Холодильник

1.Аналитическая часть

1.1 Анализ бытовых холодильников

1.2 Физический принцип действия

1.3 Классификация

1.4 Конструкция бытовых холодильников

1.5 Основные показатели качества бытовых холодильников

1.6 Анализ основных технических решений

2. Расчет основных элементов конструкции холодильника

2.1 Расчет теоретического цикла

2.2 Расчет холодпроизводительности холодильного агрегата

2.3 Тепловой расчет холодильной машины

2.4 Расчет конденсатора

2.5 Расчет испарителя

3. Конструкторская часть

3.1 Усовершенствованый терморегулятор

3.2 Устройство и работа усовершенственного терморегулятора

3.3 Конструкция и детали

3.4 Настройка терморегулятора

3.5 Анализ конструкции холодильника

4 Технологическая часть

4.1 Технологические основы производства и ремонта компрессионых герметичных агрегатов

4.1.1 Основные требования к производству и ремонту агрегатов

Среди многочисленных бытовых приборов, облегчающих труд и повышающих культуру домашнего хозяйства особо важное значение имеют холодильники. Только при наличии в доме холодильника может быть обеспечено полноценное, сбалансированное питание свежими и быстрозамороженными высококачественными продуктами. Вместе с тем можно реже посещать магазины, закупать продукты более крупными партиями и, следовательно, экономить не только время в домашнем хозяйстве, а также время и затраты труда работников торговли. За последние годы было создано массовое производство бытовых холодильников — одного из сложнейших бытовых приборов. Однако для успешного решения проблемы полноценного питания населения наряду с увеличением производства холодильников необходимо установить и их оптимальные характеристики:

Оптимальный уровень температур, обеспечивающий одновременное хранение различных продуктов; Емкости холодильников разных типов, применительно к потребностям различных категорий населения;

Соотношение емкостей с положительными и отрицательными температурами.

Вопрос об оптимальной емкости холодильников для тех или иных групп населения нельзя решать, исходя только из опыта или опросов потребителей. Навыки пользования холодильниками и наблюдающееся у нас стремление к приобретению все более крупных холодильников должны подкрепляться непрерывным совершенствованием форм торговли пищевыми продуктами и развитием производства быстро размороженных продуктов. По мере успешного решения проблем производства и торговли соответственно будет расти спрос на крупные холодильники с все более емкими низкотемпературными отделениями и с все более низкими отрицательными температурами.

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.АНАЛИЗ БЫТОВЫХ ХОЛОДИЛЬНИКОВ 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, однако принципиальная схема их одинакова .

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 0 -1 атм 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 атм 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.

Рис. 1. Схема компрессионного холодильного агрегата:

I - пары высокого давления; II — пары низкого давления; III - жидкий хладагент; IV - масло; 1 — осушительный патрон; 2 — испаритель; 3 — конденсатор; 4 — капиллярная трубка; 5 — всасывающая трубка; 6 — фильтр; 7 — ресивер; 6 — нагнетателная трубка За рубежом широкое распространение имеют двухкамерные двухдверные 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.

В случае параллельного соединения испарителей они присоединяются к общему компрессору двумя капиллярными трубками. На входе в капиллярную трубку испарителя холодильной камеры вмонтирован специальный соленоидный клапан, который открывает путь жидкому хладагенту по сигналу датчика температуры холодильной камеры. Установленная температура в морозильной камере в этом случае поддерживается периодической работой мотор-компрессора с помощью отдельного терморегулятора. Такой более сложный по конструкции холодильный агрегат требует большей точности в изготовлении и потому широкого применения не имеет.

Отдельные узлы и детали холодильных агрегатов зарубежных бытовых холодильников иногда имеют свои конструктивные особенности, однако в общей компоновке рассмотренные схемы холодильных агрегатов можно считать типовыми для всех бытовых компрессионных холодильников.

По компоновке электродвигателя с компрессором компрессионные холодильные агрегаты бытовых холодильников относятся к агрегатам закрытого типа. Закрытый тип холодильного агрегата отличается от открытого тем, что в нем компрессор с электродвигателем имеют один общий вал и размещаются в герметичном кожухе. Такая компоновка упрощает конструкцию привода компрессора, делает агрегат компактным и обеспечивает более надежную герметичность его без применения специальных уплотняющих сальников.

С целью повышения эффективности производства и облегчения ремонта холодильных агрегатов сейчас проводится работа по унификации отдельных элементов: мотор-компрессора, конденсатора, испарителя и др.

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 настоящее время только 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 (140 — 400 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 10 — 18 атм. 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 течеискатель, 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.

Перед заполнением агрегата маслом и фреоном воздух из него удаляют тщательным вакуумированием до давления порядка 0,1 мм рт. ст.

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.

Выполняя роль холодильной машины, холодильный агрегат бытового холодильника должен обеспечить требуемый уровень охлаждения в течение длительного времени. Для этого он должен иметь холодопроизводительность Q₀, которая при цикличной работе должна быть больше суммы теплопритоков в холодильную камер за одно и то же время, т. е. должно иметь место неравенство Q₀ Q.

Цикличность работы холодильного агрегата характеризуется коэффициентом рабочего времени b, который определяется отношением времени работы агрегата в цикле (от включения до выключения) к времени цикла (от включения до следующего включения агрегата в работу).

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 Q = 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 темпера-туры охлаждаемого тела. Понизить температуру вещест-ва можно путем уменьшения его внутренней энергии. Поэтому для искусственного охлаждения создают такие условия, при которых тепловая энергия (тепло) отводит-ся от охлаждаемого тела (охлаждаемой среды) и вос-принимается другим, более холодным телом. Для дли-тельного охлаждения необходимо, чтобы восприятие теп-ла охлаждающим телом происходило без повышения его температуры, так как иначе температуры обоих тел (ох-лаждаемого и охладителя) станут одинаковыми и охлаж-дение прекратится. Таким свойством обладают тела при некоторых изменениях своего состояния, например, твер-дые тела могут воспринимать внешнее тепло без повы-шения своей температуры при плавлении или таянии; жидкие — в процессе испарения или кипения.

В основе современных промышленных способов ох-лаждения лежат процессы испарения или кипения, плав-ления или таяния и сублимации. Все эти процессы про-текают с поглощением тепла из окружающей среды.

При переходе тела из твердого состояния в жидкое (плавление или таяние) тепло, воспринимаемое им из-вне, затрачивается на изменение связей между молекула-ми вещества, на ослабление сил его молекулярного сцеп-ления. Когда тело переходит из жидкого состояния в па-рообразное (испарение или кипение), тепло расходуется также на преодоление сил молекулярного сцепления жидкого тела и работу его расширения. В случае перехо-да тела из твердого состояния непосредственно в газо-образное (сублимация), тепло расходуется на преодоле-ние сил сцепления молекул вещества и внешнего давле-ния, препятствующего этому процессу.

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

Охлаждение посредством поглощения внешнего теп-ла при кипении летучих жидкостей осуществляется холо-дильными машинами. Свойство тел поглощать внешнее тепло при их сублимации используется для охлаждения так называемым сухим льдом. Наиболее распространен-ным в настоящее время является охлаждение холодиль-ными 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 °C и массовой доле холодного потока 0,3−0,35 температура холодного потока может достигать 50 °C.

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 холодиль-ники и морозильники — это сложные бытовые приборы, работа-ющие в специфических условиях — в жилых (кухонных) поме-щениях, поэтому к ним предъявляют высокие требования: фун-кционирование в автоматическом режиме, пользователь, если и выполняет, то только простейшие операции по уходу за ними; минимальный уровень шума; высокий уровень надежности; пол-ная безопасность функционирования; возможно малые габарит-ные размеры при определенной полезной вместимости, неболь-шая стоимость и малые эксплуатационные расходы.

По типу холодильной машины бытовые холодильники быва-ют компрессорными (охлаждаемые компрессорной холодильной машиной), абсорбционными (охлаждаемыми абсорбционной хо-лодильной машиной) и полупроводниковыми (охлаждаемые по-лупроводниковыми батареями), а морозильники — компрессор-ными и абсорбционными.

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

По способу установки холодильники подраз-деляются на напольные, настенные и встроенные.

Напольные холодильники, устанавливаемые на полу помещения, являются самым массовым типом холодиль-ников и в нашей стране и за рубежом. Среди них можно выделить модели, выполненные в виде столика; высота их такая же, как и ку-хонных столов — 850 мм, а сверху имеется изготовленная из специального вида пластика сервировочная поверх-ность для размещения кухонной утвари и продуктов. Настенные холодильни-ки, подвешиваемые к стене помещения, не занимают площади пола, что важно для малогабаритных квар-тир Встроенные холодильни-ки — аппараты, входящие в конструкцию мебельного блока и заключенные в об-щую 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 эксплу-атации в районах с умеренным климатом, т. е. на тер-ритории, где средний из ежегодных абсолютных макси-мумов температуры воздуха не превышает 40° С, а сред-ний из минимумов ниже —45° С. К районам с умеренным климатом относится большая часть территории Совет-ского Союза и европейских стран. Изделия исполнения У, эксплуатируемые в жилых помещениях, должны обес-печивать требуемые параметры при температуре окружа-ющего воздуха от 10 до 35° С. ГОСТ 16 317–70 «Холо-дильники бытовые электрические» предусматривает бо-лее узкий диапазон значений климатических факторов: 16—32° С; предельное значение температуры окружаю-щего воздуха при эксплуатации* этим стандартом не ого-варивается. Обычно для изделий исполнения У верхнее предельное значение принимается равным 40 °C.

Холодильники исполнения Т эксплуатируются в рай-онах 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 изго-тавливаются для экспорта в указанные страны. Для из-делий исполнения Т, эксплуатируемых в жилых помеще-ниях, предельные и рабочие значения температур окружающего воздуха совпадают: от 10 до 45 °C; Междуна-родной организацией по стандартизации (ИСО) и СЭВ установлен температурный диапазон от 18 до 43 °C. К хо-лодильникам в тропическом исполнении предъявляются повышенные требования в отношении применяемых ма-териалов, защитных покрытий, заземления, герметиза-ции шкафа и проборов автоматики.

По функциональному признаку различают холодильники для хранения свежих продуктов и свежих и замороженных продуктов. Аппараты для хранения све-жих продуктов не имеют низкотемпературного отделения. Они выпускаются в незначительном количестве в некото-рых странах. Возможность хранения замороженных про-дуктов обеспечивается только в том случае, если в низко-температурном, 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 ка-тегории: для краткосрочного (несколько дней) хранения замороженных продуктов — температура не выше —6°С; для среднесрочного хранения (до двух недель) — темпе-ратура не выше —12°С; для длительного хранения (до трех месяцев) — температура не выше —18°С. Соответ-ственно маркируют холодильники одной, двумя или тремя звездочками. Модели с двумя и тремя звездочками назы-ваются двухтемпературными. В США, Канаде и Австралии марки-ровка звездочками не применяется. По стандартам этих стран двухтемпературные холодильники должны обеспе-чивать в низкотемпературном отделении температуру не выше —15° С.

По конструктивному исполнению двух-температурные холодильники бывают однокамерные, двухкамерные и многокамерные. В двухкамерных имеет-ся теплоизоляционная перегородка между низкотемпе-ратурным и плюсовым отделениями; каждое отделение снабжено отдельной дверью. Многокамерные холо-дильники имеют для хранения различных продуктов несколько (по крайней мере три) камер с отдельными дверьми.

Циркуляция воздуха в камерах может осуществлять-ся естественным путем или с помощью вентилятора либо комбинированно: в низкотемпературной камере принуди-тельным способом, а в плюсовой — естественным.

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

В моделях с естественной циркуляцией воздуха низ-котемпературная камера расположена вверху; в холо-дильниках с принудительной циркуляцией она может быть размещена также внизу или рядом с плюсовой.

Холодильники различаются также по способу от-таивания испарителя: применяют оттаивание вручную, полуавтоматическое и автоматическое (частич-но или полностью). При первом способе потребитель сам определяет момент начала и окончания процесса, а так-же вручную удаляет талую воду. При полуавтоматичес-ком — потребитель определяет только начало оттаива-ния, окончание процесса — автоматическое; талая вода удаляется вручную или автоматически через дренажную систему. Оттаивание является автоматическим в том слу-чае, если управление процессом и удаление талой воды происходит без участия потребителя.

Частично автоматическое оттаивание — это автомати-ческое оттаивание одной из двух охлаждающих поверх-ностей. Например, испаритель плюсового отделения отта-ивается автоматически в каждом цикле, а испаритель низкотемпературного отделения — вручную раз в не-сколько месяцев. Полностью автоматическое оттаива-ние — это автоматическое оттаивание всех охлаждающих поверхностей.

Полностью автоматизировать процесс оттаивания можно только в холодильниках с принудительной циркуляцией воздуха, в остальных конструкциях применение автоматической системы оттаивания (из-за ее частого срабатывания) привело бы к порче замороженных про-дуктов.

Применяют три способа обогрева испарителя во вре-мя оттаивания: окружающим воздухом; горячим паром фреона, подаваемым компрессором в испаритель, минуя конденсатор; электронагревателем. При оттаивании вручную применяется естественный обогрев окружаю-щим воздухом, при полуавтоматическом и частично ав-томатическом — все три вида нагрева. Естественный обо-грев испарителя в случае частично автоматического отта-ивания происходит в течение нерабочей части каждого цикла. При полностью автоматическом оттаивании при-меняется интенсивный обогрев испарителя горячим па-ром фреона или электронагревателем.

Принятая система охлаждения, т. е. наличие одного или двух испарителей, естественной или принудительной циркуляции воздуха, в значительной мере определяет эк-сплуатационные и конструктивные особенности холо-дильников. Поэтому далее в этой главе будут рассмотре-ны (как основные типы) холодильники с одним испарите-лем, включая двухтемпературные, холодильники с двумя испарителями, а также холодильники с принудительной циркуляцией воздуха.

По ГОСТ 16 317–87 бытовые холодильники подразделяются по способу получения холода на:

компрессионные (К);

абсорбционные (А);

по способу установки на:

напольные типа шкафа (Ш);

напольные типа стола (С);

по числу камер на:

однокамерные;

двухкамерные (Д);

трехкамерные (Т).

В двух камерных холодильниках имеется теплоизоляционная перегородка между НТО и плюсовым отделением.

По способности работать при максимальных температурах окружающей среды холодильники подразделяются на классы:

УХЛ — не выше 32 ⁰С;

Т — не выше 43 ⁰С.

Камеры холодильных приборов по назначению подразделяются на:

камеру для хранения свежих овощей и фруктов;

холодильную камеру для охлаждения и хранения охлажденных продуктов;

низкотемпературную камеру для хранения замороженных продуктов (НТК);

морозильную камеру для замораживания и хранения замороженных продуктов (МК);

универсальную камеру для хранения продуктов в свежем, охлажденном или замороженном состоянии.

Однокамерные холодильники подразделяют:

по наличию НТО на:

однокамерные с НТО;

однокамерные без НТО;

по температуре в НТО на:

с температурой не выше -6 ⁰С;

с температурой не выше -12 ⁰С;

с температурой не выше -18 ⁰С.

Температура в НТО не выше -6⁰С обеспечивает краткосрочное хранение в течение нескольких дней, не выше -12⁰С в течение двух недель и не выше -18⁰С в течение трех месяцев.

1.4 Конструкция бытовых холодильников

Основными структурными блоками холодильников (рис. 1.2) и морозиль-ников являются теплоизолированный шкаф и холодильный аг-регат (машина). Шкаф состоит из наружного 7 и внутреннего корпусов, разделенных теплоизоляционным слоем 9. Наружный корпус является несущим и представляет собой сварную конструк-цию из низкоуглеродистого стального листа толщиной 0,6−1,0 мм. Снаружи корпус шкафа покрыт синтетической эмалью. Внутрен-ний корпус образует холодильную камеру 2. Он может быть ме-таллический (сталь, алюминий) или пластмассовый (ударопроч-ный полистирол). Внутренняя поверхность холодильной камеры, выполненная из низкоуглеродистой стали, покрыта синтетичес-кой эмалью.

Низкотемпературные камеры многокамерных холодильников и камеры морозильников выполняют из сплава алюминия или коррозионно-стойкой стали. Металлические камеры более долговечны и гигиеничны, но увеличивают массу холодильника и морозильни-ка. Пластмассовые камеры более технологичны в изготовлении и сборке, имеют меньшую теплопроводность и массу. Однако они быстрее теряют товарный вид, менее прочны и долговечны по срав-нению с металлическими. Шкаф закрывается дверью 8, которая удерживается в закрытом положении при помощи затвора. Герме-тичность соединения корпуса шкафа с дверью обеспечивается уп-лотнителем 6, закрепленным на внутренней панели двери. В верхней зоне холодильной камеры размещается испаритель 14. Внутренний объем испарителя образует низкотемпературное отделение 5. Под испарителем находится поддон 4, имеющий окна для циркуляции воздуха. Нижняя часть наружного корпу-са обычно отводится для размещения компрессора 11 или части аппаратов абсорбционной машины. Для размещения аппаратов также используется задняя поверхность холодильного шкафа; на рис. 1.4. на ней находится конденсатор 10.

Рис. 1.2. Устройство бытового холодильника:

1 — сосуд для хранения продуктов; 2 — холодильная камера; 3 — полка; 4 — поддон; 5 — низкотемпературное отделение; 6 — уплотнитель; 7 — наружный корпус; 8 — дверь; 9 — теплоизоляция; 10 — конденсатор; 11 — герметичный компрессор; 12 — регулятор температуры; /3 — ручка; 14 — испаритель Холодильная камера закрывается дверью 8 с ручкой 13; плот-ность прилегания двери обеспечивается резиновой окантовкой, которая при закрывании двери прижимается к передней плоско-сти шкафа. Внутри камеры находится регу-лятор температуры 12.

Корпус является несущей конструкцией, поэтому должен быть достаточно жестким. Его изготовляют из листовой стали тол-щиной 0,6…1,0 мм. Герметичность наружного шкафа обеспечива-ется пастой ПВ-3 на основе хлорвиниловой смолы. Поверхность шкафа фосфотируют, затем грунтуют и дважды покрывают белой эмалью ПЛ-12−01, ЭП-148, МЛ-242, МЛ-283 или др. Выполняют это с помощью краскопультов или в электростатическом поле.

В последнее время для изготовления корпусов холодиль-ников все чаще применяют ударопрочные пластики. Благодаря этому сокращается расход металла и уменьшается масса холо-дильного прибора.

Внутренние шкафы холодильников, или как их еще назы-вают, холодильные (морозильные) камеры изготовляют из сталь-ного листа толщиной 0,7…0,9 мм методом штамповки и сварки и эмалируют горячим способом силикатно-титановой эмалью.

Пластмассовые камеры изготовляют из АБС-пластика или ударопрочного полистирола методом вакуум-формирования. АБС-пластик (акрилбутадиеновый стирол) обладает высокими механическими свойствами и стойкостью по отношению к хладону (фреону).

Камеры у морозильников и камеры низкотемпературных отделений холодильников металлические — из алюминия или нержавеющей стали. Стальные камеры более долговечны, гигиеничны, но они увеличивают массу холодильника.

К преимуществам пластмассовых камер относятся технологичность изготовления, малый коэффициент теплопроводности, меньшая масса. Однако такие камеры быстрее стареют, со временем теряют товарный вид, менее долговечны и менее прочны по сравнению с металлическими.

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

Дверь холодильника состоит из наружной и внутренней панелей, теплоизоляции между ними и уплотнителя. В большинстве моделей холодильников предусмотрена возможность пере-навески двери, т. е. открывание двери слева направо и справа налево.

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 раз-ного профиля.

Магнитные затворы представляют собой эластичную магнитную вставку, помещен-ную в уплотнительный профиль. При закреплении двери она плотно притягивается к металлическому корпусу. Изготовленные ленты эластичного магнита намагничивают в магнитном поле.

Теплоизоляцию применяют для защиты холодильной ка-меры от проникновения тепла окружающей среды и прокладыва-ют по стенкам, верху и дну холодильного шкафа и холодильной камеры, а также под внутренней панелью двери. От теплоизоля-ционных материалов требуется, чтобы они обладали низким ко-эффициентом теплопроводности, небольшой объемной массой, малой гигроскопичностью, влагостойкостью, были огнестойки-ми, долговечными, дешевыми, биостойкими, не издавали запа-ха, а также были механически прочными Для теплоизоляции шкафа и двери холодильников применяют штапельное стеклово-локно 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 метал-лургические шлаки.

Стеклянный войлок — разновидность искусственного ми-нерального войлока. Он состоит из тонких (толщина 10… 12 мкм) коротких стеклянных нитей, связанных синтетическими смола-ми. Теплоизоляция из стеклянного войлока и супертонкого во-локна биостойка, не имеет запаха, обладает водоотталкивающим свойством, удобно укладывается и поэтому часто применяется.

Пенополистирол — синтетический теплоизоляционный ма-териал. Он представляет собой легкую твердую пористую газона-полненную пластмассу с равномерно распределенными замкну-тыми порами. Теплоизоляцию из пенополистирола получают вспениванием жидкого полистирола непосредственно в простен-ках холодильной камеры и корпуса шкафа холодильника.

Пенополиуретан — пенопласты мелкопористой жесткой структуры, полученные путем вспучивания полиуретановых смол с применением соответствующих катализаторов и эмульгато-ров. Для повышения теплозащитных свойств в качестве вспучи-вающего газа применяют хладон-11 и др. Процесс пенообразования и затвердевания пены происходит в течение 10… 15 мин при температуре до 5 °C.

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%.

К электрическому оборудованию бытовых холодильников относятся следующие приборы:

электрические нагреватели: для предохранения дверного проёма 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 мотор-компрессора;

осветительная аппаратура, предназначенная для освещения холодильной камеры;

вентиляторы: для обдува конденсатора холодильного аг-регата воздухом (при использовании в холодильниках конденса-торов с принудительным охлаждением) и для принудительной циркуляции воздуха в камерах холодильников.

К приборам автоматики бытовых холодильников относят-ся:

датчики-реле температуры (терморегуляторы) для под-держания заданной температуры в холодильной или низкотем-пературной камере бытовых холодильников;

пусковое реле для автоматического включения пусковой обмотки электродвигателя при запуске;

защитное реле для предохранения обмоток электродви-гателя от токов перегрузки;

приборы автоматики для удаления снежного покрова со

стенок испарителя.

Электродвигатели для привода герметичных компрессо-ров и работы в среде хладагента и масла применяются однофаз-ные асинхронные встраиваемые электродвигатели с короткозамкнутым ротором, без подшипниковых щитов и вала. Они выпускаются на номинальное напряжение 127 или 220 В (допус-тимое отклонение напряжения от -15 до +10%) мощностью 60, 90, 120 Вт. Частота вращения 1500 и 3000 мин ^-1.

Электродвигатели предназначены для работы в среде хла-дагента — хладона (фреона)-12 или хладона (фреона)-22 — и ре-фрижераторного масла. В бытовых холодильниках применяются следующие электродвигатели: ЭД, ЭД-21, ЭД-23, ЭДП-24, ЭДП-125, ДМХ-2−120, ДХМ-5 и др., а также электродвигатели, работающие в среде озонобезопасного хладагента.

Коэффициент полезного действия электродвигателя при номинальной мощности:

60 Вт — 0,6 (частота вращения 3000 и 1500 мин ^-1);

90 Вт — 0,67 (частота вращения 3000 мин ^-1) и 0,62 (часто-та вращения 1500 мин ^-1);

120 Вт — 0,68 (частота вращения 3000 мин ^-1) и 0,64 (часто-та вращения 1500 мин ^-1).

Для пуска электродвигателей и защиты их в аварийных режи-мах предусматривается применение пускозащитной аппаратуры.

Электродвигатель холодильника в нормальных условиях работает циклично, т. е. через определенные промежутки време-ни включается и выключается. Отношение части цикла, в продол-жение которой электродвигатель работает, к общей продолжи-тельности цикла называют коэффициентом рабочего времени. Чем он больше (при постоянной температуре в помещении), тем ниже температура в холодильной камере и тем больше будет среднечасовой расход электроэнергии. Определенную циклич-ность в работе холодильника (коэффициент рабочего времени) обеспечивает датчик-реле температуры — прибор, с помощью которого регулируется температура в шкафу холодильника.

Озонобезопасные хладагенты. На Международном со-вещании в Копенгагене (ноябрь 1992 г.) было принято решение о прекращении производства с 1 января 1996 года озоноопасных хладагентов R11, R12 и R502.

В переходный период допускалось применение хладагента R134a (C₂H₂F₄), который не воспламеняется во всем диапазоне температур эксплуатации.

Хладагент R134a имеет эксплуатационные характеристи-ки, близкие к R12. Его рекомендовалось применять в бытовых хо-лодильниках и он может быть использован при переводе холо-дильных систем бытовых холодильников с R12 на R134a.

Холодильный агрегат бытового холодильника состоит из мотор-компрессора, испарителя, конденсатора, системы трубопроводов и фильтра-осушителя.

В наиболее распространенных бытовых холодильниках компрессор установлен внизу, под шкафом, конденсатор — на задней стенке, а испаритель образует небольшое морозильное отделение в верхней части камеры. Иногда применяется иная компоновка: компрессор устанавливают на шкафу, горизонтальный и частично наклонный конденсатор — над ним, а испаритель, как и в предыдущем случае, — в верхней части камеры, т. е. под компрессором (рис. 1.3).

В напольных холодильниках различают три типа агрегатов: агрегаты с испарителем, который устанавливают через люк зад-ней стенки шкафа; агрегаты с испарителем, который монтируют через дверной проем; несъемные холодильные агрегаты, уста-новленные в шкаф и залитые пенополиуретаном.

Компрессоры по конструкции подразделяют на исполне-ния:

ХКВ — с кривошипно-кулисным механизмом;

ХШВ — с шатунным механизмом.

Компрессоры выпускаются без устройства дополнитель-ного охлаждения и с ним (М).

Структура условного обозначения компрессора выглядит так:

XXX МТ ГОСТ 17 008–85

1 2 3 4 5 6

где

— компрессор хладоновый герметичный;

— описанный объем (см³/1 ход);

— напряжение и частота тока;

— устройство для дополнительного охлаждения имеется;

— климатическое исполнение (только для исполнения Т);

— обозначение стандарта.

Пример условного обозначения компрессора хладонового, герметичного, кулисного, с вертикальной осью вращения, описанного объема 5 см³/1 ход, для сети с напряжением 220 В и частотой 50 Гц, без устройства дополнительного охлаж-дения, климатического исполнения УХЛ:

ХКВ 5—1 ГОСТ 17 008–85.

Примечания: 1. Описанный объем — объем, который вы-тесняется поршнем за единицу времени или за один ход при но-минальной частоте вращения.

2. УХЛ — для условий эксплуатации в районе с тропичес-ким климатом.

Рис. 1.3. Компоновка холодильных агрегатов бытовых холодильников с нижним (а) и верхним (б) расположением компрессора

Кривошипно-кулисный мотор-компрессор (рис. 1.4.) с вертикальным расположением вала подвешен на пружинах 23 (рис. 1.5.) внутри герметичного кожуха 1. В зависимости от кон-струкции подвески пружины работают на сжатие или растяжение и служат для гашения колебаний, возникающих при работе ком-прессора.

Электродвигатель однофазный, асинхронный, с пусковой обмоткой. Для пуска двигателя и защиты его от перегрузок при-меняют пускозащитное реле, соединенное с двигателем при помощи клеммной колодки, закрепленной на проходных контак-тах пластинчатой скобой. Реле установлено на раме.

Ротор 2 электродвигателя помещен непосредственно на валу 21 компрессора. Статор 3 электродвигателя прикреплен к корпусу 6 компрессора четырьмя винтами 4. Обмотка статора двухполюсная, четырехкатушечная. Корпус компрессора чугунный, одновременно служащий опорой вала. Цилиндр 16 отлит вместе с глушителями. Он установлен на корпусе мотор-ком-прессора по четырем контрольным штифтам 8 и прикреплен к корпусу двумя винтами. Для уменьшения инерционных масс поршень 18 изготовлен полым из листовой стали. Ползун 20 кулисы чугунный. На торце цилиндра установлена прокладка 15 всасывающего клапана и сам клапан 14 по двум установоч-ным цилиндрическим штифтам 8. Нагнетательный клапан 12 вместе с ограничителем прикреплен к седлу заклепками. Кла-паны установлены на штифты 8. На тех же штифтах имеются ско-бы, которые ограничивают подъем клапана. Высота подъема всасывающего клапана 0,5 мм, нагнетательного — 1,18 мм. Диа-метр всасывающего отверстия 5 мм, нагнетательного — 3,4 мм. Подъем клапана ограничен, чтобы не было чрезмерных переги-бов и стуков.

Седло 13 клапанов и головка 10 цилиндра отлиты из чугуна. Вал ротора вращается в подшипнике корпуса компрессора. Ко-жух изготовлен из листовой стали.

Рис. 1.4 Общий видкривошипно-кулисного мотор-компрессора:

1-нагнетательный патрубок; 2-операционный патрубок, 3-всасывающий патрубок, 4-патрубки устройства для дополнительного охлаждения Рис. 1.5. Конструкция кривошипно-кулисного мотор-компрессора (в сборе):

1 — герметичный кожух в сборе; 2 — ротор электродвигателя; 3 — ста-тор электродвигателя; 4, 5 — винты; 6 —корпус компрессора; 7 — крышка кожуха; 8 — штифты; 9 — винт; 10 — головка цилиндра; 11 — прокладка клапана нагнетания; 12 — нагнетательный клапан; 13 — сед-ло клапанов; 14 — клапан всасывающий; 15 — прокладка всасывающе-го клапана; 16, 17 — цилиндры; 18 — поршень; 19 — обойма; 20 — ползун; 21 — вал; 22 — трубка нагнетательная; 23 — пружина буферная; 24 — шпилька.

Трущиеся части компрессора смазываются под действием центробежной силы через косое отверстие в нижнем торце коренной шейки вала. При вращении вала 21 масло, попадая в на-клонный канал, поднимается вверх и поступает к трущейся парс вал 21 — корпус 6 компрессора. Пара поршень 18 — цилиндр 16 смазывается разбрызгиванием. Пары хладона всасываются из кожуха в цилиндр 16 через глушитель всасывания и нагнетаются в трубку 22. Змеевик нагнетательной трубки 22 способствует гашению колебаний мотор-компрессор, корпус которого опирается на три буферные пружины 23. Пружины предохраняет oт выпадения шпилька 24.

Кожух 1 закрыт сверху крышкой 7, приваренной по фланцу и ограничивающей перемещение мотор-компрессора вверх.

Конденсатор холодильного агрегата является теплообменным аппаратом, в котором хладагент отдает тепло окружаю-щей его среде. Пары хладагента, охлаждаясь до температуры конденсации, переходят в жидкое состояние. Конденсатор пред-ставляет собой трубопровод, изогнутый в виде змеевика, внутрь которого поступают пары хладона. Змеевик охлаждается снару-жи окружающим воздухом. Наружная поверхность змеевика обычно недостаточна для отвода тепла воздухом, поэтому по-верхность змеевика увеличивают за счет большого количества ребер, креплением змеевика к металлическому листу и другими способами.

Широкое распространение получили конденсаторы кон-вективного охлаждения с проволочным оребрением (рис. 1.6, а). Конденсатор представляет собой змеевик из медной трубки с приваренными к ней с обеих сторон (друг против друга) ребра-ми из стальной проволоки диаметром 1,2…2 мм. Применяются также конденсаторы щитовые с завальцованной трубкой.

В холодильниках старых моделей применялись листотрубчатые конденсаторы. Листотрубчатый щитовой конденсатор (рис. 1.6, б) состоит из змеевика, который приварен, припаян или плотно прижат к металлическому листу, выполняющему роль сплошного ребра. В листе иногда делают прорези с отбортовкой по типу жалюзи. Это увеличивает теплопередающие поверхнос-ти за счет торцов отогнутых металлических язычков и циркуля-ции воздуха. Диаметр труб 4,75…8 мм, шаг 35…60 мм, толщина листа 0,5…1 мм.

Трубы змеевика на листе обычно располагают горизон-тально в некоторых листотрубчатых конденсаторах их распола-гают вертикально, чтобы последние витки трубопровода не на-гревались от кожуха компрессора. Длина трубопровода конденсатора составляет 6500…14 000 мм.

Листотрубчатый прокатно-сварной конденсатор (рис. 1.6, в) изготовлен из алюминиевого листа толщиной 1,5 мм с разду-тыми в нем каналами змеевика. Конденсатор имеет форму сплюснутой трубы и закреплен на задней стенке шкафа холо-дильника. При сравнительно небольших размерах конденсатор работает эффективно благодаря высокой теплопроводности алюминия и теплопередачи через однородную среду. Для более эффективной циркуляции воздуха в щите сделаны сквозные про-сечки. Конденсатор с одной стороны соединен трубопроводами с нагнетательной линией компрессора, а с другой через фильтр и капиллярную трубку — с испарителем. Для защиты от коррозии конденсатор окрашивают черной эмалью.

Рис. 1.6. Конструкция конденсаторов холодильного агрегата: а — с про-волочным оребрением; б — листотрубчатый; в — прокатно-сварной

Испаритель. В испарителе происходит передача тепла от охлаждаемо-го объекта к испаряющемуся (кипящему) вследствие этого холо-дильному агенту. По принципу действия испарители аналогичны конденсаторам, но отличаются тем, что в конденсаторе холо-дильный агент отдает тепло окружающей среде, а в испарителях поглощает его из охлаждаемой среды.

Испарители имеют каналы различной конфигурации и от-личаются способом крепления в холодильной камере. В некото-рых холодильных агрегатах испарители отличаются тем, что сис-тема каналов у них имеет вместо двух выходных отверстии для присоединения капиллярной и всасывающей трубки лишь одно. У таких агрегатов капиллярная трубка проходит внутри всасыва-ющей. Конец всасывающей трубки приваривают в торце выход-ного канала испарителя, а капиллярная трубка проходит через выходной канал во входной, где ее обжимают, чтобы не было пе-ретекания хладона из входного канала в выходной.

Испарители выпускают различных конструкций. Широкое распространение в холодильниках ранних выпусков имели испарители, изготов-ленные в виде перевернутой буквы П (рис. 1.7, а), часто вытяну-той во всю ширину камеры, с полкой для продуктов. В современных холодильниках с морозильными отделениями во всю шири-ну камеры испарители делают в виде вытянутой буквы О (рис. 1.7, б) или повернутой вверх буквы С. Испаритель крепят к по-толку или боковым стенкам камеры.

Рис. 1.7. Конструкция испарителей: а — в виде перевернутой буквы П; б — 0-образной формы; в — листотрубчатый (вид снизу) В настоящее время в некоторых моделях двухкамерных хо-лодильников применяют листотрубчатые (рис. 1.7, в) секцион-ные испарители, плоские, расположенные на задней стенке ка-меры холодильника или устанавливаемые горизонтально (в этом случае испаритель одновременно является полкой). Трубопро-вод испарителя диаметром 8 мм прикреплен к металлическому листу с внутренней стороны. Для крепления трубопровода и цир-куляции воздуха на листе сделаны просечки.