Эксплуатация и ремонт компрессионного холодильника

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Аналитическая часть

1.1 Назначение и устройство бытовых холодильников

Бытовые холодильники предназначены для кратковременного хранения скоропортящихся пищевых продуктов, пищевых полуфабрикатов и готовых блюд в охлажденном виде, а при наличии морозильного отделения замороженных продуктов.

Холодильник представляет собой шкаф, внутри которого находится холодильная камера с полками для пищевых продуктов. В машинном отсеке шкафа расположен холодильный агрегат. Камера ограждена от наружных стенок шкафа слоем теплоизоляции. Спереди камера закрыта дверью. Между двойными стенками двери также имеется теплоизоляция. Теплоизоляция, ограждающая со всех сторон холодильную камеру, препятствует проникновению тепла в нее извне. Чтобы не было щелей в дверном проеме, к внутренней стенке двери прикреплен уплотнитель, который при закрытой двери плотно прижимается к передней плоскости шкафа по всему периметру. Дверь шкафа в закрытом положении удерживается затвором.

В холодильной камере, обычно в ее верхней части, находится испаритель холодильного агрегата. Так как теплые слои воздуха поднимаются вверх, такое положение испарителя создает хорошую естественную конвекцию воздуха в камере и способствует относительно равномерному охлаждению камеры.

Испаритель в холодильниках используют для хранения замороженных продуктов. Спереди он обычно закрыт дверкой, а сзади -- глухой стенкой и представляет собой морозильное (низкотемпературное) отделение, в котором всегда поддерживается минусовая температура.

Продукты, подлежащие охлаждению, укладывают на полки или в сосуды. Для удобства полки делают съемными. Независимо от конструкции все полки должны быть решетчатыми, чтобы они не препятствовали циркуляции воздуха в камере.

Верхнюю полку обычно располагают на таком расстоянии от потолка камеры, чтобы на ней можно было поставить высокую посуду или бутылки. Благодаря конструкции внутренней камеры в холодильниках полки можно переставлять по высоте, что очень удобно для размещения разной посуды с приготовленной пищей. В двухкамерных холодильниках, а также в холодильниках больших емкостей часто делают поворотные или вращающиеся полки. Это облегчает укладку продуктов.

Удобны полки на внутренней стенке (панели) двери шкафа. Они предназначены для бутылок с молоком и напитками, для хранения яиц и других пищевых продуктов в упаковке небольших габаритов.

Влага, выделяемая из продуктов, а также из теплого воздуха, поступающего в камеру при открываниях двери шкафа и через имеющиеся неплотности, оседает на холодных стенках испарителя в виде снежного покрова. Такая своеобразная снеговая шуба ухудшает отвод тепла испарителем и ее необходимо систематически удалять. Для сбора талой воды, стекающей со стенок испарителя при удалении снежного покрова, имеется специальный поддон. При больших размерах испарителя, расположенного во всю ширину камеры, поддон часто делают с откидной заслонкой или окном, которое закрывают только на время оттаивания снежного покрова. Снежный покров удаляют с испарителя различными способами: естественным отеплением испарителя при выключенном холодильном агрегате, полуавтоматически при помощи терморегулятора, автоматически.

Некоторые модели холодильников имеют терморегуляторы, при помощи которых в камере поддерживается требуемая температура. Когда при работе холодильного агрегата в камере понизится температура до предельно допустимой, терморегулятор автоматически отключит двигатель компрессора, а при повышении температуры вновь включит его. Такую работу холодильного агрегата с периодическими выключениями называют цикличной.

Во всех холодильниках емкостью более 100 л имеется освещение в камере. Сопротивление электрической изоляции холодильника между токопроводящими частями и корпусом холодильника должно быть не менее 10 МОм при испытательном напряжении 500 В.

На рисунке 1.1 представлено устройство бытового холодильника.

Рисунок 1.1 - Устройство бытового холодильника

1.2 Классификация бытовой холодильной техники

На рисунке 1.2 приведена классификация бытовых холодильников по различным признакам.



Рисунок 1.2 - Классификация холодильников

В бытовых холодильниках применяют паровые агрегаты двух типов: компрессионные и абсорбционные. Агрегаты отличаются по своему устройству.

В компрессионных холодильных агрегатах циркуляция хладагента и сжатие его паров для конденсации осуществляются компрессором, который приводится в действие электродвигателем. В абсорбционных холодильных агрегатах хладагент циркулирует за счет тепловой энергии, выделяемой при сжигании подводимого топлива или электронагреве.

Так как температура кипения жидкостей зависит от давления насыщающих паров и с понижением давления жидкости кипят при более низких температурах, в испарителе создается пониженное давление.

В быту наибольшее распространение получили компрессионные холодильники. Они имеют высокие эксплуатационные качества и надежны в работе, выделяются экономичным расходом электроэнергии и достаточно низким уровнем шума. Абсорбционные холодильники потребляют больше электроэнергии, чем компрессионные, и имеют сравнительно небольшую холодопроизводительность. В то же время абсорбционные холодильники надежны в работе, бесшумны, технологически менее сложны в производстве и дешевле компрессионных.

В зависимости от типа холодильного агрегата, типа шкафа и емкости холодильной камеры принято условное обозначение отечественных холодильников: А-абсорбционные, К-компрессионные, Ш-напольный, Н-настенный, В-встроенный.

Например, КШ-200 - компрессионный напольный холодильник объемом 200 дм3; АВ-100 - абсорбционный встроенный объемом 100 дм3.

По условиям эксплуатации холодильники разделяют на два класса: нормальные, предназначенные для эксплуатации в умеренном климате и тропические.

Холодильники различают также по температуре в морозильном отделении или в морозильной камере, и маркируют одной, двумя или тремя звездочками. Такая маркировка характеризует сроки возможного хранения замороженных продуктов в данном холодильнике (морозильнике).

Холодильники нормального класса рассчитаны на работу в условиях температуры окружающего воздуха 16...32°С и влажности до 70%. При более высокой температуре их эксплуатационные показатели значительно ухудшаются. Холодильники нормального класса маркируют буквой Н (маркировка холодильников нормального класса не обязательна).

Холодильники тропического класса предназначены для работы в условиях влажного тропического климата при температуре окружающего воздуха 18...43°С. Их изготовляют с усиленным теплоизоляционным ограждением холодильной камеры и повышенной защитой от коррозии отдельных частей. Применяемый холодильный агрегат имеет относительно большую холодопроизводительность. Холодильники тропического класса маркируют буквой Т.

Наиболее распространены однокамерные напольные холодильники. Они имеют форму вертикального шкафа, габариты которого зависят от внутреннего объема (емкости холодильной камеры), размеров машинного отсека и примененной теплоизоляции. Внутренний объем однокамерного холодильника не превышает 400 дм3. При большем внутреннем объеме холодильник становится неудобным для размещения в квартире. Машинный отсек для мотор-компрессора обычно делают в нижней части шкафа. У абсорбционных холодильников машинный отсек находится сзади. Форма шкафа и его внешнее оформление зависят от эстетических требований, что диктуется существующей модой и стилем кухонной и столовой мебели, а также применением прогрессивной технологии производства холодильных шкафов. Так, продолжительное время господствовала обтекаемая форма шкафа с большими радиусами и плавными переходами, а также выпуклой поверхностью двери. Внешнее и внутреннее оформление отличалось достаточной скромностью и отсутствием излишеств. Позднее шкаф стал более строгой прямоугольной формы и благодаря применению пластических материалов и анодированного алюминия, оформление холодильника стало более комфортным. Некоторые модели холодильников оформлены под мебель и вполне гармонируют со столовой мебелью. Хорошо вписываются в кухонный интерьер небольшие холодильные шкафы высотой 850 мм с верхним настилом из слоистого пластика.

Настенные холодильники отличаются горизонтальной формой шкафа и относительно небольшими габаритами, что связано с ограниченными возможностями их размещения в кухне. Высота шкафа настенного холодильника не превышает 1 м, а глубина 500 мм. Настенные холодильники делают с одно- или двухстворчатыми дверьми. В первом случае дверь открывается вверх и имеет устройство, удерживающее ее в любом открытом положении. На внутренней стенке (панели) двухстворчатой двери делают полочки для размещения продуктов, так же как в напольных холодильниках. Внутренний объем настенных холодильников не превышает 200 дм3.

Встроенные холодильники не имеют широкого распространения и отличаются разнообразным оформлением в зависимости от того, куда он встроен. При совмещении с газовой плитой обычно применяют абсорбционный холодильный агрегат с газовым подогревом.

Настольные холодильники самые малые по габаритам и емкости камеры выпускают с абсорбционным и реже с полупроводниковым (термоэлектрическим) охлаждением. Применять в настольных холодильниках компрессионные агрегаты экономически нецелесообразно.

Низкотемпературные холодильники (морозильники) выпускают шкафного типа и в виде сундука с крышкой, открывающейся вверх. Морозильники сундучного типа занимают большую площадь по сравнению со шкафными, однако их преимущество заключается в том, что при открывании крышки в их камеру поступает меньше внешнего тепла. Учитывая, что в морозильниках поддерживается низкая минусовая температура, а количество притоков внешнего тепла пропорционально разности температур между окружающей средой и воздухом в камере, снижение притока внешнего тепла в камеру является весьма существенным. Это способствует более экономичной работе холодильного агрегата, а также более медленному обмерзанию стенок испарителя. В низкотемпературных холодильниках шкафного типа испаритель часто делают в виде змеевика, встроенного в полки, поэтому каждая полка в камере активно охлаждается.

Двухкамерные холодильники имеют в одном шкафу две камеры с различными температурными режимами: низкотемпературную (морозильную) камеру для хранения замороженных продуктов и высокотемпературную камеру для хранения продуктов в охлажденном виде.

Каждая камера имеет свою дверь. Охлаждение обеих камер обеспечивается одним холодильным агрегатом, имеющим один или два испарителя в зависимости от системы охлаждения высокотемпературной камеры. При наличии двух испарителей обе камеры полностью изолированы друг от друга теплоизоляционной перегородкой. Низкотемпературная камера охлаждается испарителем, стенки которого являются стенками самой камеры (аналогично устроено морозильное отделение в однокамерном холодильнике). Высокотемпературная камера охлаждается отдельным испарителем, не предназначенным для укладки на него продуктов (он обычно закреплен на потолке или задней стенке камеры).

Большое распространение получили двухкамерные холодильники, у которых обе камеры охлаждаются одним испарителем с принудительной циркуляцией воздуха в камерах при помощи вентиляторов. Такой испаритель принято называть воздухоохладителем. У таких холодильников обе камеры разделены теплоизоляционной перегородкой, однако они соединяются между собой воздушными (одним или двумя) каналами. Испаритель с небольшим бесшумно работающим вентилятором находится в низкотемпературной камере (обычно на задней стенке) и закрыт решеткой, не препятствующей доступу воздуха к испарителю и ограждающей вентилятор.

Существуют две схемы подачи холодного воздуха в высокотемпературную камеру. В одних холодильниках холодный воздух подается вентилятором воздухоохладителя, в других -- отдельным вентилятором (одним или двумя), расположенным в воздушном канале между камерами. У многих холодильников поступление холодного воздуха в высокотемпературную камеру регулируют заслонкой или терморегулятором, который реагирует на изменение температуры воздуха в высокотемпературной камере.

Расположение камер в шкафу определяется соотношением емкостей каждой камеры. При относительно небольшой емкости морозильной камеры ее располагают вверху. Если обе камеры равны по объему, то морозильную камеру помещают внизу. Это более удобно для пользования высокотемпературной камерой, дверь которой открывают значительно чаще, чем низкотемпературной. Иногда низкотемпературную камеру, расположенную внизу, делают выдвижной.

Двухкамерные холодильники большой емкости бывают в виде шкафа с боковым расположением обеих камер и с дверьми, открывающимися в разные стороны независимо друг от друга. Доступ к таким камерам одинаков.

На рисунке 1.3 изображены холодильники различных типов.

Рисунок 1.3 - Типы бытовых холодильников

а) напольный шкаф обтекаемой формы; б) напольный прямоугольный шкаф; в) настенный холодильник; г) встроенный; д) морозильник сундучного типа; е) двухкамерный.

1.3 Технические характеристики бытовых холодильников

Параметры - величины, характеризующие холодильник и принимаемые как основные показатели этого устройства. Главные параметры обычно указывают в технической характеристике или паспорте устройства. Сопоставляя отдельные величины параметров аналогичных устройств, можно судить о техническом совершенстве холодильника, имеющихся преимуществах и недостатках и т.п.

Главные параметры бытового холодильника:

- общий и полезный внутренний объем;

- объем низкотемпературного (морозильного) отделения;

- общая площадь полок;

- температура в морозильном (низкотемпературном) отделении;

- потребляемая мощность;

- среднесуточный расход электроэнергии;

- уровень шума.

Кроме главных параметров, в технической характеристике холодильника указываются также его габаритные размеры, масса и напряжение. Имеются и другие технические показатели: одни из них относятся к параметрам, характеризующим технический уровень холодильника, другие являются эксплуатационными показателями.

В таблице 1.1 приведены размеры холодильников.

Таблица 1.1 - Размеры холодильников

Параметры	Характеристики
Напольные холодильники
Ширина, мм	470; 550; 560; 570 580; 590
Глубина холодильника в виде стола (размер указан для крышки стола), мм	600
Высота холодильника в виде шкафа, мм	1750
Высота холодильника в виде стола, мм	850
Блочно-встраиваемые холодильники
Ширина, мм	550
Глубина холодильника в виде шкафа, мм	590
Высота, мм	950 или 1350
Высота холодильников, устанавливаемых под общую рабочую поверхность напольного оборудования кухни, не более, мм	820

Под общим внутренним объемом холодильника понимается геометрический объем холодильной камеры, определяемый произведением ее размеров по высоте, ширине и глубине. Глубиной камеры принято считать расстояние от задней стенки до внутренней панели двери, высотой -- расстояние между потолком и полом, шириной -- расстояние между боковыми стенками. В общий объем холодильной камеры входит также объем морозильного отделения. Общий объем холодильных камер встраиваемых напольных холодильников, дм3: 60, 80, 100, 120, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 350, 400, 450, 500.

Под полезным внутренним объемом понимается объем холодильной камеры, который можно использовать для размещения продуктов. Полезный внутренний объем обычно меньше общего объема примерно на 5-10%. Внутренний объем измеряется в кубических дециметрах (дм3). Если вместимость холодильника характеризуют емкостью холодильной камеры, то ее величину выражают в литрах (1 л = 1 дм3).

Объем низкотемпературного отделения входит в общий объем холодильной камеры, указывается как отдельный параметр холодильника. Величина этого параметра дает возможность определить примерное количество продуктов, которое можно хранить в замороженном виде. Объем низкотемпературного отделения измеряется в кубических дециметрах или литрах.

Вместимость холодильника зависит от общей площади полок, на которых могут быть уложены продукты. С увеличением внутреннего объема холодильников общая площадь полок увеличивается пропорционально, однако у холодильников разных моделей (при одинаковой емкости) общая площадь полок может быть различной. Зависит это от архитектурного оформления холодильной камеры и компоновки в ней всех принадлежностей, а также от некоторых других конструкторских решений (количества полок, расположения терморегулятора и лампочки, количества сосудов и пр.). Общая площадь полок измеряется в квадратных метрах (м2). Высота напольных холодильников, мм: 820, 850, 1035, 1385, 1435, 1750.

Пищевые продукты в охлажденном виде хранят кратковременно и при определенной температуре 2-8 С. Такая температура обеспечивается в холодильных камерах всех бытовых холодильников независимо от их вместимости, типа холодильного агрегата и других различий в устройстве.

Продолжительность хранения замороженных продуктов может быть различной. Чем более продолжительный срок должны храниться продукты, тем должна быть более низкая температура.

В холодильниках старых моделей возможности хранения замороженных продуктов ограничены, прежде всего, небольшими размерами испарителей. В таких холодильниках при понижении температуры в морозильных отделениях значительно понижается температура в холодильной камере.

По таблице 1.2 можно увидеть, что в современных холодильниках морозильные отделения достаточно вместительны. Температурные условия позволяют одновременно хранить охлажденные и замороженные продукты.

Таблица 1.2 - Минимальный объем морозильного отделения холодильников от общего объема холодильной камеры

Холодильники, объем, дм3	Минимальный объем морозильного отделения, %%%
до 180л	7л
180...300л	9л
Свыше 300л	10л

Однако температура в морозильных отделениях разных холодильников может существенно отличаться, поэтому данные о ней являются одним из главных параметров современного холодильника.

Температурный режим в морозильном отделении холодильника можно определить по маркировке. В таблице 1.3 приведена маркировка в виде соответствующего количества снежинок (обычно на дверке морозильного отделения).

В холодильниках, не имеющих указанной маркировки, сроки хранения замороженных продуктов в морозильном отделении не гарантируются.

Таблица 1.3 - Температурный режим в морозильном отделении

Температура в морозильном отделении, °С	Маркировка	Срок хранения продуктов, не более
-6	*	трех дней
-12	**	трех недель
-18	***	трех месяцев

Маркировка морозильного отделения не означает, что вышеуказанная температура поддерживается в нем все время. Она определяет возможность получения указанной температуры (обычно при работе холодильника в режиме наибольшего холода) при одновременном поддержании в камере температуры не ниже 0°С.

Нагрузку на электросеть данным энергопотребителем определяет потребляемая мощность. Зная величину потребляемой мощности и фактическую продолжительность работы энергопотребителя в часах, нетрудно определить количество расходуемой им электроэнергии.

У абсорбционных холодильников электрическая мощность потребляется электронагревателем. У компрессионных -- двигателем компрессора. У холодильников с автоматическим оттаиванием испарителей, имеющих вентиляторы, а также нагревательные устройства, дополнительно расходуется мощность на работу этих энергопотребителей.

Мощность электронагревателей у разных абсорбционных холодильников от 50 до 140 Вт. При этом почти у всех холодильников применены двух и трехсекционные нагреватели, мощность которых можно изменять.

Потребляемая мощность двигателей у разных компрессионных холодильников от 80 до 250 Вт в зависимости от объема холодильника, количества камер, от температурного режима в морозильном отделении. Однако в каждом холодильнике потребляемая мощность непостоянна. Она зависит от нагрузки на компрессор и изменяется при изменениях температуры воздуха в помещении. С повышением температуры воздуха потребляемая мощность увеличивается.

Потребляемая мощность двигателя изменяется также в зависимости от продолжительности работы компрессора в каждом цикле. Так, при включении двигателя потребляемая мощность, достигнув своего максимума, в дальнейшем постепенно снижается и при длительной работе устанавливается постоянной. Поэтому средняя потребляемая мощность двигателя будет в режиме наименьшего холода несколько выше (примерно на 10 - 15%), чем при работе в режиме наибольшего холода.

Расход электроэнергии холодильником зависит от тепловой нагрузки на холодильный агрегат и изменяется при изменении заданной температуры в холодильнике, а также при изменении температуры воздуха в помещении. Так, при повышении температуры воздуха в помещении и изменении температуры в холодильнике в сторону ее понижения, расход электроэнергии увеличивается.

У компрессионных холодильников это происходит вследствие повышения потребляемой мощности двигателя и увеличения продолжительности работы двигателя в каждом цикле. У абсорбционных холодильников со ступенчатыми электронагревателями, не имеющих терморегулятора и работающих непрерывно, расход электроэнергаи зависит только от мощности нагревателя. При работе с максимальной мощностью нагревателя расход электроэнергаи с повышением температуры воздуха в помещении остается неизменным, однако при этом повышается температура в холодильнике. Учитывая влияние температурных условий, расход электроэнергии холодильником измеряется при определенных температурах воздуха в помещении и в холодильнике. Расход электроэнергии холодильниками обычной комфортности с холодильной камерой из полимерных материалов в климатическом исполнении при температуре окружающего воздуха 32°С, средней температуре в холодильной камере 5°С, температуре в низкотемпературном отделении -6°С и минимальном объеме низкотемпературного отделения не должен превышать значений, приведенных в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Расход электроэнергии холодильниками

Общий внутренний объем, д*>	Расход электроэнергии, кВт * ч / сут
	Компрессионные холодильники	Абсорбционные холодильники
60	1,21	2,2
80	1,28	2,4
100	1,35	2,65
120	1,4	2,9
140	1,5	3,15
160	1,57	3,55
180	1,63	3,9
200	1,72	4,1
220	1,82	-
240	1,9	-
260	2	-
280	2,1	-

Количество циклов в час, продолжительность цикла, коэффициент рабочего времени не указываются в технической характеристике холодильника, так как эти параметры косвенно входят в показатель расхода электроэнергии.

Все компрессионные, а также абсорбционные холодильники, имеющие терморегуляторы, работают циклично, периодически выключаясь при достижении в камере заданной температуры и вновь включаясь при ее повышении. Таким образом, каждый цикл () состоит из рабочей части (), в течение которой холодильный агрегат работает, и нерабочей (), в течение которой холодильный агрегат находится в выключенном состоянии. По формуле рассчитывается продолжительность цикла.

,

где -- продолжительность цикла;

-- продолжительность рабочей части цикла;

-- продолжительность нерабочей части цикла (простоя агрегата).

При продолжительности цикла в минутах количество циклов зц в час определяется по формуле .

зц =

Продолжительность цикла и количество циклов в час не являются качественными показателями холодильника, однако у компрессионных холодильников их отклонения от существующих норм нежелательны.

В нормальных условиях эксплуатации компрессионных холодильников количество циклов должно быть от 3 до 10 в час, что соответствует продолжительности цикла от 6 до 20 минут.

Увеличение количества циклов более 10 в час и, соответственно, уменьшение продолжительности цикла менее 6 минут нежелательно по следующим причинам:

- в момент запуска двигателя через его обмотки проходит большой ток, при частых включениях это приведет к повышенному нагреву обмоток;

- при очень малой продолжительности работы двигателя будет несколько повышена потребляемая мощность и, следовательно, повышен расход электроэнергии;

- большое количество циклов отрицательно отражается на работе терморегулятора и пускового реле, так как при частых размыканиях контактов ухудшается их коммуникационная стойкость;

- при большом количестве циклов ухудшаются условия запуска двигателя.

Это происходит потому, что с увеличением количества циклов и уменьшением при этом времени простоя мотор-компрессора капиллярная трубка не сможет пропустить нужное количество хладагента из конденсатора в испаритель, чтобы в нагнетательной линии понизилось давление, достаточное для запуска двигателя.

Слишком малое количество циклов в час и, соответственно, большая продолжительность цикла также нежелательны. С увеличением продолжительности работы компрессора температура в холодильнике будет больше снижаться, при увеличенном времени простоя компрессора, наоборот, больше повышаться. Таким образом, при чрезмерно малом количестве циклов в холодильнике будет наблюдаться относительно большое колебание температуры, что ухудшит условия хранения продуктов.

Более существенным показателем является коэффициент рабочего времени b, представляющий отношение рабочей части цикла к продолжительности всего цикла.

Так, если холодильный агрегат работает в цикле 4 минуты и простаивает 12 минут, его коэффициент рабочего времени будет равен 0,25.

При умножении величины коэффициента на 100 получим продолжительность работы холодильного агрегата в процентах. Так, при полученном выше значении b = 0,25 холодильный агрегат фактически работает только 25% времени, а 75% времени простаивает. Следовательно, данный агрегат будет работать в течение часа 15 мин, в течение суток -- 6 ч и т.д.

В связи с переменными условиями эксплуатации холодильника коэффициент рабочего времени не является постоянной величиной. Так, с повышением температуры воздуха в помещении и понижением температуры в холодильнике при помощи терморегулятора коэффициент рабочего времени увеличивается вследствие увеличения продолжительности работы агрегата в цикле.

1.4 Пути совершенствования бытовой холодильной техники. Технология LowFrost

Сегодня на рынке представлено множество моделей холодильной техники различного дизайна, расцветок, компоновок и назначения. За последние 10-15 лет практически не изменились объемно-весовые показатели и энергетические показатели. В тоже время эстетические и эргономические показатели меняются с невероятной быстротой.

Под эстетическими показателями понимаются рациональность формы, целостность композиции, соответствие современным художественным тенденциям, товарный вид.

Под эргономическими показателями понимаются гигиенические (уровень шума и вибрации), физиологические и психофизиологические (соответствие силовым и зрительным психофизиологическим возможностям человека), психологические (соответствие закрепленным и вновь формируемым навыкам человека).

Современные производители уделяют огромное внимание повышению комфортности техники. Не только для престижных, но и для массовых моделей характерно оснащение все большим числом элементов комфортности:

- прозрачные полки из высокопрочного стекла или пластика с возможностью перестановки по высоте, предохраняющие от протекания жидкого продукта вниз при неосторожном проливании;

- отделения в холодильных камерах с прозрачными дверцами, прозрачные выдвижные секции или емкости для хранения в охлажденном состоянии при нулевых температурах некотрых продуктов;

- отделения замораживания с прозрачными дверцами в морозильных камерах;

- дезодораторы для устранения неприятных запахов, включаемые автономной кнопкой на наружном пульте управления;

- аккумуляторы холода в виде лотков-подносов для сохранения низких температур в морозильной камере при неработающем компрессоре, стабилизации температурного режима при его цикличной работе, а также для быстрого замораживания ягод и охлаждения напитков;

- ледогенераторы и охладители напитков.

Компьютеризация управления и независимое регулирование температур в камерах характерны для престижных и дорогих моделей. В некоторых моделях предусмотрены встроенные замки для запирания дверей.

Изучив устройство и технологические характеристики бытовой холодильной техники, можно сделать вывод о том, что компрессионные холодильники имеют такие недостатки, как рабочий шум холодильного агрегата и образование наледи на стенках морозильной камеры.

С целью совершенствования холодильной машины я предлагаю внедрить систему LowFrost.

Технология LowFrost - это инновационное решение конструкции контура испарителя, размещаемого по всему периметру морозильной камеры, за её внутренними стенками. Благодаря LowFrost перепады температур сводятся к минимуму, лёд на стенках образуется гораздо более медленно и тонким слоем. Шуба в морозильном отсеке не нарастёт.

Холодильник с системой LowFrost изображен на рисунке 1.4.



Рисунок 1.4 - Холодильник с системой Low Frost

Морозильные отделения с LowFrost размораживать вручную все же придётся, но лишь для проведения обычной гигиенической уборки камеры. Долго ждать оттаивания и следить за возможным потопом не нужно.

Принцип работы системы LowFrost. Контур испарителя вмонтирован по всему периметру морозильной камеры за внутренними стенками. При одинаковой интенсивности охлаждения, процесс образования льда происходит медленнее за счёт меньшего перепада температур. Охлаждение происходит равномерно по большей поверхности внутренних стенок, что позволяет избежать наростов льда и гораздо реже размораживать холодильник. При этом достигается больший внутренний объём морозильной камеры и нет ограничений при использовании в ней контейнеров и полок. В холодильном отделении осуществляется прямое охлаждение воздуха от испарителя, размещённого по всему параметру холодильной камеры. Это способствует поддержанию естественной влажности в холодильной камере и создаёт оптимальные условия для сохранения свежести продуктов.

2. Расчетно-конструкторская часть

2.1 Устройство и принцип действия компрессионного бытового холодильника

Холодильный агрегат играет основную роль в устройстве холодильников. Он представляет собой замкнутую цепь из аппаратов (компрессора, конденсатора, испарителя, регулирующего вентиля) и вспомогательных устройств.

Холодильный агрегат, представленный на рисунке 2.1 состоит из компрессора - 1, нагнетающей трубки - 2, конденсатора - 3, фильтра осушителя - 4, капиллярной трубки - 5, испарителя холодильной камеры - 6, испарителя морозильной камеры - 7, всасывающей трубки - 8 и. Все указанные узлы соединены между собой трубопроводами и образуют замкнутую систему, в которой находится холодильный агент.

Рисунок 2.1- Принципиальная схема компрессорного бытового холодильника с двумя испарителями

Компрессионным холодильным агрегатом называют такой, в котором сжатие паров хладагента производится компрессором. Агрегат состоит из компрессора и приводного электродвигателя. В этом агрегате циркулирует определенное количество хладагента, который лишь изменяет свое агрегатное состояние при испарении и конденсации.

Компрессор обеспечивает циркуляцию хладагента в системе холодильной машины. Он отсасывает из испарителя пары хладагента в цилиндр, сжимает их и нагнетает в конденсатор. Компрессор приводится в действие электродвигателем. Холодильный агрегат, состоящий из компрессора с приводным электродвигателем и конденсатора, называется компрессорно-конденсаторным агрегатом.

Конденсатор - это теплообменный аппарат для отвода тепла от конденсирующихся, то есть превращающихся в жидкость, паров хладагента к окружающей среде (воздуху, воде). Это обусловлено предварительным повышением давления паров в компрессоре и отводом от них тепла в конденсаторе. Чем выше температура окружающей среды, тем выше температура конденсации, следовательно, и необходимое давление сжатия паров.В конденсаторе обеспечивается охлаждение паров хладагента до их насыщения и конденсации, то есть до перехода паров в жидкое состояние. Конденсатор охлаждается воздухом или водой.

Эффект охлаждения объекта достигается в испарителе. Испаритель представляет собой теплообменный аппарат для охлаждения хладоносителя (воздух, рассол) или непосредственно продукта в результате кипения жидкого хладагента. Кипение хладагента в испарителе при низкой температуре и соответствующем давлении происходит за счет теплоты, отнимаемой от охлаждаемой среды (хладоносителя, продукта). Нагрузкой испарителя является тепловой поток от охлаждаемого тела к хладагенту. Чем больше тепловая нагрузка, то есть приток тепла от охлаждаемой среды, тем больше хладагента испаряется в испарителе.

Испаритель и конденсатор являются основными теплообменными аппаратами холодильной машины.

Регулирующее вентиль пропускает жидкий хладагент из конденсатора в испаритель. В нем имеется небольшое проходное отверстие, вследствие чего происходит дросселирование жидкости, то есть жидкий хладагент поступает в испаритель под низким давлением, что необходимо для его кипения (испарения) при низкой температуре.

В качестве регулирующего устройства используют вентили или капиллярные трубки. В холодильных агрегатах бытовых холодильников применяют исключительно капиллярные трубки.

Автоматический дроссельный регулирующий вентиль, обеспечивающий нормальное заполнение испарителя хладагентом путем поддержания заданного перегрева паров во всасывающем трубопроводе компрессора, называют терморегулирующим вентилем.

В состав холодильного агрегата входит еще ряд вспомогательных, но очень важных аппаратов и приборов -- фильтр-осушитель, грязеуловитель, маслоотделитель, обратный клапан, соединительные трубопроводы.

Все агрегаты, аппараты и трубопроводы холодильного агрегата, находящиеся под давлением конденсации, называют стороной высокого давления (сторон нагнетания).

Аналогично аппараты и трубопроводы, находящиеся под давлением кипения хладагента, называют стороной низкого давления (сторона всасывания).

Трубопровод, соединяющий компрессор с конденсатором, называется нагнетательным, а с испарителем -- всасывающим.

Если все процессы в холодильном агрегате регулируются автоматически, то его называют автоматизированным. Когда во всех аппаратах и трубопроводах агрегата нет неплотностей, вырабатывание холода происходит без потерь хладагента.

Принцип работы холодильного агрегата заключается в следующем. При работе компрессора 1 в испарителях понижается давление имеющегося в нем хладагента. При низком давлении хладагент интенсивно испаряется (кипит), отнимая необходимое для этого тепло из окружающей среды через металлические стенки испарителя 1.

Пары хладагента отсасываются компрессором 1 и, пройдя по всасывающему трубопроводу 8, поступают в цилиндр компрессора 1. В цилиндре пары хладагента сжимаются и под давлением нагнетаются по нагнетательному трубопроводу 2 в конденсатор 3. В конденсаторе 3, охлаждаемом водой или воздухом, хладагент при высоком давлении и температуре, соответствующей температуре конденсации, переходит в жидкое состояние и через фильтр осушитель 4 и капиллярную трубку 5 поступает в испаритель морозильной камеры 7, а затем в испаритель холодильной камеры 6. В момент прохождения хладагента через малое отверстие капиллярной трубки, давление его понижается от давления конденсации до давления испарения.

Низкое давление в испарителе, создаваемое компрессором, обеспечивает кипение хладагента при низкой температуре.

Таким образом, при работе холодильной машины в ее системе циркулирует холодильный агент, который, отнимая тепло от охлаждаемого объекта через испаритель, отдает его в окружающую среду через конденсатор.

Дополнительное (после конденсатора) охлаждение жидкого хладагента

(переохлаждение жидкости) перед его поступлением в испаритель увеличивает количество тепла, отнимаемое хладагентом от охлаждаемой среды. Одновременно подогрев холодных паров хладагента (перегрев паров), выходящих из испарителя, предотвращает попадание в цилиндр компрессора жидкого хладагента, что исключает возможность гидравлического удара.

Рассмотрим назначение основных элементов холодильного цикла.

Компрессор предназначен для нагрева хладагента и нагнетания его под высоким давлением (более 10 атмосфер) в холодильный контур.

Конденсатор -- это теплообменник, который при переходе хладагента из газообразного в жидкое состояние обеспечивает отвод избыточного тепла в окружающую среду. Обычно он расположен с внешней стороны задней стенки холодильника и представляет собой определенным образом изогнутую (в виде «змейки») металлическую трубку, соединенную с объемной ребристой поверхностью для эффективного отвода тепла.

Испаритель -- это тот же теплообменник, но он уже используется для поглощения тепла (выделения холода) в фазе испарения (при переходе хладагента из жидкого в парообразное состояние). Он представляют собой ту же трубку, прикрепленную к металлической пластине. Испарители, в зависимости от компоновки холодильников, имеют различные конструктивные исполнения - они могут располагаться как непосредственно внутри камер, так и встраиваться непосредственно в стенки холодильного шкафа.

Капиллярная трубка представляет собой тонкую металлическую трубку с малым внутренним диаметром. Она является основным функциональным узлом при выполнении фазы расширения холодильного цикла при переходе жидкого хладагента из состояния высоких давления и температуры в низкие показатели этих параметров.

Основное назначение фильтра-осушителя - удаление из системы воды и очистка хладагента от механических загрязнений.

Упрощенно представляя, холодильник состоит из изотермического шкафа и электрического оборудования (холодильного агрегата).

Корпус является несущей конструкцией, поэтому должен быть достаточно жестким. Его изготавливают из листовой стали толщиной 0,6-0,1 мм. Герметичность наружного шкафа обеспечивается пастой ПВ-3 на основе хлорвиниловой смолы. Поверхность шкафа фосфатируют, затем грунтуют и дважды покрывают белой эмалью МЛ-12-01, ЭП-148, МЛ-242, МЛ-283 или др. Выполняют это с помощью краскопультов или в электростатическом поле. Поверхность сервировочного столика покрывают полиэфирным лаком.

В последнее время для изготовления корпуса холодильника все чаще применяют ударопрочные пластики. Благодаря этому сокращается расход металла и уменьшается масса холодильного прибора.

Металлические внутренние шкафы из стального листа толщиной 0,7- 0,9 мм изготавливают методом штамповки и сварки и эмалируют горячим способом силикатно-титановой эмалью.

Пластмассовые камеры изготавливают из АБС-пластика или из ударопрочного полистирола методом вакуум-формирования. АБС (акрилбутадиеновый стирол) обладает высокими механическими свойствами и стойкостью по отношению к хладону (фреону). Детали из АБС-пластика, покрытые хромом и никелем, широко применяются в декоративных целях.

АБС-пластики отечественного производства по физико-механическим свойствам делятся на четыре группы:

- АБС-0903 средней ударной вязкости;

- АБС-1106Э, АБС-1308, АБС-1530, АБС-2020 повышенной ударной вязкости;

- АБС-2501К, АБС-2512Э, АБС-2802Э высокой ударной вязкости;

- АБС-0809Т, АБС-0804Т, АБС-1002Т повышенной теплостойкости.

АБС-пластики выпускаются в виде гранул диаметром не более 3 мм и длиной -5 мм или в виде порошка и перерабатываются литьем под давлением, выдуванием, термоформованием. Камеры у морозильников и камеры низкотемпературных отделений холодильников металлические - из алюминия или нержавеющей стали. Стальные камеры более долговечны, гигиеничны, но они увеличивают массу холодильника и требуют особых способов крепления к наружному корпусу для наиболее эффективной теплоизоляции от окружающей среды.

К преимуществам пластмассовых камер относятся технологичность изготовления, малый коэффициент теплопроводности, меньшая масса. В холодильниках с пластмассовыми камерами по периметру дверного проема не устанавливают накладки, закрывающие теплоизоляцию, так как роль накладок выполняют отбортованные края камеры.

Двери изготовляют из стального листа толщиной 0,8 мм методом штамповки и сварки. В некоторых моделях холодильников двери изготовлены из древесностружечной плиты или ударопрочного полистирола.

Дверь холодильника состоит из наружной и внутренней панелей, теплоизоляции между ними и уплотнителя. Панели двери изготовляют из ударопрочного полистирола методом вакуум-формования. Толщина листа 2-3 мм. У большинства холодильников двери открываются слева направо. Во всех современных холодильниках предусмотрена перенавеска двери, то есть возможность открывания двери справа налево. У настенных холодильников дверь двухстворчатая.

Дверь холодильника должна плотно прилегать к дверному проему, иначе теплый воздух будет проникать в камеру. Для обеспечения герметичности внутреннюю сторону двери по всему периметру окантовывают магнитным уплотнителем разного профиля. В холодильниках старых конструкций применялись резиновые уплотнители баллонного типа.

Двери в закрытом положении удерживаются с помощью механических (чаще куркового типа) или магнитных затворов. Последние наиболее распространены. При их наличии ручку двери можно расположить на разной высоте, исходя из требований технической эстетики. Замена дверных петель специальными навесками, укрепляемыми сверху и снизу двери, уменьшает общие габариты холодильника при открывании двери, что важно при установке холодильников в углу помещений.

Теплоизоляцию применяют для защиты холодильной камеры от проникновения тепла окружающей среды и прокладывают по стенкам, верху и дну холодильного шкафа и холодильной камеры, а также под внутренней панелью двери. От теплоизоляционных материалов требуется, чтобы они обладали низким коэффициентом теплопроводности, небольшой объемной массой, малой гигроскопичностью, влагостойкостью, были огнестойкими, долговечными, дешевыми, биостойкими, не издавали запаха, а также были механически прочными. Для теплоизоляции шкафа и двери холодильников применяют штапельное стекловолокно МТ-35, МТХ-5, МТХ-8, минеральный войлок, пенополистирол ПСВ и ПСВ-С и пенополиуретан ППУ-309М.

Минеральный войлок изготовляют из минеральной ваты путем обработки ее растворами синтетических смол. Исходным сырьем для получения минеральной ваты служат минеральные породы (доломит, доломитоглинистый мергель), а также металлургические шлаки.

Стеклянный войлок - разновидность искусственного минерального войлока. Он состоит из тонких (толщина 10-12 мк) коротких стеклянных нитей, связанных синтетическими смолами. Теплоизоляция из стеклянного войлока и супертонкого волокна биостойка, не имеет запаха, обладает водоотталкивающим свойством, со временем теряют товарный вид, менее долговечны и менее прочны по укладывается и поэтому часто применяется.

Пенополистирол - синтетический теплоизоляционный материал. Он представляет собой легкую твердую пористую газонаполненную пластмассу с равномерно распределенными замкнутыми порами. Теплоизоляцию из пенополистирола получают вспениванием жидкого полистирола непосредственно в простенках холодильной камеры и корпуса шкафа холодильника.

Пенополиуретан - пенопласты мелкопористой жесткой структуры, полученные путем вспучивания полиуретановых смол с применением соответствующих катализаторов и эмульгаторов. Для повышения теплозащитных свойств в качестве вспучивающего газа применяют хладон-11 и др. Процесс пенообразования и затвердевания пены происходит в течение 10-15 мин при температуре до 5 °С. Пенополиуретан обладает малой объемной массой, низким коэффициентом теплопроводности, влагостоек. Его можно вспенивать непосредственно в холодильном шкафу. При этом он равномерно и без воздушных полостей заполняет все пространство в простенках, хорошо склеивается со стенками, повышая прочность шкафа.

В зависимости от качества теплоизоляционных материалов толщина изоляции в стенках шкафа холодильника может быть от 30 до 70 мм, в двери - от 35 до 50 мм. Замена теплоизоляции из стекловолокна изоляцией из пенополиуретана позволяет при одних и тех же габаритах корпуса увеличить объем холодильника на 25%.

Ранее в холодильниках применялись курковые и секторные затворы дверей. В современных холодильниках применяются магнитные запоры, которые представляют собой эластичную магнитную вставку, помещенную в уплотнительный профиль на внутренней панели двери. При закрывании двери она плотно притягивается к металлическому корпусу. Исходным сырьем для получения магнитных материалов служит феррит бария ВаО в смеси с каучуками или поливиниловыми и другими смолами, придающими ему гибкость. Изготовленные ленты эластичного магнита намагничивают в магнитном поле.

Притягивая уплотнитель к шкафу по всему периметру, магнитный затвор обеспечивает хорошее уплотнение и в то же время не требует усилий для открывания двери, которое необходимо проверять динамометром с погрешностью +1 Н. Динамометр прикрепляют к ручке на расстоянии, наиболее отдаленном от шарниров. Усилие при этом должно быть направлено перпендикулярно плоскости двери.

Для дверных уплотнителей в холодильниках с курковыми и секторными затворами применяют пищевую резину, с магнитными затворами - поливинилхлоридные и полихлорвиниловые уплотнители с магнитной вставкой и магнитные уплотнители с дополнительными удерживателями. В холодильниках с механическим затвором плотное закрывание двери достигается благодаря сжатию профиля резинового уплотнителя.

В холодильниках с магнитным затвором уплотнитель притягивается к шкафу силой притяжения магнита, при этом профиль уплотнителя растягивается. Уплотнитель имеет два баллона. Баллон прямоугольного сечения, в котором находится магнитная вставка, прижимается передней плоскостью к шкафу. Толщина стенки баллона существенно влияет на силу притяжения уплотнителя и не превышает 0,45 мм. Баллон "гармошка" служит для компенсации небольшого свободного хода двери. В свободном состоянии уплотнителя "гармошка" несколько сжата и при отходе двери растягивается, препятствуя отрыву уплотнителя от шкафа. Для эффективной работы профиль баллона "гармошка" имеет небольшое сопротивление растяжению, что обеспечивается тонкими стенками баллона.

Магнитные вставки узлов уплотнения делают прямоугольного сечения. Их изготовляют из эластичных многокомпонентных ферритонаполненных композиций. Улучшить магнитные, физико-химические и термомеханические свойства, а также технико-экономические показатели магнитных эластичных вставок стало возможным благодаря использованию новых полимерных композиций на основе сополимеров ЭВА.

Уплотнение двери следует проверять, не включая холодильник в сеть. Бумажная полоска шириной 50 мм и толщиной 0,08 мм, заложенная между уплотнителем двери и закрываемой поверхностью шкафа, ни в одном месте не должна свободно перемещаться.

К электрическому оборудованию бытовых холодильников относятся следующие приборы:

* электрические нагреватели: для обогрева генератора в абсорбционных холодильных агрегатах; для предохранения дверного проема низкотемпературной (морозильной) камеры от выпадения конденсата (запотевания) на стенках; для обогрева испарителя при полуавтоматическом и автоматическом удалении снежного покрова;

* электродвигатель компрессора;

* проходные герметичные контакты для соединения обмоток электродвигателя с внешней электропроводкой холодильника через стенку кожуха мотора компрессора;

* осветительная аппаратура;

* вентиляторы: для обдува конденсатора холодильного агрегата воздухом (при использовании в холодильниках конденсаторов с принудительным охлаждением) и для принудительной циркуляции воздуха в камерах холодильников.

К приборам автоматики бытовых холодильников относятся:

* датчики-реле температуры (терморегуляторы) для поддержания заданной температуры в холодильной или низкотемпературной камере бытовых холодильников;

* пусковое реле для автоматического включения пусковой обмотки электродвигателя при запуске;

* защитное реле для предохранения обмоток электродвигателя от токов перегрузки;

* приборы автоматики для удаления снежного покрова со стенок испарителя.

2.2 Расчет основных элементов конструкции холодильника

2.2.1 Расчет теоретического цикла

В основе работы бытовой компрессионной холодильной машины лежит теоретический цикл, которой называется циклом с регенеративным теплообменником.

Перед расчетом теоретического цикла выполняется построение теоретического цикла холодильной машины в одной термодинамических диаграммсостояния холодильного агента.

Для построения теоретического цикла используется исходные данные и диаграмма состояния i-lgp хладагента R134a.

Исходные данные:

Хладагент R 134a

Температура кипения To= -25 C

Температура конденсации Tk= 55 C

Температура всасывания Tвс = -10 C

Удельная энтальпия точки 3 определяется из уравнения теплового баланса по формуле .

i3 - i3 = i1 - i1

i3 = i3 - i1 + i1.

По известным термодинамическим параметрам состояния определяются величины характеризующие цикл, и сводятся в таблицу.

По данной формуле находим i3.

i3 = 280 - (410 - 385,4) = 255,4 кДж/кг

Эта энтальпия соответствует температуре 400 С.

По известным параметрам состояния таблицы 2.1 производится расчет теоретического цикла.

1) Удельная массовая холодопроизводительность:

qo = i1 - i4 = 385 - 255 = 130 (кДж/кг)

2) Удельная объемная холодопроизводительность:

qv = qo / vi= 130 / 0,185 = 702,7 (кДж/м)

3) Количество теплоты, отводимой из конденсатора:

qk = i2 - i3 = 470 - 283 = 187 (кДж/кг)

4) Работа компрессора в адиабадическом процессе сжатия:

L = i2 - i1 = 470 - 412 = 58 (кДж/кг)

5) Холодильный коэффициент:

E = qo / L = 130 / 58 = 2,24 ; 2 <E< 6 - цикл эффективный.

Таблица 2.1 - Параметры хладагента

№ Т	t, °C	P, мПа	V, м3/кг	i, кДж/кг	S, кДж/кгК
1	-25	0,127	0,160	385	1,73
1ґ	10	0,127	0,185	412	1,85
2	55	0,640	0,014	470	1,72
2ґ	95	0,640	0,017	440	1,85
3	55	0,640	-	283	-
3ґ	40	0,640	-	255	-
4	-25	0,127	-	255	0,40

Теоретический цикл для хладагента R 134a представлен на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Расчет теплового баланса холодильника

2.2.2 Расчет теплопритоков через стенки холодильника

Исходными данными для расчета являются габаритные размеры холодильника: высота a = 1,91 м, ширина b = 0,60 м, глубина c = 0,63 м, толщина наружного слоя из углеродистой стали дн = 0,003 м, толщина слоя теплоизоляции из пенополиуретана дmn=0.065,толщина внутреннего слоя из полистирола двн =0,003м, значения коэффициента теплопроводности слоев

лн = 81 Вт/мК, лmn = 0.025 Вт/м, лвн = 0,14 Вт/мК, коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности стенки бвн = 9 Вт/м2 К, коэффициент теплопередачи от наружной поверхности стенки бнар = 22,7 Вт/м2 К, средняя температура в камерах холодильника -9°С, температура окружающей среды 32°С.

Тепловой приток при передаче через стенку рассчитывается по формуле :

Qct=KS?T,

где К- коэффициент теплопередачи через стенку;

S - площадь стенки;

?T- разность температур воздуха по обе стороны стенки.

Коэффициент теплопередачи через стенку рассчитывается по формуле :

где бвн - коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности стенки, Вт/м 2 К;

дi - толщина слоя (м);

лi - коэффициент теплопроводности слоя (Вт/м К);

бнар - коэффициент теплопередачи от наружной поверхности стенки, Вт/м 2 К.

Определяем разность температур:

...