Холодильник. Устройство и принцип действия холодильника.

Холодильник предназначен для снижения температуры какого-либо ограниченного замкнутого пространства до некоторой требуемой низкой температуры путем отвода тепла в наружную, более теплую среду. Имеется много принципиальных схем и конструктивных исполнений холодильников, из которых ниже рассматриваются только два.

Газокомпрессорный холодильник основывается на процессе, заключающемся в сжатии некоторого газа, в охлаждении нагревшегося газа, в расширении охлажденного газа и в направлении достаточно глубоко охлажденного газа в охладитель (имеющий обычно форму змеевика), расположенный в холодильной камере (рис. 1).



Рис. 1. Принципиальная схема газокомпрессорного холодильника.




1 холодильная камера,
2 теплоизоляция,
3 компрессор,
4 сжатый нагревшийся газ,
5 теплообменник,
6 охлаждающий воздух или охлаждающая вода,
7 охлажденный газ,
8 детандер,
9 расширившийся и при этом глубоко охладившийся газ ,
10 охладитель холодильной камеры,
11 отходящий холодный газ

В качестве теплоносителя, называемого в холодильной технике хладагентом, в таком холодильнике могут использоваться различные газы, в том числе и воздух. Так как удельная объемная теплоемкость газов относительно низка, то размеры элементов холодильной системы получаются относительно большими. Поэтому чаще используются парокомпрессорные холодильники, в которых теплоноситель при прохождении контура теплообмена попеременно конденсируется и испаряется (рис. 2).



Рис. 2. Принципиальная схема парокомпрессорного холодильника.

1 холодильная камера,
2 теплоизоляция,
3 компрессор,
4 сжатый горячий пар,
5 теплообменник,
6 охлаждающий воздух или охлаждающая вода,
7 жидкий хладагент,
8 дроссельный вентиль (расширитель),
9 расширившаяся, охлажденная и частично испарившаяся жидкость,
10 охладитель (испаритель),
11 испарившийся теплоноситель

В таком холодильнике в качестве хладагента используются газы с низкой температурой кипения, например, пропан, аммиак, бутан или пентан. Раньше с этой целью весьма широко (в бытовых холодильниках почти без исключений) использовались хлористо-фтористые углеводороды (фреоны), температура кипения которых (от –25 oC до –35 oC) считалась оптимальной, но в настоящее время их применение запрещено, так как содержащийся в них хлор, попадая в стратосферу, разрушает озоновой слой Земли. Для получения очень низких температур может использоваться и азот (температура кипения –196 oC). Приведенные значения температуры кипения различных теплоносителей относятся к нормальному атмосферному давлению (101,325 kPa).

Теорию компрессорных холодильников представил в 1871 году профессор машиностроения Мюнхенского технического университета (Munchen, Германия) Карл Линде (Carl Linde, 1842–1934). В 1876 году он построил первый практический (основанный на аммиаке) холодильник и в 1879 году основал завод для их производства, действующий и поныне. Затем были созданы различные другие системы холодильников, а в 1931 году американский химический концерн Дю Понт де Немур и компания (Du Pont de Nemours & Co.) разработал вышеотмеченные эффективные хладагенты – фреоны, после чего началось массовое производство бытовых холодильников. В 1987 году на климатической конференции ООН в Монреале (Montreal, Канада) было решено, что фреоны, в связи с их вредным воздействием на стратосферу Земли, необходимо запретить, и к 2000 году их применение в бытовых холодильниках (а также в других областях техники) было прекращено во всем мире.