4.1Конструкція побутових холодильників
Основними структурними блоками холодильників (рис. 1.2) і морозильників є теплоізольований шафа і холодильний агрегат (машина). Шафа складається з зовнішнього 7 і внутрішнього корпусів, розділених теплоізоляційним шаром 9.
Зовнішній корпус є несучим і являє собою зварену конструкцію з низьковуглецевого сталевого листа товщиною 0,6 - 1,0 мм . Зовні корпус шафи покритий синтетичної емаллю. Внутрішній корпус утворює холодильну камеру 2. Він може бути металевий (сталь, алюміній) або пластмасовий (ударостійкий полістирол). Внутрішня поверхня холодильної камери, виконана з низьковуглецевої сталі, покрита синтетичної емаллю.
Низькотемпературні камери багатокамерних холодильників і морозильників камери виконують зі сплаву алюмінію або корозійно-стійкої сталі. Металеві камери більш довговічні й гігієнічні, але збільшують масу холодильника і морозилки. Пластмасові камери більш технологічні у виготовленні та складанні, мають меншу теплопровідність і масу. Проте вони швидше втрачають товарний вигляд, менш міцні і довговічні в порівнянні з металевими.Шафа закривається дверима 8, яка утримується в закритому положенні за допомогою затвора. Герметичність з'єднання корпусу шафи з дверима забезпечується ущільнювачем 6, закріпленим на внутрішній панелі дверей.У верхній зоні холодильної камери розміщується випарник 14. Внутрішній об'єм випарника утворює низькотемпературне відділення 5.
Під випарником знаходиться піддон 4, що має вікна для циркуляції повітря. Нижня частина зовнішнього корпусу зазвичай відводиться для розміщення компресора 11 або частини апаратів абсорбційної машини. Для розміщення апаратів також використовується задня поверхня холодильної шафи; на рис.1.4. на ній знаходиться конденсатор 10.
Рисунок 4.1 - Пристрій побутового холодильника: 1 - посудина для зберігання продуктів; 2 - холодильна камера, 3 - полку; 4 - піддон; 5 - низькотемпературне відділення; 6 - ущільнювач; 7 - зовнішній корпус, 8 - двері; 9 - теплоізоляція; 10 - конденсатор; 11 - герметичний компресор ;гулятор температури; / 3 - ручка; 14 - випарник
Холодильна камера закривається дверима 8 з ручкою 13; щільність прилягання дверей забезпечується гумовою окантовкою, яка при закриванні дверей притискається до передньої площини шафи.
Всередині камери знаходиться регулятор температури 12.
Корпус є несучою конструкцією, тому повинен бути досить жорстким. Його виготовляють з листової сталі товщиною 0,6 ... 1,0 мм. Герметичність зовнішнього шафи забезпечується пастою ПВ-3 на основі хлорвініловою смоли. Поверхня шафи фосфотіруют, потім грунтують і двічі покривають білою емаллю ПЛ-12-01, ЕП-148, МЛ-242, МЛ-283 або ін Виконують це за допомогою краскопультів або в електростатичному полі. Останнім часом для виготовлення корпусів холодильників все частіше застосовують удароміцні пластики. Завдяки цьому скорочується витрата металу і зменшується маса холодильного приладу.
Внутрішні шафи холодильників, або як їх ще називають, холодильні (морозильні) камери виготовляють із сталевого листа завтовшки 0,7 ... 0,9 мм методом штампування і зварювання і емаліруют гарячим способом силікатно-титановою емаллю. Пластмасові камери виготовляють з АБС-пластика або удароміцного полістиролу методом вакуум-формування. АБС-пластик (акрілбутадіеновий стирол) володіє високими механічними властивостями і стійкістю по відношенню до хладону (фреону). Камери у морозильників і камери низькотемпературних відділень холодильників металеві - з алюмінію або нержавіючої сталі. Сталеві камери більш довговічні, гігієнічні, але вони збільшують масу холодильника. До переваг пластмасових камер відносяться технологічність виготовлення, малий коефіцієнт теплопровідності, менша маса. Однак такі камери швидше старіють, з часом втрачають товарний вигляд, менш довговічні і менш міцні в порівнянні з металевими.
Двері виготовляють із сталевого листа товщиною 0,8 мм методом штампування і зварювання. У деяких моделях холодильників дверей виготовлені з удароміцного полістиролу. Двері холодильника складається із зовнішньої і внутрішньої панелей, теплоізоляції між ними і ущільнювача. У більшості моделей холодильників передбачена можливість перенавескі двері, тобто відкривання дверей зліва направо і справа наліво. Двері холодильника повинна щільно прилягати до дверного отвору, інакше тепле повітря буде проникати в камеру. Для забезпечення герметичності внутрішню сторону дверей по всьому периметру окантовують магнітним ущільнювачем різного профілю. Магнітні затвори представляють собою еластичну магнітну вставку, вміщену в профіль ущільнювача. При закріпленні дверей вона щільно притягається до металевого корпусу. Виготовлені стрічки еластичного магніту намагничивают в магнітному полі.
Теплоізоляцію застосовують для захисту холодильної камери від проникнення тепла довкілля і прокладають по стінках, верху і дна холодильної шафи і холодильної камери, а також під внутрішньою панеллю двері. Від теплоізоляційних матеріалів потрібно, щоб вони мали низьким коефіцієнтом теплопровідності, невеликій об'ємній масою, малою гігроскопічністю, вологостійкістю, були вогнестійкими, довговічними, дешевими, біостійким, не видавали запаху, а також були механічно міцними Для теплоізоляції шафи і двері холодильників застосовують штапельне скловолокно МТ- 35, МТХ-5, МТХ-8, мінеральний повсть, пінополістирол ПСВ і ПСВ-С і пінополіуретан ППУ-309М. Мінеральний повсть виготовляють з мінеральної вати шляхом обробки її розчинами синтетичних смол. Початковою сировиною для отримання мінеральної вати служать мінеральні породи (доломіт, доломітогліністий мергель), а також металургійні шлаки. Скляний повсть - різновид штучного мінерального повсті. Він складається з тонких (товщина 10 ... 12 мкм) коротких скляних ниток, пов'язаних синтетичними смолами. Теплоізоляція з скляної повсті і супертонкого волокна біостійка, не має запаху, володіє водовідштовхувальним властивістю, зручно вкладається і тому часто застосовується. Пінополістирол - синтетичний теплоізоляційний матеріал. Він являє собою легку тверду пористу газонаповнені пластмаси з рівномірно розподіленими замкнутими порами. Теплоізоляцію з пінополістиролу отримують спінюванням рідкого полістиролу безпосередньо в простінках холодильної камери і корпусу шафи холодильника. Пінополіуретан - пінопласти дрібнопористою жорсткої структури, отримані шляхом спучування поліуретанових смол із застосуванням відповідних каталізаторів і емульгаторів. Для підвищення теплозахисних властивостей як спучуються газу застосовують хладон-11 і ін Процес піноутворення і затвердіння піни відбувається протягом 10 ... 15 хв при температурі до 5 ° С. Пінополіуретан має малої об'ємної масою, низьким коефіцієнтом теплопровідності, вологостійкий. Його можна вспінювати безпосередньо у холодильній шафі. При цьому він рівномірно і без повітряних порожнин заповнює весь простір в простінках, добре склеюється зі стінками, підвищуючи міцність шафи. Залежно від якості теплоізоляційних матеріалів товщина ізоляції в стінках шафи холодильника може бути від 30 до 70 мм , У двері - від 35 до 50 мм . Заміна теплоізоляції з скловолокна ізоляцією з пінополіуретану дозволяє при одних і тих же габаритах корпусу збільшити об'єм холодильника на 25%.
До електричному обладнанню побутових холодильників відносяться наступні прилади: - Електричні нагрівачі: для запобігання дверного отвору низькотемпературної (морозильною) камери від випадання конденсату (запотівання) на стінках; для обігріву випарника при напівавтоматичному і автоматичному видаленні снігового покриву; - Електродвигун компресора; - Прохідні герметичні контакти для з'єднання обмоток електродвигуна з зовнішньої електропроводкою холодильника через стінку кожуха мотор-компресора; - Освітлювальна апаратура, призначена для освітлення холодильної камери; - Вентилятори: для обдування конденсатора холодильного агрегату повітрям (при використанні в холодильниках конденсаторів з примусовим охолодженням) і для примусової циркуляції повітря в камерах холодильників.
До приладів автоматики побутових холодильників відносяться: - Датчики-реле температури (терморегулятори) для підтримки заданої температури в холодильній або низькотемпературній камері побутових холодильників; - Пусковий реле для автоматичного включення пускової обмотки електродвигуна при запуску; - Захисне реле для запобігання обмоток електродвигуна від струмів перевантаження; - Прилади автоматики для видалення снігового покриву з стінок випарника. Електродвигуни для приводу герметичних компресорів та роботи в середовищі хладагента і масла застосовуються однофазні асинхронні вбудовувані електродвигуни з короткозамкненим ротором, без підшипникових щитів і валу. Вони випускаються на номінальну напругу 127 або 220 В (допустиме відхилення напруги від -15 до +10%) потужністю 60, 90, 120 Вт. Частота обертання 1500 і 3000 хв -1. Електродвигуни призначені для роботи в середовищі холодоагенту - хладону (фреону) -12 або хладону (фреону) -22 - і рефрижераторного масла. У побутових холодильниках застосовуються наступні електродвигуни: ЕД, ЕД-21, ЕД-23, ЕДП-24, ЕДП-125, ДМХ-2-120, ДХМ-5 та інші, а також електродвигуни, що працюють у середовищі озонобезпечного хладагента. Коефіцієнт корисної дії електродвигуна при номінальній потужності: 60 Вт - 0,6 (частота обертання 3000 і 1500 хв -1); 90 Вт - 0,67 (частота обертання 3000 хв -1) і 0,62 (частота обертання 1500 хв -1); 120 Вт - 0,68 (частота обертання 3000 хв -1) і 0,64 (частота обертання 1500 хв -1). Для пуску електродвигунів і захисту їх в аварійних режимах передбачається застосування пускозахисною апаратури. Електродвигун холодильника в нормальних умовах працює циклічно, тобто через певні проміжки часу включається і вимикається. Відношення частини циклу, протягом якої електродвигун працює, до загальної тривалості циклу називають коефіцієнтом робочого часу. Чим він більше (при постійній температурі в приміщенні), тим нижче температура в холодильній камері і тим більше буде середньогодинної витрата електроенергії. Певну циклічність у роботі холодильника (коефіцієнт робочого часу) забезпечує датчик-реле температури - прилад, за допомогою якого регулюється температура в шафі холодильника.
Озонобезпечні холодоагенти. На Міжнародній нараді в Копенгагені (листопад 1992 р .) Було прийнято рішення про припинення виробництва з 1 січня 1996 озоноопасних холодоагентів R11, R12 і R502. У перехідний період допускалося застосування хладагента R134a (C 2 H 2 F 4), який не запалюється у всьому діапазоні температур експлуатації. Хладагент R134a має експлуатаційні характеристики, близькі до R12. Його рекомендувалося застосовувати в побутових холодильниках і він може бути використаний при перекладі холодильних систем побутових холодильників з R12 на R134a.
Холодильний агрегат побутового холодильника складається з мотор-компресора, випарника, конденсатора, системи трубопроводів і фільтра-осушувача. У найбільш поширених побутових холодильниках компресор встановлений внизу, під шафою, конденсатор - на задній стінці, а випарник утворює невелике морозильне відділення у верхній частині камери. Іноді застосовується інша компоновка: компресор встановлюють на шафі, горизонтальний і частково похилий конденсатор - над ним, а випарник, як і в попередньому випадку, - у верхній частині камери, тобто під компресором (рис. 1.3). У підлогових холодильниках розрізняють три типи агрегатів: агрегати з випарником, який встановлюють через люк задньої стінки шафи; агрегати з випарником, який монтують через дверний проріз; незнімні холодильні агрегати, встановлені в шафу і залиті пінополіуретаном. Компресори за конструкцією поділяють на виконання: ХКВ - з кривошипно-кулісним механізмом; ХШв - з шатунним механізмом. Компресори випускаються без влаштування додаткового охолодження і з ним (М). Структура умовного позначення компресора виглядає так: XXX МТ ГОСТ 17008-85 1 2 3 4 5 6 де 1 - компресор хладонові герметичний; 2 - описаний обсяг (см 3 / 1 хід); 3 - напруга і частота струму; 4 - пристрій для додаткового охолодження є; 5 - кліматичне виконання (тільки для виконання Т); 6 - позначення стандарту.
Приклад умовного позначення компресора х ладонового, герметичного, кулісного, з вертикальною віссю обертання, описаного обсягу 5 см 3 / 1 хід, для мережі з напругою 220 В і частотою 50 Гц, без влаштування додаткового охолодження, кліматичного виконання УХЛ: ХКВ 5-1 ГОСТ 17008-85.
Примітки: 1. Описаний об'єм - об'єм, який витісняється поршнем за одиницю часу або за один хід при номінальній частоті обертання. 2. УХЛ - для умов експлуатації в районі з тропічним кліматом.
Рисунок 4.3 - Компонування холодильних агрегатів побутових холодильників з нижнім (а) і верхнім (б) розташуванням компресора
Кривошипно-кулісний мотор-компресор (рис. 1.4.) З вертикальним розташуванням вала підвішений на пружинах 23 (рис. 1.5.) Всередині герметичного кожуха 1. Залежно від конструкції підвіски пружини працюють на стиск або розтяг і служать для гасіння коливань, що виникають при роботі компресора. Електродвигун однофазний, асинхронний, з пускової обмоткою. Для пуску двигуна і захисту його від перевантажень застосовують пускозахисною реле, поєднане з двигуном за допомогою клемної колодки, закріпленої на прохідних контактах пластинчастої скобою. Реле встановлено на рамі.
Ротор 2 електродвигуни розміщений безпосередньо на валу 21 компресора. Статор 3 електродвигуна прикріплений до корпусу 6 компресора чотирма гвинтами 4.
Обмотка статора двополюсна, четирехкатушечная. Корпус компресора чавунний, одночасно службовець опорою валу. Циліндр 16 вилито разом з глушниками. Він встановлений на корпусі мотор-компресора за чотирма контрольним штифтам 8 і прикріплений до корпусу двома гвинтами. Для зменшення інерційних мас поршень 18 виготовлений порожнистим з листової сталі. Повзун 20 лаштунки чавунний. На торці циліндра встановлена прокладка 15 всмоктувального клапана і сам клапан 14 по двом настановним циліндричним штифтам 8.
Нагнітальний клапан 12 разом з обмежувачем прикріплений до сідла заклепками. Клапани встановлені на штифти 8. На тих же штифтах є скоби, які обмежують підйом клапана. Висота підйому всмоктувального клапана 0,5 мм , Нагнітального - 1,18 мм . Діаметр отвору для всмоктування 5 мм , Нагнітального - 3,4 мм . Підйом клапана обмежений, щоб не було надмірних перегинів і стукотів. Сідло 13 клапанів і головка 10 циліндра відлиті з чавуну. Вал ротора обертається в підшипнику корпусу компресора. Кожух виготовлений з листової сталі.
Рисунок 4.4 - Загальний відкрівошіпно-
кулісного мотор-компресора
1-нагнітальний патрубок; 2-операційний патрубок, 3-всмоктуючий патрубок, 4-патрубки
Рисунок 4.5 - Конструкція кривошипно-кулісного мотор-компресора (в зборі):
1 - герметичний кожух в зборі; 2 - ротор електродвигуна; 3 - статор електродвигуна; 4, 5 - гвинти; 6-корпус компресора; 7 - кришка кожуха, 8 - штифти, 9 - гвинт; 10 - головка циліндра; 11 - прокладка клапана нагнітання; 12 - нагнітальний клапан, 13 - сідло клапанів; 14 - клапан всмоктуючий; 15 - прокладка всмоктувального клапана; 16, 17 - циліндри; 18 - поршень; 19 - обойма; 20 - повзун; 21 - вал, 22 - трубка нагнітальна; 23 - пружина буферна; 24 - шпилька.
Труться компресора змащуються під дією відцентрової сили через косе отвір в нижньому торці корінний шийки валу. При обертанні валу 21 масло, потрапляючи в похилий канал, піднімається вгору і надходить до тертьової парс вал 21 - корпус 6 компресора. Пара поршень 18 - циліндр 16 змазується розбризкуванням. Пари хладону всмоктуються з кожуха в циліндр 16 через глушник всмоктування і нагнітаються в трубку 22. Змійовик нагнітальної трубки 22 сприяє гасінню коливань мотор-компресор, корпус якого спирається на три буферні пружини 23. Пружини охороняє oт випадіння шпилька 24.
Кожух 1 закритий зверху кришкою 7, привареній по фланця та обмежує переміщення мотор-компресора вгору.
Конденсатор холодильного агрегату є теплообмінним апаратом, в якому холодоагент віддає тепло навколишньому його середовищі. Пари хладагента, охолоджуючись до температури конденсації, переходять у рідкий стан. Конденсатор є трубопровід, вигнутий у вигляді змійовика, всередину якого надходять пари хладона. Змійовик охолоджується зовні навколишнім повітрям. Зовнішня поверхня змійовика зазвичай недостатня для відводу тепла повітрям, тому поверхня змійовика збільшують за рахунок великої кількості ребер, кріпленням змійовика до металевого листа та іншими способами.
Широке поширення отримали конденсатори конвективного охолодження з дротовим оребренням (рис. 1.6, а).
Конденсатор є змійовик з мідної трубки з привареними до неї з обох сторін (один проти одного) ребрами зі сталевого дроту діаметром 1,2 ... 2 мм. Застосовуються також конденсатори щитові з завальцованних трубкою.
У холодильниках старих моделей застосовувалися лістотрубчатие конденсатори. Лістотрубчатий щитової конденсатор (рис. 1.6, б) складається з змійовика, який приварений, припаяний або щільно притиснутий до металевого листа, що виконує роль суцільного ребра. У листі іноді роблять прорізи з відбортовкою за типом жалюзі. Це збільшує Теплопередавальні поверхні за рахунок торців відігнутих металевих язичків і циркуляції повітря. Діаметр труб 4,75 ... 8 мм, крок 35 ... 60 мм, товщина листа 0,5 ... 1 мм.
Труби змійовика на аркуші зазвичай розташовують горизонтально в деяких лістотрубчатих конденсаторах їх розташовують вертикально, щоб останні витки трубопроводу не нагрівалися від кожуха компресора. Довжина трубопроводу конденсатора становить 6500 ... 14 000 мм .
Лістотрубчатий прокатно-зварної конденсатор (рис. 1.6, в) виготовлений з алюмінієвого листа товщиною 1,5 мм з роздутими в ньому каналами змійовика. Конденсатор має форму сплюсненою труби і закріплений на задній стінці шафи холодильника. При порівняно невеликих розмірах конденсатор працює ефективно завдяки високій теплопровідності алюмінію і теплопередачі через однорідне середовище. Для більш ефективної циркуляції повітря в щиті зроблені наскрізні просічки. Конденсатор з одного боку з'єднаний трубопроводами з нагнітальному лінією компресора, а з іншого через фільтр і капілярну трубку - з випарником. Для захисту від корозії конденсатор забарвлюють чорною емаллю.
Рисунок 4.6 - Конструкція конденсаторів холодильного агрегату: а - з дротовим оребренням; б - лістотрубчатий; в - прокатно-зварної
Випарник. У випарнику відбувається передача тепла від охолоджуваного об'єкту до випаровується (киплячого) внаслідок цього холодильного агенту. За принципом дії випарники аналогічні конденсаторам, але відрізняються тим, що в конденсаторі холодильний агент віддає тепло навколишньому середовищу, а у випарник поглинає його з охолоджуваної середовища.
Випарники мають канали різної конфігурації і відрізняються способом кріплення в холодильній камері. У деяких холодильних агрегатах випарники відрізняються тим, що система каналів у них має замість двох вихідних отворі для приєднання капілярної і всмоктуючої трубки лише одне. У таких агрегатів капілярна трубка проходить усередині всмоктуючої. Кінець всмоктуючої трубки приварюють в торці вихідного каналу випарника, а капілярна трубка проходить через вихідний канал у вхідний, де її обжимають, щоб не було перетікання хладону з вхідного каналу у вихідний.
Випарники випускають різних конструкцій. Широке поширення в холодильниках ранніх випусків мали випарники, виготовлені у вигляді переверненої літери П (рис. 1.7, а), часто витягнутою всю ширину камери, з полицею для продуктів. У сучасних холодильниках з морозильними відділеннями у всю ширину камери випарники роблять у вигляді витягнутої букви О (рис. 1.7, б) або оберненою вгору букви С. Випарник кріплять до стелі або бічних стінок камери.
Рисунок 4.6 - Конструкція випарників: а - у вигляді переверненої літери П; б - 0-подібної форми, в - лістотрубчатий (вид знизу)
В даний час в деяких моделях двокамерних холодильників застосовують лістотрубчатие (рис. 1.7, в) секційні випарники, плоскі, розташовані на задній стінці камери холодильника або встановлювані горизонтально (у цьому випадку випарник одночасно є полицею). Трубопровід випарника діаметром 8 мм прикріплений до металевого листа з внутрішньої сторони. Для кріплення трубопроводу та циркуляції повітря на аркуші зроблені просічки.
У холодильниках ранніх випусків («ЗІЛ-Москва», «Саратов-2» та ін) застосовувалися сталеві випарники з двох зварених листів нержавіючої сталі. Сталеві випарники відрізняються відносно невеликими розмірами і великою міцністю.
Капілярна трубка в зборі з відсмоктує служить регулюючим пристроєм для подачі рідкого холодоагенту у випарник. Вона являє собою мідний трубопровід з внутрішнім діаметром 0,5 ... 0,8 і довжиною 2800 ... 3000 мм (залежно від моделі холодильника), що з'єднує боку високого і низького тиску в системі холодильного агрегату. Маючи невелику прохідність (5,6 ... 8,5 л / хв), капілярна трубка є дроселем і створює перепад тиску між конденсатором і випарником і подає у випарник певну кількість рідкого хладона. До переваг капілярних трубок в порівнянні з іншими дросселирующим пристроями (наприклад, з терморегулірующимі вентилями) слід віднести простоту конструкції, відсутність рухомих частин і надійність у роботі.
Недоліком капілярної трубки є неможливість необхідного регулювання подачі хладону у випарник при різних температурних умовах експлуатації холодильника. Для поліпшення теплообміну між відсисаючими холодними парами і теплим рідким холодоагентом, які рухаються протитечією, капілярну і відсмоктувальних трубки споюють між собою на великій ділянці. У деяких холодильниках капілярну трубку намотують на відсмоктувальних або поміщають всередині неї.
Фільтр встановлюють біля входу в капілярну трубку для запобігання її від засмічення твердими частинками. Фільтри виготовляють з дрібних латунних сіток або металокераміки Металокерамічний фільтр складається з бронзових кулькою діаметром 0,3 мм , Сплавлені в стовпчик конусоподібної фор ми, укладений в металевий корпус. Капілярну трубку припаюють до металокерамічному фільтру під кутом 30 В більшості холодильників фільтр змонтований в одному корпусі з осушувальним патроном. По краях корпусу розташовані сітки, а між сітками - адсорбент (застосовують для очищення робочого середовища хладонових холодильних машин від вологи і кислот).
Осушувальний патрон служить для поглинання вологи з хладагента і запобігання регулюючого пристрою (капілярної трубки) від замерзання в ньому води. Корпус 2 (рис. 1.8, а) осушувальної патрона складається з металевої трубки довжиною 105 ... 135 мм і діаметром 12 ... 18 мм з витягнутими кінцями, в отвори яких впаивают відповідні трубопроводи холодильного агрегату.
Усередині корпуса патрона поміщають 10 ... 1918 адсорбенту (синтетичного цеоліту). Адсорбенти мають просту кристалічну структуру. Найдрібніші пори з'єднані вузькими каналами. Завдяки такій структурі виникає виборча адсорбція, тобто властивість молекулярного щита, коли в порожнині пір проникають лише ті молекули, розмір яких менше діаметру каналів. Тому вся активна поверхню і об'єм пір використовуються для утримання молекул води і не засмічуються іншими речовинами з більш великими молекулами (зокрема, хладоном і маслом).