2.Анализ побутових холодильників

Холодильні агрегати побутових холодильників виконують роль холодильних машин, тобто служать для відведення тепла з холодильної камери і передачі його в більш теплу навколишнє середовище. Конструкції окремих, вузлів і деталей холодильних агрегатів різних холодильників з однією холодильною камерою і дверцями можуть дещо відрізнятися один від одного, проте принципова схема їх однакова.Холодильний процес здійснюється наступним чином. При роботі мотор-компресора рідкий холодоагент з конденсатора по капілярній трубці подається у випарник. При цьому тиск і температура рідкого хладагента знижуються за рахунок обмеженої пропускної спроможності капілярної трубки і охолодження холодними парами хладагента, що йдуть назустріч по всмоктуючої трубки із випарника. При температурі - 10 - 20 ° С і тиску 0 -1 атм рідкий холодоагент у випарнику кипить, поглинаючи тепло з холодильної камери. Щоб забезпечити постійне кипіння хладагента в випарнику при певному тиску, холодні пари його відсмоктуються компресором через всмоктувальну трубку. При русі парів до компресора температура їх підвищується за рахунок теплообміну з теплим рідким холодоагентом, що рухаються по капілярній трубці, і навколишнім середовищем. При вході в кожух мотор-компресора температура парів дорівнює приблизно 15 ° С.   Так як температура обмоток електродвигуна і циліндра компресора значно вище 15 ° С, то вони охолоджуються парами хладагента, що поліпшує умови роботи електродвигуна і компресора в герметичному кожусі. Підігріті пари хладагента нагнітаються компресором в конденсатор, що охолоджується повітрям навколишнього середовища. При цьому тиск парів підвищується до 8 - 11 атм залежно від температури навколишнього середовища. При такому тиску температура конденсації насичених парів холодоагенту стає вище температури навколишнього повітря, тому в останніх витках конденсатора пари хладагента перетворюються в рідину. Процес конденсації парів супроводжується виділенням тепла, яке віддається навколишньому повітрю. Рідкий хладагент, що має температуру на 10 - 15 ° С вище температури навколишнього середовища, проходить через фільтр, поєднаний з осушувальним патроном, і далі по капілярній трубці знову надходить у випарник. Описаний кругової холодильний процес роботи агрегату повторюється поки працює мотор-компресор

 

 

Рис. 1. Схема компресійного холодильного агрегату

На теперішній час  широке поширення мають двокамерні (двухдверні) холодильники з роздільним регулюванням температурних режимів холодильної та морозильної камер. У цих холодильниках іноді застосовують два автономних холодильних агрегату для обох камер. Однак частіше використовують один холодильний агрегат з одним загальним компресором, але з двома випарниками. Випарники можуть з'єднуватися послідовно і паралельно. Верхній випарник коробчатої форми призначається для охолодження морозильної камери, а нижній плоский - для холодильної.

Принцип роботи такого холодильного агрегату нічим не відрізняється від вищеописаного.

У разі паралельного з'єднання випарників вони приєднуються до спільного компресору двома капілярними трубками. На вході в капілярну трубку випарника холодильної камери вмонтований спеціальний соленоїдний клапан, який відкриває шлях рідкому хладагенту за сигналом датчика температури холодильної камери. Встановлена ​​температура в морозильній камері в цьому випадку підтримується періодичної роботою мотор-компресора за допомогою окремого терморегулятора.

Окремі вузли і деталі холодильних агрегатів зарубіжних побутових холодильників іноді мають свої конструктивні особливості, проте в загальному компонуванню розглянуті схеми холодильних агрегатів можна вважати типовими для всіх побутових компресійних холодильників.

За компонуванні електродвигуна з компресором компресійні холодильні агрегати побутових холодильників відносяться до агрегатів закритого типу. Закритий тип холодильного агрегату відрізняється від відкритого тим, що в ньому компресор з електродвигуном мають один загальний вал і розміщуються в герметичному кожусі. Таке компонування спрощує конструкцію приводу компресора, робить агрегат компактним і забезпечує більш надійну герметичність його без застосування спеціальних засобів ущільнення сальників.

З метою підвищення ефективності виробництва та полегшення ремонту холодильних агрегатів зараз проводиться робота з уніфікації окремих елементів: мотор-компресора, конденсатора, випарника і ін.

Розвиток холодильної промисловості, було обумовлено винаходом і розробкою в 30-х роках безпечних рідких холодоагентів, що представляли собою галогенізовані вуглеці. У той час ці речовини були сприйняті з великим ентузіазмом як диво науки, оскільки вони хімічно інертні, не горючі, малотоксичні і ефективні як холодоагенти.

Поряд з розширенням застосування в холодильній техніці галогенуглероди стали також активно використовуватися в якості піноутворювачів, аерозольних пропеллентов і розчинників. Ці три останні області пов'язані з великими викидами галогенуглеродов в атмосферу.

Протягом кількох десятиліть викиди летючих галогенуглеродов в атмосферу не вважалися серйозною проблемою. Адже всі ці речовини хімічно стабільні і в дуже слабких концентраціях нетоксичні.

Однак саме висока ступінь хімічної стабільності повністю галогенізованих фторуглеродов призводить до їх тривалого існування в атмосфері. Тоді був зроблений висновок про те, що ці речовини є причиною руйнування озонового шару в стратосфері.

У 90-ті роки міжнародні організації із захисту клімату Землі дійшли висновку про глобальну небезпеку потепління. У 1997 р. був прийнятий Кіотський протокол, спрямований на обмеження викидів в атмосферу «парникових газів».

Роботи з пошуку речовин, які могли б замінити холодоагенти, які підпадають під дію Монреальського протоколу, надали фундаментальний вплив на холодильну промисловість.

Це факт  змусив вчених Німеччини замість R12 і R134a  в 90-х роках застосовувати природний газ ізобутан, сумісний з мінеральними маслами. Цей холодоагент отримав умовне скорочене міжнародне позначення R600a. Він не руйнує озон і не викликає парниковий ефект, і тому отримує все більше визнання. Близько 10% БХП в світі і більше 35% в Європі (у тому числі холодильники «Атлант») у 2005 р. працюють на R600a. По теплофізичних і експлуатаційним характеристикам R600a перевершує R134a. Самі економічні холодильники з класами енергоспоживання А + і А + + працюють на R600a.

 Після того як ДФУ позитивно зарекомендували себе в новому холодильному обладнанні, перед фахівцями постала проблема - чи можна модифікувати численні діючі холодильні системи з невеликими витратами для роботи на ДФУ? Виявилося, що це непроста проблема. Справа в тому, що в системі необхідно замінити всі мастильне мінеральне масло на нове масло Пое. У будь-якій холодильній системі значна кількість масла знаходиться під час роботи поза компресора. Тому замінити мінеральне масло тільки в компресорі недостатньо, оскільки залишки його нерозчинні ні в холодоагенті ДФУ, ні в маслі Пое. Отже, будь-яку кількість мінерального масла, що опинився поза компресора, вже в нього не повернеться. Залишки мінерального масла почнуть накопичуватися в найхолоднішій точці системи, де воно має найбільшу в'язкістю, тобто у випарнику.

Впровадження у виробництво озонобезпечних хладоагентов R 134 a і R 600 a поставило перед виробниками побутових холодильників ряд серйозних завдань, вирішення яких вимагало великих капіталовкладень.

R 134 a: модернізація компресора, новий адсорбент фільтра-осушувача, жорсткість технології для забезпечення чистоти й сухості вузлів, синтетичне масло компресора, заміна частини сервісного, контрольного і технологічного обладнання.

R 600 a: новий компресор, модернізація технологічних ліній збірки холодильників із забезпеченням вимог пожежної безпеки, заміна частини сервісного, контрольного і технологічного обладнання, модернізація конструкцій холодильників і морозильників.

Труднощі з впровадженням R 134а і R 600а стимулювали науковців  на розробку таких холодоагентів, які б поряд з екологічною безпекою не мали б недоліків, властивих R 134а і R 600а, були б не горючі, не вимагали модернізації конструкцій компресора і холодильника, забезпечували сумісність з матеріалами на R 12, мали хорошу енергетичну ефективність.

R 134а. Хладон рекомендований Монреальським протоколом для безстрокового використання. Споживання хладону у галузі побутової холодильної техніки в світі складає 2% від усього виробленого хладагента. Ізобутан є кращим холодоагентом. Світовий банк профінансував експерта (пана Нільсона, Данія) для підготовки офіційного висновку про доцільність переходу в світовому масштабі від R 134а до R 600А. У 1998 році були сформульовані рекомендації про поступове виведення R 134а з обігу в побутової холодильної техніки (2000-2010 р.), а з 2010 року з'являться обмеження економічного і законодавчого плану на його використання.

R 600А (ізобутан). Цей холодоагент не є новою речовиною для холодильної техніки. Він широко використовувався до початку 30-х років, потім був витіснений хладоном-12. Аспекти навколишнього середовища в ті роки не грали ніякої ролі. Повернення до ізобутану, як холодоагенту, в даний час був обумовлений крім екологічних міркувань і його перевагами з енергетичної (витрата ел. Енергії) і споживчої (рівень шуму) точки зору. Теоретичні дослідження показали, що завдяки низькій питомій теплоємності і високої критичній температурі, коефіцієнт ефективності холодильної установки при температурі всмоктування ізобутану 20 З, вище на 12%, ніж у випадку R 12, R 134а, пропану (R 290), R 152а. Випробування холодильників з ізобутанів показали енергетичний виграш у 8%.

Однак, головним аргументом на користь R 600А є його більш низька питома вартість та зменшення витрат на виготовлення компресора за рахунок зниження маси електродвигуна і використання мінерального масла.

Складність переходу на випуск холодильників з ізобутанів полягає в першу чергу в модернізації компресора з холодопродуктивністю вище 120 ккал / годину і розширенням складальних ліній холодильників при введенні додаткових операцій перевірки міцності та герметичності агрегату.

Орієнтовні витрати з перекладу виробництва на випуск «ізобутанових» холодильників складе близько 4900 тис. USD (включаючи витрати на реконструкцію випробувальної станції).

Найбільш перспективним холодоагентом для побутових холодильників і морозильників з екологічних та економічних міркувань є ізобутан. Цей холодоагент визнаний в Європейському Співтоваристві, Китаї і рекомендується як альтернатива хладону R 12 і R 134а Світовим банком. Разом з тим, США і Японія не використовують R 600А в якості холодоагенту через його пожежобезпеки, а також з-за обмежень по викидах в атмосферу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Умови тривалої експлуатації побутових холодильників і специфічні властивості хладагента накладають на конструкцію і виготовлення компресійного холодильного агрегату певні вимоги. Основними з цих вимог є: надійна герметичність, відсутність в системі агрегату повітря, води і механічних домішок (забруднень).

Необхідність надійної герметичності агрегату викликається тривалим терміном експлуатації холодильника, а також наступним обставиною.

Наявність повітря в агрегаті різко погіршує його роботу. Неконденсованих повітря на виході конденсатора перед капілярною трубкою створює повітряну пробку, яка перешкоджає надходженню рідкого фреону у випарник. Внаслідок цього підвищується тиск у системі агрегату, що тягне за собою збільшення споживаної потужності і витрати електроенергії. Наявність повітря в агрегаті призводить також до небажаного окислення масла і корозії металевих частин.

Перед заповненням агрегату маслом і фреоном повітря з нього видаляють ретельно вакуумуванням до тиску порядку 0,1 мм рт. ст.

Наявність в холодильному агрегаті води навіть в самих малих кількостях (15 - 20 мг) може серйозно порушити його роботу або вивести з ладу. Внаслідок поганої розчинності води під фреоні вона може замерзнути в капілярній трубці і припинити надходження фреону у випарник. Крім того, вода викликає псування масла, корозію деталей агрегату, особливо клапанів компресора, розкладання ізоляції обмоток електродвигуна, засмічення фільтру і т. п. Вологу з агрегату при виготовленні або ремонті видаляють шляхом ретельного сушіння як масла і фреону, так і всього зібраного агрегату. Перед сушінням всі вузли агрегату знежирюють, так як залишився на поверхні деталей масло при температурі понад 100 ° С пригорає, утворюючи міцну плівку.

Сушать холодильні агрегати в спеціальних сушильних шафах, продуваючи сухим повітрям. При цьому вода, що потрапила в агрегат, перетворюється на пару, яка потім видаляється сухим гарячим повітрям і вакуумуванням.

Механічні домішки, що потрапили в агрегат ззовні або утворилися в ньому, можуть засмітити капілярну трубку і порушити тим самим нормальну циркуляцію хладагента. Шкідливий вплив потрапили в холодильний агрегат вологи і механічних домішок усувається осушувальним патроном і фільтром.

Надійність і довговічність роботи компресійного холодильного агрегату багато в чому залежить від забезпечення зазначених вимог. Тому виготовлення компресійних холодильних агрегатів вимагає високої технічної культури виробництва.

Виконуючи роль холодильної машини, холодильний агрегат побутового холодильника повинен забезпечити необхідний рівень охолодження протягом тривалого часу. Для цього він повинен мати холодопродуктивність Q 0, яка при циклічній роботі повинна бути більше суми теплопритоків у холодильну камер за одне і те ж час, тобто повинно мати місце нерівність Q 0> SQ.

Циклічність роботи холодильного агрегату характеризується коефіцієнтом робочого часу b, який визначається відношенням часу роботи агрегату в циклі (від включення до виключення) до часу циклу (від включення до наступного включення агрегату в роботу).

Очевидно, чим більше коефіцієнт робочого часу, тим більше буде знос тертьових пар в компресорі і тим менше буде довговічність холодильного агрегату. Зі збільшенням коефіцієнта робочого часу збільшується і витрата електроенергії на одиницю ємності холодильної камери. Тому при проектуванні нових: холодильників величиною b можна задатися, виходячи з умови забезпечення необхідної довговічності і економічності.

З урахуванням циклічної роботи холодильного агрегату при стаціонарних температурних умовах роботи холодильника має місці співвідношення SQ = bQ 0 з якого випливає, що при заданій величині коефіцієнта робочого часу необхідна холодопродуктивність холодильного агрегату визначається сумою теплопритоків у холодильну камеру в одиницю часу.