Как работает холодильник сочинение
Обновлено: 04.07.2024
Питание является жизненной необходимостью человека. В настоящее время заметно возрастает понимание того, что пища оказывает на человека значительное влияние. Она даёт энергию, силу, развитие, а при грамотном её употреблении – и здоровье. Можно с определённой уверенностью утверждать, что здоровье человека на 70% зависит от питания. Пища зачастую является основным источником большинства заболеваний, однако с её же помощью можно избавиться от многолетних недугов.
Я стал задумываться над этой проблемой, когда за ужином услышал разговор родителей. Мама говорила папе о том, что нашей семье нужен новый холодильник. Прежний холодильник уже долго служит нам верой и правдой, но для семьи, где живут трое мужчин нужен холодильник побольше. Каждый день ходить за продуктами нет времени и вместительный холодильник решил бы все проблемы.
Я решил подробно разобраться в этом вопросе, а вдруг можно обойтись вообще без холодильников и при этом продукты питания смогут оставаться свежими и вкусными. Влияет ли температура хранения продуктов на его качество?
Для начала я узнал как обходились без холодильников наши предки.
История возникновения холодильников.
Было несколько предпосылок для создания холодильника. Еще в древние времена люди обратили внимание на то, что охлажденные продукты гораздо дольше сохраняют свою свежесть, поэтому людям приходилось охлаждать продукты природными способами, такими как, собирать лед зимой и хранить его в специальных местах - ледниках, другие использовали ночное время для охлаждения воды, чтобы использовать ее днем.
Более дальновидными в вопросах охлаждения оказались индейцы. Они использовали мокрую ткань, чтобы обматывать сосуды, в следствии чего они дольше оставались холодными.
Помещения для хранения продуктов, наполняемые льдом, появились несколько тысяч лет назад. Для императора Нерона слуги заготавливали на замерзших водоемах в горах снег и лёд.
Для сохранения пищи люди использовали искусственное охлаждение, применяя снег, лед и смешивая их с солью. Если температура таяния чистого льда ноль градусов, то смеси дробленого льда с солью — гораздо ниже.
Впоследствии люди стали получать холод более совершенными способами. Даже появился искусственный лед — сухой, из углекислоты. В середине 19 века появились первые холодильники. Они были изобретены практически одновременно Джоном Лесли в Англии, Франсуа Карре во Франции и Фердинандом Виндхаузе-ном в Германии.
А вот в 1910 году появился первый домашний холодильник в Америке.
В Росии первые бытовые холодильники появились в 1937 году.
Холодильники могут подразделяться на два вида: среднетемпературные камеры для хранения продуктов и низкотемпературные морозильники.
Морозильник — отдельный прибор или составная часть холодильника, предназначенный для замораживания и хранения продуктов питания. Температура в морозильнике составляет обычно −18 °C. В последнее время наибольшее распространение получили двухкамерные холодильники.
К 1962 году холодильники имели: в США — 98,3 % семей, в Италии — 20 %, а в России — 5,3 % семей.
Теперь холодильники есть почти в каждой семье.
Польза охлаждения и заморозки продуктов.
Проработав современные источники информации по этому вопросу, я сделал вывод, что хранить продукты в холодильнике гораздо безопаснее.
Продукты дольше сохраняют свою свежесть и вкус.
Помимо этого продукты гораздо дольше не портятся в холодильнике и морозильной камере, чем при комнатной температуре.
Я решил провести эксперимент. Я попросил маму купить в магазине мясо. Разделил его на 4 части. Первый кусок я отправил в морозильную камеру, где температура -18 градусов. Второй кусок у меня хранился в холодильнике при температуре +5 . Третий кусок я оставил стоять на столе при комнатной температуре около + 22 градусов. А четвёртый кусок мяса я поставил на батарею, где температура была выше +30 градусов.
Ровно через сутки, то есть 24 часа, я проверил, как там моё мясо.
Фотографии вы можете увидеть на слайде. На них отчётливо видно, что мясо, хранящееся при комнатной температуре и в тёплом месте уже не пригодно для пищи.
Но я продолжил эксперимент и уже через 48 часов на мясе, которое хранилось при комнатной температуре, отчётливо видна плесень.
Мясо, которое хранилось холодильнике, ещё можно употреблять в пищу. Мясо из морозильной камеры не изменилось.
Я продолжал свой эксперимент в течение 6 суток, и вы можете увидеть мой фотоотчёт на слайдах.
К какому выводу я пришёл:
Мясо, хранящееся в тёплом месте и при комнатной температуре не пригодно в пищу уже на следующие сутки- это опасно для здоровья. Если бы фотографии могли передавать запахи, то поверьте мне, на 6 сутки запах был невыносим.
Мясо, хранящееся в холодильнике, можно было употреблять в пищу ещё на 3 сутки. Далее его хранить становится опасным для здоровья.
Мясо, которое хранилось в морозильной камере, пригодно в пищу по сей день.
Открою секрет, оно до сих пор там.
С этим вопросам я обратился к 10 взрослым:
Трём домохозяйкам, повару школьной столовой, директорам двух кафе, коллегам моей мамы.
Из 10 опрошенных мною людей, все имеют холодильники.
7 хранят там скоропортящиеся продукты, 3- сырые
2 из 10 опрошенных сказали, что без холодильника, обойтись можно, но это проблематично, особенно в жаркое время года. Это были домохозяйки. Восемь оставшихся ответили, что при сегодняшнем ритме жизни, когда каждая минута на счету, тратить время на каждодневные походы по магазинам невозможно.
В заключении своего выступления я хотел бы дать несколько советов, по хранению продуктов на тот случай, если холодильник вдруг всё-таки сломался, а отравится испорченными продуктами вы не хотите.
можно обернуть мясо крапивой или черемухой, а затем завернуть во влажное полотенце;
если завернуть мясо в полотняную салфетку, пропитанную раствором салициловой кислоты, то мясо будет храниться до 5 дней;
залить мясо сырым молоком так, чтобы оно было полностью закрыто. Молоко предотвратит развитие бактерий;
обернуть мясо полотном, смоченным в крепком уксусе и положить его в закрытую посуду;
можно по примеру древних греков консервировать мясо при помощи пчелиного меда. Мясо должно остаться свежим и не изменить своего вкуса;
сохранить мясо на пару дней вы сможете, если вытрете мясо насухо и обмажете со всех сторон растопленным жиром, а затем завернете в пергаментную бумагу и повесите в прохладном месте.
Перед употреблением мясо следует промыть в холодной воде, каким бы способом вы его не хранили.
А вот что приготовить из сохраненных в холодильнике продуктов, да так чтобы это была здоровая и полезная пища-это тема моего следующего исследования.
Производственные процессы, торговля и быт редко обходятся без установок для охлаждения. Даже посреди зимы поддерживать стабильную температуру продуктов питания без охладителя сложно. Кратко рассмотрим принцип работы (действия) холодильной машины – холодильника.
Как работает холодильник простыми словами
Принцип работы холодильника основан на испарении и выработке конденсата хладагента, зачастую – жидкого фреона. Охладитель поглощает вырабатываемую машиной тепловую энергию вследствие кипения холодильного агента. В его роли преимущественно выступает фреон.
Энергия у системы забирается (образуется холод), когда изменяется давление хладагента, приводящее к корректировке температуры его кипения. Для испарения жидкости её необходимо нагреть, конденсация наблюдается при отборе тепла из парообразной среды.
Холодильные машины в физике представлены четырьмя узлами:
- Двигатель-компрессор – обеспечивает движение фреона по трубопроводу установки. Электромотор трансформирует электроэнергию в механическую, заставляя механический поршень компрессора двигаться и перекачивать хладагент. Холодильники комплектуются комбинированными мотор-компрессорами – два устройства в одном корпусе. Обычно агрегат подвешивается на пружине, поглощающей вибрации.
- Конденсатор – теплообменник, где тепловая энергия паров фреона передаётся окружающей среде с переходом хладагента из газообразного в жидкое состояние. Бытовые холодильники оснащаются змееобразным конденсатором, расположенным на задней стенке устройства. В крупных промышленных установках используют теплообменники с радиаторами или вентиляторами, повышающими эффективность охлаждения.
- Испаритель – аппарат, охлаждающий сам продукт, активно поглощающий тепловую энергию.
- Дросселирующая капиллярная трубка из меди диаметром 0,6-0,85 см (терморегулирующий вентиль) – регулирует поток или давление фреона, который поступает из конденсатора в испаритель.
Роль холодильника в тепловом двигателе
Тепловой двигатель – агрегат, преобразующий тепловую энергию в механическую. Тепло он получает из внешней среды или использует образующееся вследствие сгорания топлива в камерах двигателей внутреннего сгорания. Часто возникает логический вопрос: зачем в тепловом двигателе нужен холодильник, какова его роль?
Работа тепловым двигателем совершается при разности давлений с обеих сторон поршня. Оно создаётся путём повышения температуры внутри агрегата на сотни градусов. Газ при этом совершает работу – расширяется, двигая поршень. Холодильник этот газ охлаждает, чтобы работа на сжатие была меньше, чем на декомпрессию.
Принцип работы холодильной машины основывается на охлаждении – отборе тепла у рабочей машины посредством кипения жидкости.
Пока техника исправно функционирует, пользователя не интересует, как она устроена. Знания о том, как работает холодильник, понадобятся, когда возникла поломка: помогут избежать серьезной неисправности или быстро определить место. Правильная эксплуатация также во многом зависит от осведомленности пользователя. В статье рассмотрим устройство бытового холодильника и его работу.
Как устроен компрессорный холодильник
Основные составляющие части:
- Компрессор (мотор). Бывает инверторным и линейным. Благодаря запуску мотора фреон передвигается по трубкам системы, обеспечивая охлаждение в камерах.
- Конденсатор — это трубки на задней стенке корпуса (в последних моделях может размещаться сбоку). Тепло, которое вырабатывает компрессор во время работы, конденсатор отдает окружающей среде. Так холодильник не перегревается.
Вот почему производители запрещают устанавливать технику возле батарей, радиаторов и печей. Тогда перегрева не избежать, и мотор быстро выйдет из строя .
- Испаритель. Здесь фреон закипает и переходит в газообразное состояние. При этом забирается большое количество тепла, трубки в камере охлаждаются вместе с воздухом в отделении.
- Вентиль для терморегуляции. Поддерживает заданное давление для движения хладагента.
- Хладагент — это газ-фреон или изобутан. Он циркулирует по системе, способствуя охлаждению в камерах.
Важно правильно понимать, как работает техника: она не вырабатывает холод. Воздух охлаждается благодаря отбору тепла и его отдаче окружающему пространству. Фреон проходит в испаритель, поглощает тепло и переходит в парообразное состояние. Двигатель приводит в действие поршень мотора. Последний сжимает фреон и создает давление для его перегонки по системе. Попадая в конденсатор, хладагент остывает (тепло выходит наружу), превращаясь в жидкость.
Переходя в фильтр-осушитель, хладагент избавляется от влаги и проходит по трубкам капилляра. После чего снова попадает в испаритель. Мотор перегоняет фреон и повторяет цикл, пока в отделении не установится оптимальная температура. Как только это случится, плата управления посылает сигнал пускозащитному реле, которое отключает двигатель.
Однокамерный и двухкамерный холодильник
Несмотря на одинаковое строение, различия в принципе работы все-таки есть. Старые двухкамерные модели оснащены одним испарителем для обеих камер. Поэтому, если при разморозке механически убирать наледь и задеть испаритель, из строя выйдет весь холодильник.
Новый двухкамерный шкаф имеет два отделения, каждый из которых оснащен испарителем. Обе камеры изолированы друг от друга. Обычно в таких случаях морозилка находится снизу, а холодильный отсек — сверху.
Поскольку в холодильнике есть зоны с нулевой температурой (читайте, что такое зона свежести в холодильнике), фреон охлаждается в морозилке до определенного уровня, а затем перемещается в верхнее отделение. Как только показатели достигают нормы, срабатывает терморегулятор, и пусковое реле отключает мотор.
Наиболее востребованы приборы с одим мотором, хотя с двумя компрессорами также набирают популярность. Последние функционируют так же, просто за каждую камеру отвечает отдельный компрессор.
Более сложная конструкция предусматривает размещение специальных датчиков, которые измеряют температуру снаружи и регулируют ее внутри камеры.
Как долго работает компрессор
Точные показания не указаны в инструкции. Главное, чтобы мощности мотора хватало на нормальную заморозку продукции. Существует общий коэффициент работы: если прибор функционирует 15 минут и 25 минут отдыхает, тогда 15/(15+25) = 0,37.
Если подсчитанные показатели оказались менее 0,2, значит нужно отрегулировать показания термореле. Более 0,6 указывает на нарушение герметичности камеры.
Абсорбционный холодильник
В данной конструкции рабочая жидкость (аммиак) испаряется. Хладагент циркулирует по системе благодаря растворению аммиака в воде. Затем жидкость переходит в десорбер, а потом в дефлегматор, где снова разделяется на воду и аммиак.
Холодильники данного типа редко используются в быту, поскольку в основе ядовитые компоненты.
Техника с системой Ноу Фрост сегодня на пике популярности. Потому что технология позволяет размораживать холодильник раз в год, только чтобы помыть. Особенности функционирования обеспечивают вывод влаги из системы, поэтому в камере не образуется лед и снег.
В морозильном отделении располагается испаритель. Холод, который он вырабатывает, распространяется по холодильному отделению с помощью вентилятора. В камере на уровне полок есть отверстия, куда выходит холодный поток и равномерно распределяется по отсеку.
После цикла работы запускается оттайка. Таймер запускает ТЭН испарителя. Наледь тает, и влага выводится наружу, где испаряется.
Суперзаморозка
Рекомендуется включать режим на срок до 72 часов.
Электронное управление автоматически отключает суперзаморозку, согласно сигналам термоэлектрических датчиков.
Электрическая схема
Чтобы самостоятельно отыскать причину неполадки, понадобится знание электрической схемы.
Ток, подающийся на схему, проходит такой путь:
- идет через контакты термореле (1);
- кнопки оттайки (2);
- теплового реле (3);
- пускозащитного реле (5);
- подается на рабочую обмотку двигателя мотора (4.1).
Нерабочая обмотка двигателя пропускает напряжение больше заданного значения. При этом срабатывает пусковое реле, замыкает контакты и запускает обмотку. После достижения нужной температуры, контакты термореле размыкаются, и двигатель останавливает работу мотора.
Теперь вы понимаете устройство холодильника и как он должен работать. Это поможет правильно эксплуатировать прибор и продлить срок его использования.
Замечали, что, когда вы выходите из душа, вам всегда прохладно? Дело в том, что влага при испарении поглощает тепло. А при конденсации, наоборот, тепло выделяется. На этих явлениях и основан принцип действия паровых компрессорных холодильных машин– в них по замкнутому кругу двигается специальная жидкость (хладагент). Хладагент испаряется в испарителе и конденсируется в конденсаторе. При этом испаритель охлаждается, а конденсатор греется.
Чтобы хладагент испарялся и конденсировался в нужных местах, в холодильном контуре должны присутствовать еще два элемента – компрессор и дросселирующее устройство.
Компрессор сжимает газообразный хладагент в конденсаторе, где он под действием высокого давления переходит в жидкую форму, выделяя тепло. А дросселирующее устройство (капиллярная трубка или терморегулирующий вентиль) затрудняет движение хладагента и поддерживает высокое давление в конденсаторе. После дросселя давление в контуре намного ниже, и попавший туда хладагент начинает испаряться внутри испарителя, поглощая тепло. Далее он, уже в газообразном виде, снова попадает в компрессор, и цикл повторяется.
Многие холодильные установки комплектуются дополнительными элементами.
Фильтр-осушитель устанавливается перед дросселирующим устройством. Его задачей является извлечение из хладагента воды и механических частиц. При его отсутствии капилляр может засориться или замерзнуть.
Терморегулятор (термостат) выключает компрессор при достижении необходимой температуры.
Ресивер повышает эффективность холодильной установки. Без терморегулирущего вентиля (с капиллярной трубкой) скорость выработки холода является постоянной. И, если она будет слишком большой, компрессор будет часто включаться–выключаться, а если слишком маленькой — охлаждение будет идти слишком долго. Использование ТРВ позволяет изменять скорость охлаждения в больших пределах, но требует наличия ресивера для компенсирования колебаний расхода хладагента.
Различные датчики температуры и давления, управляемые электроникой регуляторы давления и клапаны используются для повышения эффективности устройства и поддержания специфических режимов работы.
Из холода в жар
Однако здесь есть некоторые тонкости — эффективность холодильной машины уменьшается при падении температуры на испарителе и ее росте на конденсаторе. Это связано с тем, что теплообмен между двумя веществами происходит тем быстрее, чем больше разница их температур. А поскольку температура кипения хладагента постоянна, то, чем ниже температура в испарителе, тем медленнее идет теплообмен и тем меньше тепла он вырабатывает при той же потребляемой мощности. И при температуре окружающей среды до -5…-10°С эффективность кондиционера как отопительного прибора становится невысока.
Поэтому использовать кондиционер для отопления дома или квартиры можно, только если температура зимой не падает ниже -5°С.
В местах с более холодным климатом в последнее время все большую популярность получают тепловые насосы – паровые компрессорные холодильные машины, у которых испаритель помещен под землю на глубину, большую глубины промерзания. Поскольку там всегда сохраняется положительная температура, эффективность теплового насоса не зависит от времени года. Такие устройства намного экономичнее электрических обогревателей и могут использоваться для отопления жилища круглый год при любой температуре. К сожалению, высокая стоимость тепловых насосов пока препятствует их популярности.
Виды компрессоров
Поршневые компрессоры устанавливаются в основном в холодильниках и морозильниках. В большинстве моделей поршень приводится в движение обычным электродвигателем, двигающим поршень через шатунно-кривошипный, кулачковый или кулисный механизм.
Существуют также электромагнитные (линейные) поршневые компрессоры. В них цилиндр расположен внутри катушки, создающей электромагнитное поле, которое приводит в движение поршень.
Поршневые компрессоры способны создавать высокое давление, обеспечивая большой перепад температур на испарителе и конденсаторе. Кроме того, обычный поршневой компрессор имеет достаточно простую конструкцию, не требующую высокой точности изготовления деталей, соответственно стоят они недорого. Однако недостатков у поршневых компрессоров тоже хватает:
- Несбалансированность однопоршневого компрессора является причиной высокого уровня шума и вибраций при работе.
- Большое количество движущихся деталей приводит к ускоренному износу и снижению ресурса.
- Опасность поломки при быстром повторном пуске. Сразу после остановки в цилиндре компрессора наличествует высокое давление. Если в этот момент включить компрессор, создается критическая нагрузка на двигатель, могущая привести к его повреждению.
Поэтому поршневой компрессор можно повторно запускать только через несколько минут после остановки, когда давление в системе выровняется. Защитой от повторного пуска снабжены далеко не все модели, поэтому холодильное оборудование рекомендуется подключать через реле времени с задержкой включения в 5–10 минут.
Ротационные компрессоры (иногда называемые роторными) создают давление за счет изменяющегося зазора между вращающимся ротором и корпусом компрессора.
Существуют различные модификации этого вида компрессоров — с эксцентричным ротором, с подвижными лепестками, с качающимся ротором, спиральный и т. п.
Все они обладают небольшими габаритами, низким уровнем шума и увеличенным ресурсом за счет снижения количества подвижных деталей. К недостаткам этого вида можно отнести сложность изготовления (ротор и корпус должны быть изготовлены с высокой точностью) и низкое максимальное давление. Такие компрессоры чаще используются в климатической технике, для которой не требуется создавать очень низкую температуру.
Ротационными и поршневыми список компрессоров не исчерпывается — существуют еще центробежные, винтовые, кулачковые и другие. Но в бытовой технике они используются реже.
Вне зависимости от вида компрессор может быть неинверторным (стандартным) или инверторным. У обычных компрессоров скорость вращения двигателя постоянна, для поддержания заданной температуры он периодически включается и выключается. В инверторных компрессорах двигатель подключен через частотный преобразователь (инвертор), с помощью изменения частоты напряжения меняющий скорость вращения электродвигателя. Такой компрессор поддерживает заданную температуру выставлением нужной скорости вращения. Инверторные компрессоры дороже, но экономичнее, эффективнее и имеют больший ресурс.
Типы хладагентов
В качестве хладагента в холодильных машинах используются различные жидкости и газы — аммиак, пропан, фреоны (смеси углеводородов). Используемый в холодильной машине хладагент сильно влияет как на ее характеристики, так и на условия эксплуатации. Например, кондиционер, заправленный фреоном R-134a (температура кипения -26,5 °С) при -30 на улице работать в режиме обогрева не будет вообще — фреон просто не вскипит в наружном блоке. Более того, попытка включения кондиционера в таких условиях с большой вероятностью приведет к его поломке — попадание жидкости (а не газа) в компрессор обычно выводит его из строя.
В бытовых устройствах чаще всего используются следующие хладагенты:
Фреон R22 (хладон 22, хлордифторметан) до недавних пор часто использовался в холодильных и морозильных установках. Обладает достаточно низкой температурой кипения (-40,8°С), при утечке возможна дозаправка системы. Однако из-за вреда, наносимого окружающей среде (разрушение озонового слоя) R22 в последнее время используется редко, а во многих странах вообще запрещен.
R410A и R407С (хлорофторокарбонат, температура кипения -51,4°С) используются взамен R22. Они не вредят экологии, но требуют большего давления для конденсации, поэтому техника, заправляемая R410 или R407, стоит дороже. Кроме того, при возникновении утечек в системе, заполненной этими фреонами, могут возникнуть проблемы. Эти фреоны состоят из нескольких компонентов, которые улетучиваются неравномерно, поэтому при утечке более чем 40 % R410A дозаправка уже невозможна. Еще хуже обстоит дело с R407C – при возникновении утечки систему следует перезаправлять полностью.
R134 (тетрафторэтан) используется в кондиционерах взамен вышедшего из употребления R12. Температура кипения R134 составляет -26,3°С, поэтому в низкотемпературной технике он не используется. Однако, хоть R134 и не вреден для озонового слоя, он относится к газам, усиливающим парниковый эффект, поэтому безвредным его назвать нельзя.
R600a (изобутан) все чаще используется в холодильной технике вместо менее экологичного R134. Его преимуществами являются низкое давление конденсации и высокая удельная теплота парообразования – холодильники, использующие этот фреон, дешевле и экономичнее. Однако из-за высокой температуры кипения (-12°С) заправленную им технику нельзя использовать на улице при отрицательных температурах.
Следует также помнить о том, что каждый тип фреона требует использования определенного вида масла для смазки деталей компрессора. Обычно тип (а иногда и марка масла) приводятся в сопроводительной документации к фреону. Использование других масел может привести к поломке компрессора.
Как видно, ничего сложного в холодильной технике нет, а понимание принципов ее работы может значительно продлить жизнь технике, позволить сэкономить на электроэнергии и уберечь от неправильных действий, могущих привести к поломке прибора.
Читайте также: