Холодильники и морозильники
В первую очередь холодильники подразделяются по способам получения холода: компрессионные, абсорбционные, термоэлектрические. Также они разделяются по объему и количеству морозильных камер, по варианту исполнения: напольные, настенные, блочные и пр.
Холодильники компрессионного типа представляют собой шкаф с холодильным агрегатом, а также элементами автоматики и электрооборудования. Холодильный агрегат вырабатывает холод с помощью специального вещества, которое принято называть хладагентом.
Холодильный агент представляет собой вещество, переходящее при низких температурах в парообразное состояние. Он должен обладать умеренным давлением при кипении, высоким коэффициентом теплопроводности, иметь как можно более низкую температуру затвердевания и как можно более высокую критическую температуру. К тому же он должен быть безвредным для организма и не вызвать коррозии металла. Именно поэтому самыми распространенными хладагентами являются фреоны и аммиак.
Холодильный агрегат бытового холодильника представляет собой мотор-компрессор, испаритель, конденсатор, систему трубопроводов, фильтр-осушитель. Как правило, компрессор располагается снизу, конденсатор на задней стенке, испаритель образует небольшое морозильное отделение в верхней части камеры.
Компрессор обеспечивает циркуляцию холодильного агента в системе. Компрессор приводится в движение электрическим двигателем. Принцип работы компрессора заключается в следующем: электрический двигатель приводит в движение поршень, который передвигает клапан. При этом создается разряжение, и часть холодильного агента поступает в камеру всасывания через всасывающий клапан. При дальнейшем движении клапана создается давление, от которого закрывается всасывающий клапан, и холодильный агент уходит из камеры всасывания в трубопровод. Это общий принцип действия для любого компрессора, независимо от варианта исполнения.
Электродвигатель холодильника работает циклично, т. е. периодически включается и выключается. Чем меньше промежутки, тем ниже температура морозильных камер, тем больше потребление энергии, и наоборот. Периодичность работы электродвигателя обеспечивается датчиком-реле температуры, который поддерживает в морозильных камерах определенную температуру.
Конденсатор холодильника является теплообменным аппаратом, через который холодильный агент отдает тепло окружающей среде. Охлаждение происходит за счет воздуха, а потому змеевик конденсатора принято делать с металлическими ребрами, усиливающими охлаждение. Конденсаторы принято делать из меди или алюминия, так как эти металлы отличаются высокой теплопроводностью. Холодильный агент, охлаждаясь, переходит в жидкое состояние и поступает в испаритель.
В испарителе холодильный агент поглощает тепло из охлаждаемой камеры. Как правило, в холодильнике он располагается над морозильной камерой. Испарители имеют каналы различной конфигурации и различаются по способу крепления к морозильной камере.
Подача жидкого холодильного агента из конденсатора в испаритель осуществляется капиллярной трубкой, которая имеет низкую проходимость и, соединяя части установки с высоким и низким давлением, создает перепад давления между конденсатором и испарителем, пропуская в ограниченном количестве жидкий холодильный агент.
Фильтр располагается у входа в капиллярную трубку для предохранения от засорения твердыми частицами. Он представляет собой металлический корпус, наполненный бронзовыми шариками диаметром 0,3 мм или имеющий внутри латунную сетку.
Для очистки рабочей среды от влаги и кислот применяются различные адсорбенты, которыми заполняются фильтры-осушители. В качестве фильтрующего материала применяются синтетические цеолиты, минеральные адсорбенты (силикагель, альмулюгель и др.). Благодаря кристаллической структуре, синтетические цеолиты хорошо адсорбируют влагу и почти полностью поглощают холодильный агент и машинное масло.
Фильтр, адсорбирующий влагу, которая может замерзнуть в капиллярной трубке, называется осушительным патроном, который устанавливают перед входом в капиллярную трубку, а потому часто совмещают с фильтром-осушителем. Осушительный патрон также заполняется синтетическим цеолитом. Иногда вместо осушительного патрона применяется метиловый спирт. В таком случае влага не выводится из системы, просто понижается температура ее замерзания. Количество метилового спирта составляет 1—2 % от количества холодильного агента. Однако метиловый спирт не применяется в случае, если конденсатор выполнен из алюминия, так как взаимодействие веществ приводит к разрушению алюминия и утечке хладона.
В общем процесс работы компрессионного охладительного агрегата заключается в следующем. Из испарителя отсасываются компрессором пары хладона, которые при этом охлаждают обмотку электродвигателя. Сжатые в компрессоре пары хладона поступают в конденсатор, где охлаждаются и переходят в жидкое состояние. Жидкий хладон поступает через фильтр и капиллярную трубку в испаритель. Там под воздействием низкого давления (98 кПа) он начинает кипеть, забирая тепло из морозильной камеры. Из испарителя пары хладона снова поступают в компрессор. Электродвигатель включается и выключается пускозащитным реле, которое в свою очередь включается датчиком-реле, автоматически поддерживающим температуру.
Другой тип холодильников – абсорбционные. Они предназначены для кратковременного хранения скоропортящихся продуктов и получения пищевого льда. Охлаждение происходит за счет процесса абсорбции – поглощения жидким или твердым поглотителем паров холодильного агента, образующихся в испарителе. В качестве хладагента выступает аммиак, абсорбент – бидистиллят воды, ингибитор – двухромовокислый натрий, газ – водород.
Система наполнена водоаммиачным раствором и водородом. Водород инертен, а потому не вступает в реакцию с аммиаком. В генераторе нагревается водоаммиачный раствор, в результате чего выделяется водоаммиачный пар, который поднимается по ректификатору. В результате того, что вода имеет более высокую температуру конденсации, в конденсатор поступает чистый аммиачный пар.
При этом аммиачный пар вытесняет водород и конденсируется под давлением 1500—2000 кПа, равным давлению внутри всей системы. Охлаждение производится за счет конструкции конденсатора, а также холодной парогазовой смесью, выходящей из испарителя.
В испарителе жидкий аммиак испаряется, поглощая тепло. Удаление паров из испарителя осуществляется за счет циркуляции холодильного агента в замкнутой системе. Аммиачный пар поглощается в абсорбере водоаммиачным раствором, откуда потом возвращается в генератор, чтобы продолжить движение. Нагреватель представляет собой вставленную в металлическую гильзу спираль из нихромовой проволоки с нанизанными на нее фарфоровыми втулками, свободное пространство заполнено кварцевым песком.
Абсорбционные холодильные установки могут иметь ручную или автоматическую систему регулировки температуры. В первом случае применяется ручной ступенчатый регулятор мощности, во втором применяется терморегулятор, отключающий и включающий нагревательный элемент для поддержания постоянной температуры.
Плюсом абсорбционных холодильников можно считать бесшумность работы, в то время как компрессионные холодильники издают специфичный звук из-за движения клапана в компрессоре. Также к достоинствам абсорбционных установок можно отнести и простоту конструкции, отсутствие вентилей и движущихся частей.
Однако за счет того, что нагреватель в абсорбционном холодильнике должен быть постоянно включен, больше расход энергии, а потому пользование абсорбционным холодильником обходится дороже.
Помимо прочего в холодильниках обоих типов часто имеются дополнительные устройства, выполняющие различные функции: для поддержания определенной влажности в морозильных камерах; охлаждения напитков и выдачи их без открывания двери; сигнализации режимов работы; автоматического закрывания двери; фиксировании определенного угла раскрывания двери, исключающего удар о стену или батарею центрального отопления.
В отличие от холодильников морозильники рассчитаны для более глубокой заморозки при температуре, исключающей формирование крупных кристаллов льда, а также для хранения продуктов при более низкой температуре. Морозильник является компрессионным агрегатом, в котором в отличие от обычного холодильника копрессор работает не периодически, а постоянно. Между испарителем и всасывающим патрубком компрессора имеется докипатель хладона (не успевшего раствориться в испарителе), что позволяет увеличить КПД. Цеолитовый осушитель двухсторонний, что дает возможность производить двухстороннее вакуумирование агрегата при его заполнении хладоном.
В отличие от холодильника, в котором испаритель расположен так, что удобнее разделить внутреннее пространство на морозильную камеру и камеру для хранения продуктов, в морозильнике испаритель расположен так, чтобы вся камера охлаждалась равномерно, поэтому в нем нет отдельной морозильной камеры, в нем имеются только несколько полок для размещения продуктов.
Ремонт холодильников следует осуществлять в мастерской, так как самостоятельно починить холодильный агрегат невозможно, для этого требуется специальная ремонтная аппаратура. В результате ремонта необходимо провести диагностику, удаление хладагента, распайку стыков, промывку и просушку узлов, сборку, проверку на герметичность, вакуумирование и заполнение хладагентом, обкатку. Сами понимаете, что в домашних условиях такие сложные работы выполнить просто невозможно. Все, что можно сделать самостоятельно, – починить крючковый затвор двери, заменить изоляционную полосу на двери, поменять лампочку для подсветки.
В случае утечки хладагента следует предпринять меры безопасности, так как хладагент огнеопасен. Следует остерегаться его попадания на руки, лицо, в глаза.
В отличие от охлаждающих установок компрессионного и абсорбционного типа термоэлектрические холодильники не имеют хладагента, они работают только на электричестве.
Термоэлектрическое охлаждение происходит следующим образом. Электрический ток проходит через термобатарею, составленную из полупроводниковых нагревательных элементов двух типов: одни охлаждаются, другие нагреваются.
Как вам уже известно, все материалы можно разделить на две группы: проводники электрического тока и диэлектрики. Помимо этого есть материалы, которые занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. В отличие от металлов (проводники), они имеют большее сопротивление электрическому току, но меньшее, чем у диэлектриков.
Любой проводник при прохождении по нему электрического тока нагревается. Это справедливо и по отношению к полупроводникам, однако, если при нагревании проводника увеличивается его сопротивление, то при нагревании полупроводника происходит обратное: чем сильнее нагревается полупроводник, тем меньшее он имеет сопротивление. Также через полупроводник ток протекает только в одном направлении.
Эти свойства полупроводников (закись меди, селен, кремний, германий и др.) позволяют применять их в охлаждающих обстановках термоэлектрического действия.
Одни термоэлементы холодильника изготовлены из сплава свинца и теллура, другие – из сплава теллура и сурьмы. Термоэлементы также могут быть изготовлены из сплавов висмута и селена.
Полупроводники соединены между собой последовательно с помощью металлических пластин. При прохождении через них электрического тока одни немного нагреваются, а другие охлаждаются. Нагревающиеся полупроводники располагаются снаружи охладительной камеры, охлаждающие – внутри. Для получения более низкой температуры в холодильнике также имеется вентилятор.
Термоэлектрические холодильники редко применяются в быту, так как уступают по своим качествам холодильным установкам компрессионного и абсорбционного типа. Холодильник можно использовать в качестве автомобильного, так как он предназначен для кратковременного охлаждения продуктов – не более 48 часов. Как правило, его корпус выполнен так, чтобы устройство можно было использовать в качестве подлокотника.
Холодильник может работать как от постоянного тока 12 V, так и от переменного тока 127 и 220 V. Во многих моделях не имеется выпрямителя переменного тока. Это обусловлено тем, что прибор имеет наиболее компактную конструкцию для того, чтобы им было удобно пользоваться в автомобиле. Если надо включить прибор через сеть с напряжением 127 или 220 V, следует пользоваться зарядно-выпрямительным устройством, подсоединяющимся к вилке шнура.
Иван Дубровин