Холодильные установки

     Очевидно, чем больше коэффициент рабочего времени, тем больше будет износ  трущихся пар в компрессоре и  тем меньше будет долговечность  холодильного агрегата. С увеличением  коэффициента рабочего времени увеличивается  и расход электроэнергии на единицу  емкости холодильной камеры. Поэтому  при проектировании новых: холодильников  величиной b можно задаться, исходя из условия обеспечения требуемой долговечности и экономичности.

     С учетом цикличной работы холодильного агрегата при стационарных температурных  условиях работы холодильника имеет  месте соотношение SQ = bQ₀ из которого следует, что при заданной величине коэффициента рабочего времени требуемая холодопроизводительность холодильного агрегата определяется суммой теплопритоков в холодильную камеру в единицу времени. 

1.2Физический  принцип действия

     Охлаждением называют процесс понижения температуры охлаждаемого тела. Понизить температуру вещества можно путем уменьшения его внутренней энергии. Поэтому для искусственного охлаждения создают такие условия, при которых тепловая энергия (тепло) отводится от охлаждаемого тела (охлаждаемой среды) и воспринимается другим, более холодным телом. Для длительного охлаждения необходимо, чтобы восприятие тепла охлаждающим телом происходило без повышения его температуры, так как иначе температуры обоих тел (охлаждаемого и охладителя) станут одинаковыми и охлаждение прекратится. Таким свойством обладают тела при некоторых изменениях своего состояния, например, твердые тела могут воспринимать внешнее тепло без повышения своей температуры при плавлении или таянии; жидкие — в процессе испарения или кипения.

     В основе современных промышленных способов охлаждения лежат процессы испарения или кипения, плавления или таяния и сублимации. Все эти процессы протекают с поглощением тепла из окружающей среды.

     При переходе тела из твердого состояния  в жидкое (плавление или таяние) тепло, воспринимаемое им извне, затрачивается на изменение связей между молекулами вещества, на ослабление сил его молекулярного сцепления. Когда тело переходит из жидкого состояния в парообразное (испарение или кипение), тепло расходуется также на преодоление сил молекулярного сцепления жидкого тела и работу его расширения. В случае перехода тела из твердого состояния непосредственно в газообразное (сублимация), тепло расходуется на преодоление сил сцепления молекул вещества и внешнего давления, препятствующего этому процессу.

     На  свойстве тел поглощать внешнее  тепло при плавлении или таянии основано охлаждение льдом и льдосоляными смесями.

     Охлаждение  посредством поглощения внешнего тепла при кипении летучих жидкостей осуществляется холодильными машинами. Свойство тел поглощать внешнее тепло при их сублимации используется для охлаждения так называемым сухим льдом. Наиболее распространенным в настоящее время является охлаждение холодильными машинами.

      Более широкое применение получили различные  способы машинного охлаждения.

      Простейшим  из таких способов является способ дросселирования сжатых газов. Если газ при температуре окружающей среды подвергнуть сильному сжатию, а затем обеспечить процесс адиабатического расширения при резком понижении давления, то температура газа понизится и его можно использовать в качестве охладителя

      Однако  получение низких температур таким  способом связано с большими энергетическими  затратами.

      Одним из способов машинного охлаждения является охлаждение вихревым эффектом. Этот способ осуществляется в вихревой трубке Ранка, представляющей собой цилиндрическую трубку небольшой длины, внутренняя полость которой разделена на две полости диафрагмой  с центральным  отверстием. Через сопло, расположенное  в непосредственной близости от диафрагмы  и направленное по касательной к  внутреннему диаметру, в трубу  подается сжатый воздух температуры  окружающей среды. При завихрении воздуха  в центре трубы создается разряжение и соответственно понижается температура. Холодный воздух с tх через отверстие диафрагмы выходит в охлаждаемую среду. Значительная часть кинетической энергии завихрения воздуха расходуется на трение в его внешних слоях, вследствие чего воздух в этих слоях нагревается.

      Нагретый  до температуры  воздух выходит в  окружающую среду через регулировочный дроссельный вентиль.

      Температура холодного и горячего потоков  воздуха зависит от конструкции  и параметров трубки, от начальных  параметров поступающего воздуха (его  влажности, температуры и давления), от соотношения масс потоков, регулируемых дроссельным вентилем. При работе вихревой трубки на сухом воздухе  с начальным давлением 0,5 мН/м², температурой 20^°С и массовой доле холодного потока 0,3-0,35 температура холодного потока может достигать 50^°С.

      Однако, низкая экономичность термодинамических  процессов, происходящих в вихревой трубке, вследствие их необратимости  и значительных потерь на трение, ограничивает практическую возможность использования  вихревого эффекта в бытовых  холодильниках.

      В настоящее время наибольшее распространение  в бытовой холодильной технике  получили так называемые паровые  холодильные машины (агрегаты) компрессионного  и абсорбционного действия. В качестве рабочего вещества в них используют жидкости, кипящие при отрицательных  температурах.

      Принцип действия основан на том, что теплота  охлаждаемой жидкости передается жидкому  хладагенту и расходуется на его  парообразование при отрицательной  температуре. Пары хладагента подаются в теплообменный аппарат, расположенный  в окружающей среде, где они отдают поглощенное тепло и превращаются в жидкость.

      Жидкий  хладагент вновь возвращается в  охлаждаемую среду и этот круговой процесс повторяется.

      Таким образом, в этих холодильных машинах  рабочее вещество не расходуется, а  только циркулирует в герметичной  системе, изменяя свое агрегатное состояние. Это позволяет получать необходимое  охлаждение в течение  длительного  времени при небольшом количестве рабочего вещества.

      Принципиальное  отличие компрессионных паровых  холодильных машин от абсорбционных  машин заключается в том, что во-первых циркуляция рабочего вещества осуществляется при работе компрессора, а во вторых вследствие процесса абсорбции и работы термонасоса.

      Все более широкое применение получает термоэлектрическое охлаждение, основанное на явлении Пельтье.

      Сущность  явления заключается в том, что  при пропускании постоянного  тока через цепь, состоящую из термоэлементов, одни спаи охлаждаются, поглощая тепло  из окружающей среды, а другие нагреваются, отдавая тепло окружающей среде.

      Таким образом, роль хладагента в термоэлектрическом холодильнике выполняет электрический  ток, который переносит тепло  от холодных спаев к горячим.

      Простота  процесса охлаждения, а соответственно, и конструкции термоэлектрических холодильников делают термоэлектрическое охлаждение весьма перспективным для  применения в быту.

Кроме перечисленных  способов искусственного охлаждения  имеются и другие способы, но они  не имеют практического применения в холодильниках бытового назначения.  
 

1.3.Классификация

     Современные бытовые холодильники и морозильники — это сложные бытовые приборы, работающие в специфических условиях — в жилых (кухонных) помещениях, поэтому к ним предъявляют высокие требования: функционирование в автоматическом режиме, пользователь, если и выполняет, то только простейшие операции по уходу за ними; минимальный уровень шума; высокий уровень надежности; полная безопасность функционирования; возможно малые габаритные размеры при определенной полезной вместимости, небольшая стоимость и малые эксплуатационные расходы.

     По  типу холодильной машины бытовые  холодильники бывают компрессорными (охлаждаемые компрессорной холодильной машиной), абсорбционными (охлаждаемыми абсорбционной холодильной машиной) и полупроводниковыми (охлаждаемые полупроводниковыми батареями), а морозильники — компрессорными и абсорбционными.

     Компрессорные холодильники составляют значительную долю в ассортименте бытовой холодильной техники — свыше 90 %.

     По  способу установки холодильники подразделяются на напольные, настенные и встроенные.

Напольные холодильники, устанавливаемые на полу помещения, являются самым массовым типом холодильников и в нашей стране и за рубежом. Среди них можно выделить модели, выполненные в виде столика; высота их такая же, как и кухонных столов — 850 мм, а сверху имеется изготовленная из специального вида пластика сервировочная поверхность для размещения кухонной утвари и продуктов. Настенные холодильники, подвешиваемые к стене помещения, не занимают площади пола, что важно для малогабаритных квартир

     Встроенные  холодильники — аппараты, входящие в конструкцию мебельного блока и заключенные в общую с ним оболочку. Блок может быть кухонным или гостиным, как, например, сервант и бар.

     По  климатическим условиям эксплуатации холодильники делятся на изделия исполнений У и Т. Первые холодильники предназначены для эксплуатации в районах с умеренным климатом, т. е. на территории, где средний из ежегодных абсолютных максимумов температуры воздуха не превышает 40° С, а средний из минимумов ниже —45° С. К районам с умеренным климатом относится большая часть территории Советского Союза и европейских стран. Изделия исполнения У, эксплуатируемые в жилых помещениях, должны обеспечивать требуемые параметры при температуре окружающего воздуха от 10 до 35° С. ГОСТ 16317—70 «Холодильники бытовые электрические» предусматривает более узкий диапазон значений климатических факторов: 16—32° С; предельное значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации* этим стандартом не оговаривается. Обычно для изделий исполнения У верхнее предельное значение принимается равным 40°С.

Холодильники  исполнения Т эксплуатируются в районах с тропическим климатом, к которым относятся Ближний и Средний Восток, Индия, Индонезия, Вьетнам, значительная часть Африки и Латинской Америки, Куба, юго-восток и дальний запад США и ряд других районов. В России холодильники в тропическом исполнении изготавливаются для экспорта в указанные страны. Для изделий исполнения Т, эксплуатируемых в жилых помещениях, предельные и рабочие значения температур окружающего воздуха совпадают: от 10 до 45°С; Международной организацией по стандартизации (ИСО) и СЭВ установлен температурный диапазон от 18 до 43°С. К холодильникам в тропическом исполнении предъявляются повышенные требования в отношении применяемых материалов, защитных покрытий, заземления, герметизации шкафа и проборов автоматики.

     По  функциональному признаку различают холодильники для хранения свежих продуктов и свежих и замороженных продуктов. Аппараты для хранения свежих продуктов не имеют низкотемпературного отделения. Они выпускаются в незначительном количестве в некоторых странах. Возможность хранения замороженных продуктов обеспечивается только в том случае, если в низкотемпературном, отделении поддерживается температура не выше —6°С; чем ниже температура в отделении, тем длительнее срок хранения.

В соответствии с международными и отечественными стандартами принято деление холодильников на три категории: для краткосрочного (несколько дней) хранения замороженных продуктов — температура не выше —6°С; для среднесрочного хранения (до двух недель) — температура не выше —12°С; для длительного хранения (до трех месяцев) — температура не выше —18°С. Соответственно маркируют холодильники одной, двумя или тремя звездочками. Модели с двумя и тремя звездочками называются двухтемпературными. В США, Канаде и Австралии маркировка звездочками не применяется. По стандартам этих стран двухтемпературные холодильники должны обеспечивать в низкотемпературном отделении температуру не выше  —15° С.

     По  конструктивному исполнению двухтемпературные холодильники бывают однокамерные, двухкамерные и многокамерные. В двухкамерных имеется теплоизоляционная перегородка между низкотемпературным и плюсовым отделениями; каждое отделение снабжено отдельной дверью. Многокамерные холодильники имеют для хранения различных продуктов несколько (по крайней мере три) камер с отдельными дверьми.

Циркуляция воздуха  в камерах может осуществляться естественным путем или с помощью вентилятора либо комбинированно: в низкотемпературной камере принудительным способом, а в плюсовой — естественным.

     Холодильники  с естественной циркуляцией воздуха  в камере могут иметь один (обычная конструкция) или два испарителя (конструкция с «плачущим» испарителем).

     В моделях с естественной циркуляцией  воздуха низкотемпературная камера расположена вверху; в холодильниках с принудительной циркуляцией она может быть размещена также внизу или рядом с плюсовой.

     Холодильники  различаются также по способу оттаивания испарителя: применяют оттаивание вручную, полуавтоматическое и автоматическое (частично или полностью). При первом способе потребитель сам определяет момент начала и окончания процесса, а также вручную удаляет талую воду. При полуавтоматическом — потребитель определяет только начало оттаивания, окончание процесса — автоматическое; талая вода удаляется вручную или автоматически через дренажную систему. Оттаивание является автоматическим в том случае, если управление процессом и удаление талой воды происходит без участия потребителя.