Принцап работы холодильника

_____________________________________________________________________________ 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГРОЗНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ИНСТИТУТ

имени академика  М. Д. Миллионщикова

_____________________________________________________________________________ 

Кафедра «Автоматизация и управление» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

По  теме: Принцап работы холодильника 

  Выполнил: ст.гр. Джандаров А.Х     АНЗ-08 
 
 

  Проверил: Магомадов И.А  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
1. Холодильник 
 

Холоди́льник  — устройство, поддерживающее низкую температуру в теплоизолированной камере. Применяется обычно для хранения пищи или предметов, требующих хранения в прохладном месте (лекарства, косметика). Бытовой холодильник имеется почти в каждой семье. Работа холодильника основана на использовании теплового насоса, переносящего тепло из рабочей камеры холодильника наружу, где оно рассеивается во внешнюю среду. Существуют также промышленные холодильники, объём рабочей камеры которых может достигать десятков и сотен кубометров, они используются, например, на предприятиях общественного питания, мясокомбинатах, промышленных производствах. 

Холодильники  могут подразделяться на два вида: среднетемпературные камеры для хранения продуктов и низкотемпературные морозильники. Однако в последнее время наибольшее распространение получили двухкамерные холодильники, включающие в себя оба компонента. Первые двухкамерные холодильники были выпущены фирмой «Дженерал Электрик». 

Объём холодильника обычно измеряется в литрах. 
 
 

2. История создания 

Хотя  помещения для хранения продуктов, наполняемые льдом, появились ещё  несколько тысяч лет назад, первое бытовое охлаждающее устройство появилось только в середине XIX века. Работало оно при заполнении льдом, периодически требующим замены. 

14 июля 1850 года американский врач Джон  Гори впервые продемонстрировал  процесс получения искусственного  льда в созданном им аппарате. В своём изобретении он использовал  технологию компрессионного цикла, которая применяется в современных холодильниках, а сам аппарат мог служить одновременно морозильником и кондиционером[1]. 

В 1857 году австралиец Джеймс Харрисон стал применять  холодильные камеры, работающие с  использованием компрессора, в пивоваренной и мясообрабатывающей промышленности. 

В 1857 году был создан первый железнодорожный  вагон-холодильник. 

Первый  бытовой электрический холодильник  был создан в 1913 году. Как и промышленные холодильники, он работал с использованием принципа теплового насоса. В первых бытовых холодильниках в качестве охлаждающей жидкости использовались достаточно токсичные вещества. 

В 1926 году Альберт Эйнштейн со своим прежним  студентом Лео Силардом предложили вариант конструкции абсорбционного холодильника, именуемого эйнштейновским. 

Первая  получившая широкое распространение  модель холодильника Monitor-Top была произведена  фирмой General Electric в 1927 году. 

General Electric продала более 1 млн экземпляров Monitor-Top. С 1930 г. в качестве хладагента в бытовых холодильниках применяются фреоны. В 1940-е годы в холодильниках появляются морозильные отделения, также возникают обособленные морозильные шкафы. В 1950-60-е годы на рынок выходят холодильники с функцией размораживания. В СССР первые образцы бытового холодильника производятся в 1937 г. Серийный выпуск начался в 1939 г. (до начала Великой Отечественной войны выпущено несколько тысяч экземпляров). Массовое производство запущено в 1950 г. К 1962 году холодильники имели: в США — 98,3 % семей, в Италии — 20 %, а в СССР — 5,3 % семей.[2] 
 
 

3. Типы холодильных агрегатов по принципу действия 

1. Компрессионный

2. Абсорбционный

3. Термоэлектрический

4. С вихревыми охладителями 
 

4. Устройство и принцип действия компрессионного холодильника 
 

     Теоретической основой, на которой построен принцип работы холодильников, является второе начало термодинамики. Охлаждающий газ в холодильниках совершает так называемый обратный цикл Карно. При этом основная передача тепла основана не на цикле Карно, а на фазовых переходах — испарении и конденсации. В принципе возможно создание холодильника, использующего только цикл Карно, но при этом для достижения высокой производительности потребуется или компрессор, создающий очень высокое давление, или очень большая площадь охлаждающего и нагревающего теплообменника.

     Второе  начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами. 

     Второе  начало термодинамики гласит, что  невозможен самопроизвольный переход  тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.

     Ве́чный дви́гатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу, большую, чем количество сообщённой ему энергии (КПД больше 100 %).

     Цикл  Карно́ — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Tепловая машина Карно представляет собой наиболее эффективный тепловой двигатель, но не самое эффективное устройство для преобразования химического топлива в работу. Топливные элементы, например, теоретически могут достичь значительно более высокого КПД, чем двигатель Карно. 

     Цикл Карно назван в честь французского физика Сади Карно, который впервые его исследовал в 1824 году. 

     Одним из важных свойств цикла Карно  является его обратимость: он может  быть проведён как в прямом, так  и в обратном направлении, при  этом энтропия адиабатически изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не меняется.

     Энтропи́я (от греч. ἐντροπία — поворот, превращение) в естественных науках — мера беспорядка системы, состоящей из многих элементов. В частности, в статистической физике — мера вероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния; в теории информации — мера неопределённости какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы, а значит и количество информации; в исторической науке, для экспликации феномена альтернативности истории (инвариантности и вариативности исторического процесса). 

     Основными составляющими частями  холодильника являются: 
 

     a) компрессор, создающий необходимую разность давлений;

     b) испаритель, забирающий тепло из внутреннего объёма холодильника;

     c) конденсатор, отдающий тепло в окружающую среду;

     d) терморегулирующий вентиль, поддерживающий разность давлений за счёт дросселирования хладагента;

     e) хладагент - вещество, переносящее тепло от испарителя к конденсатору. 

     Схема работы холодильника:

     1. Конденсатор

     2. Капилляр

      3. Испаритель

     4. Компрессор 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Компрессор  засасывает из испарителя хладагент  в виде пара, сжимает его (при этом температура хладагента повышается) и выталкивает в конденсатор. В бытовых холодильниках используются герметичные поршневые мотор-компрессоры. В таких компрессорах электродвигатель располагается внутри корпуса компрессора, что позволяет предотвратить утечки хладагента через уплотнение вала. Для поглощения вибраций применяется подвеска компрессора. Подвеска компрессора может быть наружной, когда на пружине подвешивается корпус компрессора, или внутренней, когда подвешен двигатель компрессора внутри корпуса. В современных бытовых холодильниках наружная подвеска не применяется, так как она хуже поглощает вибрации компрессора, который к тому же производит больше шума. Для смазки компрессора применяют специальные рефрижераторные масла. Стоит отметить, что масло и хладагент хорошо растворяются друг в друге. 

     В конденсаторе нагретый в результате сжатия хладагент остывает, отдавая тепло во внешнюю среду, и при этом конденсируется, то есть превращается в жидкость, поступающую в капилляр. В бытовых холодильниках чаще всего применяются ребристо-трубные конденсаторы, в качестве оребрения применяется стальная проволока или стальной лист с прорезями. Охлаждение конденсаторов обычно естественное, за исключением холодильников больших объёмов. 

     Жидкий  хладагент под давлением через  дросселирующее отверстие (капилляр или  ТРВ) поступает в испаритель, где  за счёт резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости и превращение её в пар. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, за счёт чего происходит охлаждение внутреннего пространства холодильника. Таким образом, в конденсаторе хладагент под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состояние, выделяя тепло, а в испарителе под воздействием низкого давления вскипает и переходит в газообразное, поглощая тепло. Испарители бытовых холодильников чаще всего листотрубные, сваренные из пары алюминиевых листов. Испаритель морозильной камеры часто совмещён с её корпусом, в то время как испаритель холодильной камеры (в холодильниках с двумя испарителями) располагают на задней стенке камеры. 

Терморегулируемый расширительный вентиль (ТРВ) необходим  для создания необходимой разности давлений между конденсатором и испарителем, при которой происходит цикл теплопередачи. Он позволяет правильно (наиболее полно) заполнять внутренний объём испарителя вскипевшим хладагентом. Пропускное сечение ТРВ изменяется по мере снижения тепловой нагрузки на испаритель, при понижении температуры в камере количество циркулирующего хладагента уменьшается. В бытовых холодильниках чаще всего вместо ТРВ используется капилляр. Он не меняет своё сечение, а дросселирует определённое количество хладагента, зависящее от давления на входе и выходе капилляра, его диаметра, длины и типа хладагента. 

Расположение  основных частей холодильного агрегата бытового холодитльника:

1. Испаритель

2. Конденсатор

3. Фильтр-осушитель

4. Капилляр  и теплообменник

5.Компрессор 
 
 
 
 
 
 
 

Большое значение имеет чистота хладагента: вода и примеси могут засорить капилляр или повредить компрессор. Примеси могут образовываться в  результате коррозии внутренних стенок трубопроводов холодильника, а влага может попасть при заправке холодильника, либо проникнуть через неплотности (особенно в холодильниках с открытым компрессором). Поэтому при заправке тщательно соблюдается герметичность, перед заправкой контур вакуумируется. В каждом холодильнике имеется фильтр-осушитель, который устанавливается перед капилляром. 

Обычно  также присутствует теплообменник, выравнивающий температуру на выходе из конденсатора и из испарителя. В  результате к дросселю поступает  уже охлаждённый хладагент, который  затем ещё сильнее охлаждается в испарителе, в то время как хладагент, поступивший из испарителя подогревается, прежде чем поступить в компрессор и конденсатор. Это позволяет увеличить производительность холодильника, а также предотвратить попадание жидкого хладагента в компрессор. 
 

Автоматика  и электрооборудование 

Бытовые холодильники обычно работают циклично, периодически включаясь и выключаясь. Моментами включения и выключения управляет термодатчик. Это может  быть механический термодатчик сильфонного  типа, либо электронный. Для обеспечения правильного запуска двигателя используются пусковые и защитные реле, которые часто объединяют в один прибор. Дополнительно холодильники могут оснащаться системами оттаивания, предотвращающими образование инея на испарителе. Для освещения холодильной камеры устанавливаются лампы небольшой мощности, которые включаются при срабатывании датчика открытия двери. Некоторые холодильники оснащены сигнализацией открытия двери, которая срабатывает по таймеру, чтобы предотвратить потери холодного воздуха если дверь холодильника забыли закрыть. 

В начале XXI века на рынке появились так  называемые интернет-холодильники —  холодильники, в корпусе которых  расположен также компьютер, экран  которого выведен на дверцу. Интернет-холодильник  позволяет выходить в интернет, к примеру для поиска кулинарных рецептов, или чтобы заказывать продукты в интернет-магазинах. Может быть оборудован телевизором и радиоприемником, а также позволяет подключать камеру видеонаблюдения. 
 
 

5.Устройство и принцип работы холодильника 

1) Мотор  - компрессор (1), засасывает газообразный  фреон из испарителя, сжимает  его, и через фильтр (6) выталкивает  в конденсатор (7).

2) В  конденсаторе, нагретый в результате  сжатия фреон остывает до комнатной  температуры и окончательно переходит в жидкое состояние.

3) Жидкий  фреон, находящийся под давлением,  через отверстие капиляра (8) попадает  во внутреннюю полость испарителя (5), переходит в газообразное    состояние, в результате чего, отнимает тепло от стенок испарителя, а испаритель, в свою очередь, охлаждает внутреннее пространство холодильника.

4) Этот  процесс повторяется до достижения  заданной терморегулятором (3) температуры  стенок испарителя.

5) При  достижении необходимой температуры  терморегулятор размыкает электрическую  цепь и компрессор останавливается.

6) Через  некоторое время, температура  в холодильнике (за счет воздействия  внешних факторов) начинает повышаться, контакты терморегулятора замыкаются, с помощью защитно-пускового реле (2) запускается электродвигатель  мотор - компрессора и весь цикл повторяется сначала. 

1.Мотор-компрессор 

2.Защитно-пусковое  реле 

3.Терморегулятор 

4.Внутренняя  лампа освещения холодильника 

5.Испаритель 

6.Фильтр-осушитель 

7.Конденсатор 

8.Капиляр 

9.Включатель лампы 
 
 

К приборам автоматики бытовых холодильников относятся:

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

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

• защитное реле для предохранения обмоток электродвигателя от токов перегрузки;

• приборы автоматики для удаления снежного покрова со стенок испарителя 
 
 
 
 

Электрическая схема холодильника и принцип ее работы.

При подаче напряжения электрический ток проходит через замкнутые контакты терморегулятора (3), кнопки размораживания (10), реле тепловой защиты (11), катушку пускового реле (контакты пускового реле12.2 пока разомкнуты) и рабочую обмотку электродвигателя мотор-компрессора.

Поскольку двигатель пока не вращается, ток  протекающий через рабочую обмотку  мотор-компрессора в несколько  раз превышает номинальный, пусковое реле (12) устроено таким образом, что  при превышении номинального значения тока замыкаются контакты (12.2), к цепи подключается пусковая обмотка электродвигателя. Двигатель начинает вращаться, ток в рабочей обмотке снижается, контакты пускового реле размыкаются и двигатель продолжает работать в нормальном режиме. 

Когда стенки испарителя охладятся до установленного на терморегуляторе значения, контакты (3) разомкнуться и электродвигатель мотор-компрессора остановиться. 

С течением времени температура внутри холодильника повышается, контакты терморегулятора  замыкаются и весь цикл повторяется  заново. 

Реле защиты предназначено для отключения двигателя при опасном повышении силы тока. С одной стороны оно защищает двигатель от перегрева и поломки, а с другой - Вашу квартиру от пожара.

Реле  состоит из биметаллической пластины (11.1), которая при повышении температуры изгибается и размыкает контакты (11.2), после остывания биметаллической пластины контакты снова замыкаются. 

     1 - электродвигатель мотор-компрессора

     1.1 - рабочая обмотка

     1.2 - пусковая обмотка

     3 - контакты терморегулятора

     10 - кнопка размораживания

     11 - реле защиты

     11.1 - биметаллическая пластина

     11.2 - контакты реле

     12 - пусковое реле

     12.1 - катушка реле

     12.2 - контакты реле