Теплоизоляцией заполняют все свободное пространство между стенками холодильной камеры и корпусом, а также между внутренней облицовочной накладкой и обечайкой двери. При плотно закрытой двери теплоизоляция значительно ограничивает теплопритоки в холодильную камеру. Для обеспечения плотного и герметичного закрывания двери по всему периметру внутренней облицовочной накладки устанавливается специальный эластичный уплотнитель в виде открытого баллона особого профиля. Необходимая плотность прилегания уплотнителя по всему периметру двери обеспечивается специальными механическими или магнитными затворами.

Холодильные агрегаты бытовых холодильников выполняют роль холодильных машин, т.е. служат для отвода тепла из холодильной камеры и передачи его в более теплую окружающую среду. Агрегат может быть демонтирован из шкафа и заменен другим, предназначенным для холодильников данного типа. Конструкции отдельных узлов и деталей холодильных агрегатов различных холодильников с одной холодильной камерой и дверцей могут несколько отличаться друг от друга.

Холодильный процесс осуществляется следующим образом. При работе мотор-компрессора жидкий хладагент из конденсатора по капиллярной трубке подается в испаритель. При этом давление и температура жидкого хладагента понижаются за счет ограниченной пропускной способности капиллярной трубки и охлаждения холодными парами хладагента, идущими навстречу по всасывающей трубке из испарителя. При температуре -10 -20 °С и давлении 01 ати жидкий хладагент в испарителе кипит, поглощая тепло из холодильной камеры. Чтобы обеспечить постоянное кипение хладагента в испарителе при определенном давлении, холодные пары его отсасываются компрессором через всасывающую трубку. При движении паров к компрессору температура их повышается за счет теплообмена с теплым жидким хладагентом, движущимся по капиллярной трубке, и окружающей средой. При входе в кожух мотор-компрессора температура паров равна примерно 15° С.

Так как температура обмоток электродвигателя и цилиндра компрессора значительно выше 15 °С, то они охлаждаются парами хладагента, что улучшает условия работы электродвигателя и компрессора в герметичном кожухе. Подогретые пары хладагента нагнетаются компрессором в конденсатор, который охлаждается воздухом окружающей среды. При этом давление паров повышается до 8-11 ати в зависимости от температуры окружающей среды. При таком давлении температура конденсации насыщенных паров хладагента становится выше температуры окружающего воздуха, поэтому в последних витках конденсатора пары хладагента превращаются в жидкость. Процесс конденсации паров сопровождается выделением тепла, которое отдается окружающему воздуху. Жидкий хладагент, имеющий температуру на 10-15 °С выше температуры окружающей среды, проходит через фильтр, совмещенный с осушительным патроном, и далее по капиллярной трубке вновь поступает в испаритель. Описанный круговой холодильный процесс работы агрегата повторяется пока работает мотор-компрессор.

Широкое распространение имеют двухкамерные холодильники с раздельным регулированием температурных режимов холодильной и морозильной камер. В этих холодильниках иногда применяют два автономных холодильных агрегата для обеих камер. Однако чаще используют один холодильный агрегат с одним общим компрессором, но с двумя испарителями. Испарители могут соединяться последовательно и параллельно. Верхний испаритель коробчатой формы предназначается для охлаждения морозильной камеры, а нижний плоский - для холодильной. Принцип работы такого холодильного агрегата ничем не отличается от вышеописанного.

По расположению мотор-компрессора в шкафу холодильника различают компрессионные холодильные агрегаты верхнего и нижнего расположения. Агрегаты верхнего расположения конструктивно выполняются более компактно, но с точки зрения общей компоновки в напольных холодильниках они неудобны. Поэтому агрегаты с верхним расположением мотор-компрессора применяются в настенных холодильниках.

Агрегаты с нижним расположением мотор-компрессора, хотя и уступают первым по компактности, в напольных холодильниках обеспечивают уменьшение габаритов шкафа и более удобную компоновку холодильной камеры.

Условия длительной эксплуатации бытовых холодильников и специфические свойства хладагента налагают на конструкцию и изготовление компрессионного холодильного агрегата определенные требования. Основными из этих требований являются: надежная герметичность, отсутствие в системе агрегата воздуха, воды и механических примесей (загрязнений).

Необходимость надежной герметичности агрегата вызывается длительным сроком эксплуатации холодильника, а также следующим обстоятельством. Компрессионные холодильные агрегаты бытовых холодильников заполняются сравнительно небольшим количеством (140400 г.) фреона-12. Поэтому даже незначительная утечка фреона существенно сказывается на холодопроизводительности и экономичности агрегата. Кроме того, фреон-12 способен проникать через мельчайшие поры в металле.

Надежная герметичность холодильного агрегата обеспечивается тщательным изготовлением отдельных его деталей и узлов, плотным неразъемным соединением их сваркой или твердой пайкой, а также тщательным контролем. Контроль герметичности холодильного агрегата при изготовлении или ремонте осуществляется многократно и различными способами. Предварительная проверка герметичности отдельных узлов и собранного агрегата осуществляется обычно методом опрессовки. В проверяемый узел или агрегат нагнетают сухой воздух или азот под давлением 1018 ати. Затем узел погружают в ванну с водой и по выходящим пузырькам определяют места неплотности, которые чаще всего бывают в соединениях. Окончательно герметичность холодильного агрегата проверяют после заправки его маслом и фреоном. Для этого используют специальный электронный течеискателъ, обнаруживающий утечку фреона до 0,5 г в год.

Наличие воздуха в агрегате резко ухудшает его работу. Неконденсируемый воздух на выходе конденсатора перед капиллярной трубкой создает воздушную пробку, которая препятствует поступлению жидкого фреона в испаритель. Вследствие этого повышается давление в системе агрегата, что влечет за собой увеличение потребляемой мощности и расхода электроэнергии. Наличие воздуха в агрегате приводит также к нежелательному окислению масла и коррозии металлических частей.

Наличие в холодильном агрегате воды даже в самых малых количествах (15-20 мг) может серьезно нарушить его работу или вывести из строя. Вследствие плохой растворимости воды во фреоне она может замерзнуть в капиллярной трубке и прекратить поступление фреона в испаритель. Кроме того, вода вызывает порчу масла, коррозию деталей агрегата, особенно клапанов компрессора, разложение изоляции обмоток электродвигателя, засорение фильтра и т.п. Влагу из агрегата при изготовлении или ремонте удаляют путем тщательной сушки как масла и фреона, так и всего собранного агрегата. Перед сушкой все узлы агрегата обезжиривают, так как оставшееся на поверхности деталей масло при температуре свыше 100° С пригорает, образуя прочную пленку.

Сушат холодильные агрегаты в специальных сушильных шкафах, продувая сухим воздухом. При этом вода, попавшая в агрегат, превращается в пар, который затем удаляется сухим горячим воздухом и вакуумированием.

Механические примеси, попавшие в агрегат извне или образовавшиеся в нем, могут засорить капиллярную трубку и нарушить тем самым нормальную циркуляцию хладагента. Вредное влияние попавших в холодильный агрегат влаги и механических примесей устраняется осушительным патроном и фильтром.

Надежность и долговечность работы компрессионного холодильного агрегата во многом зависит от обеспечения указанных требований. Поэтому изготовление компрессионных холодильных агрегатов требует высокой технической культуры производства.

Техническая характеристика определяет конструктивное качество, экономичность холодильника и позволяет правильно оценить его технические достоинства и недостатки по сравнению с другими холодильниками. Техническая характеристика включает в себя температурные, конструктивные и энергетические показатели. К основным температурным показателям бытовых компрессионных холодильников относятся: средняя температура в камере охлаждения и средняя температура в морозильной камере (отделении).

Средняя температура в камере охлаждения, как и остальные температурные показатели, лимитируется в зависимости от климатических условий эксплуатации холодильника.

Средняя температура в морозильном отделении однокамерного холодильника, как и температура в морозильной камере двухкамерного холодильника, с достаточной точностью может быть определена значением температуры в геометрическом центре отделения или камеры.

К основным конструктивным показателям бытовых холодильников относятся: коэффициент использования объема шкафа, коэффициент использования емкости холодильника, суммарная площадь полок, коэффициент использования занимаемой холодильником площади пола и приведенный вес.

Коэффициент использования объема шкафа Кш определяется отношением емкости холодильника V к объему шкафа Vш, определяемому его габаритными размерами.

Величина Кш зависит от компоновки холодильника и толщины теплоизоляции. Обычно машинное отделение (холодильный агрегат) занимает 15-30% объема шкафа, в зависимости от расположения мотор-компрессора и емкости холодильника. При расположении мотор-компрессора в нише шкафа со стороны задней стенки величина Кш увеличивается, однако низкое расположение дна камеры охлаждения создает некоторое неудобство при пользовании холодильником. Объем, занимаемый стенками шкафа, зависит от применяемого теплоизоляционного материала. Если теплоизоляция изготовлена из минерального войлока, то объем ее занимает до 40% объема шкафа. Пенополиуретановая теплоизоляция занимает лишь до 15% объема шкафа.

Коэффициент использования емкости холодильника Кх определяется отношением его полезной емкости Vп к полной емкости холодильной камеры V, определяемой ее габаритными размерами.

Величина Кх зависит от формы и расположения испарителя, количества и размеров полок, а также специальных сосудов. Коэффициент использования емкости холодильника составляет 0,85-0,95.

Суммарная площадь полок при одинаковой емкости холодильников определяет возможную степень использования полезной емкости. В суммарную площадь полок включают площадь дна камеры и площади полок дверной панели, но не включают площади полок, высота пространства над которыми менее 10 см в холодильной камере и менее 5 см в дверной панели.

К энергетическим показателям бытовых холодильников относятся: коэффициент рабочего времени, средняя потребляемая мощность, расход электроэнергии, удельная холодопроизводительность и удельные теплопритоки.

Коэффициент рабочего времени определяется отношением рабочего времени в цикле Тр к полному времени цикла Тц, включающему работу и простой холодильного агрегата. Продолжительность (время) цикла при номинальном температурном режиме работы в большинстве холодильников составляет 8-12 мин, т.е. 5-8 циклов в час. Такая периодичность циклов устанавливается, исходя из обеспечения требуемой надежности и долговечности бытовых холодильников.

Потребляемая мощность электродвигателем зависит от типа примененного в холодильнике электродвигателя и компрессора. При цикличной работе холодильного агрегата потребляемая мощность изменяется в течение каждого рабочего периода цикла в зависимости от изменения нагрузки на компрессор, т.е. от соотношения давлений всасывания Рвс и нагнетания Рн. соотношении давлений несколько снижается. Снижение это составляет примерно 10-20% в зависимости от продолжительности рабочего периода цикла.

Средняя потребляемая мощность увеличивается с повышением напряжения питающей сети. Она также увеличивается на 10-15% при повороте ручки терморегулятора из крайнего правого положения «Холод» в крайнее левое положение «Вкл» при неизменной температуре наружного воздуха. Это противоречивое, на первый взгляд, обстоятельство объясняется тем, что с повышением температуры и интенсивности кипения хладагента в испарителе коэффициент подачи компрессора (нагрузка) увеличивается.

Расход электроэнергии является основным показателем экономичности работы холодильника. В паспортных данных бытовых холодильников обычно указывается величина номинального расхода электроэнергии при номинальном температурном режиме. С повышением температуры наружного воздуха и понижением температуры в камере охлаждения увеличивается коэффициент рабочего времени и соответственно расход электроэнергии.

Основным показателем надежности бытовых холодильников является параметр потока отказов. Для наиболее распространенных компрессионных холодильников параметр потока отказов должен составлять не более 0,05, т.е. 5% за год в течение гарантийного срока. Эта высокая цифра получена путем статистической обработки фактических данных. Отказы компрессионных холодильников, работающих циклично, вызываются чаще всего неисправностями элементов автоматики (терморегуляторов и пускозащитных реле), поскольку они имеют большое число срабатываний (включений и выключении). Так, при четырех циклах работы компрессора в час терморегулятор и пусковое реле за 15 лет работы срабатывают более 500 000 раз. Эта величина и определяет требуемую долговечность.

Долговечность бытового холодильника определяется суммарным временем его работы при нормальном режиме и условиях эксплуатации без существенного снижения основных параметров с учетом всех экономически оправданных ремонтов. Основной рабочей группой компрессионных холодильников является холодильный агрегат, который с целью увеличения срока службы холодильника работает циклично. Поэтому долговечность холодильного агрегата при среднем значении времени работы в цикле 0,4, исходя из срока службы холодильника 15 лет, должна быть не менее 50 000 ч.

Бытовой холодильник практически находится в непрерывном пользовании, поэтому и долговечность его определяется общим временем эксплуатации, т.е. установленным сроком службы 15-20 лет.

Основную роль в повышении надежности и долговечности бытовых холодильников призваны играть конструкторы и технологи производства, которые должны обеспечить рациональное конструктивное решение быстроизнашивающихся элементов и качественное их изготовление.

Объем и стоимость ремонтных работ характеризуют затраты на ремонт холодильников в течение всего срока службы. На бытовые холодильники не распространяется система планово-предупредительного ремонта (как на оборудование предприятий), поэтому они ремонтируются внепланово после каждого отказа в работе. Количество и степень тяжести отказов зависят от типа холодильника (компрессионный или абсорбционный), условий его эксплуатации, качества изготовления и произведенного ремонта. Ремонт компрессионных холодильников более дорогой, чем абсорбционных, так как требует применения большого количества разнообразного оборудования и высокой квалификации мастеров-ремонтников.

Безопасность использования является важным требованием, предъявляемым к бытовым холодильникам. Так как в бытовом холодильнике хранятся пищевые продукты, то материалы, из которых он изготовлен, и покрытия, соприкасающиеся с продуктами, должны быть устойчивы к влаге, не токсичны, не должны передавать запахи продуктам. Кроме того, все материалы должны быть разрешены для использования в производстве Санитарно-эпидемиологической службой Министерства здравоохранения. Конструкция камер и полок холодильника должна быть удобной для мойки. Холодильная камера емкостью 100 л и выше должна быть хорошо освещена защищенной от возможных ударов электролампой. Дверь холодильника должна легко открываться толчком изнутри и запираться так, чтобы дети не могли ее открыть. Холодильные агрегаты компрессионных и особенно абсорбционных холодильников, заполняемых вредным хладагентом, должны быть герметичными и не иметь разъемных соединений.

Бытовые холодильники должны быть электробезопасными. Все токоведущие части должны быть надежно защищены от случайного прикосновения, изоляция проводов должна иметь сопротивление не менее 10 МОм и выдерживать без пробоя напряжение 1500 В в течение 1 мин.

Абсорбционные холодильные машины, как и компрессионные, относятся к паровым, поскольку процесс охлаждения в них осуществляется за счет парообразования хладагента при его кипении в испарителе.

В абсорбционных холодильниках в отличие от компрессионных круговой процесс осуществляется не одним рабочим веществом, а рабочей смесью веществ (раствором). Одним компонентом раствора является хладагент, другим - поглотитель (абсорбент). Причем, эти компоненты при одном и том же давлении имеют значительную разницу в температурах кипения. Крепкий раствор хладагента в абсорбенте за счет какого-либо источника тепла выпаривается. Концентрированные пары хладагента конденсируются и подаются в испаритель, а образовавшийся после выпаривания слабый раствор поступает в абсорбер. Образующиеся в испарителе пары хладагента также поступают в абсорбер, где они поглощаются (абсорбируются) слабым раствором. Образовавшийся в абсорбере крепкий раствор термонасосом подается в кипятильник. Таким образом, в малых абсорбционных холодильниках круговой процесс осуществляется, как правило, за счет тепловой энергии, а не механической, как в компрессионных. Различают абсорбционные холодильники периодического и непрерывного действия.

В работе абсорбционных холодильников периодического действия различают два периода: период зарядки и период разрядки (рабочий). В эти два различные по продолжительности периода происходят противоположные по характеру процессы, которые вместе образуют (замкнутый) круговой холодильный цикл.

В период зарядки холодильника к крепкому раствору подводится тепло Qв, под действием которого происходит процесс выпаривания концентрированного хладагента. При этом концентрированный хладагент (пары раствора с очень малым содержанием поглотителя) образуется за счет значительной разницы в температурах кипения хладагента и поглотителя. Концентрированные пары хладагента поступают в промежуточный сосуд, где они охлаждаются холодной водой, налитой во внутренний сосуд, и конденсируются. Когда крепкий раствор почти весь выпарится, источник тепла от него отводится, а когда концентрированные пары хладагента сконденсируются в промежуточном сосуде, охлаждающая вода из внутреннего сосуда сливается. На этом период зарядки абсорбционного холодильника заканчивается. Внутренний сосуд наполняется продуктами, подлежащими хранению в охлажденном состоянии, и с этого времени начинается второй - рабочий период. В рабочий период концентрированный жидкий хладагент постепенно испаряется за счет тепла, поглощаемого из внутреннего сосуда. При этом температура во внутреннем сосуде понижается до определенного уровня, зависящего от количества теплопритоков во внутренний сосуд и от температуры кипения концентрированного хладагента.

Образующиеся в процессе постепенного испарения пары концентрированного хладагента поступают во внешний сосуд, где они поглощаются слабым раствором. Процесс абсорбции продолжается до тех пор, пока весь жидкий хладагент испарится, а раствор опять станет крепким. По продолжительности рабочий период (разрядка) абсорбционного холодильника длится в 8-10 раз больше периода зарядки.

Значительно большее распространение в быту получили абсорбционные холодильники непрерывного действия. Принцип работы их заключается в следующем.

Крепкий раствор постоянно нагревается до температуры кипения каким-либо источником тепла (электрическим, газовым и др.). Так как температура кипения хладагента значительно ниже температуры кипения растворителя (абсорбента), то в процессе выпаривания крепкого раствора из кипятильника выходят концентрированные пары хладагента (с небольшим количеством растворителя). На пути движения к конденсатору концентрированные пары хладагента проходят специальный теплообменный аппарат, называемый дефлегматором. В дефлегматоре происходит частичная конденсация концентрированных паров. При этом образовавшийся конденсат стекает в слабый раствор, выходящий из кипятильника, а более чистые от растворителя (более концентрированные) пары хладагента поступают в конденсатор. Высококонцентрированный жидкий хладагент из конденсатора поступает в испаритель, где он закипает при отрицательной температуре, отбирая тепло из холодильной камеры. Слабый раствор из кипятильника поступает в абсорбер, где он охлаждается окружающей средой до температуры начала абсорбции. Выходящие из испарителя пары хладагента также поступают в абсорбер, навстречу движущемуся охлажденному слабому раствору. В абсорбере происходит процесс поглощения (абсорбции) паров хладагента слабым раствором. При этом выделяется некоторое количество теплоты абсорбции (смешения) в окружающую среду. Образовавшийся в абсорбере крепкий раствор с помощью термонасоса подается в кипятильник.

Такая циркуляция раствора и хладагента осуществляется непрерывно, пока работает кипятильник и термонасос, обогреваемые одним источником тепла.

Таким образом, в абсорбционном холодильном аппарате непрерывного действия роль всасывающей части механического компрессора выполняется абсорбером, а нагнетательной - термонасосом.

Для повышения эффективности холодильного цикла абсорбционной холодильной машины используют также теплообменники, жидкостные и паровые, которые сокращают непроизводительные потери тепла.

Значения конструктивных показателей абсорбционных холодильников немногим отличаются от компрессионных. Так, коэффициенты использования шкафа и полезной емкости камеры у абсорбционных холодильников, за счет большего объема холодильного аппарата, несколько больше, чем у компрессионных. Удельные теплопритоки, или теплопроводность шкафа, характеризующая качество теплоизоляции, у абсорбционных холодильников обычно несколько меньшая, чем у компрессионных. Это объясняется меньшей холодопроизводительностью абсорбционных холодильников.

Абсорбционные холодильники имеют ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с компрессионными, к их числу прежде всего относятся:

– отсутствие подвижных частей и, следовательно, более высокая надежность и долговечность;

– отсутствие в холодильном аппарате разнородных и дорогих материалов, а, следовательно, более высокая технологичность и меньшая стоимость;

– бесшумность в работе и возможность использования дешевых источников тепловой энергии вместо электрической;

– высокая работоспособность в условиях повышенной температуры наружного воздуха (в районах тропического климата) и др.

Перечисленные достоинства и повышенные энергетические показатели абсорбционных холодильников говорят о том, что они вполне могут конкурировать с компрессионными холодильниками.

Развитие холодильной промышленности, являющейся незаменимым звеном в современной цепи производства продуктов питания (а также во многих других областях современной деятельности человека), было обусловлено изобретением и разработкой в 30-х годах безопасных жидких хладагентов, представлявших собой галогенизированные углероды. В то время эти вещества были восприняты с большим энтузиазмом как чудо науки, поскольку они химически инертны, не горючи (некоторые из них используются даже в качестве средств пожаротушения) малотоксичны и эффективны как хладагенты.

Список использованных источников

1. В.Е. Сыцко, М.Н. Миклушова. Товароведение непродовольственных товаров. Мн.: Вышэйшая школа, - 1999 г.

2. Н.П. Косарева, Г.А. Демидова и др. Товароведение непродовольственных товаров. М.: Экономика, - 1986 г.

3. Х. Крузе. Экономия энергии при использовании углеводородов в качестве хладагентов. Перевод ТПП РБ №4138/10, - 1996 г.

4. А.М. Петров, Б.Е. Фишман. Бытовые машины и приборы. М., - 1973 г.

5. Г. Галозан. Развитие хладагентов. Словакия, - 1995 г.

6. И.М. Мазурин. Рециклирование хладагентов - основное условие их перспективы. М., - 1996 г.

7. Х. Йоргенсен. Опыт по использованию углеводов в бытовых холодильниках и морозильных камерах. Перевод ТПП РБ №4138/9, - 1996 г.

Страницы: 1, 2