентами являются аммиак, фреоны (хладоны) и некоторые углеводороды.

Аммиак относится к группе умеренных хладагентов. Достоинствами аммиака являются его низкая стоимость и высокие теплофизические показатели. К недостаткам относятся токсичность, взрывоопасность. Аммиак также разрушительно воздействует на медь и её сплавы.

Фреоны в большинстве случаев безвредны и негорючи. Насчитывается свыше 50 различных фреонов и их смесей, применяемых во всех температурных группах. Наиболее распространены фреон-12, фреон-22 (относятся к умеренным хладагентам) и фреон-13 (низкотемпературный хладагент).

Углеводороды (этан, пропан, этилен) имеют низкую температуру замерзания, но взрывоопасны; применяются в крупных и средних холодильных установках в нефтехимической и газовой промышленности.

В пароэжекторных и работающих на водном растворе бромистого лития (бромистолитиевых) абсорбционных холодильных машинах хладагентом служит вода.

В холодильно-газовых машинах в качестве хладагента в основном используются такие газы, как гелий, водород, азот, воздух.

В современных холодильниках применяются чистые хладагенты R-600а (изобутан) и R-134а (фторэтан).

Химическая формула изобутана, относящегося к углеводородам- C4H10, из которой видно отсутствие таких химических элементов как хлор и фтор.

Ниже приведена сравнительная таблица этих хладагентов:

 Изначально соединения получили название «Фреоны». Фактически «Фреон» это торговая марка продукта, который выпускала компания Дюпон в США. У других производителей аналогичные продукты получали названия Фриген, Арктон, Калтрон и т.д.

Было заключено соглашение о присвоении этим продуктам кода хладагента (R-код), например :R-12 и R-22. Эти соединения состоят из метана или этана, в которых водород частично или полностью замещен фтором или хлором. Соединения, в состав которых входят водород, фтор, углерод обозначаются HCFC. Для соединений, которые совсем не содержат хлора, используется обозначение HFC, к ним, например, относится хладагент R-134а.  (Данная информация требуется продавцу и для общего развития и для  презентации товара).

Известно, что хлор не самый полезный химический элемент. Соединения, которые не содержат хлора (HFC) не оказывают  никакого видимого вредного воздействия на людей, на окружающую среду, холодильную технику или продукты, хранимые в холодильнике.  А это еще одно из потребительских свойств, которое может оценить потребитель, т.к. безопасность здоровья у наших потребителей стоит на сегодняшний момент на первом месте.

Составляющие холодильного аппарата:

Холодильный шкаф. Конструкция по типу сэндвича, изготовленного из стальных листов, соединенных точечной сваркой.Внутренняя стенка из пластмассы, изготавливается путем термического прессования (вакуумного прессования). Полость между стенками заполняется полиуретановой пеной, которая скрепляется как со стальными листами, так и с пластмассой.

 Морозильный шкаф. Если холодильник многокамерный. Изготовлен по тому же принципу что и холодильный шкаф.

Дверь. Конструкция двери, аналогична конструкции стенок холодильного шкафа. На внутренней стенке двери во время прессования создаются опоры для полок. По периметру двери проложена уплотнительная прокладка с магнитной полоской, чтобы дверь закрывалась герметично.

От герметизации холодильника зависят и температура, и влажность, и энергопотребление. Уплотнительная прокладка двери с магнитной пластиной обеспечивает оптимальную теплоизоляцию холодильной и морозильной камеры и не позволяет воздуху проникать из помещения внутрь холодильника.

Термостат. Необходим для коррекции температуры внутри холодильника и времени  работы компрессора. В принципе термостат представляет собой температурный датчик с переключателем. В качестве датчика может использоваться либо заполненная маслом капиллярная трубка с подключенным к ней сифоном, либо интегральная схема с резистором, имеющим отрицательный температурный коэффициент. При достижении заданной температуры термостат отключает на какое-то время компрессор, таким образом, прекращая циркуляцию хладагента в системе.

   2 Принцип работы холодильного шкафа.

 Холодильные циклы,обратные круговые термодинамические процессы, в результате которых теплота переходит от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой за счёт затраты работы. Холодильные циклы используются в холодильных машинах, холодильно-газовых машинах. Практически наиболее широко применяются холодильные циклы, основанные на испарении жидкости, использовании эффекта Джоуля - Томсона , расширении рабочего тела в детандере.

Детандер (от франц. détendre — ослаблять), машина для охлаждения газа путём его расширения с отдачей внешней работы. Д. относится к классу расширительных машин (пневмодвигатель), но применяется главным образом не с целью совершения внешней работы, а для получения холода. Расширение газа в Д. — наиболее эффективный способ его охлаждения. Д. используется в установках для сжижения газов и разделения газовых смесей методом глубокого охлаждения, в криогенных рефрижераторах, в установках, имитирующих высотные и космические условия, в некоторых системах кондиционирования воздуха и т.д.

Джоуля — Томсона эффект, изменение температуры газа в результате медленного протекания его под действием постоянного перепада давления сквозь дроссель — местное препятствие потоку газа (капилляр, вентиль или пористую перегородку, расположенную в трубе на пути потока). Течение газа сквозь дроссель (дросселирование) должно происходить без теплообмена газа с окружающей средой (адиабатически).

Джоуля — Томсона эффект был обнаружен и исследован английским учёными Дж. Джоулем и У. Томсоном в 1852—62г. В опытах Джоуля и Томсона измерялась температура в двух последовательных сечениях непрерывного и стационарного потока газа (до дросселя и за ним). Значительное трение газа в дросселе (мелкопористой пробке из ваты) делало скорость газового потока ничтожно малой, так что при дросселировании кинетическая энергия потока была очень мала и практически не менялась. Благодаря низкой теплопроводности стенок трубы и дросселя теплообмен между газом и внешней средой отсутствовал. При перепаде давления на дросселе  равном 1 атмосфере (1,01×10⁵ н/м²), измеренная разность температур для воздуха составила — 0,25°С (опыт проводился при комнатной температуре). Для углекислого газа и водорода в тех же условиях оказалась, соответственно, равной -1,25 и +0,02°С.

Джоуля — Томсона эффект принято называть положительным, если газ в процессе дросселирования охлаждается ( < 0), и отрицательным, если газ нагревается (> 0).

Согласно молекулярно-кинетической теории строения вещества, Джоуля — Томсона эффект свидетельствует о наличии в газе сил межмолекулярного взаимодействия (обнаружение этих сил было целью опытов Джоуля и Томсона).

Действительно, при взаимном притяжении молекул внутренняя энергия газа включает как кинетическую энергию молекул, так и потенциальную энергию их взаимодействия. Расширение газа в условиях энергетической изоляции не меняет его внутренней энергии, но приводит к росту потенциальной энергии взаимодействия молекул (поскольку расстояния между ними увеличиваются) за счёт кинетической. В результате тепловое движение молекул замедлится, температура расширяющегося газа будет понижаться. В действительности процессы, приводящие к Д. — Т. эффекта сложнее, т.к. газ не изолирован энергетически от внешней среды. Он совершает внешнюю работу (последующие порции газа, справа от дросселя, теснят предыдущие), а слева от дросселя над самим газом совершают работу силы внешнего давления (поддерживающие стационарность потока). Это учитывается при составлении энергетического баланса в опытах Джоуля — Томсона.

Принцип работы Холодильника

Пары хладагента выкачиваются из испарителя компрессором и проходят внутри кожуха, охлаждая обмотку электродвигателя. Сжатые в компрессоре пары хладагента по нагнетательной трубке поступают в охлаждаемый окружающим воздухом конденсатор. В конденсаторе пары хладагента переходят в жидкое состояние, отдавая тепло окружающей среде. Жидкий хладагент из конденсатора поступает через фильтр в капиллярную трубку, (где происходит его дросселирование) и затем в испаритель. Капилярная трубка создает необходимый для работы перепад давления между конденсатором и испарителем. Давление хладагента в испарителе понижается. Жидкий хладагент при низком давлении кипит, отнимая тепло от стенок испарителя и воздуха холодильной камеры. Из испарителя пары хладагента по трубке снова поступают в кожух компрессора, и цикл повторяется. Для того, чтобы охладить жидкий хладагент, перед его испарением, трубки (с холодными парами и капиллярную) располагают рядом. Теплообменником служит участок всасывающей и капиллярной трубок, спаянных между собой.