Как работает холодильник?

 

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

 

Много готовых рефератов по физике

 

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

 

При каких условиях возникает туман?

Можно ли днем увидеть звезды?

Как работает микроволновка?

Как работают батарейки?

Введение:

Холодильник это устройство, которое поддерживает низкую температуру в теплоизолированной камере. Обычно его используют для хранения продуктов или предметов, требующих хранения в прохладном месте (лекарства, косметика). Бытовой холодильник доступен практически в каждой семье. Работа холодильника основана на использовании теплового насоса, который передает тепло из рабочей камеры холодильника наружу, где он рассеивается во внешнюю среду. Существуют также промышленные холодильники, объем рабочей камеры которых может достигать десятков и сотен кубометров; они используются, например, на предприятиях общественного питания, мясоперерабатывающих предприятиях и в промышленном производстве.

Холодильники можно разделить на два типа: среднетемпературные камеры для хранения продуктов и низкотемпературные морозильники. Однако в последние годы наиболее распространенными являются двухкамерные холодильники, в состав которых входят оба компонента. Первые двухкамерные холодильники были произведены компанией General Electric. 

Объем холодильника обычно измеряется в литрах.

История создания

Хотя заполненные льдом хранилища для продуктов питания появились несколько тысяч лет назад, первое бытовое холодильное устройство появилось только в середине 19-го века. Работало при заполнении льдом, периодически требуя замены. 

14 июля 1850 года американский врач Джон Гори впервые продемонстрировал процесс производства искусственного льда в приборе, который он создал. В своем изобретении он использовал технологию цикла сжатия, которая используется в современных холодильниках, а само устройство могло бы служить как морозильной камерой, так и кондиционером воздуха. 

В 1857 году австралиец Джеймс Харрисон начал использовать компрессорные холодильники в пивоваренной и мясоперерабатывающей промышленности.

В 1857 году был создан первый железнодорожный рефрижераторный вагон.

Электрический холодильник первый бытовой был создан в 1913 г. Как и промышленных холодильников, он работал с использованием принципа теплового насоса. В первых бытовых холодильниках в качестве теплоносителя использовались достаточно токсичные вещества. 

В 1926 году Альберт Эйнштейн и его бывший ученик Лео Сцилард предложили проект абсорбционного холодильника под названием Эйнштейна.

Первый широко используемый холодильник Monitor Top был изготовлен компанией General Electric в 1927 году. 

General Electric продала более 1 миллиона копий Monitor-Top. С 1930 года фреоны используются в качестве хладагента в бытовых холодильниках. В 1940-х годах в холодильниках появились морозильные камеры, а также появились отдельные морозильные камеры. В 1950-х и 60-х годах на рынке были представлены холодильники с функцией размораживания. В СССР первые образцы бытового холодильника были изготовлены в 1937 году. Серийное производство началось в 1939 году (несколько тысяч экземпляров было выпущено до начала Великой Отечественной войны). Массовое производство было запущено в 1950 году. К 1962 году холодильники имели: в США 98,3% семей, в Италии 20%, а в СССР 5,3% семей. 

Устройство и принцип действия компрессионного холодильника

Теоретической основой, на которой построен принцип работы холодильников, является второй закон термодинамики. Охлаждающий газ в холодильниках выполняет так называемый обратный цикл Карно. В этом случае основной теплообмен основан не на цикле Карно, а на фазовых переходах испарении и конденсации. В принципе, можно создать холодильник с использованием только цикла Карно, но в то же время для достижения высокой производительности, либо компрессора, создающего очень высокое давление, либо очень большой площади охлаждающего и нагревающего теплообменника. необходимо. 

Второй закон термодинамики это физический принцип, который накладывает ограничение на направление процессов теплообмена между телами.

Второй закон термодинамики гласит, что самопроизвольная передача тепла от менее нагретого тела к более нагретому телу невозможна.

Вечный мотор (лат. Perpetuum Mobile) это воображаемое устройство, которое позволяет вам получать полезную работу, превышающую количество энергии, вложенной в нее (КПД более 100%).

Цикл Карно является идеальным термодинамическим циклом. Тепловой двигатель Karnot, работающий в соответствии с этим циклом, имеет максимальную эффективность всех машин, в которых максимальная и минимальная температуры выполняемого цикла совпадают, соответственно, с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Тепловой двигатель Karnot является наиболее эффективным тепловым двигателем, но не самым эффективным устройством для преобразования химического топлива в работу. Например, топливные элементы теоретически могут достичь значительно более высокой эффективности, чем двигатель Карно. 

Цикл Карно назван в честь французского физика Сади Карно, который впервые исследовал его в 1824 году.

Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может осуществляться как в прямом, так и в обратном направлении, в то время как энтропия адиабатически изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не изменяется.

Энтропия (от греческого turnντροπία поворот, трансформация) в естествознании это мера беспорядка в системе, состоящей из множества элементов. В частности, в статистической физике, мера вероятности возникновения определенного макроскопического состояния; в теории информации мера неопределенности опыта (теста), который может иметь разные результаты, и, следовательно, объем информации; в исторической науке, для экспликации феномена альтернативной истории (неизменность и изменчивость исторического процесса). 

Основными компонентами холодильника являются:

1. компрессор, который создает необходимый перепад давления;
2. испаритель, отводящий тепло из внутреннего объема холодильника;
3. конденсатор, который отдает тепло в окружающую среду;
4. термостатический расширительный клапан, который поддерживает перепад давления путем дросселирования хладагента;
5. хладагент, который передает тепло от испарителя к конденсатору.

Схема работы холодильника:

Конденсатор

Капилляр

Испаритель

Компрессор

Компрессор всасывает хладагент в виде пара из испарителя, сжимает его (температура хладагента увеличивается) и проталкивает его в конденсатор. В бытовых холодильниках используются герметичные поршневые мотор-компрессоры. В этих компрессорах электродвигатель расположен внутри корпуса компрессора, чтобы предотвратить утечку хладагента через уплотнение вала. Подвеска компрессора используется для поглощения вибрации. Подвеска компрессора может быть внешней, когда корпус компрессора подвешен на пружине, или внутренней, когда двигатель компрессора подвешен внутри корпуса. В современных бытовых холодильниках внешняя подвеска не используется, так как она хуже поглощает вибрации компрессора, что также создает больший шум. Специальные смазочные масла используются для смазки компрессора. Следует отметить, что масло и хладагент хорошо растворяются друг в друге. 

В конденсаторе хладагент, нагретый в результате сжатия, охлаждается, отдавая тепло внешней среде, и в то же время конденсируется, то есть превращается в жидкость, которая попадает в капилляр. В бытовых холодильниках чаще всего используются оребренные конденсаторы; стальная проволока или стальной лист с прорезями используются в качестве ребер. Охлаждение конденсаторов обычно естественное, за исключением холодильников большого объема. 

Жидкий хладагент под давлением через дроссельное отверстие (капилляр или расширительный клапан) поступает в испаритель, где благодаря резкому снижению давления жидкость испаряется и превращается в пар. В этом случае хладагент отводит тепло от внутренних стенок испарителя, благодаря чему внутреннее пространство холодильника охлаждается. Таким образом, в конденсаторе хладагент под воздействием высокого давления конденсируется и превращается в жидкое состояние, выделяя тепло, а в испарителе под воздействием низкого давления он кипит и превращается в газообразное состояние, поглощая тепло. Испарители бытовых холодильников чаще всего представляют собой листовые трубы, сваренные из пары алюминиевых листов. Испаритель морозильной камеры часто совмещается с его корпусом, а испаритель холодильной камеры (в холодильниках с двумя испарителями) расположен в задней части отсека. 

Термостатический расширительный клапан (Расширительный клапан) необходим для создания необходимого перепада давления между конденсатором и испарителем, в котором происходит цикл теплопередачи. Это позволяет правильно (наиболее полно) заполнить внутренний объем испарителя кипяченым хладагентом. Пропускная способность расширительного клапана изменяется по мере уменьшения тепловой нагрузки на испаритель; когда температура в камере уменьшается, количество циркулирующего хладагента уменьшается. В бытовых холодильниках вместо расширительного клапана чаще всего используется капилляр. Он не меняет своего поперечного сечения, но дросселирует определенное количество хладагента, которое зависит от давления на входе и выходе капилляра, его диаметра, длины и типа хладагента. 

Важна чистота хладагента: вода и загрязнения могут засорить капилляр или повредить компрессор. Примеси могут образовываться в результате коррозии внутренних стенок трубопроводов холодильника, а влага может проникать при заполнении холодильника или проникать через утечки (особенно в холодильниках с открытым компрессором). Поэтому при заправке тщательно соблюдайте герметичность; перед заправкой цепь эвакуируется. Каждый холодильник имеет фильтр-осушитель, который устанавливается перед капилляром. 

Обычно также используется теплообменник для выравнивания температуры, выходящей из конденсатора и испарителя. В результате уже охлажденный хладагент поступает в дроссель, который затем еще больше охлаждается в испарителе, в то время как хладагент, поступающий из испарителя, нагревается перед поступлением в компрессор и конденсатор. Это увеличивает емкость холодильника, а также предотвращает попадание жидкого хладагента в компрессор. 

Автоматика и электрооборудование

Бытовые холодильники обычно работают циклично, периодически включаясь и выключаясь. Моменты включения и выключения контролируются термодатчиком. Это может быть механический сильфонный термодатчик или электронный. Для обеспечения правильного запуска двигателя используются реле запуска и защиты, которые часто объединяются в одно устройство. Кроме того, холодильники могут быть оснащены системами размораживания для предотвращения образования наледи на испарителе. Для освещения холодильной камеры установлены лампы малой мощности, которые включаются при срабатывании датчика открытия двери. Некоторые холодильники оснащены сигнализацией открытия двери, которая срабатывает по таймеру, чтобы предотвратить потерю холодного воздуха, если дверь холодильника забыли закрыть. 

В начале XXI века на рынке появились так называемые интернет-холодильники холодильники, у которых также есть компьютер, экран которого отображается на двери. Интернет-холодильник позволяет вам выходить в интернет, например, искать рецепты или заказывать еду в интернет-магазинах. Он может быть оснащен телевизором и радио, а также позволяет подключить камеру видеонаблюдения. 

Структура и принцип работы холодильника

Компрессор двигателя всасывает газообразный фреон из испарителя, сжимает его и проталкивает через фильтр в конденсатор.

В конденсаторе фреон, нагретый в результате сжатия, остывает до комнатной температуры и, наконец, переходит в жидкое состояние.

Жидкий фреон под давлением через капиллярное отверстие  поступает во внутреннюю полость испарителя, превращается в газообразное состояние, в результате чего отводит тепло от стенок испарителя и испарителя , в свою очередь, охлаждает внутреннее пространство холодильника.

Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнута температура стенок испарителя, установленная термостатом.

При достижении необходимой температуры термостат размыкает электрическую цепь и компрессор останавливается.

Через некоторое время температура в холодильнике (из-за влияния внешних факторов) начинает повышаться, контакты термостата замыкаются, с помощью защитного реле запуска  запускается электродвигатель двигателя компрессора. и весь цикл повторяется с самого начала. 

Устройства автоматизации бытовых холодильников включают в себя:

• датчики-реле температуры (термостаты) для поддержания заданной температуры в холодильной или низкотемпературной камере бытовых холодильников;
• пусковое реле для автоматического включения пусковой обмотки электродвигателя при запуске;
• защитное реле для защиты обмоток двигателя от токов перегрузки;
• автоматические устройства для удаления снежного покрова со стен испарителя

Электрическая схема холодильника и принцип его работы. При подаче напряжения электрический ток проходит через замкнутые контакты термостата, кнопки размораживания, реле тепловой защиты, катушки пускового реле  и рабочая обмотка мотор-компрессора двигателя.

Поскольку двигатель еще не вращается, ток, протекающий через рабочую обмотку двигателя-компрессора, в несколько раз превышает номинальное, пусковое реле сконструировано таким образом, что при превышении номинального значения тока эти контакты закрыты, стартовая обмотка электродвигателя соединен со схемой. Двигатель начинает вращаться, ток в рабочей обмотке уменьшается, контакты пускового реле размыкаются, и двигатель продолжает работать в нормальном режиме. 

Заключение

Когда стенки испарителя охладятся до значения, установленного на термостате, контакты  размыкаются, и двигатель мотор-компрессор останавливается.

Со временем температура внутри холодильника повышается, контакты термостата замыкаются, и весь цикл повторяется снова.

Защитное реле предназначено для отключения двигателя в случае опасного увеличения силы тока. С одной стороны, он защищает двигатель от перегрева и поломок, а с другой стороны, ваша квартира от пожара. 

Реле состоит из биметаллической пластины, которая изгибается при повышении температуры и размыкает контакты, после того как биметаллическая пластина остывает, контакты снова замыкаются.