Типы холодильников по принципу действия: компрессионные, абсорбционные, термоэлектрические

Какие бывают типы холодильников по принципу действия. Как устроены и работают компрессионные холодильники. В чем особенности абсорбционных холодильников. Как функционируют термоэлектрические холодильники. Каковы преимущества и недостатки разных типов холодильных агрегатов.

Компрессионные холодильники: принцип работы и устройство

Компрессионные холодильники являются самым распространенным типом бытовых и промышленных холодильных установок. Их принцип действия основан на использовании физических свойств хладагента при изменении давления:

• При расширении газ резко охлаждается
• При сжатии газ нагревается

Основные элементы конструкции компрессионного холодильника:

• Компрессор — сжимает газообразный хладагент
• Конденсатор — охлаждает и сжижает хладагент, отдавая тепло в окружающую среду
• Испаритель — расширяет и испаряет жидкий хладагент, охлаждая камеру
• Капиллярная трубка или терморегулирующий вентиль — дросселирует хладагент

Принцип работы компрессионного холодильника можно описать следующим образом:

1. Компрессор сжимает газообразный хладагент, повышая его температуру и давление
2. Горячий газ поступает в конденсатор, где охлаждается и переходит в жидкое состояние
3. Жидкий хладагент через капилляр попадает в испаритель
4. В испарителе хладагент резко расширяется, испаряется и сильно охлаждается, забирая тепло из камеры холодильника
5. Газообразный хладагент снова засасывается компрессором и цикл повторяется

Компрессионные холодильники обладают высокой эффективностью и надежностью. Их главный недостаток — шум при работе компрессора.

Абсорбционные холодильники: особенности конструкции и применения

Абсорбционные холодильники имеют ряд отличий от компрессионных моделей:

• Отсутствует компрессор
• В качестве хладагента используется раствор аммиака
• Циркуляция хладагента происходит за счет нагрева и охлаждения
• Могут работать на различных источниках энергии

Принцип работы абсорбционного холодильника:

1. Концентрированный раствор аммиака нагревается в генераторе
2. Газообразный аммиак поступает в конденсатор и сжижается
3. Жидкий аммиак испаряется в испарителе, охлаждая камеру
4. Пары аммиака поглощаются абсорбером и снова образуют концентрированный раствор
5. Раствор перекачивается обратно в генератор

Основные преимущества абсорбционных холодильников:

• Бесшумность работы
• Возможность работы от различных источников тепла (газ, электричество, выхлопные газы)
• Высокая надежность из-за отсутствия движущихся частей

Недостатки:

• Низкая эффективность охлаждения
• Большие габариты и вес
• Опасность утечки аммиака

Абсорбционные холодильники часто используются в автодомах, на дачах без электричества, в гостиничных номерах.

Термоэлектрические холодильники на эффекте Пельтье

Термоэлектрические холодильники работают на принципе прямого преобразования электричества в холод. Их особенности:

• Отсутствие хладагента и компрессора
• Использование полупроводниковых элементов Пельтье
• Компактные размеры
• Возможность как охлаждения, так и нагрева

Принцип работы термоэлектрического холодильника:

1. При пропускании тока через элемент Пельтье одна его сторона охлаждается, а другая нагревается
2. Холодная сторона обращена внутрь камеры и отбирает из нее тепло
3. Горячая сторона охлаждается радиатором снаружи

Преимущества термоэлектрических холодильников:

• Бесшумность работы
• Компактность и мобильность
• Возможность быстрого переключения между охлаждением и нагревом
• Отсутствие вибраций

Недостатки:

• Низкая эффективность охлаждения
• Высокое энергопотребление
• Небольшой объем камеры

Термоэлектрические модели часто используются как мини-холодильники, автомобильные холодильники, винные шкафы.

Сравнение эффективности разных типов холодильников

Эффективность работы холодильника оценивается по нескольким параметрам:

• Холодопроизводительность — количество отводимого тепла
• Потребляемая мощность
• Холодильный коэффициент — отношение холодопроизводительности к потребляемой мощности

По этим показателям типы холодильников можно расположить в следующем порядке:

1. Компрессионные — самые эффективные
2. Абсорбционные — средняя эффективность
3. Термоэлектрические — наименее эффективные

Однако выбор типа холодильника зависит не только от эффективности, но и от конкретных условий применения, требований к шуму, мобильности и других факторов.

Области применения разных типов холодильных агрегатов

Каждый тип холодильников имеет свою оптимальную сферу использования:

Компрессионные холодильники:

• Бытовые холодильники и морозильники
• Промышленные холодильные установки
• Кондиционеры
• Холодильные витрины в магазинах

Абсорбционные холодильники:

• Автодома и кемперы
• Мини-бары в гостиницах
• Дачные холодильники без электричества
• Газовые холодильники

Термоэлектрические холодильники:

• Автомобильные мини-холодильники
• Портативные сумки-холодильники
• Охладители для напитков
• Винные шкафы небольшого объема

Выбор типа холодильника зависит от конкретных требований к его производительности, энергопотреблению, мобильности и условиям эксплуатации.

Перспективные разработки в области холодильной техники

Современные исследования направлены на повышение энергоэффективности холодильников и поиск альтернативных принципов охлаждения:

• Магнитокалорические холодильники — используют эффект изменения температуры материалов в магнитном поле
• Термоакустические холодильники — основаны на эффекте охлаждения при колебаниях звуковых волн
• Вихревые холодильники — используют эффект температурного разделения при закручивании потока газа
• Холодильники на эффекте Ранка-Хилша — охлаждение происходит при расширении закрученного потока газа

Эти технологии пока находятся на стадии разработки и имеют ряд ограничений. Однако в будущем они могут составить конкуренцию традиционным типам холодильников, обеспечивая более высокую энергоэффективность и экологичность.

Выбор оптимального типа холодильника для разных условий

При выборе типа холодильника следует учитывать несколько факторов:

• Требуемый температурный режим
• Объем камеры
• Условия эксплуатации (стационарный или мобильный)
• Доступные источники энергии
• Требования к уровню шума
• Бюджет покупки и расходы на эксплуатацию

Рекомендации по выбору:

• Для дома оптимальны компрессионные холодильники — они эффективны и доступны
• Для дачи без электричества подойдет абсорбционный холодильник на газу
• Для автомобиля удобен термоэлектрический мини-холодильник
• Для кемпинга хороша портативная сумка-холодильник на элементах Пельтье
• Для магазина нужны мощные компрессионные холодильные витрины

Правильный выбор типа холодильника позволит обеспечить оптимальное сочетание эффективности, удобства и экономичности в конкретных условиях использования.

Типы холодильных агрегатов по принципу действия

• Компрессионный
• Абсорбционный
• Термоэлектрический
• С вихревыми охладителями

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.

Основными составляющими частями холодильника являются:
• компрессор, создающий необходимую разность давлений;
• испаритель, забирающий тепло из внутреннего объёма холодильника;
• конденсатор, отдающий тепло в окружающую среду;
• терморегулирующий вентиль, поддерживающий разность давлений за счёт дросселирования хладагента;
• хладагент — вещество, переносящее тепло от испарителя к конденсатору.

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 терморегулируемый расширительный вентиль) 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 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.

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.

 

Принцип действия абсорбционного холодильника

Так же, как и в компрессионном, в абсорбционном холодильнике охлаждение рабочей камеры происходит за счёт испарения хладагента (чаще всего аммиака). В отличие от компрессионного холодильника, циркуляция хладагента происходит за счёт его растворения (абсорбции) в жидкости, обычно в воде. Объёмом воды может быть поглощено до 1000 объёмов аммиака. Насыщенный раствор аммиака из абсорбера поступает в генератор (десорбер), а затем в дефлегматор, где разлагается на аммиак и воду. Газообразный аммиак сжижается в конденсаторе и снова поступает в испаритель, а очищенная от аммиака вода поступает в абсорбер.
Для циркуляции воды в системе могут применяться разнообразные приспособления, например струйные насосы, что позволяет обойтись без движущихся частей. В систему холодильника добавляется также инертный к компонентам системы газ, например водород. В этом случае давление во всей системе почти одинаково, а испарение хладагента происходит за счёт изменения парциального давления.
Помимо аммиака и воды, могут использоваться и другие пары веществ — например, раствор бромистого лития, ацетилен и ацетон. Преимущества абсорбционных холодильников — бесшумность работы, отсутствие движущихся механических частей, возможность работы от нагрева прямым сжиганием топлива, недостатки — плохие удельные показатели хладопроизводительности на единицу объёма, а также чувствительность к положению в пространстве. Кроме того, холодильный агрегат содержит ядовитый аммиак и горючий водород. Такие холодильники практически не используются в современных квартирах, но распространены в местах, где нет круглосуточного доступа к электричеству: например в домах на колёсах, где они работают от электричества на стоянках в кемпингах, а в пути работают от сжигания природного газа. Кроме того, абсорбционные агрегаты часто используются в промышленных холодильниках в тех случаях, когда более выгодно использовать энергию сгорания газа, а не электричество.

 

Принцип действия термоэлектрического холодильника

В основе работы термоэлектрического холодильника лежит Эффект Пельтье — когда при прохождении тока через контакт двух разнородных проводников в направлении контактной разности потенциалов происходит поглощение тепловой энергии, а при прохождении в обратном направлении — выделение. Холодильник на элементах Пельтье бесшумен, надёжен и долговечен, но большого распространения не получил из-за дороговизны охлаждающих термоэлектрических элементов. Еще одним минусом является зависимость хладопроизводительности от температуры окружающей среды. Тем не менее, сумки-холодильники, небольшие автомобильные холодильники и кулеры питьевой воды часто делаются с охлаждением от элементов Пельтье.

 

Принцип действия холодильника на вихревых охладителях

Охлаждение осуществляется за счёт расширения предварительно сжатого компрессором воздуха в блоках специальных вихревых охладителей. Распространения не получил из-за большой шумности, необходимости подвода сжатого (до 10-20 Атм) воздуха и очень большого его расхода, низкого коэффициента полезного действия. Достоинства — безопасность (так как не используется электричество и нет ни движущихся механических частей, ни опасных химических соединений в конструкции) долговечность, надёжность.

Холодильник, типы и виды, его устройство

Холодильник, типы и виды, его устройство.

 

Поделиться в:

 

Холодильник представляет собой аппарат для охлаждения предметов, помещаемых в его камеру.

Он используется для скоропортящихся пищевых продуктов и других вещей, требующих хранения при низкой температуре.

 

Описание холодильника

Типы и виды холодильников

Принцип действия (работы) и устройство компрессионного холодильника

Компоновка холодильника

Эксплуатация холодильника

 

Описание холодильника:

Холодильник представляет собой аппарат для охлаждения предметов, помещаемых в его камеру. Он используется для скоропортящихся пищевых продуктов и других вещей, требующих хранения при низкой температуре. Функция охлаждения обеспечивается холодильной машиной, посредством которой тепло выводится из камеры за пределы холодильника.

Принцип работы холодильников может различаться. В зависимости от него модели подразделяются на:

– компрессионные,

– термоэлектрические,

– абсорбционные,

– оснащенные вихревыми охладителями.

Компрессионные холодильники наиболее распространенные.

 

Типы и виды холодильников:

В продаже можно встретить различные виды холодильников — бытовые, коммерческие, промышленные. Первые предназначены для эксплуатации в домашних условиях, вторые обладают повышенными показателями хладопроизводительности и применяются в общественных местах, таких как рестораны, магазины и т. д. Промышленные холодильники используются на предприятиях, комбинатах, они могут представлять собой отдельное помещение или крупную установку для хранения больших объемов продукции.

В среднетемпературных холодильных камерах температура не опускается ниже нуля, а в низкотемпературных, или морозильных, она составляет от -18 до -21 ^оС. Последние могут входить в конструкцию холодильных шкафов или выпускаться в виде отдельных аппаратов, выполняющих исключительно функцию заморозки.

 

Принцип действия (работы) и устройство компрессионного холодильника:

Функционирование холодильного аппарата основано на втором начале термодинамики. Хладагентом осуществляется т. н. обратный цикл Карно (хладагент, или холодильный агент – рабочее вещество, забирающее тепло у охлаждаемого объекта и передающее его в охлаждающую среду). Основную роль в передаче тепла играет изменение термодинамического состояния холодильного агента в фазовых переходах — испарении и конденсации. Для работы охлаждающей функции, по сути, достаточно одного цикла Карно, однако для того, чтобы добиться высокой хладопроизводительности, необходимо использовать компрессор для создания значительного давления, либо же теплообменники охлаждения и нагрева должны располагать значительной площадью теплообмена.

Компрессионный холодильник состоит из следующих основных элементов:

– компрессора, назначением которого является обеспечение требуемой разности давлений,

– испарителя, выполняющего функцию забора тепла из внутренней камеры,

– конденсатора, выводящего тепло из холодильного аппарата,

– терморегулирующего вентиля, выполняющего дросселирование хладагента и тем самым обеспечивающего разность давлений,

– холодильного агента, передающего тепло от испарителя к конденсатору.

Холодильный агент в газообразном состоянии засасывается из испарителя компрессором, который производит его сжатие и передает его в конденсатор. Там происходит его конденсация, во время которой он отдает тепло во внешнюю среду. Образующаяся жидкость поступает в капилляр.

Превратившись в жидкость, холодильный агент под давлением передается в испаритель, проходя через терморегулирующий вентиль либо капилляр. Здесь он испаряется, чему способствует значительное падение давления. Жидкость поглощает тепло с внутренних стенок испарителя, в результате чего холодильная камера охлаждается.

Бытовые модели оснащаются герметичными поршневыми компрессорами с двигателем. Такие компрессоры защищены от утечек хладагента благодаря расположению мотора внутри корпуса. Помимо этого, в моделях для бытового применения, как правило, устанавливаются конденсаторы ребристо-трубного типа. Их охлаждение в большинстве случаев осуществляется естественным образом, в частности, путем теплового излучения и конвекции. В холодильниках повышенной производительности и промышленных моделях реализована принудительная система охлаждения конденсатора.

Как правило, в бытовых вариантах устанавливаются листотрубные испарители из алюминия. В них предусмотрены внутренние каналы, через которые проходит хладагент. В холодильной камере испаритель располагается на задней панели, а в морозильной нередко он выступает в роли корпуса камеры.

 

Холодильник обладает двойными стенками, между которыми располагаются теплоизолирующие материалы – минвата, полиуретан или вспененный полистирол. От того, насколько качественно теплоизолирован его корпус, зависит количество потребляемой энергии.

Функцию теплоизоляции выполняет и уплотнитель дверцы, который заполняет щели между ней и корпусом и препятствует проникновению теплого воздуха в камеру. Особенностью уплотнителей в современных моделях является магнитная вставка, посредством которой осуществляется закрытие двери.

Циркуляция воздуха в камере может происходить естественным путем либо организовываться искусственно. Примером искусственной системы служит технология No Frost — в данном случае испаритель и основная камера располагаются отдельно друг от друга, а перемещение воздуха между ними осуществляется при помощи вентилятора. Это препятствует появлению слоя инея на испарителе, поскольку воздух предварительно осушается, кроме того, для таяния снегового слоя не требуется повышать температуру в камере. Существуют модели холодильников, позволяющие контролировать уровень температуры и влажности; в некоторых также бывают предусмотрены специальные системы оттаивания во избежание нарастания инея.

Терморегулятор в бытовых холодильниках служит его для цикличного включения и выключения. Корректный запуск двигателя регулируется пусковыми и защитными реле. Холодильники оборудуются датчиками открытия дверцы, позволяющими автоматически включать свет в камере при ее отворении; более продвинутые модели оснащаются сигнализацией, срабатывающей при длительном нахождении дверцы в открытом состоянии. Сегодня можно встретить холодильники с доступом к интернету, располагающие встроенным в корпус компьютером.

 

Компоновка холодильника:

Холодильники могут обладать различной компоновкой. Рассмотрим, какие ее вариации можно встретить на рынке.

При «европейском» варианте морозильная камера располагается под холодильной камерой.

«Американский» вариант предполагает параллельное расположение холодильной и морозильной камер, которые размещаются бок о бок и имеют одинаковую высоту. Такие холодильники могут иметь объем более 700 л.

В случае «азиатской» компоновки морозильная камера расположена над холодильной камерой.

Вертикальный торговый холодильный шкаф, не имеющий морозильной камеры и оснащенный стеклянной дверью — как правило, служит для хранения напитков.

Горизонтальный холодильник, также называемый холодильным ларем, чаще всего представляет собой морозильную камеру. Его конструкция способствует уменьшению утечки холода при открывании крышки. Основная сфера его применения — торговля.

 

Эксплуатация холодильника:

Для того, чтобы холодильник служил как можно дольше, нужно соблюдать определенные правила его эксплуатации. В модели без автооттаивания не рекомендуется помещать горячие продукты, поскольку они выделяют пар, в результате чего на испарителе быстро образуется снег. При этом вне зависимости от того, оснащен ли холодильник системой автоматического оттаивания, эффективность его работы снижается, он начинает потреблять больше энергии.

Холодильники без системы автоматического оттаивания необходимо регулярно размораживать — для этого аппарат отключают от сети до полного исчезновения слоя инея. При отключении надлежит выложить из него все продукты и открыть дверь.

Регулярное мытье и проветривание холодильного шкафа является обязательным — это относится как к моделям с автооттаиванием, так и без.

В моделях с естественной конвекцией температура на разных полках различается, что следует учитывать при размещении продуктов. Современные усовершенствованные модели оснащаются различными камерами, специально разработанными для хранения определенного рода продуктов — в них поддерживается температурный режим, являющийся оптимальным в каждом случае.

Продукты следует хранить в закрытой таре — запахи легко въедаются в стенки камеры и уплотнитель, и избавиться от них бывает сложно, несмотря на обилие советов в интернете.

Необходимо следить за своевременным удалением испорченной пищи. Определенные виды продуктов легко впитывают запахи, и их надлежит располагать отдельно; к таким относится молочная продукция, в том числе масло, творог и т. д. Предотвратить их пропитывание посторонними запахами позволяет использование герметичных пищевых контейнеров.

Согласно европейским статистическим данным, на одного человека достаточно холодильника объемом 150 л. Для группы, не превышающей четырех человек, оптимальным является объем порядка 280 л, а при большем количестве людей рекомендуется выбирать более вместительные модели.

 

© Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 

 

Коэффициент востребованности 606

Типы холодильников по принципу действия, их особенности

Человек, который впервые выходит за рамки привычной с детства стандартной бытовой техники, часто с удивлением узнает, что холодильники бывают разных видов. Отличаются они не столько принципом действия, заключающимся в отводе тепла от продуктов в камере хранения, сколько технологиями, которые для этого используются.

Содержание

• 1 Компрессор класса
• 2 Холодильники абсорбционные
• 3 Термоэлектрические установки
• 4 Секция для гуманитарных наук
• 5 В заключение

Компрессор класса

Самый распространенный тип холодильника. Это привычные бытовые приборы, которые есть в каждой квартире. Здесь используется рабочее тело – хладагент, отводящий тепло изнутри накопительной камеры. При этом используется физическое свойство газа — он резко охлаждается при расширении и нагревается при сжатии.

Техническое решение компрессорного холодильника включает:

• хладагент, газ, способный легко изменять свое агрегатное состояние;
• компрессорная установка закрытого типа;
• система конденсации, действующая как устройство для передачи тепла в окружающую среду;
• испаритель, в котором происходит расширение и охлаждение рабочей жидкости.

Если рассматривать конструкцию холодильника по расположению узлов, то можно легко идентифицировать определенные части устройства. Компрессор расположен снизу, это заметно и узнаваемо. В холодильнике может быть один или два компрессора. Конденсатор — темная решетка, иногда производители делают закрытую панель, закрепленную сзади. Достаточно поднести руку к этому участку холодильного агрегата, чтобы понять, насколько сильно он нагревается при работе для передачи тепла.

Испаритель находится внутри холодильника. Структура трубок скрыта в стенках устройства, при этом каждая камера (если речь идет о модели с разделенным пространством) имеет свой расширительный блок хладагента.

Сразу стоит остановиться на методике многокамерных однокомпрессорных холодильников. Различные режимы холода достигаются простым перераспределением хладагента. Специальный шлюз с электронным управлением направляет определенное количество газа в нужную зону. Однако при большой нагрузке холодильник часто не может гарантировать точное соблюдение заданных параметров внутреннего климата камер.

Двухкомпрессорные холодильники выглядят великолепно. Они специально разработаны, чтобы гарантировать чрезвычайно высокие значения холодоотвода в морозильных камерах и средне — в помещениях для хранения пищевых продуктов с плюсовой температурой или в пределах -10 градусов Цельсия.

Схема компрессорной системы простая:

1. Хладагент подается в испаритель, где резко переходит из жидкого состояния в газообразное. Температура резко падает, тепло из кладовки отводится.
2. Проходя испарительные трубы, нагретый газ поступает в компрессор.
3. Под высоким давлением хладагент поступает в конденсатор. Сжатый газ очень горячий, проходя по длинной трубке постепенно охлаждается.
4. На выходе из конденсатора газ имеет температуру, позволяющую перейти в жидкое состояние. Хладагент собирается в капиллярном устройстве.

Далее схема повторяется. Жидкость поступает в испаритель, переходит в газообразное состояние, при этом сильно охлаждаясь. Цикл повторяется снова и снова. До тех пор, пока датчики температуры внутри холодильной камеры не подадут сигнал на остановку компрессора.

Современные нагнетатели холодильников выполнены по замкнутому контуру. Все конструктивные части компрессора расположены в герметичном объеме. Это позволяет избежать утечек хладагента, а использование специальных холодильных масел гарантирует долгие годы работы нагнетателя.

Сегодня в качестве хладагента используется фреон-12. Этот газ не лучший вариант, так как его температура кипения относительно высока, около -30 градусов. В годы СССР был еще вариант — холодильники с азотным хладагентом. Он мог обеспечить резкий отбор тепла до -98 градусов Цельсия. Однако, в отличие от фреона, такой хладагент был потенциально опасен в случае аварии компрессорной установки, мог нанести вред здоровью человека, поэтому от его использования отказались.

Абсорбционные холодильники

Абсорбционные — это не очень привычная для обычного пользователя установка. Эти типы холодильников хорошо известны тем, кто привык жить в районах без электричества, также этот тип устройств широко используется дальнобойщиками.

Хладагент в абсорбционной схеме представляет собой концентрированный раствор аммиака. Холодильник работает следующим образом:

• в зоне разделения концентрированный раствор нагревается, аммиак испаряется;
газ
• подается в испаритель, где расширяется и отводит тепло от камеры хранения продуктов;
• , при этом остаток раствора закачивается в абсорбционную камеру;
• после прохождения испарителя температура аммиака повышается, он подается в абсорбционную камеру, где смешивается со своим слабым раствором, повышая его концентрацию. Зона смешения охлаждается вентиляторами или (в зависимости от источника энергии) естественным путем.

Состав, полученный по окончании одного цикла, снова закачивается в нагревательную камеру. Холодильник повторяет схему циркуляции аммиака до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура внутри камеры хранения продуктов.

Абсорбционный холодильник имеет массу недостатков, резко ограничивающих его широкое применение в быту. Во-первых, концентрированный раствор аммиака очень опасен, в случае аварии и утечки ущерб для здоровья может выражаться в количестве погибших людей, находившихся в непосредственной близости от аппарата. Производители знают об этом, поэтому применяется многоступенчатая защита от испарения на открытый воздух. Во-вторых, производительность абсорбционной установки невелика. Холодильники морозят медленно и легко включаются в непрерывную работу, перегружаются, просто забыв закрыть дверцу. Низкие показатели рассеивания тепла также предотвращают большие камеры хранения или замерзание.

Но у абсорбционных холодильников есть свои преимущества. В качестве источника тепла могут быть использованы:

• электричество, отопительные шторы;
природный горючий газ
• , что делает абсорбционный холодильник отличным вариантом для дачи далеко за городом;
• выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания, которые характерны для некоторых моделей для дальнобойщиков.

Современный холодильник абсорбционного типа – товар достаточно распространенный на рынке, надежный, удобный, рассчитанный на четко определенный целевой сегмент аудитории. Нельзя сказать, что по принципу работы этот класс сильно отличается от класса компрессоров. Они похожи, но у каждого из них радикально разные приложения.

Термоэлектрические установки

Термоэлектрические холодильники называются установками прямого поглощения тепла. Нет хладагента, системы циркуляции, перехода агрегатных состояний и прочих сложностей. Охладитель представляет собой полупроводниковую пластину. Термоэлектрическая установка использует эффект Пельтье и работает следующим образом:

• при подаче электрического тока определенной полярности пластина охлаждается;
• отбирается тепло из камеры хранения продуктов;
• при подаче напряжения обратной полярности температура полупроводника увеличивается, поэтому термоэлектрическая установка может нагревать содержимое.

Из принципа работы вытекает группа ограничений, присущая всем холодильникам прямого преобразования тепла. Список выглядит следующим образом:

• ток, потребляемый устройством, ограничен во избежание перегрузки источника питания. Поэтому существует понятие дельта температур. Простыми словами — количество степеней разницы между окружающей средой и пространством камеры хранения. Например, если в холодильнике предусмотрено понижение на 30, то при сорокаградусной жаре напитки и продукты будут охлаждаться до 10 тепла;
• есть показатель минимально возможной температуры, ниже которой полупроводниковая пластина не может охлаждаться. У дорогих моделей термоэлектрических холодильников значение этой характеристики находится в пределах от -6 до -3 градусов Цельсия;
Термоэлектрическая установка
• крайне медленно отводит тепло. Поэтому перед помещением внутрь камеры продукты необходимо охладить. В противном случае ждать комфортной температуры для напитков или мяса придется крайне долго.

Вышеперечисленные ограничения не мешают термоэлектрическим холодильникам пользоваться огромной популярностью у автомобилистов, любителей путешествий и отдыха на природе. Для облегчения задачи по установке в камеру можно добавить лед, в продаже есть модели с самым разным объемом камеры – от небольшого хранилища для напитков до нескольких десятков литров.

Раздел для гуманитариев

Вспоминая забавную фразу «когда я спрашивал какой телефон, я должен был говорить красный или синий, а не сыпать цифрами и незнакомыми пугающими словами», приведем еще одну классификацию холодильников, которые тоже выбирают покупки в магазинах. Современные устройства могут быть:

• настольный – это небольшой формат, который очень удобен для охлаждения напитков или хранения продуктов небольшого объема;
• настенные в виде навесных шкафов разного размера. Такой холодильник удобно интегрировать в состав кухонного гарнитура;
• напольные – самый популярный формат, знакомый каждому современному человеку. Одно-, двух-, трехкамерные, с разным количеством дверей, оборудованные выдвижными камерами хранения, с одним или двумя компрессорами – этот класс холодильников выполняется в невероятном количестве модификаций;
• Встроенный — редко продаваемый и довольно непопулярный класс. Неудобство его в том, что установка требует притока свежего воздуха для охлаждения конденсатора или другого узла отвода тепла. А сделать это при условии установки инсталляции в нишу мебели или стены достаточно проблематично.

Сегодня рынок предлагает все, что нужно потенциальному владельцу холодильника для удовлетворения своих потребностей. Есть модели разного размера, построенные по тому или иному принципу, удобные в определенных сферах применения.

В заключение

Завершая обзор технологий создания холода нельзя не упомянуть вихревые установки. Это большие и с большим показателем мощности промышленные монстры, в которых в качестве теплоносителя выступает простой воздух. Он подается компрессорами под огромным давлением (20-30 атмосфер) в особые зоны вихревого рассеяния, где происходит резкое падение температуры. Приемлемая производительность достигается только при действительно огромных масштабах установки. Поэтому вихревые холодильники применяются почти исключительно в промышленности для охлаждения, например, воды в капельных установках.

Лабораторные холодильники и морозильники. Принцип действия, составные части, типы, примеры

Холодильник, также известный как «холодильник», представляет собой прибор, состоящий из теплоизолированного отсека и механического, электронного или химического теплового насоса, который передает тепло от внутреннюю часть наружу, чтобы охладить внутреннюю часть до температуры ниже комнатной .

Лабораторные холодильники отличаются от обычных холодильников, используемых в домах и ресторанах, тем, что они должны быть на 100 % гигиеничными и на 100 % надежными.

Холодильник в лаборатории такой же, как у нас дома. Его использование и потребности в калибровке — вот что отличает его. Образцы и образцы охлаждаются в лабораториях, чтобы их можно было сохранить. Они включают в себя холодильные установки для хранения вакцин и других фармацевтических или медицинских товаров, а также плазмы крови и других продуктов крови.

Рисунок: Лабораторные холодильники и морозильники.

Чтобы снизить риск бактериального заражения и взрыва летучих веществ, лабораторные холодильники должны поддерживать постоянную температуру. Холодильнику требуется циркуляция воздуха и вентилятор для поддержания постоянной температуры, чтобы он работал с высокой точностью. Чтобы холодный воздух не дул наружу, когда дверца открыта, вентилятор отключается. Лабораторные холодильники имеют отдельные секции для предотвращения загрязнения.

Ниже точки замерзания состояние вещества меняется с жидкого на твердое, явление, известное как замерзание. Лабораторные морозильники представляют собой холодильные шкафы, в которых можно хранить биологические образцы и легковоспламеняющиеся химические вещества при температуре от -80ºC до 10ºC. Лаборатории, больницы, банки крови, производственные предприятия, лаборатории по тестированию материалов и диагностические центры используют лабораторные морозильники.

Обычный диапазон температур для хранения образцов в холодильниках составляет от – 5ºC до –15ºC, тогда как обычный диапазон для хранения образцов в морозильных камерах составляет от –25ºC до –15ºC. Единственная разница в температуре — это то, что отличает холодильники от морозильников. Некоторые лабораторные морозильники и холодильники также используются в качестве инкубаторов, в которых чередуются циклы нагрева и охлаждения. Эти холодильники часто используются для культивирования и наблюдения за развитием микроорганизмов.

Содержание

Принцип работы лабораторных холодильников и морозильников

Прибор, подобный холодильнику, использует механическую работу для перемещения тепла из одной области с более низкой температурой в другую с более высокой температурой. Термин «холодильный цикл» или «парокомпрессионный холодильный цикл» относится к этой регулярной теплопередаче.

Газообразный хладагент сначала сжимается, повышая его температуру и давление. Тем временем теплообменные змеевики на внешней стороне холодильника помогают рассеивать тепло, выделяемое давлением.

Хладагент переходит в жидкое состояние при охлаждении, после чего он проходит через предохранительный клапан. Жидкий хладагент перемещается из области высокого давления в область низкого давления, проходя через предохранительный клапан, где он расширяется и испаряется. Он поглощает тепло в процессе испарения и обладает охлаждающим эффектом.

Змеевики помогают хладагенту внутри холодильника поглощать тепло и поддерживать холод внутри. Повторите шаг цикла еще раз 

При переходе вещества из жидкого состояния в твердое тепло передается от тела к окружающей среде. Кинетическая энергия жидких частиц уменьшается за счет тепловыделения, и они движутся медленнее. Через некоторое время наступает момент, когда подвижность частиц настолько минимальна, что они стягиваются силами притяжения и при замерзании превращаются в твердые тела.

Рисунок: Принцип работы холодильника. Источник изображения: scienceabc.

Компоненты лабораторных холодильников и морозильников

Ниже описаны некоторые компоненты холодильника/морозильника:

Хладагент: Хладагент холодильника является его основным компонентом. Проходя через компоненты холодильника, он превращается из газа в жидкость и обратно в газ. Холодильник охлаждается с использованием этого подхода. Примеры включают фреон и аммиак. Газ HFC 134a в настоящее время используется в большинстве современных холодильников.

Компрессор: Компрессор — это «сердце» холодильника. где начинается процесс охлаждения. Газообразный хладагент направляется в конденсатор при более высокой температуре и давлении благодаря компрессору, который приводится в действие двигателем. Он оказывает давление на теплую часть контура и обеспечивает циркуляцию хладагента по всей системе.

Конденсатор: Конденсатор сзади холодильника, вероятно, довольно пыльный. Хладагент охлаждается внутри и конденсирует переносимые горячие пары, превращаясь из газа в жидкость. Его можно узнать по солидным медным виткам.

Капиллярная трубка (расширительный клапан): Расширительное устройство, капиллярная трубка представляет собой крошечный набор медных трубок. Расширительный клапан резко снижает температуру и давление жидкого хладагента, в результате чего почти половина его испаряется. Это способствует охлаждению внутри морозильной камеры и/или холодильника.

Испаритель: Компонент холодильника, поддерживающий охлаждение содержимого, называется испарителем. Начинается процесс следующего цикла. Он использует оставшийся жидкий хладагент для повторного создания пара, который компрессор использует для перезапуска процесса, создавая идеальную атмосферу для сохранения продуктов.

Аксессуары

Термистор: Контролирует внутреннюю температуру холодильника.

Двигатель вентилятора испарителя: Вентилятор, распределяющий холодный воздух по морозильной и холодильной камерам, приводится в действие двигателем вентилятора испарителя.

Электродвигатель вентилятора конденсатора: Вентиляторы используются для подачи воздуха через змеевики конденсатора в холодильниках с креплениями компрессорного отсека для охлаждения холодильника и отвода тепла.

Впускной клапан для воды: отвечает за создание достаточного давления воды для открытия клапана и подачи воды в лоток для льда для приготовления льда.

Фильтр для воды: Засоренный фильтр для воды препятствует попаданию воды в льдогенератор, предотвращая образование льда.

Установлены термометры и сигнализация.

Типы лабораторных холодильников и морозильников

Ниже кратко описаны различные типы холодильников и морозильников: ) Холодильник для хроматографии (e) Сверхнизкотемпературный морозильник (f) Морозильный ларь (g) Морозильная камера под столешницей (h) Вертикальный морозильник. Источник изображения: fishersci.com.

Типы холодильников

Взрывозащищенные холодильники: Легковоспламеняющиеся жидкости и опасные химические вещества можно хранить во взрывозащищенных холодильниках. Безопасно использовать с легковоспламеняющимися материалами, потому что в складском помещении нет электроприборов, что позволяет избежать возгорания от искр. Этот тип холодильника требуется в помещениях для дозирования растворителей, где иногда может возникать горючая среда.

Лабораторные холодильники: Лабораторные холодильники предназначены для поддержания стабильной температуры и отображения информации о температуре в цифровом виде. Поскольку это стандартные лабораторные холодильники, они должны иметь запираемые детали, которые легко чистить. Кроме того, они используются для консервации и охлаждения образцов.

Холодильники банка крови: В холодильниках банка крови поддерживается постоянная температура для хранения и защиты охлажденной цельной крови, компонентов крови и продуктов крови.

Холодильники для хроматографии: Эти предназначены для научных экспериментов. Они лучше всего работают в лабораториях, где необходимы точный контроль температуры и стабильность для медицинских образцов и процедур. Например, установка для хроматографии может быть сделана внутри холодильной камеры лабораторного холодильника.

Типы морозильников

Сверхнизкотемпературные морозильники: Сверхнизкотемпературные морозильники идеально подходят для хранения продуктов, требующих очень низких температур В лабораториях и медицинских учреждениях. Это позволяет хранить такие товары при температуре ниже -40°C. В некоторых морозильных камерах сверхнизкой температуры температура может достигать -86°C, поскольку они имеют два независимых контура испарителя, окружающих внутреннюю камеру.

Морозильные лари: Морозильные лари — лучший выбор для лабораторий, которым необходимо хранить большие объемы товаров в одном блоке, поскольку они эффективны. Морозильные лари имеют системы сигнализации, которые предупреждают пользователя о смене замка, изменении температуры и цифровых показаниях температуры. Полки в морозильных ларях отсутствуют.

Подстольные морозильные камеры: Подстольные морозильные камеры бывают различных конфигураций, включая универсальные, взрывозащищенные и с возможностью хранения взрывоопасных материалов. Морозильники под прилавком имеют принудительную вентиляцию воздуха, поэтому для универсальных морозильных камер дополнительное пространство не требуется. Также имеется настройка ограничения частоты разморозки, что предотвращает неожиданное оттаивание или обезвоживание образцов.

Вертикальные морозильники: Внутри вертикальные морозильники оборудованы полками, позволяющими эффективно организовать образцы и максимально использовать доступное пространство. Благодаря своей вертикальной форме вертикальные морозильные камеры не занимают много места на полу, вмещая при этом большинство продуктов. Это способствует однородности температуры, чтобы все лабораторные образцы подвергались воздействию одинаковых условий.

Лабораторные холодильники и морозильники Порядок эксплуатации

• Никогда не храните легковоспламеняющиеся вещества в бытовом (бытовом) холодильнике с температурой вспышки ниже 37,8°C (100°F).
• Никогда не храните продукты или напитки, предназначенные для употребления человеком, в морозильной камере или холодильнике, используемом в лаборатории.
• Проверить совместимость веществ, хранящихся в холодильнике.
• Все контейнеры в холодильнике или морозильной камере должны быть надежно закреплены и тщательно запечатаны. Алюминиевая фольга, пробки и непокрытые стеклянные пробки не должны использоваться для закрытия контейнеров.
• Пластиковые лотки, подходящие для вторичной изоляции в холодильном и морозильном отделениях, должны быть установлены на всех полках холодильника.
•  Все материалы, хранящиеся в холодильнике, должны быть надлежащим образом маркированы. Если пластиковые лотки недоступны, жидкие химикаты следует поместить во вторичные контейнеры, чтобы ограничить разлив.
•  Держите на складе только те химикаты, которые вам понадобятся в течение разумного периода времени. Вещества, хранящиеся в холодильниках, при неправильном уходе и герметизации могут быть особенно подвержены разложению.
• Не реже одного раза в год или так часто, как это необходимо, холодильники и морозильники следует очищать и размораживать вручную.

Применение лабораторных холодильников и морозильников

1. Холодильники облегчают хранение образцов и образцов, а также вакцин и лекарств при определенной температуре, чтобы гарантировать, что они не испортятся, в то время как морозильники точно замораживают продукты, а не охлаждают их .
2. Поддерживает стабильность реагентов, необходимых для химического анализа, облегчая систему точного контроля температуры во время охлаждения.
3. Противообледенительные вентиляторы в лабораторных холодильных установках снижают влажность, тем самым обеспечивая более сухой климат для высушенных реагентов или материалов, восприимчивых к влаге.
4. Он имеет положения для контроля климата, которые поддерживают качество микробиологических сред.

Преимущества лабораторных холодильников и морозильников

• Надежная холодовая цепь гарантируется использованием морозильников, которые необходимы для обеспечения полной защиты биологических материалов, таких как переливание крови, вакцинация и другие виды лечения.
• Облегчает обеспечение правильного контроля температуры и сигнализации, что предотвращает колебания температуры, обеспечивая безопасность биологических материалов и вакцин.
• Способствует улучшению воздушного потока (вентиляции) благодаря мощным системам циркуляции воздуха с вентиляционными отверстиями в холодильниках и морозильных камерах.
• Некоторые специально изготовленные холодильники и морозильники оснащены цифровыми замками, которые ограничивают доступ только уполномоченному персоналу.
• Используемые в машине резервные аккумуляторные батареи дают дополнительные преимущества при скачках температуры из-за перебоев в подаче электроэнергии.
• Предотвращает или останавливает биологическое заражение в лабораториях.

Ограничения для лабораторных холодильников и морозильников

• Лабораторные холодильники и морозильники могут создавать такие риски, как утечка, выделение газов из содержимого и потенциальное присутствие несовместимых химических веществ.
• Эксплуатация и ремонт обходится дороже и требует больше энергии.
• При неправильной утилизации они опасны для окружающей среды из-за хладагента, такого как фреоны, вызывающие разрушение озонового слоя.

Меры предосторожности

• Ни один образец или эталонный материал не должен быть оставлен на открытом воздухе; вместо этого они должны содержаться в пластиковых пакетах или стандартных флаконах, чтобы избежать перекрестного загрязнения из-за того, что образцы находятся близко друг к другу.
• Не поддавайтесь искушению просто положить образец куда-нибудь, потому что он не даст того, что нужно.
• Химические вещества, стандарты, пищевые продукты и лекарства должны храниться в температурных зонах, соответствующих потребностям их хранения.
• Светочувствительные образцы должны храниться в непрозрачных пакетах или флаконах янтарного цвета.
• Этикетки должны быть правильно прикреплены и покрыты прозрачной пленкой, чтобы предотвратить конденсацию влаги и сделать их нечитаемыми.
• Очищайте шкафы и полки только после отключения электричества не реже одного раза в неделю.

Примеры Лабораторные холодильники и морозильники

Холодильник-морозильник для вакцин TCW40SDD (B Medical Systems)

• В зависимости от модели рабочие температуры в тропиках составляют от 32 до 43 градусов Цельсия.
• Веб-визуализация внешней температуры и отображение в режиме реального времени.
• Они опасны для окружающей среды, если не соблюдаются правила утилизации.

Холодильник-морозильник медицинский DT28CA (smeg)

• Автоматическая система оттаивания с принудительной вентиляцией при положительных температурах испарителя, а при отрицательных температурах необходимо производить ручное оттаивание.
• Безопасные дверные замки с ключом, двойным ЖК-дисплеем и двойным микропроцессорным электронным управлением.

Рисунок: Примеры лабораторных холодильников и морозильников. Источник изображения: соответствующие веб-сайты.

Лабораторный холодильник-морозильник серии HP HC6 (ESCO)

• Интеллектуальная автоматическая разморозка обнаруживает образование льда и размораживает только при необходимости для поддержания оптимальной производительности устройств.
•  Низкое энергопотребление и светодиодные фонари экономят энергию.

Холодильник-морозильник для банка крови BF261 (B Medical Systems)

• Защитный термостат холодильной камеры не позволяет температуре опускаться ниже точки замерзания.
• Аудиовизуальная система сигнализации с дистанционной передачей SMS или электронной почты.
• Быстрое восстановление температуры даже при частом открывании дверей.

Ссылки

1. https://www.newfane.wnyric.org/cms/lib/NY01001283/Centricity/Domain/95/How%20a%20Refrigerator%20Works.pdf
2. https://www.tampaapplianceparts.