Как работает холодильник?

Очевидно, что холодильники созданы для охлаждения продуктов, но не все знают, как именно происходит этот процесс. Возможно, Вы даже не раз задавались вопросом: “Как работает холодильник?”.

Основной принцип работы холодильника заключается в том, что холод не поступает в него из внешней среды. Происходит обратный процесс: тепло от продуктов выводится в окружающую среду.

Возможно, когда Вы в первый раз услышали о цикле охлаждения в холодильнике, вы были слегка обескуражены такой работой устройства. На самом деле, процесс охлаждения не такой уж сложный, и сегодня мы ответим на интересующий многих вопрос: «Как работает холодильник?»

Как работает холодильник?

Прежде чем рассмотреть алгоритм работы холодильника, ознакомимся с пятью основными компонентами холодильной системы,  простейшем цикле охлаждения.

• Компрессор – сердце холодильника. Он предназначен для сжатия и подачи хладагента под давлением и работает по принципу насоса для движения вещества;
• Испаритель – устройство, в котором происходит кипение хладагента за счёт теплоты продуктов. Благодаря этому происходит понижение температуры внутри холодильника во время его работы;
• Конденсатор – это компонент холодильной системы, в котором происходит переход из газообразного в жидкое состояние, сопровождающийся выделением теплоты в окружающую среду;
• Капиллярная трубка – соединительный элемент между конденсатором и испарителем малого сечения;
• Хладагент – вещество, переносящее тепло. Он проходит весь цикл охлаждения, когда работает холодильник. Многие представляют хладагент как большой объём охлаждающей жидкости, циркулирующей по всему холодильнику. На самом деле это не так! В обычных условиях он является газом, необходимым для работы холодильника, и в вашем устройстве количество этого вещества всего лишь 20 – 65 грамм.

И так, как же работает холодильник? В современных устройствах с компрессором система охлаждения функционирует следующим образом:

1. Включается компрессор.
2. Газообразный холодильный агент из испарителя отсасывается компрессором.
3. В компрессоре происходит сжатие хладагента до высокого давления и нагнетание его в конденсатор. В процессе конденсации выделяемое тепло рассеивается в окружающей среде.
4. Хладагент очищается в фильтре-осушителе.
5. В результате высокого давления жидкий хладагент поступает через расширительный клапан или капиллярную трубку в испаритель, в целях уменьшения давления и регулирования его потока.
6. В испарителе жидкий хладагент под низким давлением поглощает теплоту из внутреннего объема и превращается в газ низкого давления.
7. Компрессор вновь всасывает хладагент.

Принцип

 работы холодильника: схема цикла охлаждения

Есть несколько интересных примеров, демонстрирующих как работает холодильника и его цикла. Купались ли вы в море или бассейне во время отдыха в жарких странах? Когда вы выходите из воды и ложитесь на шезлонг, по телу пробегает дрожь, несмотря на температуру 30°C! Это происходит, потому что вода испаряется и забирает теплоту с поверхности вашей кожи, в результате чего вы чувствуете холод.

Похожий принцип используется во время работы холодильников.

Рассмотрим ещё один пример, с помощью которого можно понять, как работает холодильник. Попробуйте сделать следующее: лизните тыльную сторону вашей ладони, а затем подуйте на неё. Вы почувствуете холод. Данный пример демонстрирует, что охлаждение происходит в результате испарения. Этот процесс не отличается от того, который происходит в холодильнике: когда устройство работает, холод не появляется в холодильной и морозильной камерах, наоборот, тепло от хранящихся продуктов поглощается и рассеивается в окружающей среде. Именно поэтому во время работы холодильника его задняя стенка всегда горячая.

Как работает холодильник? Узнайте в нашем видео:

Как работает холодильник с зоной свежести BioFresh

Стоит отметить, что многие холодильники оснащены зоной свежести, в которой поддерживаются оптимальная влажность и  постоянный уровень температуры около 0°C, которые способствуют длительному хранению продуктов.

Как же работает холодильник с такой зоной? Воздух из холодильного отделения забирается вентилятором за заднюю стенку холодильной камеры. Здесь он охлаждается до более низкой температуры и подается в зону BioFresh, где равномерно распределяется между контейнерами. Циркулируя далее, в холодильную камеру попадает уже более тёплый воздух для охлаждения продуктов.

Если у вас есть вопросы и комментарии о том, как работает холодильник, напишите нам. Используйте форму для комментариев ниже или присоединяйтесь к обсуждению в сообществе LIEBHERR ВКонтакте.

Принцип работы бытового холодильника

Как работает холодильник?

Холодильники, которые стоят в большинстве квартир — компрессионные. Если говорить простыми словами, то принцип работы бытового компрессионного холодильника следующий: тепло отводится из холодильной камеры в окружающее пространство в результате чего температура в камере падает, а в помещении, где стоит холодильник, едва заметно повышается.

 

Что в холодильнике отвечает за реализацию этого процесса?

Хладагент — вещество с высоким уровнем текучести и низкой температурой кипения и испарения. Хладагент отвечает в холодильнике за перенос тепла от испарителя к конденсатору.

Компрессор — устройство, которое обеспечивает циркуляцию хладагента по системе холодильника. Холодильник может иметь один или два компрессора.

Испаритель забирает тепло из холодильной камеры.

Конденсатор отдает тепло в окружающую среду.

Теплообменник выравнивает температуру хладагента на выходе из испарителя и конденсатора для повышения производительности холодильника и предотвращения попадания жидкого хладагента в компрессор (что может привести к его неисправности).

Терморегулятор поддерживает температуру на нужном уровне, запуская работу системы, когда температура становится выше заданного уровня и выключая ее, когда камера охлаждается до необходимой температуры. В свою очередь состоит из термодатчика, который замеряет температуру и непосредственно регулятора.

Также в холодильнике есть дополнительные детали и системы, которые обеспечивают его работу и удобство эксплуатации. Например, система освещения, система автоматического оттаивания и т. д.

 

Теплоизоляция и герметичность

Энергоэффективность холодильника напрямую зависит от качества теплоизоляции и герметичности холодильной камеры. Теплоизоляцию обеспечивают двойные стенки и дверь, заполненные внутри различными теплоизолирующими материалами, например, вспененным полиуретаном, полистиролом и т. д.

За герметичность отвечают уплотнители с магнитными вставками, расположенные по периметру двери.

Более подробно узнать о работе основных деталей и систем холодильника вы можете в соответствующих статьях на нашем сайте. А если какая-то система вышла из строя и вам требуется ремонт холодильника, то вы всегда можете обратиться к специалистам «ПластХладо», которые помогут решить проблему.

Принцип работы холодильника — HOLODvSPB

Работа холодильника основывается на способности фреона менять агрегатное состояние, отдавая и забирая при этом тепло. В 30-х годах 20-го века открыли фреоны, которые были очень эффективны и при этом относительно безопасны. Холодильная техника тогда получила новый толчок для развития.

Холодильный агрегат работает так.

Мотор-компрессор  1 (компрессор со встроенным электродвигателем)   всасывает пары фреона из испарителя 5 и нагнетает их в конденсатор 2.  В конденсаторе пары фреона охлаждаются за счёт теплообмена с окружающим воздухом через стенки труб и конденсируются. Газообразный фреон меняет свое агрегатное состояние на жидкое при сохранении достигнутого компрессором высокого давления.  Это давление называется давлением конденсации.

Далее жидкий фреон через фильтр-осушитель 3 и капиллярную трубку 4 попадает в испаритель 5. Гидравлическое сопротивление капиллярной трубки (определяемое её внутренним диаметром и длиной) подбирается таким образом, чтобы создать определенную разность давления всасывания и конденсации, которое создает компрессор, при которой через трубопровод проходило определенное количество жидкости. До входа фреона в испаритель, давление падает от давления конденсации до давления кипения. Этот процесс называется дросселированием. В трубках или каналах испарителя происходит кипение фреона. Этот процесс происходит с поглощением тепла, которое отбирается от воздуха в холодильнике через поверхность испарителя. Таким образом, воздух при контакте с наружной поверхностью испарителя охлаждается. Проходя через испаритель, жидкий фреон нагреваясь превращается в пар, который откачивается компрессором. Отношение количества теплоты, отводимой  холодильной машиной, к затраченной электрической энергии называется холодильным коэффициентом.

Этот коэффициент  характеризует степень совершенства холодильника при определенной температуре кипения.
Мотор-компрессор — является главной частью, вокруг которой строится вся работа холодильного агрегата. Назначение компрессора состоит в обеспечении циркуляции охлаждающего вещества (фреона) по системе трубопроводов холодильного агрегата. Холодильник может быть укомплектован как одним, так и двумя компрессорами, работающими на разных температурных уровнях.

Конденсатор — теплообменный аппарат для отвода тепла от конденсирующихся (превращающихся в жидкость) паров фреона к окружающей среде. Отвод тепла конденсации становится возможным ввиду повышения температуры в процессе сжатия. На холодильниках с естественным охлаждением конденсатор в виде змеевика или щита устанавливают на задней стенке (снаружи или внутри). Холодильники больших размеров обычно оснащены конденсаторами, имеющими вид радиаторов, их устанавливают рядом с компрессором, внизу. Вентилятор обеспечивает их обдув для эффективного охлаждения. Конденсатор обязательно должен хорошо охлаждаться – это залог нормальной работы холодильника.

Испаритель – теплообменный аппарат, в котором внутри кипит жидкий фреон, а снаружи происходит охлаждение требуемой среды (воздуха или непосредственно продукта). Кипение в испарителе  происходит при низкой температуре и соответствующем давлении и идёт за счет теплоты, отнимаемой от охлаждаемой среды.

Капиллярная трубка – предназначена для дросселирования перед испарителем жидкого фреона и снижения его давления от давления конденсации до давления кипения с соответствующим понижением давления. Представляет собой медный трубопровод длиной 1,5…3,0 м с внутренним диаметром 0,6…0,85 мм. Устанавливается между конденсатором и испарителем.

Фильтр-осушитель  —  устанавливается перед входом в капиллярную трубку для предохранения ее от засорения механическими частицами, для поглощения влаги из фреона и предотвращения замерзания этой влаги на выходе из капиллярной трубки. Корпус патрона фильтра состоит из медной трубки длиной 105…140 мм и диаметром 18…12 мм. В корпус фильтра помещают цеолит между сетками, установленными на входе и выходе  из патрона. Цеолит (молекулярное сито) служит для поглощения молекул влаги из фреона.

Работу  бытового холодильника обеспечивает электрическая схема, представленная ниже.

1 — терморегулятор, 2 — кнопка принудительной оттайки, 3 — реле тепловой защиты (3.1. — контакты реле, 3.2. — биметаллическая пластина), 4 — электродвигатель мотор-компрессора (4.1. — рабочая обмотка, 4.2. — пусковая обмотка), 5 — пусковое реле (5. 1. — контакты реле, 5.2. — катушка реле).

При подаче напряжения в схему электрический ток проходит: через замкнутые контакты терморегулятора 1, копки принудительной оттайки 2, реле тепловой защиты 3, (контакт 3.1, биметаллическая пластина 3.2), пусковое реле 5 (катушку 5.2, контакты 5.1 разомкнуты) и рабочую обмотку 4.1 электродвигателя мотор-компрессора 4. Поскольку на момент пуска вал двигателя не вращается, ток, протекающий через рабочую обмотку, в несколько раз превышает номинальный. Пусковое реле 5 устроено таким образом, что при превышении номинального значения тока замыкаются контакты 5.1, подключая к цепи пусковую обмотку электродвигателя, который способствует началу движения вала. После осуществления пуска ток в рабочей обмотке снижается, контакты пускового реле размыкаются, но двигатель продолжает работать в нормальном режиме за счет рабочей обмотки.

При достижении заданной температуры, контакты терморегулятора размыкаются и электродвигатель компрессора останавливается.

Для отключения электродвигателя при опасном повышении силы тока предназначено реле тепловой защиты. Оно защищает электродвигатель от перегрева и сгорания. Реле состоит из биметаллическое пластины 3.2., которая при опасном повышении силы тока нагревается и, изгибаясь, размыкает контакты 3.1. После  остывания биметаллической пластины контакты снова замыкаются.

Холодильник. Виды и устройство. Работа и как выбрать. Особенности

Кто сегодня не имеет в своем жилище холодильник. Это обязательный элемент любой кухни, который является неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, и сегодня имеет огромное разнообразие видов и моделей.

Устройство и принцип работы

Вопреки тому, что можно было бы подумать, холодильник не «производит» холод. Он «захватывает» тепло находящихся в камере продуктов и окружающего их воздуха, чтобы вывести его наружу, на внешнюю заднюю стенку аппарата. Именно поэтому она такая горячая. По этой же причине внутри холодильной камеры может образовываться слой льда, препятствующий обмену теплом, который надо регулярно размораживать. Это вызвано замкнутым контуром хладагента, который изменяет состояние, переходя от жидкого состояния в газообразное, и затем снова в жидкое и очень холодное. Его температура составляет примерно от +60°C до -20°C.

Изменения состояния связаны с физическими реакциями жидкостей.

• Жидкий хладагент циркулирует в контуре охлаждения, также называемом испарителем, в котором он поглощает тепло от продуктов. При нагревании хладагент испаряется и переходит в газообразное состояние.
• Газ, полученный в результате испарения хладагента, затем переходит в компрессор. Как следует из названия, он сжимает газ, выталкивая его в конденсатор, увеличивая его температуру по мере его прохождения. Это физическая реакция: температура газа увеличивается при сжатии.
• В конденсаторе, длинном змеевике, который находится за пределами камеры, газ снова становится жидким и, таким образом, выводит свое тепло наружу. Именно в этом промежутке он также эвакуирует воздух и примеси, собранные во время его путешествия. Это по-прежнему физический принцип: газ, который становится жидким, выделяет тепло.
• Наконец, хладагент переходит в капиллярную трубку, гораздо более широкую часть трубы, где давление падает, и жидкость расслабляется. В этот момент температура хладагента резко падает, и он возвращается в испаритель.

В этой системе также принимают участие еще несколько элементов:

• Резиновые прокладки обеспечивают герметичность двери, в том числе во избежание образования льда.
• Термостат регулирует температуру внутри холодильника. Чем чаще открывается дверца, тем чаще устройство запускает в путь газ, чтобы поддерживать или восстанавливать первоначальную температуру. То же самое происходит, если горячие блюда помещаются в холодильную камеру (что не рекомендуется).
• Система обмотки двигателя, которая позволяет запустить компрессор.
• Двигатель компрессора, защищенный от перегрева термической защитой.
• Наконец, резистор, обеспечивающий размораживание испарителя.

Что такое хладагент (охлаждающая жидкость)

Хороший хладагент должен удовлетворять нескольким условиям. Он должен испаряться при давлении выше атмосферного и при температуре ниже 0°С. Он также должен быть химически стабильным, негорючим, нетоксичным и дешевым.

Попытки найти идеальную охлаждающую жидкость начались с самого первого холодильника, и продолжаются до сих пор. В 18-м веке Уильяму Каллену удалось произвести лед с эфиром, который испарялся в 25 раз быстрее, чем вода. Но эфир очень легко воспламеняется. Затем в 1876 году немецкий инженер Карл Фон Линде запатентовал аммиачную холодильную камеру. Этот газ идеален, потому что он требует очень мало энергии для изменения его температуры, которой он обменивается с окружающей средой без изменения состояния. Но аммиак также очень токсичен, и его применение запретили с 1930-х годов.

Вместо аммиака появился фреон, газ семейства ХФУ (хлорфторуглеродов). К сожалению, и этот газ оказался неидеальным, поскольку вызывает деградацию озонового слоя. В 1987 году 180 стран подписали Монреальский протокол, запретив использование фреона. С тех пор фреон заменен углеводородами (изобутан или гидрофторуглероды — ГФУ), безопасными для озонового слоя, но создающими сильный парниковый эффект.

Технические усовершенствования

• Контролируемый холод. Пульсирующий холодный воздух распределяется в трубах, имеющих несколько выходов, для однородного распределения холода на каждом этаже. Пищу можно хранить до 3 раз дольше, чем в обычной холодильной установке.
• Линейный компрессор. Он заменяет поршневой компрессор и тем самым уменьшает потери за счет теплопередачи и трения. Результат: экономия энергии на 30% и более тихая работа.

• Материалы с изменением фазы. При включении этих материалов в стенки корпуса агрегат может накапливать достаточную энергию для поддержания стабильной температуры более 14 часов без перезапуска холодильной установки.

Модельный ряд

Однокамерный холодильник

Самые классические производители холода существуют с морозильной камерой или без нее. Этот небольшой отсек в верхней части устройства обеспечивает температуру замерзания от -6°C до -18°C, в зависимости от модели. Этот холодильник идеально подходит для семей, которые потребляют в основном свежие продукты, поскольку морозильная камера не позволяет хранить замороженные продукты в больших количествах или в течение длительного периода. Эта модель также может использоваться в дополнение к отдельному морозильнику на больших кухнях.
Емкость: от 200 до 400 л
Мощность морозильной камеры: от 0 до 25 л

Двухкамерный холодильник

Он состоит из двух отдельных частей: холодильной камеры и морозильного отделения. Морозильник может располагаться как сверху, имея небольшой объем, так и снизу, где есть возможность разместить отсек для выдвижных ящиков и иметь емкость около 100 л. Эта модель полезна, когда необходимо охлаждать и замораживать продукты в небольшом пространстве.
Емкость: от 130 до 400 л
Морозильная камера: от 30 до 150 л

Американский холодильник (Side by Side)

Очень широкий, этот большой рефрижератор подходит только для просторных помещений. Имея две передние двери, скрывающие морозильник с одной стороны и холодильник с другой, они предназначены для многодетных семей или тех, кому требуется хранить большое количество продуктов. Этот тип устройства часто дополняют отделение для производства кубиков льда и дозатор холодной воды.
Емкость: от 330 до 430 л
Морозильная камера: от 150 до 230 л

Критерии выбора

• Вместимость. Чтобы узнать объем, который вам нужен, необходимо оценить ваши привычки в еде. Вы и ваши дети всегда едите дома, или часто ужинаете в ресторане или у друзей? Вы много готовите или заказываете большинство своих блюд? Этот первый критерий позволит вам оценить свои потребности. В частности, знайте, что в среднем для одного взрослого человека требуется от 100 до 150 л, и 50 л на ребенка. Для семьи из четырех человек, таким образом, потребуется помощник объемом от 300 до 400 л.
• Отдельностоящие или встроенные. В зависимости от конфигурации кухни выбирается холодильник. Первые устройства размещаются там, где вы хотите, рядом с остальными кухонными элементами. Вторые вписываются в мебель благодаря своему внешнему виду в том же духе, что и остальные компоненты. Для полного встраивания на интегрируемой модели монтируется дверь, идентичная другим элементам кухонного гарнитура. В обоих случаях особое место для холодильника должно быть зарезервировано во время компоновки кухни.
• Энергия. Все версии классифицируются в соответствии с их потреблением электроэнергии. Маркировка «Энергия», связанная с устройством, позволяет узнать его энергетическую категорию. До недавнего времени эта классификация варьировалась от A, для очень экономного, до G, для большого потребителя электроэнергии. Но новые европейские директивы запрещают продажу приборов, классифицированных от D до G. Созданы две другие категории: A + (гарантирующая производительность до 25% лучше, чем A) и A ++ (гарантируя производительность до 45% лучше, чем A).
• Вентилируемый холод. Эта функция оснащает все больше и больше холодильников. Это сухой холодный воздух, перемещаемый равномерно по всем участкам агрегата турбиной. Он имеет несколько преимуществ:
  1. Отсутствие образования инея, что экономит электроэнергию и требует более редкого технического обслуживания.
  2. Однородная температура, благоприятствующая более гигиеничному сохранению пищи.
  3. Более быстрое возвращение к холоду после закрытия двери.

Единственный недостаток — вентилируемый холод имеет тенденцию высушивать продукты. Поэтому необходимо хранить их в плотно закрытой посуде, чтобы избегать контакта с воздухом.

Похожие темы:

Устройство холодильника

Однокамерный холодильник

В однокамерном холодильнике охлаждение холодильной камеры происходит с помощью основного испарителя, который расположен в верхней части холодильного шкафа. Холодный воздух опускается вниз и охлаждает продукты холодильной камеры. Чтобы охлаждение не было очень сильным, под основным испарителем устанавливают поддон с небольшими окошками, через которые холодный воздух поступает в холодильную камеру. Приоткрывая и закрывая окошки можно регулировать температуру в холодильной камере.

Морозильная камера в однокамерных холодильниках располагается только в верхней части холодильного шкафа. Как правило испаритель является корпусом морозильной камеры.

Однокамерный холодильник работает следующим образом: мотор-компрессор откачивает пары фреона из испарителя и нагнетает их в конденсатор. Здесь пары охлаждаются, конденсируются и переходят в жидкую фазу. Далее жидкий фреон через фильтр-осушитель и капиллярную трубку направляется в испаритель.

Фильтр-осушитель (осушительный патрон) служит для очистки и осушения проходящего через него хладагента. Он представляет собой цилиндр, заполненный веществом, поглощающим воду (силикагель или цеолит). Выплёскиваясь в каналы испарителя, жидкий фреон вскипает и начинает отбирать тепло с поверхности испарителя, тем самым охлаждая внутренний объём холодильника и продукты, хранящиеся в нем. Пройдя через испаритель, жидкий фреон выкипает, превращаясь в пар, который опять откачивается мотором-компрессором.

Цикл непрерывно повторяется до тех пор, пока температура на поверхности испарителя не достигнет необходимого значения, после чего мотор отключается. Под действием окружающей среды температура в морозильной камере повышается, и мотор включается снова. Таким образом, внутри холодильника поддерживается необходимая температура.

Для предотвращения образования конденсата на поверхности трубопровода всасывания на него по всей его длине припаивается капиллярная трубка. При работе холодильника капиллярная трубка нагревается, нагревая трубопровод всасывания. В современных моделях холодильников капиллярная трубка находится внутри трубопровода всасывания.

Поскольку в однокамерных холодильниках чувствительный элемент термостата (сильфонная трубка) крепится на поверхности испарителя и охлаждается и нагревается вместе с испарителем, включение и отключение компрессора осуществляется при достижении необходимой температуры в морозильной камере. Регулировка температуры (т. е. частоты включения компрессора) повышает (или понижает) температуру одновременно и в морозильной и холодильной камерах.

Чтобы охлаждение не было очень сильным, под испарителем (то есть под морозильной камерой) устанавливают поддон с небольшими окошками, через которые холодный воздух поступает в холодильную камеру. Приоткрывая и закрывая эти окошки можно регулировать температуру в холодильной камере. При этом в морозильной камере температура останется прежней.

Двухкамерный холодильник

Двухкамерный холодильник отличается от однокамерного наличием собственного испарителя для холодильной и морозильной камер.

Принцип работы двухкамерного холодильника следующий: жидкий фреон, накачиваемый мотором-компрессором, проходит по конденсатору и капиллярной трубке, попадет в испаритель морозильной камеры, вскипает и, испаряясь, начинает охлаждать поверхность испарителя. При этом испарение жидкого фреона и, соответственно, охлаждение начинается в месте входа капиллярной трубки в испаритель и постепенно продвигается по его каналам к выходу испарителя морозильной камеры (см.  рисунок). Пока поверхность испарителя не охладится до минусовой температуры, в испаритель холодильной камеры фреон не поступает.

После обмерзания испарителя морозильной камеры жидкий фреон начинает поступать в испаритель холодильной камеры, охлаждает его до температуры -14°С, после чего мотор-компрессор отключается. После отключения мотора воздух в холодильной камере под воздействием окружающей среды постепенно нагревается, от этого нагревается испаритель холодильной камеры. При достижении определннной температуры мотор снова включается.

«Плачущий» испаритель

Так обычно называют испаритель холодильной камеры в двухкамерных холодильниках. Как правило, в холодильной камере достаточно большого объема устанавливается испаритель небольшого размера (в несколько раз меньше, чем в морозильной камере), который обмерзает до температуры минус 14°С за довольно короткое время. После этого чувствительный элемент терморегулятора, закреплённый на поверхности этого испарителя, «даёт команду» на отключение мотора-компрессора. За время работы мотора испаритель успевает охладить объём холодильной камеры до температуры плюс 4°С. После отключения мотора-компрессора воздух в холодильной камере начинает нагревать поверхность испарителя. Вода, образовавшаяся из растаявшего инея каплями стекает по испарителю в специальный лоток на стенке камеры.

Регулируя мощность компрессора можно изменять температуру как в холодильной, так и в морозильной камере. Если датчик температуры установлен только в холодильной камере, то и температура будет регулироваться по холодильной камере, т.е. при понижении температуры в холодильной камере с +4° до +2°С, температура в морозильной камере тоже понизится на 2°С, например с минус 20°С до минус 22°С. Если температуру в холодильной камере повысить, то в морозильной камере температура тоже повысится.

Отметим, что агрегат холодильника рассчитан таким образом, что даже при минимальном значении терморегулятора температура в морозильной камере не поднимется выше положенной нормы минус 18°С.

Холодильник с электромагнитными клапанами

Независимая регулировка температуры в холодильной и морозильной камерах возможна в случае, если установлены два независимых компрессора со своими испарителями. Другой вариант — двухконтурная система, в которой предусмотрена возможность независимой работы каждого контура. Самый простой способ реализации этой идеи — установка клапана, перекрывающего подачу хладагента в испаритель холодильной камеры (серия холодильников Минск 126; 128 и 130).

При закрытии клапана хладагент начинает поступать в испаритель по дополнительному капиллярному трубопроводу, который впаян в конденсатор агрегата. Количество подаваемого хладагента уменьшается, в результате чего перестаёт обмерзать испаритель холодильной камеры (из-за уменьшенного количества охлаждающего вещества жидкий хладагент до него просто не доходит, выкипая в испарителе морозильной камеры). Работа клапана связана с показаниями термостата холодильной камеры, что даёт возможность регулирования температуры в холодильной камере отдельно от морозильной. Компрессор в таких холодильниках отключается в соответствии с показаниями термостата, установленного в морозильной камере.

В холодильниках более сложной конструкции могут устанавливаться клапаны, перекрывающие поступление хладагента в испарители камер холодильника поочерёдно, позволяя регулировать температуру в каждой из камер по отдельности. В таких холодильниках управление работой клапанов и мотора-компрессора производит электронный блок. Температура в камерах считывается специальными датчиками, и на основании этой информации, а также на основании датчика температуры окружающей среды происходит регулирование температуры в камерах холодильника.

Суперзаморозка

Режим принудительной заморозки продуктов применяется в морозильниках и двухкамерных холодильниках для замораживания большого количества продуктов. При обычном режиме заморозки замораживаемые продукты, помещённые в морозильную камеру, начинают охлаждаться снаружи и лишь через некоторое время промерзают внутри. Термостат отслеживает температуру испарителя либо воздуха в морозильной камере, но не температуру замораживаемых продуктов. Поэтому моторкомпрессор отключается при достижении определенной температуры внутри морозильника, а не в тот момент, когда продукты полностью замерзнут.

При использовании режима принудительной заморозки, при котором отключается регулятор температуры, и мотор-компрессор будет работать, не выключаясь, пока пользователь самостоятельно не отключит этот режим (или это не сделает автоматика).

Реализация режима суперзаморозки может быть различной:

Прямое подключение компрессора к сети в обход датчиков температуры и установка максимально возможного значения температуры на терморегуляторе

Включение слабого нагревательного элемента на испарителе в непосредственной близости от датчика температуры. Этот элемент не позволяет датчику охладиться, и компрессор начинает работать не отключаясь. В системах с электронной системой управления активация этого режима осуществляется управляющим процессором. Поскольку в режиме принудительной заморозки мотор-компрессор работает, не выключаясь, необходимо помнить, что такая работа мотора-компрессора более трёх суток может привести к сокращению его ресурса. Надо иметь в виду, что в большинстве моделей при включении режима суперзаморозки температура понижается как в морозильной, так и в холодильной камерах.

Система NO FROST

Холодильники системы NO FROST отличаются от холодильников с обычной системой охлаждения тем, что в морозильной камере они не имеют привычного испарителя в виде металлической полочки или пластины. Испаритель (он как правило один), который в таких моделях правильнее называть воздухоохладителем, может быть расположен в верхней или нижней части морозильной камеры или за панелью на задней стенке этой камеры, а холодильная камера вообще не имеет своего испарителя.

Конструктивно воздухоохладитель в большинстве моделей внешне напоминает автомобильный радиатор. За ним устанавливается вентилятор, который нагнетает воздух из морозильной и холодильной камер. При прохождении через испаритель воздух охлаждается и по системе каналов направляется на охлаждаемые продукты. При этом большая часть охлаждённого воздуха поступает в морозильную камеру, а меньшая — по дополнительному каналу в холодильную.

Исключение составляют холодильники FROST FREE, в холодильной камере которых установлен «плачущий» испаритель, и холодный воздух циркулирует только в пределах морозильной камеры. Вопреки названию системы NO FROST («без инея»), иней всё-таки образуется — просто его не видно, т.к. он образуется на закрытом от глаз испарителе. Периодиче ски, через 8-16 ч, этот иней оттаивается нагревательными элементами, расположенными на испарителе или под ним.

Температура в морозильной камере регулируется путём отключения компрессора при достижении определенной температуры в морозильной камере или в воздушном канале, по которому холодный воздух из морозильной камеры поступает в холодильную. Температура в холодильной камере регулируется либо специальной заслонкой, установленной в воздушном канале холодильной камеры (заслонка может иметь ручное управление или управляться термостатом), либо путём включения-выключения дополнительного вентилятора, подающего холодный воздух из морозильной камеры в холодильную.

Двухкомпрессорные холодильники

В двухкомпрессорных системах в одном холодильном шкафу установлены два отдельных агрегата для каждой из камер, и работают они независимо друг от друга. У каждого агрегата свой термостат, показания которого являются сигналом для отключения соответствующего компрессора. Это все равно, как если бы мы поставили отдельно стоящий холодильник на морозильный шкаф (или наоборот). Температуру, режимы суперзаморозки (суперохлаждения), «отпуск» и т.д. можно включать совершенно независимо.

Обогрев дверного проёма

Для предотвращения появления конденсированной влаги на поверхности дверных проёмов применяется их обогрев. Конденсат на этих поверхностях появляется из-за разницы температуры внутри морозильного шкафа (камеры) и температуры окружающей среды. К примеру, если в помещении, где установлен холодильник, температура плюс 30°С, а внутри морозильной камеры минус 18°С, то образование конденсата на торцах морозильного шкафа в местах прилегания уплотнительной резины практически неизбежно.

В некоторых холодильниках функция обогрева дверного проёма может быть отключена специальной клавишей. Это делается в случаях, когда в помещении, где находится холодильник, достаточно прохладно. Функция отключения обогрева дверного проёма являяется энергосберегающей, т. к. обогрев осуществляется электрическими нагревательными элементами. Однако в большинстве современных холодильников обогрев дверного проёма осуществляется за счёт горячего хладагента, нагнетаемого мотором-компрессором в конденсатор холодильного агрегата. В таких моделях горячий хладагент, нагнетаемый мотором-компрессором, проходит по трубопроводу, проложенному в стенке холодильного шкафа, затем идёт по трубопроводу, уложенному внутри шкафа по периметру дверного проёма, обогревает этот проём и, уже немного остывший, по трубопроводу в стенке шкафа поступает в конденсатор агрегата. В холодильниках и морозильниках с такой системой обогрева во время выхода холодильной системы в режим могут довольно сильно нагреваться стенки холодильного шкафа и дверной проём, что не является неисправностью.

Нулевая зона

Нулевой зоной называют специальный отсек холодильной камеры, предназначенный для хранения свежего мяса, свежей птицы и рыбы. Как правило, этот отсек представляет собой выдвижные ящики, которые обычно располагаются между морозильной и холодильной камерами. Производителями декларируется поддержание в таком отделении определенной влажности и температуры около 0°С.

В некоторых моделях зона свежести выполнена в виде изолированной камеры. Благодаря таким условиям хранения многие продукты сохраняют свою свежесть в среднем в два-три раза дольше, чем в обычном холодильнике.

Зона свежести может не иметь собственного испарителя, а охлаждение этой камеры может осуществляться за счёт естественного притока холодного воздуха из расположенной сверху морозильной камеры по небольшому каналу, соединяющему морозильную и нулевую камеры.

В некоторых холодильниках нулевая зона выполнена в виде отдельной пластиковой ёмкости, установленной у плачущего испарителя. Охлаждение этой ёмкости происходит от плачущего испарителя. Гарантированно температура 0°С может быть обеспечена только в том случае, когда нулевая зона представляет собой камеру с отдельным испарителем, либо камеру, в которую порционно подаётся охлаждённый воздух из морозильной камеры (NO FROST), особенно если управление процессами производится электронным блоком.

принцип работы холодильника на пропане + пример сборки самоделки

Достаточно длительная история развития холодильной техники отмечена появлением различных видов бытовых холодильников. Среди существующих конструкций можно найти бытовой абсорбционный аппарат – газовый холодильник.

Модели холодильников на газу делают как стационарными, так и мобильными. Их относительно простая конструкция не исключает возможности создать устройство своими руками. Чтобы сделать газовый холодильник, необходимо изучить его устройство и принцип работы, согласны?

В статье подробно описана конструкция пропанового агрегата и технический цикл охлаждения, а также приведены пошаговые инструкции по сборке и переделке разных модификаций холодильников на газу.

Содержание статьи:

• Устройство пропанового холодильника
• Принцип работы холодильника на газу
• Как сделать газовый холодильник
  • Пошаговый процесс переделки «Садко»
  • Примеры сборки самоделки
• Альтернатива самодельной конструкции
• Выводы и полезное видео по теме

Устройство пропанового холодильника

Абсорбционный принцип работы – основа холодильной техники, которая могла бы работать на пропане.

Рассматривая газовый холодильник и принцип его работы, следует подчеркнуть: в абсорбционном холодильнике пропану отводится скромная функция газа-подогревателя. Главными же компонентами процесса абсорбции в конструкциях бытовых холодильников являются обычно аммиак и вода.

Так выглядит задняя стенка абсорбционного холодильника. Это одна из тех старых моделей аппаратов, которые подходят для модернизации – переустройства на газовое топливо вместо электрической энергии

Аммиак выступает в качестве хладагента, а вода исполняет роль вещества-поглотителя.

Газовая модель в упрощённом виде содержит следующие технологические модули:

Газовый нагревательный модуль.

Генератор (точнее – кипятильник).

Конденсатор.

Абсорбер (поглотитель).

Испаритель.

Газовым нагревателем осуществляется подогрев содержимого генератора. Модуль генератора предназначен для получения парообразного аммиака и подачи слабого аммиачного раствора в область абсорбера.

Конденсаторный модуль служит для охлаждения паров аммиака до температуры конденсации. А модуль под названием “абсорбер”, выполняет функции поглотителя аммиака. Испаритель газового холодильника служит генератором холода.

Принцип работы холодильника на газу

Технологический цикл охлаждения начинается с подогрева газовой горелкой концентрированного водоаммиачного раствора. За счёт более низкой температуры кипения аммиака это вещество вскипает быстрее воды. Начинается процесс образования концентрированных паров хладагента, которые поступают в конденсатор.

Здесь аммиачный пар конденсируется, и уже жидкий аммиак устремляется к испарителю, где за счёт отбора тепла от продуктов вскипает, образуя парожидкостную смесь.

Структурная схема, показывающая принцип работы абсорбционного аппарата охлаждения. В качестве нагревателя генератора здесь используется газовая горелка. Однако, по сути, нагреватель может быть практически любого типа (+)

Схемой абсорбционного холодильника предусматривается также работа устройства, которое носит название “дефлегматор”. Этот модуль установлен на выходе из кипятильника и предназначен для получения слабого водоаммиачного раствора в процессе частичной конденсации насыщенных паров.

Этот слабый раствор собирается в абсорбере. Туда же направляется насыщенная парожидкостная аммиачная смесь из испарителя, где абсорбируется. Далее цикл повторяется.

Холодильник абсорбционный, подготовленный под модернизацию. Здесь демонтирована защитная металлическая панель, убран теплоизолятор (слой минеральной ваты), удалён электронагреватель. Осталась лишь гильза на трубке сифона

Большая часть абсорбционных бытовых холодильников оснащаются электрическими нагревателями. Например, из таких моделей можно отметить холодильники «Садко», «Морозко» и другие.

Но электрический нагреватель вполне допустимо заменить любым другим источником тепла, включая пропановую горелку, радиатор отопления и даже дым печной трубы. Поэтому отмеченные модели абсорбционной техники теоретически вполне допустимо использовать под создание своими руками холодильника на газу, функционирующего в постоянном режиме.

Как сделать газовый холодильник

Относительно несложным способом изготовления газового холодильника, как уже отмечалось, видится использование в качестве основы отработавшего свой срок абсорбционного аппарата. Чтобы довести до «ума» ту же модель «Садко» или «Морозко», достаточно исключить из конструкции установленные в системе электрические нагреватели.

Вместо демонтированных нагревательных элементов потребуется внедрить газовый подогрев, установив в конструкцию теплообменник и пропановую горелку.

Теоретически исполнимая идея газификации абсорбционного аппарата, ранее действующего от нагрева электрическим нагревателем. Таким видится прямое подключение газовой горелки (+)

Удачно подходит для создания мобильного аппарата модель абсорбционного холодильника «Морозко» четвёртого выпуска серии АШ-30. Габариты корпуса этой конструкции 450*400*405 мм, вес не более 15 кг.

Температура морозильной камеры при работе конструкции на полную мощность вполне может достичь 10-12°С со знаком минус. Не зря среди умельцев-конструкторов родилась идея переделать электрический подогрев, заменив его пропановой грелкой.

Однако затея с газовым холодильником сомнительная, и в подтверждение этому есть целый ряд причин. Так, абсорбционный процесс требует почти вдвое больше времени на генерацию холода, чем обычный компрессионный холодильник.

С точки зрения экономии, конструкция видится не совсем рациональной, учитывая сколько потребуется затратить газа на получение 1°С минусовой температуры для самодельного варианта. Тем не менее, конструкторский интерес относительно возможности реализации идеи достаточно высок.

Пошаговый процесс переделки «Садко»

Электрические нагревательные элементы холодильника «Садко» расположены на трубке сифона. Этот элемент конструкции (сифон) находится в нижней части задней стенки аппарата. Область сифона закрыта металлическим кожухом, под которым находится слой теплоизолятора (минеральная вата).

Здесь показан процесс вскрытия защитной металлической панели на задней стенке абсорбционного холодильника. Как видно, под панелью и слоем теплоизолятора находится электронагреватель, который требуется демонтировать

Изначально конструктору-любителю потребуется выполнить следующие действия:

Поместить холодильник в удобное для работы место.

Демонтировать защитный кожух на задней стенке.

Удалить теплоизоляционный материал.

Снять нагревательные элементы с трубки сифона.

Следует учитывать, что доработка своими руками здесь сопряжена с некоторым риском. Система абсорбционного холодильника заполнена аммиаком и водородом под давлением до 2 атм. Неаккуратный демонтаж деталей системы и электрических нагревателей может привести к разгерметизации системы, что опасно для здоровья. Необходимо проявлять осторожность.

Следующий шаг конструктора-любителя заключается в установке системы нагрева, действующей на пропане. То есть необходимо в области трубки сифона смонтировать модуль, которым бы осуществлялся подогрев в результате сжигания газа. Нагревать трубку открытым пламенем недопустимо.

Значит, потребуется изготовить теплообменник. Это может быть, к примеру, массивный брусок меди, внутрь которого встроена газовая горелка.

Вариант изготовления теплообменных модулей под внутреннее размещение газовой горелки. Такой модуль закрепляется плотно к трубке сифона холодильника вместо демонтированного электронагревателя

Изготовление системы подогрева газом в обязательном порядке предусматривает организацию комплекса защиты от перегрева. Рабочий диапазон температуры нагрева сифона холодильника «Садко» составляет 50 – 175°С. Исходя из этих значений, следует рассмотреть схему включения и отключения подачи газа при нагреве.

Для схемы с электронагревателями в абсорбционных моделях используется терморегулятор холодильника серии Т-120. Но этот прибор регулирует работу нагревателей с учётом температуры испарителя.

Регулятор пламени газовой горелки, который может быть внедрён в конструкцию модуля нагрева от газа. Это лишь один из нескольких приборов автоматики, которыми потребуется оснастить газовый холодильник (+)

Газовая горелка вместе с устройством автоматического управления – это несколько иная система. Если холодильник на пропане делается с учётом долгосрочного применения, автоматику придётся делать полноценную.

То есть, к примеру, контролировать не только температуру нагрева теплообменника, но также вести контроль пламени и отслеживать давление газа. Нельзя забывать и о системе запала.

Примеры сборки самоделки

Примеров самодельных конструкций абсорбционных холодильников на газу, которые бы отметились долгосрочной эксплуатацией, отыскать не удалось. Встречаются лишь экспериментальные варианты, зачастую начатые, но не доведённые до завершения.

Есть также примеры сборки, когда холодильник на газу собирался своими руками по упрощённой методике.

Одна из успешно реализованных самодельных конструкций холодильника на пропане. Подобных «самопальных» изделий на просторах инета можно встретить в достаточном количестве

При упрощённом варианте сборки применялся пропановый баллон, выход которого соединяли шлангом напрямую с горелкой прямого действия. Горелка закреплялась на шасси абсорбционного холодильника, а рабочее сопло направлялось непосредственно на трубку сифона.

Поджиг горелки делали вручную. Так же, без какой-либо автоматики, чисто методом «пробы на ощупь», выполнялся контроль температуры нагрева сифона.

Итоги неутешительны. За время работы ручной нагревающей газовой установки в течение 12 часов внутри морозильной камеры была получена максимальная температура нижнего порога – не ниже +3°С.

Таким образом, испытания абсорбционного  холодильника на пропане, сделанного своими руками по упрощённой схеме, показали крайне низкую эффективность газового аппарата. Более того, судя по расходу газа, этот вариант получения холода («Садко-Г») неоправданно затратный.

Альтернатива самодельной конструкции

Смысл сборки газовой конструкции теряется ещё и потому, что старых заводских конструкций подобного рода в бытовом исполнении практически нет. Газовая холодильная техника с абсорбером (российского производства) – это в основе своей установки промышленного назначения, крупногабаритные, тяжеловесные, оснащённые сложным газовым оборудованием.

Пример промышленной абсорбционной газовой установки. При относительно небольшом потреблении газа (в промышленном учёте) этот абсорбционный холодильник показывает высокую эффективность работы

Поэтому более привлекательной рассматривается альтернатива для самодельной газовой холодильной техники. Это современные мобильные компактные системы охлаждения из серии термических контейнеров и похожих разработок. Любая из подобных систем закрывает ту потребность в холоде, которая обременяет любителей выездов на природу.

Именно с целью охлаждения и хранения продуктов в условиях отдыха на природе люди пытаются собирать своими руками холодильники на газу. Ассортимент современной мобильной холодильной техники огромен

Цена на аппараты вполне подходящая. Скорее всего, покупка, допустим, холодильника марки Comfort, обойдётся суммой в несколько раз меньшей, чем затраты на модернизацию старой абсорбционной системы.

При этом по техническим характеристикам современное компактное холодильное оборудование фактически сравнимо с теми же параметрами «Садко». А температурный диапазон выглядит более привлекательным (до -18ºС).

Более чем удачная альтернатива самодельным конструкциям газовых холодильников. Удобный, мобильный, компактный аппарат Waeco-Dometic Combicool, функционирующий от трёх различных источников тепла

Наконец, есть возможность купить реально действующий на пропане промышленный холодильник импортного производства. Наглядный пример – универсальный аппарат немецкого производителя, выпускаемый под маркой Waeco-Dometic Combicool.

Конструкция мобильного холодильника обеспечивает получение холода при работе от одного из трёх источников энергии, в том числе и от баллона с газом.

Выводы и полезное видео по теме

Преимущества и недостатки мобильного холодильника, который может работать и от электричества, и на газу:

Краткий видеообзор автохолодильника марки Dometik:

Выводы из всей истории с конструированием «бесплатной» во всех отношениях холодильной техники вытекают однозначные. Единственная причина сборки газового холодильника своими силами – это желание сделать чего-нибудь самостоятельно.

Нередко удовольствие от собственных успехов перекрывает любые инновации мирового масштаба. Однако современные заводские модели надежнее и безопаснее.

Имеете опыт создания газового холодильника? Или пользуетесь покупным агрегатом абсорбционного типа? Пожалуйста, делитесь своим мнением и оставляйте комментарии. Форма для связи расположена в нижнем блоке.

Источник sovet-ingenera.com

Принцип работы холодильника и его устройство

Автор Ангелина На чтение 5 мин. Просмотров 2k. Опубликовано 05.08.2019

Если вы не хотите, чтобы мелкие неисправности или даже серьезные поломки бытовой техники застали вас врасплох, необходимо внимательно изучить принцип работы холодильника. В наши дни существует несколько технологий, по которым функционируют холодильники, но в целом принцип достаточно схожий. Вникнув в базовое устройство холодильника и принцип его работы, вы самостоятельно сможете определить причину поломки, и даже в некоторых случаях сумеете устранить неполадки.

Итак, как работает холодильник? Принцип работы современного холодильника основан на таком веществе как фреон, который способен быстро менять свое состояние и охлаждать продукты благодаря своим выдающимся качествам.

В современном производстве используются только безопасные и экологически чистые хладагенты, которые гарантированно не нанесут вреда вашему здоровью и здоровью ваших близких.

Фреон движется по системе благодаря компрессору, и испаряется следующим образом:

1. На задней панели холодильника образуется повышенное давление;
2. На испарителе образуется пониженное давление;
3. На задней панели хладагенты становятся более сжиженными, а на испарителе наоборот – начинают испаряться;
4. Нагнетается холодная температура.

Давление повышается благодаря особой капиллярной трубке, являющейся дополнением к трубкам с хладагентом. Это основной принцип работы стандартного холодильника с фреоном.

Компрессор

Главная деталь, благодаря которой функционирует холодильник – это компрессор. Его можно назвать своеобразным двигателем холодильника, который обеспечивает работу рефрижератора. Главная особенность современных компрессоров – инверторное управление, благодаря которому устройство может бесперебойно служить больше десятка лет. Помимо впечатляющего долголетия, благодаря такому подходу удалось добиться низкого уровня шума.

Для того чтобы холодильник эффективно функционировал, требуется наличие пускозащитного реле. Дело в том, что компрессор отличается несинхронным принципом работы. Пускозащитное реле отвечает за активацию пусковой обмотки, но только на момент запуска. Благодаря подобному подходу компрессор эффективно защищен от перегрева – как только металлический элемент внутри корпуса нагревается до определенной температуры, система отключается.

Однокамерные и двухкамерные

После того как вы поняли устройство компрессора и роль фреона в функционировании рефрижератора, можно перейти непосредственно к работе холодильника. У однокамерных и двухкамерных изделий устройство и принцип работы несколько различается.

Однокамерный холодильник охлаждает воздух за счет паров фреона, которые поступают сверху, из морозильной камеры, вниз в холодильный отсек. Сначала пары попадают в конденсатор благодаря работе компрессора, а затем переходят в жидкое состояние и через фильтр и капиллярную трубку попадают в резервуар испарителя. Там фреон закипает, и затем охлаждает холодильный шкаф.

Процесс охлаждения происходит в цикличном порядке, и движется вплоть до того момента, пока температура не достигнет должного уровня. Затем компрессор отключается.

В большинстве однокамерных агрегатов температура в холодильном шкафу регулируется простыми манипуляциями со специальными окошками. Под морозильным отсеком размещена особая панель с окошками, которые пропускают холодный воздух – чем шире они открыты, тем холоднее в камере. Очень простое, и при этом надежное и эффективное устройство.

Двухкамерный холодильник работает немного по другой схеме. Устройство такой системы предусматривает наличие двух испарителей, по одному в каждую камеру. Сначала фреон в жидком состоянии перекачивается через капиллярную трубку и конденсатор в испаритель морозильника, и начинает нагнетать там холодный воздух.

Только после того, как в морозильнике станет достаточно холодно, фреон попадает во второй испаритель и охлаждает воздух в холодильном отсеке. После того, как удалось добиться необходимой температуры, компрессор выключается. Как видите, устройство системы охлаждения достаточно простое, и именно поэтому частые поломки исключены (при правильной эксплуатации).

Плачущий испаритель

Данное название закрепилось не только в народе, но и стало официальным термином в мире производства бытовой техники. Сам испаритель выглядит как небольшая металлическая пластина, или своеобразная полка, размещенная на задней панели холодильника.

Данная деталь является одним из наиболее важных элементов, благодаря которым удается добиться низкой температуры.

Только попав в испаритель, фреон начинает вскипать и своими парами охлаждать холодильный отсек. Когда нужная температура достигнута (обычно это 4-5 градусов по Цельсию), компрессор отключается, а сам элемент начинает оттаивать. Соответственно, на нем начинает появляться конденсат, отсюда и появилось такое «говорящее» название.

No Frost

Холодильник системы No Frost работает по другой схеме, без привычного для обыкновенных рефрижераторов плачущего испарителя. Устройство системы выглядит следующим образом:

1. Испаритель находится только в районе морозильного отсека, даже если речь идет о двухкамерных образцах. Сам испаритель в большей мере похож на радиатор.
2. По вышеописанной системе воздух охлаждается через испаритель;
3. И затем распространяется по всем отсекам холодильника благодаря встроенному вентилятору.

Подобное устройство позволяет избежать намораживания, и холодильник не покрывается слоем льда и инея, как в стандартных аппаратах. Холодильник системы No Frost является наиболее современным образцом в данной отрасли, и стремительно завоевывает популярность благодаря своим качествам.

В остальном принцип работы не слишком отличается – после того, как температура в камерах достигла нормы, компрессор отключается, и затем снова активируется благодаря внутренним элементам контроля.

Каждая из современных технологий обладает своими преимуществами и имеет право на жизнь, и каждый сам вправе выбирать себе бытовую технику по собственным предпочтениям. Но только изучив все особенности ее устройства, вы сможете наиболее эффективно использовать технику.

[iframe src=»http://www.youtube.com/embed/IJkVsVgpZ38″ width=»425″ height=»350″]

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Как работают холодильники — Объясните это,

Как работают холодильники — Объясните, что материал

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 15 сентября 2020 г.

А вот и крутая идея: металлический ящик. это помогает вашей пище храниться дольше! Вы когда-нибудь задумывались, как холодильник сохраняет прохладу, спокойствие и собранность даже в пузырях летняя жара? Пища портится, потому что внутри нее размножаются бактерии.Но бактерии размножаются медленнее при более низких температурах, поэтому чем холоднее вы храните еду, тем дольше она прослужит. Холодильник — это машина, которая поддерживает охлаждение продуктов с помощью очень умных наука. Все время ваш холодильник гудит, жидкости крутятся в газы, вода превращается в лед, а еда остается восхитительно свежо. Давайте подробнее рассмотрим, как работает холодильник!

Фото: Типичный домашний холодильник или «холодильник» сохраняет продукты при температуре примерно 0–5 ° C (32–41 ° F).Морозильные камеры работают аналогично, но охлаждаются до гораздо более низкой температуры, обычно от -18 до -23 ° C (от 0 до -10 ° F). В данной модели есть морозильная камера (светло-желтый ящик вверху), который действует как мини-морозильная камера, которая должна иметь температуру морозильной камеры, а не холодильную.

Как сдвинуть то, чего даже не видно

Предположим, ваша задача на сегодня — очистить конюшню, полную рангов. пахнущий конский навоз. Не самая приятная работа, так что вы захотите это сделать как можно быстрее.Вы не сможете переместить все сразу, потому что его слишком много. Чтобы работа была выполнена быстро, вам необходимо переместите как можно больше навоза за один раз. Лучше всего использовать тачка. Сложите навоз в тачку, катите тачку снаружи, а затем вылейте навоз в кучу во дворе конюшни. С несколько таких поездок, вы можете перенести навоз изнутри конюшни на улицу.

Переместить то, что вы видите, легко. Но теперь давайте дадим вам тяжелее. Ваша новая задача — отвести тепло изнутри холодильник снаружи, чтобы продукты оставались свежими.Как ты можешь двигаться что-то ты не видишь? В этот раз ты не сможешь использовать тачку. Нет только это, но вы не можете открыть дверь, чтобы попасть внутрь тепла, или вы снова впустите тепло. Ваша миссия — удалить тепло, постоянно, не открывая дверь ни разу. Сложный проблема, а? Но это не невозможно — по крайней мере, если вы понимаете наука о жидкостях и газах.

Как отвести тепло с помощью газа

Давайте сделаем шаг в сторону и посмотрим, как ведут себя газы.Если ты когда-либо накачивал шины на велосипеде, вы знаете, что велосипедный насос скоро становится довольно тепло. Причина в том, что газы нагреваются, когда вы сжимать (выдавливать) их. Сделать опору для шины вес велосипеда и вашего тела, вы должны втиснуть воздух в это при высоком давлении. Насос делает воздух (и насос, через который он проходит) немного горячее. Почему? Как ты сжать воздух, придется довольно много работать с помпой. В энергия, которую вы используете при перекачке, преобразуется в потенциальная энергия в сжатом газе: газ в шине находится в более высоком давление и более высокая температура, чем прохладный воздух вокруг вас.если ты сжать газ до половины объема, тепловая энергия его молекул содержат только половину пространства, поэтому температура газа поднимается (становится жарче).

Artwork: Газы становятся горячее, когда вы сжимаете их до меньшего объема, потому что вам нужно работать, чтобы сближают их энергетические молекулы. Например, когда вы накачиваете велосипедную шину, насос всасывает воздух и сжимает это в меньшее пространство. Это объединяет его молекулы (красные капли) и заставляет его нагреваться.

Перемещение большего количества тепла путем превращения газов в жидкости и обратно

Если у вас изобретательный склад ума, вы, вероятно, можете представить себе создание какой-то помповой штуковины, которая накачивает велосипедную шину в одном месте, а затем сдувает ее в другом месте, что будет перемещать тепло между ними. Однако это неуклюжая идея, и мы не можем так сильно переносить тепло: с одной стороны, нам понадобится очень много газа. Однако мы могли бы переместить приличное количество тепла, позволив газу расширяться и сжиматься намного сильнее, чтобы он превращался в жидкость и обратно — другими словами, переводя его в другое состояние материи.

Как это будет работать? Посмотрите, что происходит с аэрозольным баллоном, в котором хранится жидкость под давлением. Когда вы распыляете аэрозоль на руку, вы, вероятно, заметили, что она действительно холодная. Это частично , потому что часть жидкости охлаждается и испаряется (превращается в газ), когда выходит из банки. Но это еще и потому, что часть жидкости попадает на вашу теплую кожу и в этот момент испаряется: она превращается в газ, отбирая тепло у вашего тела, и от этого ваша кожа становится прохладнее.Это говорит нам о том, что разрешение жидкостям расширяться и превращаться в газы — очень эффективный способ отвода тепла от вещей. Это неудивительно: так работает потоотделение и почему собаки высовывают язык, чтобы остыть в жаркие дни.

Фото: жидкости могут превращаться в газы (и газы остывают), когда вы позволяете им расширяться в больший объем. Вот почему аэрозольные баллончики кажутся такими холодными.

Хотя твердые тела и жидкости занимают в целом столько же места, газы занимают гораздо больше места, чем оба эти типа. Молекулы твердого тела или жидкости расположены довольно близко друг к другу и притягиваются друг к другу с большой силой. Когда жидкость превращается в газ или испаряется, некоторые из ее более энергичных молекул расходятся и отрываются. Чтобы это произошло, требуется много энергии, известной как скрытая теплота парообразования , и эта энергия должна исходить из самой жидкости или чего-то поблизости. Другими словами, преобразование жидкости в газ — это способ удалить энергию из чего-либо, в то время как преобразование газа обратно в жидкость — это способ снова высвободить эту энергию.По сути, именно так холодильники перемещают тепло из своего холодильного шкафа в комнату снаружи. Они превращают жидкость в газ внутри холодильного шкафа (чтобы забрать тепло от хранимых продуктов), перекачивают его за пределы шкафа и снова превращают в жидкость (чтобы высвободить тепло снаружи).

Анимация: основная идея того, что иногда называют механическим охлаждением. Внутри холодильника (1) мы превращаем жидкость в газ, чтобы забирать тепло из холодильного шкафа (2), перекачивать ее за пределы машины, а затем превращать ее обратно в жидкость, чтобы отдавать тепло там (3).

Цикл нагрева и охлаждения

Сжимая газы в жидкости, мы можем выделять тепло; позволяя жидкостям превращаться в газы, мы можем впитать тепло. Как мы можем использовать эту полезную физику, чтобы сдвинуть тепло изнутри холодильника наружу? Предположим, мы сделали трубку, которая была частично внутри холодильника, а частично вне холодильника и запечатан таким образом был непрерывным циклом. И предположим, что мы тщательно залили трубку выбранный химикат (с низкой температурой кипения), который легко меняется взад и вперед между жидкостью и газом, который известен как хладагент или хладагент .Внутри холодильника мы могли бы внезапно сделать трубу шире, так что жидкий хладагент расширится в газ и охладит холодильный шкаф как он протекал через него. За пределами холодильника у нас может быть что-то вроде велосипедного насоса для сжатия газ, высвободить тепло и снова превратить его в жидкость. Если химикат обтекал петля, расширяющаяся, когда она находилась внутри холодильника, и сжимающая когда он был снаружи, он постоянно собирал тепло изнутри и вынесите его наружу, как ленту теплового конвейера. Таким образом, мы мог постоянно переносить тепло из холодного места (внутри холодильника) к более горячему (вне его), что не является чем-то, что законы физики позволяют происходить автоматически (предоставлено самому себе, тепло перетекает от более горячих вещей к более холодным).

И, сюрприз-сюрприз, именно так холодильник работает. Стоит отметить некоторые дополнительные детали. Внутри холодильник, труба расширяется через сопло, известное как Расширительный клапан (технически это так называемое фиксированное отверстие).По мере прохождения через него жидкого теплоносителя он резко остывает и превращает частично в газ. Эта часть науки иногда известна как Эффект Джоуля-Томсона (или Джоуля-Кельвина) для физиков, которые открыли его Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) и Уильям Томсон (Лорд Кельвин, 1824–1907). Вы не удивитесь, обнаружив, что Компрессор вне холодильника не особо велосипедный насос! На самом деле это насос с электрическим приводом. Это вещь, от которой время от времени гудит холодильник.Компрессор прикреплен к устройству типа гриля, называемому конденсатором (своего рода тонкий радиатор за холодильником), выталкивающий нежелательное тепло.

Фото: влажный воздух в холодильнике содержит водяной пар. Когда холодильник остывает, эта вода превращается в лед. В Самая холодная часть вашего холодильника — это морозильная камера наверху. Это потому что рядом с ним находится расширительный клапан.

Фото: Вот компрессор из типичного холодильника.Обратите внимание на трубы, по которым охлаждающая жидкость проходит с одной стороны и выходит с другой. Вы не сможете увидеть это устройство, пока не оторвете его от устройства. от стены, потому что он спрятан вокруг спины и внизу. Посмотреть больше фото его в поле ниже.

Как работает холодильник

Художественное произведение: ключевые части холодильника и последовательность их работы.

Вот что происходит внутри вашего холодильника, пока мы говорим! Левая часть изображения показывает что происходит внутри холодильной камеры (где вы храните пищу). Пунктирная линия и розовая область показывают заднюю стенку и изоляцию. отделяя внутреннюю часть от внешней. Правая часть изображения показывает, что происходит вокруг задней части холодильника, вне поля зрения.

1. Охлаждающая жидкость представляет собой жидкость под давлением, когда она входит в расширительный клапан (желтый). Как это проходит, внезапное падение давления заставляет его расширяться, охлаждаться и частично превращаются в газ (так же, как жидкий аэрозоль превращается в холодный газ, когда вы распыляете его из баллончика на руку).
2. По мере того, как хладагент обтекает холодильный шкаф (обычно труба в задней стенке) закипает и полностью превращается в газ, и таким образом поглощает и отводит тепло от пищи внутри.
3. Компрессор сжимает охлаждающую жидкость, повышая ее температуру и давление. Теперь это горячий газ под высоким давлением.
4. Охлаждающая жидкость протекает через тонких трубок радиатора на задней стенке холодильника, при этом отдавая тепло и охлаждаясь обратно в жидкость.
5. Хладагент течет обратно через изолированный шкаф к расширительному клапану и контуру повторяется. Так тепло постоянно отбирается изнутри холодильника и снова положите снаружи.

На фото: вот так в реальности выглядит холодильник, если осмотреться сзади. Вы можете увидеть большой черный компрессор внизу (номер 3 на схеме выше) и тонкую трубку, через которую проходит хладагент сзади для рассеивания тепла.Это очень хорошая идея каждые несколько месяцев отодвигать изделие от стены и пылесосить всю пыль, чтобы процесс охлаждения и рассеивания тепла работал более эффективно.

Фото: вот крупный план. Хладагент течет через более толстую закругленную горизонтальную черную трубу (которая соответствует красным линиям под номером 4 на схеме выше). Множество тонких проводов, проходящих между трубами, представляют собой простые ребра радиатора, которые помогают отводить тепло от труб и рассеивать его в воздухе.

Почему для охлаждения требуется время?

Как и все остальное в нашей Вселенной, холодильники должны подчиняться фундаментальному закону физики, называемому сохранение энергии. Суть в том, что вы не можете создать энергия из ничего или заставить энергию раствориться в воздухе: вы можете преобразовать энергию только в другие формы. Это имеет очень важные последствия для пользователей холодильников.

Во-первых, он развенчивает миф о том, что вы можете охладить кухню, оставив дверцу холодильника открытой.Не правда! Как мы только что видели, холодильник работает путем «всасывания» тепла из холодильной камеры охлаждающей жидкостью, затем перекачивая жидкость за пределы шкафа, где она выделяет тепло. Поэтому, если вы удалите определенное количество тепла из холодильника, теоретически точно такое же количество тепла появится снова в виде тепла вокруг спины (на практике вы получаете немного больше тепла, потому что двигатель не совсем эффективен, и он также выделяет тепло. высокая температура). Оставьте дверь открытой, и вы просто переносите тепловую энергию из одной части кухни в другую.

Закон сохранения энергии также объясняет, почему так много времени требуется для охлаждения или замораживания продуктов в холодильнике или морозильной камере. Пища содержит много воды, состоящей из очень легких молекул (водород и кислород — два самых легких атома). Даже небольшое количество жидкости на водной основе (или пищи) содержит огромных молекул, каждая из которых требует энергии для нагрева или охлаждения. Вот почему для того, чтобы вскипятить даже чашку или две воды, требуется пара минут: нужно нагреть гораздо больше молекул, чем если бы вы пытались вскипятить что-то вроде чашки расплавленного железа или свинца.То же самое и с охлаждением: для отвода тепла от водянистых жидкостей, таких как фруктовый сок или пища, требуется энергия и время. Вот почему замораживание или охлаждение продуктов занимает так много времени. Дело не в том, что ваш холодильник или морозильная камера неэффективны: просто вам нужно добавить или удалить большое количество энергии, чтобы водянистые предметы изменили свою температуру более чем на несколько градусов.

Попробуем обозначить все это приблизительными цифрами. Количество энергии, необходимое для изменения температуры воды, называется ее удельной теплоемкостью и составляет 4200 джоулей на килограмм на градус Цельсия. Это означает, что вам нужно использовать 4200 джоулей энергии для нагрева или охлаждения килограмма воды на один градус (или 8400 джоулей на два килограмма). Так что, если вы хотите заморозить литровую бутылку воды (весом 1 кг) от комнатной температуры 20 ° C до -20 ° C, как в морозильной камере, вам потребуется 4200 × 1 кг × 40 ° C, или 168000 джоулей. Если морозильная камера вашего холодильника может отводить тепло мощностью 100 Вт (100 джоулей в секунду), это займет 1680 секунд или около получаса.

Как видите, для охлаждения водянистой пищи требуется много энергии.А это, в свою очередь, объясняет, почему в холодильниках столько электричества. По данным Управления энергетической информации США, холодильники потребляют около 7 процентов всей бытовой электроэнергии (примерно столько же, сколько телевизоры и связанные с ними приборы, и менее чем вдвое меньше, чем кондиционер, который использует целых 17 процентов).

Подробнее

На сайте

• Кондиционеры: работают аналогично холодильникам.
• Осушители: Используйте холодильную технику для удаления воды из дома.
• Состояния вещества: почему вещества бывают твердыми, жидкими или газообразными и как они могут изменяться взад и вперед в разных условиях.

Статьи

• Холодильные термометры — холодные факты о безопасности пищевых продуктов: Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, 30 октября 2017 г. Четкое руководство по безопасному хранению охлажденных продуктов при правильной температуре.
• Холодильник LG с французской дверью сохраняет еду холодной, а пиво холоднее. Автор Эрик Малиновски. Wired, 12 января 2012 г.Как новый холодильник использует «шоковой охладитель» для охлаждения банок с напитками всего за пять минут.
• Когда холодильники нагревают планету Мэтью Л. Уолд. The New York Times, 26 апреля 2011 г. Есть ли надежда, что кто-нибудь сделает экологически чистый холодильник?
• Wired: This Day in Tech: 11 ноября 1930: Эйнштейн становится ледяным. Автор Alexis Madrigal, Wired, 11 ноября 2009 года. Как Альберт Эйнштейн и Лео Сцилард разработали альтернативный метод охлаждения с использованием химических реакций.
• Взлом холодильника, Стивен Куруц.The New York Times, 4 февраля 2009 г. Вы действительно можете обойтись без холодильника? Как некоторым экологам удалось жить без него.
• Почему так много холодильников выбрасывают ?: BBC News, 25 ноября 2004 г. Почему холодильники не служат так долго, как раньше?

Книги

Популярное

Технический

Патенты

Работа: Альберт Эйнштейн и Лео Сцилард разработали революционный холодильник в 1927 году. на который они получили патент в 1930 году.В нем не использовалось электричество, а вместо него использовался аммиак, вода и бутан. Работа из патента США US 1781541: Холодильное оборудование любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Патенты (официальные юридические записи об изобретениях) — отличный способ более подробно рассказать о подобных технических устройствах. Вот несколько старых примеров, чтобы дополнить ваши знания. Если вы хотите копнуть еще глубже, то многие патенты, поданные Kelvinator и Frigidaire в 1920-х и 1930-х годах, являются хорошей отправной точкой.

• Патент США?: Патент на подъемный холодильник Дж. М. Блейсделла, 21 июля 1874 г. Неэлектрический морозильный шкаф с несколько необычной способностью подниматься из подвала на основной этаж дома; это было сделано Блейсделлом и Берли из Санборнтона, Нью-Гэмпшир, США. К сожалению, мне не удалось найти запись об этом в базе данных USPTO, поэтому ссылка приведет вас к фотографии и записи музея.
• Патент США US 1 273 366: Компрессор для холодильного аппарата Фреда Дж. Хайдемана, Kelvinator, 23 июля 1918 г.Первый компрессор холодильника и система клапанов, которую он использует.
• Патент США US 1 438 178: Автоматический расширительный клапан для холодильного аппарата Фреда Дж. Хайдемана и Джозефа Н. Хаджиски, Kelvinator, 12 декабря 1922 г. Подробное описание расширительного клапана ранней стадии.
• Патент США US 1 452 461: Холодильный аппарат Кертисс Л. Хилл, 17 апреля 1923 г. Ранний пример современного холодильного шкафа.
• Патент США US 1 452 461: Холодильный аппарат Чарльза Л.McCuen, Frigidaire, 16 июля 1929 года. Современный холодильник, использующий диоксид серы в качестве хладагента.
• Патент США US 1 452 461: Холодильник, автор Джонатан Фиск, Kelvinator, 6 октября 1931 г. Еще одно полное описание холодильника середины 20 века.
• Патент Австрии AT133389B: Хладагенты для чиллеров от Frigidaire, 26 мая 1933 г. Один из оригинальных патентов Frigidaire на CFC (автоматически переведен с немецкого с помощью Google Patents).
• Патент США US 1781541: Холодильное оборудование Альберта Эйнштейна и Лео Сцилларда.Одной из малоизвестных блестящих идей Эйнштейна был умный холодильник, который не использует электричество.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2007, 2020) Холодильники. Получено с https://www.explainthatstuff.com/refrigerator.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте…

Как работают холодильники — Объясните это,

Как работают холодильники — Объясните, что материал

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 15 сентября 2020 г.

А вот и крутая идея: металлический ящик. это помогает вашей пище храниться дольше! Вы когда-нибудь задумывались, как холодильник сохраняет прохладу, спокойствие и собранность даже в пузырях летняя жара? Пища портится, потому что внутри нее размножаются бактерии.Но бактерии размножаются медленнее при более низких температурах, поэтому чем холоднее вы храните еду, тем дольше она прослужит. Холодильник — это машина, которая поддерживает охлаждение продуктов с помощью очень умных наука. Все время ваш холодильник гудит, жидкости крутятся в газы, вода превращается в лед, а еда остается восхитительно свежо. Давайте подробнее рассмотрим, как работает холодильник!

Фото: Типичный домашний холодильник или «холодильник» сохраняет продукты при температуре примерно 0–5 ° C (32–41 ° F).Морозильные камеры работают аналогично, но охлаждаются до гораздо более низкой температуры, обычно от -18 до -23 ° C (от 0 до -10 ° F). В данной модели есть морозильная камера (светло-желтый ящик вверху), который действует как мини-морозильная камера, которая должна иметь температуру морозильной камеры, а не холодильную.

Как сдвинуть то, чего даже не видно

Предположим, ваша задача на сегодня — очистить конюшню, полную рангов. пахнущий конский навоз. Не самая приятная работа, так что вы захотите это сделать как можно быстрее.Вы не сможете переместить все сразу, потому что его слишком много. Чтобы работа была выполнена быстро, вам необходимо переместите как можно больше навоза за один раз. Лучше всего использовать тачка. Сложите навоз в тачку, катите тачку снаружи, а затем вылейте навоз в кучу во дворе конюшни. С несколько таких поездок, вы можете перенести навоз изнутри конюшни на улицу.

Переместить то, что вы видите, легко. Но теперь давайте дадим вам тяжелее. Ваша новая задача — отвести тепло изнутри холодильник снаружи, чтобы продукты оставались свежими.Как ты можешь двигаться что-то ты не видишь? В этот раз ты не сможешь использовать тачку. Нет только это, но вы не можете открыть дверь, чтобы попасть внутрь тепла, или вы снова впустите тепло. Ваша миссия — удалить тепло, постоянно, не открывая дверь ни разу. Сложный проблема, а? Но это не невозможно — по крайней мере, если вы понимаете наука о жидкостях и газах.

Как отвести тепло с помощью газа

Давайте сделаем шаг в сторону и посмотрим, как ведут себя газы.Если ты когда-либо накачивал шины на велосипеде, вы знаете, что велосипедный насос скоро становится довольно тепло. Причина в том, что газы нагреваются, когда вы сжимать (выдавливать) их. Сделать опору для шины вес велосипеда и вашего тела, вы должны втиснуть воздух в это при высоком давлении. Насос делает воздух (и насос, через который он проходит) немного горячее. Почему? Как ты сжать воздух, придется довольно много работать с помпой. В энергия, которую вы используете при перекачке, преобразуется в потенциальная энергия в сжатом газе: газ в шине находится в более высоком давление и более высокая температура, чем прохладный воздух вокруг вас. если ты сжать газ до половины объема, тепловая энергия его молекул содержат только половину пространства, поэтому температура газа поднимается (становится жарче).

Artwork: Газы становятся горячее, когда вы сжимаете их до меньшего объема, потому что вам нужно работать, чтобы сближают их энергетические молекулы. Например, когда вы накачиваете велосипедную шину, насос всасывает воздух и сжимает это в меньшее пространство. Это объединяет его молекулы (красные капли) и заставляет его нагреваться.

Перемещение большего количества тепла путем превращения газов в жидкости и обратно

Если у вас изобретательный склад ума, вы, вероятно, можете представить себе создание какой-то помповой штуковины, которая накачивает велосипедную шину в одном месте, а затем сдувает ее в другом месте, что будет перемещать тепло между ними. Однако это неуклюжая идея, и мы не можем так сильно переносить тепло: с одной стороны, нам понадобится очень много газа. Однако мы могли бы переместить приличное количество тепла, позволив газу расширяться и сжиматься намного сильнее, чтобы он превращался в жидкость и обратно — другими словами, переводя его в другое состояние материи.

Как это будет работать? Посмотрите, что происходит с аэрозольным баллоном, в котором хранится жидкость под давлением. Когда вы распыляете аэрозоль на руку, вы, вероятно, заметили, что она действительно холодная. Это частично , потому что часть жидкости охлаждается и испаряется (превращается в газ), когда выходит из банки. Но это еще и потому, что часть жидкости попадает на вашу теплую кожу и в этот момент испаряется: она превращается в газ, отбирая тепло у вашего тела, и от этого ваша кожа становится прохладнее.Это говорит нам о том, что разрешение жидкостям расширяться и превращаться в газы — очень эффективный способ отвода тепла от вещей. Это неудивительно: так работает потоотделение и почему собаки высовывают язык, чтобы остыть в жаркие дни.

Фото: жидкости могут превращаться в газы (и газы остывают), когда вы позволяете им расширяться в больший объем. Вот почему аэрозольные баллончики кажутся такими холодными.

Хотя твердые тела и жидкости занимают в целом столько же места, газы занимают гораздо больше места, чем оба эти типа. Молекулы твердого тела или жидкости расположены довольно близко друг к другу и притягиваются друг к другу с большой силой. Когда жидкость превращается в газ или испаряется, некоторые из ее более энергичных молекул расходятся и отрываются. Чтобы это произошло, требуется много энергии, известной как скрытая теплота парообразования , и эта энергия должна исходить из самой жидкости или чего-то поблизости. Другими словами, преобразование жидкости в газ — это способ удалить энергию из чего-либо, в то время как преобразование газа обратно в жидкость — это способ снова высвободить эту энергию.По сути, именно так холодильники перемещают тепло из своего холодильного шкафа в комнату снаружи. Они превращают жидкость в газ внутри холодильного шкафа (чтобы забрать тепло от хранимых продуктов), перекачивают его за пределы шкафа и снова превращают в жидкость (чтобы высвободить тепло снаружи).

Анимация: основная идея того, что иногда называют механическим охлаждением. Внутри холодильника (1) мы превращаем жидкость в газ, чтобы забирать тепло из холодильного шкафа (2), перекачивать ее за пределы машины, а затем превращать ее обратно в жидкость, чтобы отдавать тепло там (3).

Цикл нагрева и охлаждения

Сжимая газы в жидкости, мы можем выделять тепло; позволяя жидкостям превращаться в газы, мы можем впитать тепло. Как мы можем использовать эту полезную физику, чтобы сдвинуть тепло изнутри холодильника наружу? Предположим, мы сделали трубку, которая была частично внутри холодильника, а частично вне холодильника и запечатан таким образом был непрерывным циклом. И предположим, что мы тщательно залили трубку выбранный химикат (с низкой температурой кипения), который легко меняется взад и вперед между жидкостью и газом, который известен как хладагент или хладагент .Внутри холодильника мы могли бы внезапно сделать трубу шире, так что жидкий хладагент расширится в газ и охладит холодильный шкаф как он протекал через него. За пределами холодильника у нас может быть что-то вроде велосипедного насоса для сжатия газ, высвободить тепло и снова превратить его в жидкость. Если химикат обтекал петля, расширяющаяся, когда она находилась внутри холодильника, и сжимающая когда он был снаружи, он постоянно собирал тепло изнутри и вынесите его наружу, как ленту теплового конвейера. Таким образом, мы мог постоянно переносить тепло из холодного места (внутри холодильника) к более горячему (вне его), что не является чем-то, что законы физики позволяют происходить автоматически (предоставлено самому себе, тепло перетекает от более горячих вещей к более холодным).

И, сюрприз-сюрприз, именно так холодильник работает. Стоит отметить некоторые дополнительные детали. Внутри холодильник, труба расширяется через сопло, известное как Расширительный клапан (технически это так называемое фиксированное отверстие).По мере прохождения через него жидкого теплоносителя он резко остывает и превращает частично в газ. Эта часть науки иногда известна как Эффект Джоуля-Томсона (или Джоуля-Кельвина) для физиков, которые открыли его Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) и Уильям Томсон (Лорд Кельвин, 1824–1907). Вы не удивитесь, обнаружив, что Компрессор вне холодильника не особо велосипедный насос! На самом деле это насос с электрическим приводом. Это вещь, от которой время от времени гудит холодильник.Компрессор прикреплен к устройству типа гриля, называемому конденсатором (своего рода тонкий радиатор за холодильником), выталкивающий нежелательное тепло.

Фото: влажный воздух в холодильнике содержит водяной пар. Когда холодильник остывает, эта вода превращается в лед. В Самая холодная часть вашего холодильника — это морозильная камера наверху. Это потому что рядом с ним находится расширительный клапан.

Фото: Вот компрессор из типичного холодильника.Обратите внимание на трубы, по которым охлаждающая жидкость проходит с одной стороны и выходит с другой. Вы не сможете увидеть это устройство, пока не оторвете его от устройства. от стены, потому что он спрятан вокруг спины и внизу. Посмотреть больше фото его в поле ниже.

Как работает холодильник

Художественное произведение: ключевые части холодильника и последовательность их работы.

Вот что происходит внутри вашего холодильника, пока мы говорим! Левая часть изображения показывает что происходит внутри холодильной камеры (где вы храните пищу). Пунктирная линия и розовая область показывают заднюю стенку и изоляцию. отделяя внутреннюю часть от внешней. Правая часть изображения показывает, что происходит вокруг задней части холодильника, вне поля зрения.

1. Охлаждающая жидкость представляет собой жидкость под давлением, когда она входит в расширительный клапан (желтый). Как это проходит, внезапное падение давления заставляет его расширяться, охлаждаться и частично превращаются в газ (так же, как жидкий аэрозоль превращается в холодный газ, когда вы распыляете его из баллончика на руку).
2. По мере того, как хладагент обтекает холодильный шкаф (обычно труба в задней стенке) закипает и полностью превращается в газ, и таким образом поглощает и отводит тепло от пищи внутри.
3. Компрессор сжимает охлаждающую жидкость, повышая ее температуру и давление. Теперь это горячий газ под высоким давлением.
4. Охлаждающая жидкость протекает через тонких трубок радиатора на задней стенке холодильника, при этом отдавая тепло и охлаждаясь обратно в жидкость.
5. Хладагент течет обратно через изолированный шкаф к расширительному клапану и контуру повторяется. Так тепло постоянно отбирается изнутри холодильника и снова положите снаружи.

На фото: вот так в реальности выглядит холодильник, если осмотреться сзади. Вы можете увидеть большой черный компрессор внизу (номер 3 на схеме выше) и тонкую трубку, через которую проходит хладагент сзади для рассеивания тепла.Это очень хорошая идея каждые несколько месяцев отодвигать изделие от стены и пылесосить всю пыль, чтобы процесс охлаждения и рассеивания тепла работал более эффективно.

Фото: вот крупный план. Хладагент течет через более толстую закругленную горизонтальную черную трубу (которая соответствует красным линиям под номером 4 на схеме выше). Множество тонких проводов, проходящих между трубами, представляют собой простые ребра радиатора, которые помогают отводить тепло от труб и рассеивать его в воздухе.

Почему для охлаждения требуется время?

Как и все остальное в нашей Вселенной, холодильники должны подчиняться фундаментальному закону физики, называемому сохранение энергии. Суть в том, что вы не можете создать энергия из ничего или заставить энергию раствориться в воздухе: вы можете преобразовать энергию только в другие формы. Это имеет очень важные последствия для пользователей холодильников.

Во-первых, он развенчивает миф о том, что вы можете охладить кухню, оставив дверцу холодильника открытой.Не правда! Как мы только что видели, холодильник работает путем «всасывания» тепла из холодильной камеры охлаждающей жидкостью, затем перекачивая жидкость за пределы шкафа, где она выделяет тепло. Поэтому, если вы удалите определенное количество тепла из холодильника, теоретически точно такое же количество тепла появится снова в виде тепла вокруг спины (на практике вы получаете немного больше тепла, потому что двигатель не совсем эффективен, и он также выделяет тепло. высокая температура). Оставьте дверь открытой, и вы просто переносите тепловую энергию из одной части кухни в другую.

Закон сохранения энергии также объясняет, почему так много времени требуется для охлаждения или замораживания продуктов в холодильнике или морозильной камере. Пища содержит много воды, состоящей из очень легких молекул (водород и кислород — два самых легких атома). Даже небольшое количество жидкости на водной основе (или пищи) содержит огромных молекул, каждая из которых требует энергии для нагрева или охлаждения. Вот почему для того, чтобы вскипятить даже чашку или две воды, требуется пара минут: нужно нагреть гораздо больше молекул, чем если бы вы пытались вскипятить что-то вроде чашки расплавленного железа или свинца.То же самое и с охлаждением: для отвода тепла от водянистых жидкостей, таких как фруктовый сок или пища, требуется энергия и время. Вот почему замораживание или охлаждение продуктов занимает так много времени. Дело не в том, что ваш холодильник или морозильная камера неэффективны: просто вам нужно добавить или удалить большое количество энергии, чтобы водянистые предметы изменили свою температуру более чем на несколько градусов.

Попробуем обозначить все это приблизительными цифрами. Количество энергии, необходимое для изменения температуры воды, называется ее удельной теплоемкостью и составляет 4200 джоулей на килограмм на градус Цельсия. Это означает, что вам нужно использовать 4200 джоулей энергии для нагрева или охлаждения килограмма воды на один градус (или 8400 джоулей на два килограмма). Так что, если вы хотите заморозить литровую бутылку воды (весом 1 кг) от комнатной температуры 20 ° C до -20 ° C, как в морозильной камере, вам потребуется 4200 × 1 кг × 40 ° C, или 168000 джоулей. Если морозильная камера вашего холодильника может отводить тепло мощностью 100 Вт (100 джоулей в секунду), это займет 1680 секунд или около получаса.

Как видите, для охлаждения водянистой пищи требуется много энергии.А это, в свою очередь, объясняет, почему в холодильниках столько электричества. По данным Управления энергетической информации США, холодильники потребляют около 7 процентов всей бытовой электроэнергии (примерно столько же, сколько телевизоры и связанные с ними приборы, и менее чем вдвое меньше, чем кондиционер, который использует целых 17 процентов).

Подробнее

На сайте

• Кондиционеры: работают аналогично холодильникам.
• Осушители: Используйте холодильную технику для удаления воды из дома.
• Состояния вещества: почему вещества бывают твердыми, жидкими или газообразными и как они могут изменяться взад и вперед в разных условиях.

Статьи

• Холодильные термометры — холодные факты о безопасности пищевых продуктов: Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, 30 октября 2017 г. Четкое руководство по безопасному хранению охлажденных продуктов при правильной температуре.
• Холодильник LG с французской дверью сохраняет еду холодной, а пиво холоднее. Автор Эрик Малиновски. Wired, 12 января 2012 г.Как новый холодильник использует «шоковой охладитель» для охлаждения банок с напитками всего за пять минут.
• Когда холодильники нагревают планету Мэтью Л. Уолд. The New York Times, 26 апреля 2011 г. Есть ли надежда, что кто-нибудь сделает экологически чистый холодильник?
• Wired: This Day in Tech: 11 ноября 1930: Эйнштейн становится ледяным. Автор Alexis Madrigal, Wired, 11 ноября 2009 года. Как Альберт Эйнштейн и Лео Сцилард разработали альтернативный метод охлаждения с использованием химических реакций.
• Взлом холодильника, Стивен Куруц.The New York Times, 4 февраля 2009 г. Вы действительно можете обойтись без холодильника? Как некоторым экологам удалось жить без него.
• Почему так много холодильников выбрасывают ?: BBC News, 25 ноября 2004 г. Почему холодильники не служат так долго, как раньше?

Книги

Популярное

Технический

Патенты

Работа: Альберт Эйнштейн и Лео Сцилард разработали революционный холодильник в 1927 году. на который они получили патент в 1930 году.В нем не использовалось электричество, а вместо него использовался аммиак, вода и бутан. Работа из патента США US 1781541: Холодильное оборудование любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Патенты (официальные юридические записи об изобретениях) — отличный способ более подробно рассказать о подобных технических устройствах. Вот несколько старых примеров, чтобы дополнить ваши знания. Если вы хотите копнуть еще глубже, то многие патенты, поданные Kelvinator и Frigidaire в 1920-х и 1930-х годах, являются хорошей отправной точкой.

• Патент США?: Патент на подъемный холодильник Дж. М. Блейсделла, 21 июля 1874 г. Неэлектрический морозильный шкаф с несколько необычной способностью подниматься из подвала на основной этаж дома; это было сделано Блейсделлом и Берли из Санборнтона, Нью-Гэмпшир, США. К сожалению, мне не удалось найти запись об этом в базе данных USPTO, поэтому ссылка приведет вас к фотографии и записи музея.
• Патент США US 1 273 366: Компрессор для холодильного аппарата Фреда Дж. Хайдемана, Kelvinator, 23 июля 1918 г.Первый компрессор холодильника и система клапанов, которую он использует.
• Патент США US 1 438 178: Автоматический расширительный клапан для холодильного аппарата Фреда Дж. Хайдемана и Джозефа Н. Хаджиски, Kelvinator, 12 декабря 1922 г. Подробное описание расширительного клапана ранней стадии.
• Патент США US 1 452 461: Холодильный аппарат Кертисс Л. Хилл, 17 апреля 1923 г. Ранний пример современного холодильного шкафа.
• Патент США US 1 452 461: Холодильный аппарат Чарльза Л.McCuen, Frigidaire, 16 июля 1929 года. Современный холодильник, использующий диоксид серы в качестве хладагента.
• Патент США US 1 452 461: Холодильник, автор Джонатан Фиск, Kelvinator, 6 октября 1931 г. Еще одно полное описание холодильника середины 20 века.
• Патент Австрии AT133389B: Хладагенты для чиллеров от Frigidaire, 26 мая 1933 г. Один из оригинальных патентов Frigidaire на CFC (автоматически переведен с немецкого с помощью Google Patents).
• Патент США US 1781541: Холодильное оборудование Альберта Эйнштейна и Лео Сцилларда.Одной из малоизвестных блестящих идей Эйнштейна был умный холодильник, который не использует электричество.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2007, 2020) Холодильники. Получено с https://www.explainthatstuff.com/refrigerator.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте…

Как работают холодильники — Объясните это,

Как работают холодильники — Объясните, что материал

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 15 сентября 2020 г.

А вот и крутая идея: металлический ящик. это помогает вашей пище храниться дольше! Вы когда-нибудь задумывались, как холодильник сохраняет прохладу, спокойствие и собранность даже в пузырях летняя жара? Пища портится, потому что внутри нее размножаются бактерии.Но бактерии размножаются медленнее при более низких температурах, поэтому чем холоднее вы храните еду, тем дольше она прослужит. Холодильник — это машина, которая поддерживает охлаждение продуктов с помощью очень умных наука. Все время ваш холодильник гудит, жидкости крутятся в газы, вода превращается в лед, а еда остается восхитительно свежо. Давайте подробнее рассмотрим, как работает холодильник!

Фото: Типичный домашний холодильник или «холодильник» сохраняет продукты при температуре примерно 0–5 ° C (32–41 ° F).Морозильные камеры работают аналогично, но охлаждаются до гораздо более низкой температуры, обычно от -18 до -23 ° C (от 0 до -10 ° F). В данной модели есть морозильная камера (светло-желтый ящик вверху), который действует как мини-морозильная камера, которая должна иметь температуру морозильной камеры, а не холодильную.

Как сдвинуть то, чего даже не видно

Предположим, ваша задача на сегодня — очистить конюшню, полную рангов. пахнущий конский навоз. Не самая приятная работа, так что вы захотите это сделать как можно быстрее.Вы не сможете переместить все сразу, потому что его слишком много. Чтобы работа была выполнена быстро, вам необходимо переместите как можно больше навоза за один раз. Лучше всего использовать тачка. Сложите навоз в тачку, катите тачку снаружи, а затем вылейте навоз в кучу во дворе конюшни. С несколько таких поездок, вы можете перенести навоз изнутри конюшни на улицу.

Переместить то, что вы видите, легко. Но теперь давайте дадим вам тяжелее. Ваша новая задача — отвести тепло изнутри холодильник снаружи, чтобы продукты оставались свежими.Как ты можешь двигаться что-то ты не видишь? В этот раз ты не сможешь использовать тачку. Нет только это, но вы не можете открыть дверь, чтобы попасть внутрь тепла, или вы снова впустите тепло. Ваша миссия — удалить тепло, постоянно, не открывая дверь ни разу. Сложный проблема, а? Но это не невозможно — по крайней мере, если вы понимаете наука о жидкостях и газах.

Как отвести тепло с помощью газа

Давайте сделаем шаг в сторону и посмотрим, как ведут себя газы.Если ты когда-либо накачивал шины на велосипеде, вы знаете, что велосипедный насос скоро становится довольно тепло. Причина в том, что газы нагреваются, когда вы сжимать (выдавливать) их. Сделать опору для шины вес велосипеда и вашего тела, вы должны втиснуть воздух в это при высоком давлении. Насос делает воздух (и насос, через который он проходит) немного горячее. Почему? Как ты сжать воздух, придется довольно много работать с помпой. В энергия, которую вы используете при перекачке, преобразуется в потенциальная энергия в сжатом газе: газ в шине находится в более высоком давление и более высокая температура, чем прохладный воздух вокруг вас. если ты сжать газ до половины объема, тепловая энергия его молекул содержат только половину пространства, поэтому температура газа поднимается (становится жарче).

Artwork: Газы становятся горячее, когда вы сжимаете их до меньшего объема, потому что вам нужно работать, чтобы сближают их энергетические молекулы. Например, когда вы накачиваете велосипедную шину, насос всасывает воздух и сжимает это в меньшее пространство. Это объединяет его молекулы (красные капли) и заставляет его нагреваться.

Перемещение большего количества тепла путем превращения газов в жидкости и обратно

Если у вас изобретательный склад ума, вы, вероятно, можете представить себе создание какой-то помповой штуковины, которая накачивает велосипедную шину в одном месте, а затем сдувает ее в другом месте, что будет перемещать тепло между ними. Однако это неуклюжая идея, и мы не можем так сильно переносить тепло: с одной стороны, нам понадобится очень много газа. Однако мы могли бы переместить приличное количество тепла, позволив газу расширяться и сжиматься намного сильнее, чтобы он превращался в жидкость и обратно — другими словами, переводя его в другое состояние материи.

Как это будет работать? Посмотрите, что происходит с аэрозольным баллоном, в котором хранится жидкость под давлением. Когда вы распыляете аэрозоль на руку, вы, вероятно, заметили, что она действительно холодная. Это частично , потому что часть жидкости охлаждается и испаряется (превращается в газ), когда выходит из банки. Но это еще и потому, что часть жидкости попадает на вашу теплую кожу и в этот момент испаряется: она превращается в газ, отбирая тепло у вашего тела, и от этого ваша кожа становится прохладнее.Это говорит нам о том, что разрешение жидкостям расширяться и превращаться в газы — очень эффективный способ отвода тепла от вещей. Это неудивительно: так работает потоотделение и почему собаки высовывают язык, чтобы остыть в жаркие дни.

Фото: жидкости могут превращаться в газы (и газы остывают), когда вы позволяете им расширяться в больший объем. Вот почему аэрозольные баллончики кажутся такими холодными.

Хотя твердые тела и жидкости занимают в целом столько же места, газы занимают гораздо больше места, чем оба эти типа. Молекулы твердого тела или жидкости расположены довольно близко друг к другу и притягиваются друг к другу с большой силой. Когда жидкость превращается в газ или испаряется, некоторые из ее более энергичных молекул расходятся и отрываются. Чтобы это произошло, требуется много энергии, известной как скрытая теплота парообразования , и эта энергия должна исходить из самой жидкости или чего-то поблизости. Другими словами, преобразование жидкости в газ — это способ удалить энергию из чего-либо, в то время как преобразование газа обратно в жидкость — это способ снова высвободить эту энергию.По сути, именно так холодильники перемещают тепло из своего холодильного шкафа в комнату снаружи. Они превращают жидкость в газ внутри холодильного шкафа (чтобы забрать тепло от хранимых продуктов), перекачивают его за пределы шкафа и снова превращают в жидкость (чтобы высвободить тепло снаружи).

Анимация: основная идея того, что иногда называют механическим охлаждением. Внутри холодильника (1) мы превращаем жидкость в газ, чтобы забирать тепло из холодильного шкафа (2), перекачивать ее за пределы машины, а затем превращать ее обратно в жидкость, чтобы отдавать тепло там (3).

Цикл нагрева и охлаждения

Сжимая газы в жидкости, мы можем выделять тепло; позволяя жидкостям превращаться в газы, мы можем впитать тепло. Как мы можем использовать эту полезную физику, чтобы сдвинуть тепло изнутри холодильника наружу? Предположим, мы сделали трубку, которая была частично внутри холодильника, а частично вне холодильника и запечатан таким образом был непрерывным циклом. И предположим, что мы тщательно залили трубку выбранный химикат (с низкой температурой кипения), который легко меняется взад и вперед между жидкостью и газом, который известен как хладагент или хладагент .Внутри холодильника мы могли бы внезапно сделать трубу шире, так что жидкий хладагент расширится в газ и охладит холодильный шкаф как он протекал через него. За пределами холодильника у нас может быть что-то вроде велосипедного насоса для сжатия газ, высвободить тепло и снова превратить его в жидкость. Если химикат обтекал петля, расширяющаяся, когда она находилась внутри холодильника, и сжимающая когда он был снаружи, он постоянно собирал тепло изнутри и вынесите его наружу, как ленту теплового конвейера. Таким образом, мы мог постоянно переносить тепло из холодного места (внутри холодильника) к более горячему (вне его), что не является чем-то, что законы физики позволяют происходить автоматически (предоставлено самому себе, тепло перетекает от более горячих вещей к более холодным).

И, сюрприз-сюрприз, именно так холодильник работает. Стоит отметить некоторые дополнительные детали. Внутри холодильник, труба расширяется через сопло, известное как Расширительный клапан (технически это так называемое фиксированное отверстие).По мере прохождения через него жидкого теплоносителя он резко остывает и превращает частично в газ. Эта часть науки иногда известна как Эффект Джоуля-Томсона (или Джоуля-Кельвина) для физиков, которые открыли его Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) и Уильям Томсон (Лорд Кельвин, 1824–1907). Вы не удивитесь, обнаружив, что Компрессор вне холодильника не особо велосипедный насос! На самом деле это насос с электрическим приводом. Это вещь, от которой время от времени гудит холодильник.Компрессор прикреплен к устройству типа гриля, называемому конденсатором (своего рода тонкий радиатор за холодильником), выталкивающий нежелательное тепло.

Фото: влажный воздух в холодильнике содержит водяной пар. Когда холодильник остывает, эта вода превращается в лед. В Самая холодная часть вашего холодильника — это морозильная камера наверху. Это потому что рядом с ним находится расширительный клапан.

Фото: Вот компрессор из типичного холодильника.Обратите внимание на трубы, по которым охлаждающая жидкость проходит с одной стороны и выходит с другой. Вы не сможете увидеть это устройство, пока не оторвете его от устройства. от стены, потому что он спрятан вокруг спины и внизу. Посмотреть больше фото его в поле ниже.

Как работает холодильник

Художественное произведение: ключевые части холодильника и последовательность их работы.

Вот что происходит внутри вашего холодильника, пока мы говорим! Левая часть изображения показывает что происходит внутри холодильной камеры (где вы храните пищу). Пунктирная линия и розовая область показывают заднюю стенку и изоляцию. отделяя внутреннюю часть от внешней. Правая часть изображения показывает, что происходит вокруг задней части холодильника, вне поля зрения.

1. Охлаждающая жидкость представляет собой жидкость под давлением, когда она входит в расширительный клапан (желтый). Как это проходит, внезапное падение давления заставляет его расширяться, охлаждаться и частично превращаются в газ (так же, как жидкий аэрозоль превращается в холодный газ, когда вы распыляете его из баллончика на руку).
2. По мере того, как хладагент обтекает холодильный шкаф (обычно труба в задней стенке) закипает и полностью превращается в газ, и таким образом поглощает и отводит тепло от пищи внутри.
3. Компрессор сжимает охлаждающую жидкость, повышая ее температуру и давление. Теперь это горячий газ под высоким давлением.
4. Охлаждающая жидкость протекает через тонких трубок радиатора на задней стенке холодильника, при этом отдавая тепло и охлаждаясь обратно в жидкость.
5. Хладагент течет обратно через изолированный шкаф к расширительному клапану и контуру повторяется. Так тепло постоянно отбирается изнутри холодильника и снова положите снаружи.

На фото: вот так в реальности выглядит холодильник, если осмотреться сзади. Вы можете увидеть большой черный компрессор внизу (номер 3 на схеме выше) и тонкую трубку, через которую проходит хладагент сзади для рассеивания тепла.Это очень хорошая идея каждые несколько месяцев отодвигать изделие от стены и пылесосить всю пыль, чтобы процесс охлаждения и рассеивания тепла работал более эффективно.

Фото: вот крупный план. Хладагент течет через более толстую закругленную горизонтальную черную трубу (которая соответствует красным линиям под номером 4 на схеме выше). Множество тонких проводов, проходящих между трубами, представляют собой простые ребра радиатора, которые помогают отводить тепло от труб и рассеивать его в воздухе.

Почему для охлаждения требуется время?

Как и все остальное в нашей Вселенной, холодильники должны подчиняться фундаментальному закону физики, называемому сохранение энергии. Суть в том, что вы не можете создать энергия из ничего или заставить энергию раствориться в воздухе: вы можете преобразовать энергию только в другие формы. Это имеет очень важные последствия для пользователей холодильников.

Во-первых, он развенчивает миф о том, что вы можете охладить кухню, оставив дверцу холодильника открытой.Не правда! Как мы только что видели, холодильник работает путем «всасывания» тепла из холодильной камеры охлаждающей жидкостью, затем перекачивая жидкость за пределы шкафа, где она выделяет тепло. Поэтому, если вы удалите определенное количество тепла из холодильника, теоретически точно такое же количество тепла появится снова в виде тепла вокруг спины (на практике вы получаете немного больше тепла, потому что двигатель не совсем эффективен, и он также выделяет тепло. высокая температура). Оставьте дверь открытой, и вы просто переносите тепловую энергию из одной части кухни в другую.

Закон сохранения энергии также объясняет, почему так много времени требуется для охлаждения или замораживания продуктов в холодильнике или морозильной камере. Пища содержит много воды, состоящей из очень легких молекул (водород и кислород — два самых легких атома). Даже небольшое количество жидкости на водной основе (или пищи) содержит огромных молекул, каждая из которых требует энергии для нагрева или охлаждения. Вот почему для того, чтобы вскипятить даже чашку или две воды, требуется пара минут: нужно нагреть гораздо больше молекул, чем если бы вы пытались вскипятить что-то вроде чашки расплавленного железа или свинца.То же самое и с охлаждением: для отвода тепла от водянистых жидкостей, таких как фруктовый сок или пища, требуется энергия и время. Вот почему замораживание или охлаждение продуктов занимает так много времени. Дело не в том, что ваш холодильник или морозильная камера неэффективны: просто вам нужно добавить или удалить большое количество энергии, чтобы водянистые предметы изменили свою температуру более чем на несколько градусов.

Попробуем обозначить все это приблизительными цифрами. Количество энергии, необходимое для изменения температуры воды, называется ее удельной теплоемкостью и составляет 4200 джоулей на килограмм на градус Цельсия. Это означает, что вам нужно использовать 4200 джоулей энергии для нагрева или охлаждения килограмма воды на один градус (или 8400 джоулей на два килограмма). Так что, если вы хотите заморозить литровую бутылку воды (весом 1 кг) от комнатной температуры 20 ° C до -20 ° C, как в морозильной камере, вам потребуется 4200 × 1 кг × 40 ° C, или 168000 джоулей. Если морозильная камера вашего холодильника может отводить тепло мощностью 100 Вт (100 джоулей в секунду), это займет 1680 секунд или около получаса.

Как видите, для охлаждения водянистой пищи требуется много энергии.А это, в свою очередь, объясняет, почему в холодильниках столько электричества. По данным Управления энергетической информации США, холодильники потребляют около 7 процентов всей бытовой электроэнергии (примерно столько же, сколько телевизоры и связанные с ними приборы, и менее чем вдвое меньше, чем кондиционер, который использует целых 17 процентов).

Подробнее

На сайте

• Кондиционеры: работают аналогично холодильникам.
• Осушители: Используйте холодильную технику для удаления воды из дома.
• Состояния вещества: почему вещества бывают твердыми, жидкими или газообразными и как они могут изменяться взад и вперед в разных условиях.

Статьи

• Холодильные термометры — холодные факты о безопасности пищевых продуктов: Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, 30 октября 2017 г. Четкое руководство по безопасному хранению охлажденных продуктов при правильной температуре.
• Холодильник LG с французской дверью сохраняет еду холодной, а пиво холоднее. Автор Эрик Малиновски. Wired, 12 января 2012 г.Как новый холодильник использует «шоковой охладитель» для охлаждения банок с напитками всего за пять минут.
• Когда холодильники нагревают планету Мэтью Л. Уолд. The New York Times, 26 апреля 2011 г. Есть ли надежда, что кто-нибудь сделает экологически чистый холодильник?
• Wired: This Day in Tech: 11 ноября 1930: Эйнштейн становится ледяным. Автор Alexis Madrigal, Wired, 11 ноября 2009 года. Как Альберт Эйнштейн и Лео Сцилард разработали альтернативный метод охлаждения с использованием химических реакций.
• Взлом холодильника, Стивен Куруц.The New York Times, 4 февраля 2009 г. Вы действительно можете обойтись без холодильника? Как некоторым экологам удалось жить без него.
• Почему так много холодильников выбрасывают ?: BBC News, 25 ноября 2004 г. Почему холодильники не служат так долго, как раньше?

Книги

Популярное

Технический

Патенты

Работа: Альберт Эйнштейн и Лео Сцилард разработали революционный холодильник в 1927 году. на который они получили патент в 1930 году.В нем не использовалось электричество, а вместо него использовался аммиак, вода и бутан. Работа из патента США US 1781541: Холодильное оборудование любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Патенты (официальные юридические записи об изобретениях) — отличный способ более подробно рассказать о подобных технических устройствах. Вот несколько старых примеров, чтобы дополнить ваши знания. Если вы хотите копнуть еще глубже, то многие патенты, поданные Kelvinator и Frigidaire в 1920-х и 1930-х годах, являются хорошей отправной точкой.

• Патент США?: Патент на подъемный холодильник Дж. М. Блейсделла, 21 июля 1874 г. Неэлектрический морозильный шкаф с несколько необычной способностью подниматься из подвала на основной этаж дома; это было сделано Блейсделлом и Берли из Санборнтона, Нью-Гэмпшир, США. К сожалению, мне не удалось найти запись об этом в базе данных USPTO, поэтому ссылка приведет вас к фотографии и записи музея.
• Патент США US 1 273 366: Компрессор для холодильного аппарата Фреда Дж. Хайдемана, Kelvinator, 23 июля 1918 г.Первый компрессор холодильника и система клапанов, которую он использует.
• Патент США US 1 438 178: Автоматический расширительный клапан для холодильного аппарата Фреда Дж. Хайдемана и Джозефа Н. Хаджиски, Kelvinator, 12 декабря 1922 г. Подробное описание расширительного клапана ранней стадии.
• Патент США US 1 452 461: Холодильный аппарат Кертисс Л. Хилл, 17 апреля 1923 г. Ранний пример современного холодильного шкафа.
• Патент США US 1 452 461: Холодильный аппарат Чарльза Л.McCuen, Frigidaire, 16 июля 1929 года. Современный холодильник, использующий диоксид серы в качестве хладагента.
• Патент США US 1 452 461: Холодильник, автор Джонатан Фиск, Kelvinator, 6 октября 1931 г. Еще одно полное описание холодильника середины 20 века.
• Патент Австрии AT133389B: Хладагенты для чиллеров от Frigidaire, 26 мая 1933 г. Один из оригинальных патентов Frigidaire на CFC (автоматически переведен с немецкого с помощью Google Patents).
• Патент США US 1781541: Холодильное оборудование Альберта Эйнштейна и Лео Сцилларда.Одной из малоизвестных блестящих идей Эйнштейна был умный холодильник, который не использует электричество.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2007, 2020) Холодильники. Получено с https://www.explainthatstuff.com/refrigerator.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте…

Как работают холодильники — Объясните это,

Как работают холодильники — Объясните, что материал

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 15 сентября 2020 г.

А вот и крутая идея: металлический ящик. это помогает вашей пище храниться дольше! Вы когда-нибудь задумывались, как холодильник сохраняет прохладу, спокойствие и собранность даже в пузырях летняя жара? Пища портится, потому что внутри нее размножаются бактерии.Но бактерии размножаются медленнее при более низких температурах, поэтому чем холоднее вы храните еду, тем дольше она прослужит. Холодильник — это машина, которая поддерживает охлаждение продуктов с помощью очень умных наука. Все время ваш холодильник гудит, жидкости крутятся в газы, вода превращается в лед, а еда остается восхитительно свежо. Давайте подробнее рассмотрим, как работает холодильник!

Фото: Типичный домашний холодильник или «холодильник» сохраняет продукты при температуре примерно 0–5 ° C (32–41 ° F).Морозильные камеры работают аналогично, но охлаждаются до гораздо более низкой температуры, обычно от -18 до -23 ° C (от 0 до -10 ° F). В данной модели есть морозильная камера (светло-желтый ящик вверху), который действует как мини-морозильная камера, которая должна иметь температуру морозильной камеры, а не холодильную.

Как сдвинуть то, чего даже не видно

Предположим, ваша задача на сегодня — очистить конюшню, полную рангов. пахнущий конский навоз. Не самая приятная работа, так что вы захотите это сделать как можно быстрее.Вы не сможете переместить все сразу, потому что его слишком много. Чтобы работа была выполнена быстро, вам необходимо переместите как можно больше навоза за один раз. Лучше всего использовать тачка. Сложите навоз в тачку, катите тачку снаружи, а затем вылейте навоз в кучу во дворе конюшни. С несколько таких поездок, вы можете перенести навоз изнутри конюшни на улицу.

Переместить то, что вы видите, легко. Но теперь давайте дадим вам тяжелее. Ваша новая задача — отвести тепло изнутри холодильник снаружи, чтобы продукты оставались свежими.Как ты можешь двигаться что-то ты не видишь? В этот раз ты не сможешь использовать тачку. Нет только это, но вы не можете открыть дверь, чтобы попасть внутрь тепла, или вы снова впустите тепло. Ваша миссия — удалить тепло, постоянно, не открывая дверь ни разу. Сложный проблема, а? Но это не невозможно — по крайней мере, если вы понимаете наука о жидкостях и газах.

Как отвести тепло с помощью газа

Давайте сделаем шаг в сторону и посмотрим, как ведут себя газы.Если ты когда-либо накачивал шины на велосипеде, вы знаете, что велосипедный насос скоро становится довольно тепло. Причина в том, что газы нагреваются, когда вы сжимать (выдавливать) их. Сделать опору для шины вес велосипеда и вашего тела, вы должны втиснуть воздух в это при высоком давлении. Насос делает воздух (и насос, через который он проходит) немного горячее. Почему? Как ты сжать воздух, придется довольно много работать с помпой. В энергия, которую вы используете при перекачке, преобразуется в потенциальная энергия в сжатом газе: газ в шине находится в более высоком давление и более высокая температура, чем прохладный воздух вокруг вас. если ты сжать газ до половины объема, тепловая энергия его молекул содержат только половину пространства, поэтому температура газа поднимается (становится жарче).

Artwork: Газы становятся горячее, когда вы сжимаете их до меньшего объема, потому что вам нужно работать, чтобы сближают их энергетические молекулы. Например, когда вы накачиваете велосипедную шину, насос всасывает воздух и сжимает это в меньшее пространство. Это объединяет его молекулы (красные капли) и заставляет его нагреваться.

Перемещение большего количества тепла путем превращения газов в жидкости и обратно

Если у вас изобретательный склад ума, вы, вероятно, можете представить себе создание какой-то помповой штуковины, которая накачивает велосипедную шину в одном месте, а затем сдувает ее в другом месте, что будет перемещать тепло между ними. Однако это неуклюжая идея, и мы не можем так сильно переносить тепло: с одной стороны, нам понадобится очень много газа. Однако мы могли бы переместить приличное количество тепла, позволив газу расширяться и сжиматься намного сильнее, чтобы он превращался в жидкость и обратно — другими словами, переводя его в другое состояние материи.

Как это будет работать? Посмотрите, что происходит с аэрозольным баллоном, в котором хранится жидкость под давлением. Когда вы распыляете аэрозоль на руку, вы, вероятно, заметили, что она действительно холодная. Это частично , потому что часть жидкости охлаждается и испаряется (превращается в газ), когда выходит из банки. Но это еще и потому, что часть жидкости попадает на вашу теплую кожу и в этот момент испаряется: она превращается в газ, отбирая тепло у вашего тела, и от этого ваша кожа становится прохладнее.Это говорит нам о том, что разрешение жидкостям расширяться и превращаться в газы — очень эффективный способ отвода тепла от вещей. Это неудивительно: так работает потоотделение и почему собаки высовывают язык, чтобы остыть в жаркие дни.

Фото: жидкости могут превращаться в газы (и газы остывают), когда вы позволяете им расширяться в больший объем. Вот почему аэрозольные баллончики кажутся такими холодными.

Хотя твердые тела и жидкости занимают в целом столько же места, газы занимают гораздо больше места, чем оба эти типа. Молекулы твердого тела или жидкости расположены довольно близко друг к другу и притягиваются друг к другу с большой силой. Когда жидкость превращается в газ или испаряется, некоторые из ее более энергичных молекул расходятся и отрываются. Чтобы это произошло, требуется много энергии, известной как скрытая теплота парообразования , и эта энергия должна исходить из самой жидкости или чего-то поблизости. Другими словами, преобразование жидкости в газ — это способ удалить энергию из чего-либо, в то время как преобразование газа обратно в жидкость — это способ снова высвободить эту энергию.По сути, именно так холодильники перемещают тепло из своего холодильного шкафа в комнату снаружи. Они превращают жидкость в газ внутри холодильного шкафа (чтобы забрать тепло от хранимых продуктов), перекачивают его за пределы шкафа и снова превращают в жидкость (чтобы высвободить тепло снаружи).

Анимация: основная идея того, что иногда называют механическим охлаждением. Внутри холодильника (1) мы превращаем жидкость в газ, чтобы забирать тепло из холодильного шкафа (2), перекачивать ее за пределы машины, а затем превращать ее обратно в жидкость, чтобы отдавать тепло там (3).

Цикл нагрева и охлаждения

Сжимая газы в жидкости, мы можем выделять тепло; позволяя жидкостям превращаться в газы, мы можем впитать тепло. Как мы можем использовать эту полезную физику, чтобы сдвинуть тепло изнутри холодильника наружу? Предположим, мы сделали трубку, которая была частично внутри холодильника, а частично вне холодильника и запечатан таким образом был непрерывным циклом. И предположим, что мы тщательно залили трубку выбранный химикат (с низкой температурой кипения), который легко меняется взад и вперед между жидкостью и газом, который известен как хладагент или хладагент .Внутри холодильника мы могли бы внезапно сделать трубу шире, так что жидкий хладагент расширится в газ и охладит холодильный шкаф как он протекал через него. За пределами холодильника у нас может быть что-то вроде велосипедного насоса для сжатия газ, высвободить тепло и снова превратить его в жидкость. Если химикат обтекал петля, расширяющаяся, когда она находилась внутри холодильника, и сжимающая когда он был снаружи, он постоянно собирал тепло изнутри и вынесите его наружу, как ленту теплового конвейера. Таким образом, мы мог постоянно переносить тепло из холодного места (внутри холодильника) к более горячему (вне его), что не является чем-то, что законы физики позволяют происходить автоматически (предоставлено самому себе, тепло перетекает от более горячих вещей к более холодным).

И, сюрприз-сюрприз, именно так холодильник работает. Стоит отметить некоторые дополнительные детали. Внутри холодильник, труба расширяется через сопло, известное как Расширительный клапан (технически это так называемое фиксированное отверстие).По мере прохождения через него жидкого теплоносителя он резко остывает и превращает частично в газ. Эта часть науки иногда известна как Эффект Джоуля-Томсона (или Джоуля-Кельвина) для физиков, которые открыли его Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) и Уильям Томсон (Лорд Кельвин, 1824–1907). Вы не удивитесь, обнаружив, что Компрессор вне холодильника не особо велосипедный насос! На самом деле это насос с электрическим приводом. Это вещь, от которой время от времени гудит холодильник.Компрессор прикреплен к устройству типа гриля, называемому конденсатором (своего рода тонкий радиатор за холодильником), выталкивающий нежелательное тепло.

Фото: влажный воздух в холодильнике содержит водяной пар. Когда холодильник остывает, эта вода превращается в лед. В Самая холодная часть вашего холодильника — это морозильная камера наверху. Это потому что рядом с ним находится расширительный клапан.

Фото: Вот компрессор из типичного холодильника.Обратите внимание на трубы, по которым охлаждающая жидкость проходит с одной стороны и выходит с другой. Вы не сможете увидеть это устройство, пока не оторвете его от устройства. от стены, потому что он спрятан вокруг спины и внизу. Посмотреть больше фото его в поле ниже.

Как работает холодильник

Художественное произведение: ключевые части холодильника и последовательность их работы.

Вот что происходит внутри вашего холодильника, пока мы говорим! Левая часть изображения показывает что происходит внутри холодильной камеры (где вы храните пищу). Пунктирная линия и розовая область показывают заднюю стенку и изоляцию. отделяя внутреннюю часть от внешней. Правая часть изображения показывает, что происходит вокруг задней части холодильника, вне поля зрения.

1. Охлаждающая жидкость представляет собой жидкость под давлением, когда она входит в расширительный клапан (желтый). Как это проходит, внезапное падение давления заставляет его расширяться, охлаждаться и частично превращаются в газ (так же, как жидкий аэрозоль превращается в холодный газ, когда вы распыляете его из баллончика на руку).
2. По мере того, как хладагент обтекает холодильный шкаф (обычно труба в задней стенке) закипает и полностью превращается в газ, и таким образом поглощает и отводит тепло от пищи внутри.
3. Компрессор сжимает охлаждающую жидкость, повышая ее температуру и давление. Теперь это горячий газ под высоким давлением.
4. Охлаждающая жидкость протекает через тонких трубок радиатора на задней стенке холодильника, при этом отдавая тепло и охлаждаясь обратно в жидкость.
5. Хладагент течет обратно через изолированный шкаф к расширительному клапану и контуру повторяется. Так тепло постоянно отбирается изнутри холодильника и снова положите снаружи.

На фото: вот так в реальности выглядит холодильник, если осмотреться сзади. Вы можете увидеть большой черный компрессор внизу (номер 3 на схеме выше) и тонкую трубку, через которую проходит хладагент сзади для рассеивания тепла.Это очень хорошая идея каждые несколько месяцев отодвигать изделие от стены и пылесосить всю пыль, чтобы процесс охлаждения и рассеивания тепла работал более эффективно.

Фото: вот крупный план. Хладагент течет через более толстую закругленную горизонтальную черную трубу (которая соответствует красным линиям под номером 4 на схеме выше). Множество тонких проводов, проходящих между трубами, представляют собой простые ребра радиатора, которые помогают отводить тепло от труб и рассеивать его в воздухе.

Почему для охлаждения требуется время?

Как и все остальное в нашей Вселенной, холодильники должны подчиняться фундаментальному закону физики, называемому сохранение энергии. Суть в том, что вы не можете создать энергия из ничего или заставить энергию раствориться в воздухе: вы можете преобразовать энергию только в другие формы. Это имеет очень важные последствия для пользователей холодильников.

Во-первых, он развенчивает миф о том, что вы можете охладить кухню, оставив дверцу холодильника открытой.Не правда! Как мы только что видели, холодильник работает путем «всасывания» тепла из холодильной камеры охлаждающей жидкостью, затем перекачивая жидкость за пределы шкафа, где она выделяет тепло. Поэтому, если вы удалите определенное количество тепла из холодильника, теоретически точно такое же количество тепла появится снова в виде тепла вокруг спины (на практике вы получаете немного больше тепла, потому что двигатель не совсем эффективен, и он также выделяет тепло. высокая температура). Оставьте дверь открытой, и вы просто переносите тепловую энергию из одной части кухни в другую.

Закон сохранения энергии также объясняет, почему так много времени требуется для охлаждения или замораживания продуктов в холодильнике или морозильной камере. Пища содержит много воды, состоящей из очень легких молекул (водород и кислород — два самых легких атома). Даже небольшое количество жидкости на водной основе (или пищи) содержит огромных молекул, каждая из которых требует энергии для нагрева или охлаждения. Вот почему для того, чтобы вскипятить даже чашку или две воды, требуется пара минут: нужно нагреть гораздо больше молекул, чем если бы вы пытались вскипятить что-то вроде чашки расплавленного железа или свинца.То же самое и с охлаждением: для отвода тепла от водянистых жидкостей, таких как фруктовый сок или пища, требуется энергия и время. Вот почему замораживание или охлаждение продуктов занимает так много времени. Дело не в том, что ваш холодильник или морозильная камера неэффективны: просто вам нужно добавить или удалить большое количество энергии, чтобы водянистые предметы изменили свою температуру более чем на несколько градусов.

Попробуем обозначить все это приблизительными цифрами. Количество энергии, необходимое для изменения температуры воды, называется ее удельной теплоемкостью и составляет 4200 джоулей на килограмм на градус Цельсия. Это означает, что вам нужно использовать 4200 джоулей энергии для нагрева или охлаждения килограмма воды на один градус (или 8400 джоулей на два килограмма). Так что, если вы хотите заморозить литровую бутылку воды (весом 1 кг) от комнатной температуры 20 ° C до -20 ° C, как в морозильной камере, вам потребуется 4200 × 1 кг × 40 ° C, или 168000 джоулей. Если морозильная камера вашего холодильника может отводить тепло мощностью 100 Вт (100 джоулей в секунду), это займет 1680 секунд или около получаса.

Как видите, для охлаждения водянистой пищи требуется много энергии.А это, в свою очередь, объясняет, почему в холодильниках столько электричества. По данным Управления энергетической информации США, холодильники потребляют около 7 процентов всей бытовой электроэнергии (примерно столько же, сколько телевизоры и связанные с ними приборы, и менее чем вдвое меньше, чем кондиционер, который использует целых 17 процентов).

Подробнее

На сайте

• Кондиционеры: работают аналогично холодильникам.
• Осушители: Используйте холодильную технику для удаления воды из дома.
• Состояния вещества: почему вещества бывают твердыми, жидкими или газообразными и как они могут изменяться взад и вперед в разных условиях.

Статьи

• Холодильные термометры — холодные факты о безопасности пищевых продуктов: Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, 30 октября 2017 г. Четкое руководство по безопасному хранению охлажденных продуктов при правильной температуре.
• Холодильник LG с французской дверью сохраняет еду холодной, а пиво холоднее. Автор Эрик Малиновски. Wired, 12 января 2012 г.Как новый холодильник использует «шоковой охладитель» для охлаждения банок с напитками всего за пять минут.
• Когда холодильники нагревают планету Мэтью Л. Уолд. The New York Times, 26 апреля 2011 г. Есть ли надежда, что кто-нибудь сделает экологически чистый холодильник?
• Wired: This Day in Tech: 11 ноября 1930: Эйнштейн становится ледяным. Автор Alexis Madrigal, Wired, 11 ноября 2009 года. Как Альберт Эйнштейн и Лео Сцилард разработали альтернативный метод охлаждения с использованием химических реакций.
• Взлом холодильника, Стивен Куруц.The New York Times, 4 февраля 2009 г. Вы действительно можете обойтись без холодильника? Как некоторым экологам удалось жить без него.
• Почему так много холодильников выбрасывают ?: BBC News, 25 ноября 2004 г. Почему холодильники не служат так долго, как раньше?

Книги

Популярное

Технический

Патенты

Работа: Альберт Эйнштейн и Лео Сцилард разработали революционный холодильник в 1927 году. на который они получили патент в 1930 году.В нем не использовалось электричество, а вместо него использовался аммиак, вода и бутан. Работа из патента США US 1781541: Холодильное оборудование любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Патенты (официальные юридические записи об изобретениях) — отличный способ более подробно рассказать о подобных технических устройствах. Вот несколько старых примеров, чтобы дополнить ваши знания. Если вы хотите копнуть еще глубже, то многие патенты, поданные Kelvinator и Frigidaire в 1920-х и 1930-х годах, являются хорошей отправной точкой.

• Патент США?: Патент на подъемный холодильник Дж. М. Блейсделла, 21 июля 1874 г. Неэлектрический морозильный шкаф с несколько необычной способностью подниматься из подвала на основной этаж дома; это было сделано Блейсделлом и Берли из Санборнтона, Нью-Гэмпшир, США. К сожалению, мне не удалось найти запись об этом в базе данных USPTO, поэтому ссылка приведет вас к фотографии и записи музея.
• Патент США US 1 273 366: Компрессор для холодильного аппарата Фреда Дж. Хайдемана, Kelvinator, 23 июля 1918 г.Первый компрессор холодильника и система клапанов, которую он использует.
• Патент США US 1 438 178: Автоматический расширительный клапан для холодильного аппарата Фреда Дж. Хайдемана и Джозефа Н. Хаджиски, Kelvinator, 12 декабря 1922 г. Подробное описание расширительного клапана ранней стадии.
• Патент США US 1 452 461: Холодильный аппарат Кертисс Л. Хилл, 17 апреля 1923 г. Ранний пример современного холодильного шкафа.
• Патент США US 1 452 461: Холодильный аппарат Чарльза Л.McCuen, Frigidaire, 16 июля 1929 года. Современный холодильник, использующий диоксид серы в качестве хладагента.
• Патент США US 1 452 461: Холодильник, автор Джонатан Фиск, Kelvinator, 6 октября 1931 г. Еще одно полное описание холодильника середины 20 века.
• Патент Австрии AT133389B: Хладагенты для чиллеров от Frigidaire, 26 мая 1933 г. Один из оригинальных патентов Frigidaire на CFC (автоматически переведен с немецкого с помощью Google Patents).
• Патент США US 1781541: Холодильное оборудование Альберта Эйнштейна и Лео Сцилларда.Одной из малоизвестных блестящих идей Эйнштейна был умный холодильник, который не использует электричество.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2007, 2020) Холодильники. Получено с https://www.explainthatstuff.com/refrigerator.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте…

Как работает холодильник (холодильник)?

Проще говоря, холодильник или холодильник работает в три этапа:

1. Холодный хладагент проходит вокруг продуктов, хранящихся внутри холодильника.
2. Хладагент поглощает тепло от продуктов.
3. Хладагент передает поглощенное тепло в относительно более прохладную окружающую среду снаружи.

Большинство людей не знают, что делать без холодильника, так как есть несколько вещей, которые могут успокоить пересохшее горло так же, как стакан охлажденной воды.

Несмотря на то, что в древние времена люди использовали приемы для наполнения своей холодной водой, они, конечно, были не так просты, как открыть дверь дома и вынуть бутылку с ледяной водой. Даже если бы они могли напоить холодной водой, у них определенно не было ничего, что могло бы сделать их пищу свежей в течение нескольких дней или даже недель.

К счастью, у нас есть кое-что, что делает все это за нас — холодильник!

В этой статье мы рассмотрим науку о холодильнике, в частности, о различных его частях и о том, как они на самом деле работают вместе, чтобы сохранить нашу пищу в течение длительного времени.

Принцип работы холодильника

Принцип работы холодильника (и холодильного оборудования в целом) очень прост: он включает отвод тепла из одной области и его отвод в другую. Когда вы пропускаете низкотемпературную жидкость рядом с объектами, которые хотите охладить, тепло от этих объектов передается жидкости, которая испаряется и забирает тепло в процессе.

Возможно, вы уже знаете, что газы нагреваются, когда вы их сжимаете, и охлаждаются, когда они расширяются.Вот почему велосипедный насос кажется теплым, когда вы накачиваете им воздух в шину, а распыленные духи — холодными.

Аэрозольный освежитель воздуха кажется холодным на ощупь, потому что газ внезапно расширяется, что снижает его температуру. (Фото: Pixabay)

Тенденция газов становиться горячими при сжатии и холодными при расширении, а также с помощью нескольких изящных устройств помогает холодильнику охладить содержимое, хранящееся внутри.

Детали холодильника

Холодильник состоит из нескольких ключевых компонентов, которые играют жизненно важную роль в процессе охлаждения:

Расширительный клапан

Расширительный клапан, также называемый устройством управления потоком, регулирует поток жидкости хладагент (также известный как «хладагент») в испаритель. На самом деле это очень маленькое устройство, чувствительное к изменениям температуры хладагента.

Компрессор

Компрессор состоит из двигателя, который «всасывает» хладагент из испарителя и сжимает его в цилиндре, чтобы получить горячий газ под высоким давлением.

Так выглядит компрессор стандартного холодильника. (Фото: Wikipedia Commons)

Испаритель

Это часть, которая на самом деле охлаждает содержимое холодильника.Он состоит из оребренных трубок (изготовленных из металлов с высокой теплопроводностью для максимальной теплопередачи), которые поглощают тепло, передаваемое через змеевик вентилятором. Испаритель поглощает тепло от находящегося внутри материала, и в результате этого тепла жидкий хладагент превращается в пар.

Конденсатор

Конденсатор состоит из спирального набора трубок с внешними ребрами и расположен в задней части холодильника. Он помогает в сжижении газообразного хладагента, поглощая его тепло и впоследствии выбрасывая его в окружающую среду.

Змеевики конденсатора

По мере отвода тепла от хладагента его температура падает до температуры конденсации, и он меняет свое состояние с пара на жидкость.

Хладагент

Также обычно называемый хладагентом, это жидкость, которая поддерживает цикл охлаждения. На самом деле это специально разработанное химическое вещество, которое может быть горячим газом и холодной жидкостью.

В 20 веке фторуглероды, особенно CFC, были обычным выбором в качестве хладагента.Однако их заменяют более экологичные хладагенты, такие как аммиак, R-290, R-600A и т. Д.

Работа холодильника: как работает холодильник?

Хладагент, который теперь находится в жидком состоянии, проходит через расширительный клапан и превращается в холодный газ из-за внезапного падения давления.

Когда холодный газообразный хладагент проходит через холодильный шкаф, он поглощает тепло от продуктов внутри холодильника. Хладагент, который теперь представляет собой газ, поступает в компрессор, который всасывает его внутрь и сжимает молекулы, превращая его в горячий газ под высоким давлением.

Теперь этот газ транспортируется к змеевикам конденсатора (тонким трубкам радиатора), расположенным в задней части холодильника, где змеевики помогают рассеивать его тепло, так что он становится достаточно холодным, чтобы конденсироваться и превращаться обратно в жидкую фазу. Поскольку тепло, собираемое продуктами питания, передается в окружающую среду через конденсатор, оно кажется горячим на ощупь.

После конденсатора жидкий хладагент возвращается к расширительному клапану, где он испытывает падение давления и снова становится холодным газом.Затем он поглощает тепло от содержимого холодильника, и весь цикл повторяется.

Дополнительная физика — Работа холодильника

Рис. 1 Устройство холодильника.

Летом это одно из лучших занятий: достать мороженое из холодильника и наслаждаться им! Однако вы когда-нибудь обращали внимание на устройство холодильника? Почему сзади всегда черное?

Работа холодильника основана на двух физических принципах. Во-первых, когда вещество переходит из жидкого состояния в газообразное, его температура будет оставаться на уровне точки кипения, пока вся жидкость не испарится. Вещество должно поглотить определенное количество энергии, называемое «скрытой теплотой», во время изменения. С другой стороны, температура кипения вещества повышается под высоким давлением, поэтому газифицируемое вещество может вернуться в жидкое состояние и высвободить скрытое тепло.

Это труба, частично размещенная внутри холодильника, а частично снаружи.Особое вещество внутри трубы имеет очень низкую температуру кипения. Он непрерывно циркулирует в трубе с помощью насоса в нижней части трубы (рис. 1). В верхней части трубы есть крошечное отверстие. Это замедляет скорость вещества внутри внешней трубы, и, таким образом, вещество там находится под высоким давлением. В результате температура кипения вещества в этой области повысится, и, следовательно, вещество перейдет из газообразного состояния в жидкое, высвобождая скрытое тепло. Когда вещество попадает в холодильник через крошечное отверстие, его давление снижается, а его точка кипения возвращается к прежнему низкому уровню. Затем вещество переходит из жидкого состояния в газообразное; когда тепло (скрытое тепло) внутри холодильника поглощается во время изменения, температура внутри холодильника понижается, что приводит к эффекту замораживания.

Кроме того, поскольку вещество вне холодильника должно выделять тепло, оно окрашено в черный цвет — вещество черного цвета излучает больше излучения — для облегчения выделения.Кроме того, с той же целью вокруг трубы размещается множество крупных металлических деталей.

Холодильные системы | Специалисты по холодильному оборудованию Co

Раздел 1.2 Обзор холодильного оборудования

Раздел 1.2.1 Обычная холодильная система

Начнем с того, что цикл охлаждения — это «последовательность термодинамических процессов, через которые проходит хладагент в закрытой или открытой системе для поглощения тепла на относительно низком уровне температуры и отвода тепла на более высоком уровне» (Руководство по проектированию холодильного оборудования Witt. стр.36) Чтобы более подробно объяснить это определение, мы приводим следующую диаграмму:

Согласно нашему определению, холодильный цикл — это открытая или закрытая система (на приведенном выше рисунке — закрытая система), через которую проходит хладагент.Существует множество различных типов хладагентов, которые используются в холодильных системах в зависимости от области применения. Некоторые торговые наименования, которые могут показаться знакомыми, включают Freon и Puron, которые типичны для систем кондиционирования воздуха и высокотемпературного охлаждения. Холодильный цикл начинается с компрессора, который сжимает хладагент из пара с низкой температурой и давлением в газ с высоким давлением и высокой температурой. Затем хладагент поступает в конденсатор, где он охлаждается от высокотемпературного газа до высокотемпературной жидкости.Как видно на диаграмме, жидкость под высоким давлением и высокой температурой протекает по жидкостной линии, пока не достигнет «дозирующего устройства». В дозирующем устройстве, также известном как расширительный клапан, хладагент впрыскивается в испаритель под низким давлением. Затем хладагент «выкипает» внутри змеевика испарителя, создавая охлаждающий эффект, поскольку он испаряется в газ низкого давления и низкой температуры. Змеевик испарителя внутри охлаждаемого помещения обеспечивает охлаждение, необходимое для достижения желаемой температуры в охлаждаемом помещении.Затем низкотемпературный пар низкого давления возвращается по линии всасывания в компрессор, где цикл охлаждения начинается снова. Из диаграммы видно, что хладагент поглощает тепло на низком уровне температуры, проходит через компрессор, затем тепло отводится через конденсатор, что соответствует определению цикла охлаждения.

Теперь возникает вопрос, как система сама отключается? Цикл охлаждения продолжается до тех пор, пока термостат внутри охлаждаемого помещения не будет удовлетворен i.е. он достигает заданного значения температуры. Когда термостат срабатывает, соленоидный клапан на жидкостной линии закрывается, перекрывая поток хладагента в испаритель. Компрессор продолжает работать или откачивать, пока большая часть хладагента во всасывающей линии не будет сжата, создавая низкое давление. Падение давления приводит к срабатыванию переключателя компрессора, который выключает его. С этого момента мы называем включение и выключение компрессора циклическим переключением компрессора. Как обсуждалось ранее, каждый раз, когда начинается цикл охлаждения, потребность в энергии реализуется за счет энергии, необходимой для запуска компрессора.Когда компрессор работает, он потребляет значительно меньше энергии, чем когда он находится в состоянии блокировки ротора, то есть компрессор выключен. Также можно отметить, что увеличение количества циклов компрессора также снижает срок службы холодильного компрессора. Следовательно, для уменьшения количества циклов используется механический метод, известный как байпас горячего газа, для регулирования производительности компрессора.

Раздел 1.2.2 Байпас горячего газа

Перепуск горячего газа, или сокращенно HGBP, использует механический метод управления производительностью, который предотвращает частое переключение холодильного компрессора.В течение заданного 24-часового периода компрессор может работать двадцать раз или даже больше, учитывая потребности в охлаждении охлаждаемого помещения. Переключение компрессора приводит к большим перепадам температуры охлаждаемой конструкции, что неприемлемо для некоторых применений, таких как банки крови и плазмы. Этот метод существенно препятствует отключению холодильной системы даже после того, как требования к охлаждению охлаждаемого помещения были удовлетворены. Мы предоставляем следующую диаграмму, чтобы проиллюстрировать, как работает механизм HGBP.

Следующая диаграмма, хотя и простая, показывает интуитивное понимание метода HGBP для управления циклом холодильной системы. Существуют различные методы обвязки системы байпаса горячего газа, однако показанный здесь является наиболее типичным в отрасли. Перепуск горячего газа начинает влиять на систему, как только удовлетворяются потребности охлаждающей конструкции в охлаждении. Как только охлаждающая нагрузка удовлетворена, соленоид закрывается, что ограничивает поток хладагента в испаритель, как описано в разделе 1.2.1. Вместо откачки компрессора, как показано на предыдущей схеме, открывается электромагнитный клапан линии горячего газа и подает горячий газ в испаритель. При подаче горячего газа в испаритель в помещении создается «ложная нагрузка», которая в конечном итоге приводит к тому, что термостат требует охлаждения. Как только термостат требует охлаждения в помещении, снова начинается нормальный цикл охлаждения.

Здесь достигается экономия энергии за счет предотвращения циклической работы компрессора. Как обсуждалось во введении, потребность в энергии реализуется каждый раз при запуске компрессора.Перепуск горячего газа предотвращает выключение компрессора, поэтому количество пусков значительно сокращается. Метод HGBP может предотвратить циклическую работу компрессора, однако энергия по-прежнему потребляется от постоянно работающего компрессора. Можно также отметить, что, поскольку HGBP предотвращает циклическое переключение компрессора, этот компрессор имеет меньший износ. Более современные электронные и механические методы не только предотвращают циклическую работу компрессора, но также решают проблему постоянного потребления энергии компрессором.

1.2.3 Разгрузка цилиндра

В некоторых типах холодильных компрессоров, похожих на автомобильные, для сжатия хладагента используются поршни или цилиндры. Сегодня в промышленности такие компрессоры обычно имеют два, четыре, шесть или восемь поршней. Разгрузка цилиндра используется для регулирования производительности путем «[прерывания] потока газа, и соответствующие поршни работают в« режиме холостого хода »без давления газа» (Bitzer USA, стр. 8). Во время работы с полной нагрузкой компрессор будет работать со всеми цилиндрами.Однако во время работы с частичной нагрузкой механический механизм предотвращает подачу газа к определенным цилиндрам, переводя их в состояние холостого хода. Например, если бы у нас был двухцилиндровый компрессор, разгрузка цилиндра предотвратила бы поток газа в один из цилиндров, когда условия охлаждения позволяют работать с частичной нагрузкой. Разгрузка цилиндра — это относительно простая идея, которая позволяет компрессору работать в режиме частичной нагрузки, а не отключаться. Это не только предотвращает отключение компрессора, но и снижает потребление энергии компрессором.Диаграмма от Bitzer USA иллюстрирует экономию энергии за счет разгрузки цилиндра компрессора.

На приведенной выше диаграмме розовые блоки справа показывают компрессоры разных размеров с разным количеством поршней. Черные овалы показывают ненагруженный цилиндр, который находится в режиме ожидания, а розовые овалы показывают цилиндры компрессора, которые продолжают сжимать газообразный хладагент. Один компрессор имеет коэффициент потребляемой мощности 1 при работе с полной нагрузкой, т. Е. Задействованы все цилиндры.Из диаграммы выше видно, что коэффициент мощности зависит от того, сколько цилиндров компрессора разгружено. Например, с трехцилиндровым компрессором с двумя ненагруженными цилиндрами достигается коэффициент энергопотребления примерно 0,4 при десяти градусах Цельсия. Следует отметить, что коэффициент потребляемой мощности зависит от температуры испарения, поскольку компрессору требуется больше энергии для компрессии газообразного хладагента с более низкой температурой. Таким образом, разгрузка цилиндра сокращает не только количество циклов, которые испытывает компрессор, но также снижает энергопотребление компрессора в условиях частичной нагрузки.Следовательно, разгрузка баллона более эффективна, чем метод перепуска горячего газа. К сожалению, разгрузка цилиндров применима только к большим компрессорам, поэтому не подходит для всех приложений. Однако можно отметить, что есть и другие способы «разгрузки» компрессоров без цилиндров с использованием других методов, которые не будут обсуждаться в этой диссертации. Недавно был разработан новый электронный метод, который обеспечивает более широкий диапазон применения, чем разгрузка цилиндров.

1.2.4 Электронный регулятор скорости компрессора

Компрессор с преобразователем частоты или компрессор с регулируемой скоростью использует электронное управление, которое изменяет скорость компрессора в зависимости от требований охлаждения охлаждаемого помещения. Электронное управление изменяет скорость, с которой работает двигатель компрессора, обеспечивая плавное регулирование производительности холодильного компрессора. Это отличается от метода разгрузки цилиндров, потому что снижение производительности компрессора напрямую связано с количеством цилиндров, которые имеет компрессор.Таким образом, разгрузка цилиндра обеспечивает ступенчатое регулирование производительности. Обратите внимание, что для компрессоров с регулируемой скоростью определения работы при полной и частичной нагрузке отличаются от определений в разделе 1.2.3. Здесь работа с полной нагрузкой — это когда компрессор работает на максимальной расчетной скорости. Затем происходит работа с частичной нагрузкой, когда компрессор работает на некоторой скорости меньше максимальной.

Некоторые производители включают устройство плавного пуска в свой электронный блок управления, который не позволяет компрессору потреблять большую силу тока для запуска, что связано с большим скачком потребления энергии.Кроме того, некоторые производители заявляют, что, используя компрессор с регулируемой скоростью, производительность компрессора может быть уменьшена до десяти процентов от заявленной полной грузоподъемности. Следовательно, когда нормальная холодильная система завершит свой цикл, система, использующая компрессор с регулируемой скоростью, может работать с пониженной нагрузкой до тех пор, пока не будут реализованы более высокие потребности в охлаждении. Следовательно, аналогично методу разгрузки цилиндра, эти компрессоры с электронным регулированием скорости предотвращают циклическое включение компрессоров, а также снижают потребление энергии за счет использования режима частичной нагрузки.К сожалению, компрессоры с частотно-регулируемыми приводами или преобразователями частоты дороги по сравнению с их механическими аналогами. Поэтому ведутся споры о том, ограничивают ли затраты преимущества компрессоров с регулируемой скоростью.

1.2.5 Заключение

В этом разделе мы обсудили несколько способов снижения затрат с использованием электронных и механических средств для управления циклическим режимом компрессора. В HGBP использовался механический метод, который предотвращал циклическую работу компрессора, что, в свою очередь, вызывает большие скачки потребления энергии.В двух последних методах используются механика и электроника, чтобы не только предотвратить циклическую работу компрессора, но и снизить потребление энергии. У всех этих методов есть свои ограничения из-за применения и стоимости. Однако эти методы демонстрируют важность сокращения количества циклов холодильного компрессора, что приводит к возможной экономии затрат, которую мы исследуем позже.

Холодильное оборудование 101 Искровые ноты

• SST = температура насыщения всасывания
• TD = разница температур = комнатная температура-SST

• 7 ° — 9 ° TD ≈ 95% относительной влажности (цветы — высокая влажность, низкая скорость)
• 8 ° — 10 ° TD ≈ 90 — 95% относительная влажность (для минимального удаления влаги.Все низкотемпературные морозильники. Свежие овощи, продукты и холодильные камеры.
• 10 ° — 12 ° TD ≈ 80 — 85% Относительная влажность (Обычное хранение. Охладители в мини-маркетах. Мясо и овощи в упаковке.
• 12 ° — 16 ° TD ≈ 70 — 75% Пиво, вино, картофель, лук и фрукты и овощи с жесткой кожурой.
• 16 ° — 20 ° TD ≈ 60 — 65% Помещения для конфет, пленки, резки и подготовки.
• Стандартный выбор — около 10 ° TD. Любые специальные приложения, такие как помещения для приготовления, пивные и винные комнаты, следует направлять в RSC.

Установки с водяным охлаждением

• Городское водяное охлаждение
• Градирня с охлаждением
• Охлаждение контура чиллера (если контур чиллера должен знать температуру и тип жидкости, а если гликоль, какой тип, температуру и процентное содержание)
• В зависимости от условий может потребоваться конденсатор большего размера с контурами гликоля

Влияние окружающей среды на производительность компрессорно-конденсаторного агрегата

• Выбор стандартного компрессорно-конденсаторного агрегата при температуре окружающей среды 95 °
• При каждом увеличении на 5 ° F производительность уменьшается на 3%
• При температуре окружающей среды 110 ° F или выше необходимо рассмотреть специальную конструкцию, например, конденсаторы большего размера или увеличение базового размера.

  No related posts.