Рекомендуется научно-методичес­ким советом по образованию в об­ласти переработки сырья и про­дуктов животного происхождения УМО Минвуза РФ в качестве учеб­ного пособия для студентов выс­ших учебных заведений по специ­альности 230100 «Сервис и эксплуатация транспортных и технологических машин и обору­дования (холодильные установки, оборудование и системы кондици­онирования)»

Рекомендуется научно-методичес­ким советом УМО Минвуза РФ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведе­ний по специальности 070200 «Физика низких темпе­ратур»

Приведены сервисные характеристики бытовых компрессионных холодильников, аб­сорбционных и термоэлектрических холодильников и морозильников, оте­чественных и зарубежных (свыше 200 моделей и модификаций). Значитель­ное место отведено зарубежным бытовым холодильникам и морозильникам. Подробно рассмотрены характерные неисправности, способы их обнаруже­ния и устранения. Большое внимание уделено организации ремонта, а также оборудованию, приборам и средствам для диагностики и ремонта.

Для специалистов, занимающихся обслуживанием и ремонтом бытовых холодильников. Справочник может быть полезен студентам вузов и средне-специальных соответствующих специальностей, а также широкому кругу чи­тателей, желающих получить сведения, необходимые для рационального выбора и грамотной эксплуатации бытовой холодильников.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Прообразом бытового холодильника можно считать аппарат французского инженера Ф. Карре, предложенный им в 1860 г. и предназначенный для получения водного льда (1 кг/ч). В 1862 г. на Всемирной лондонской выставке Ф. Карре продемонстриро­вал основанную на аналогичном принципе машину большей производительности для производства блочного льда. Машина представляла собой маленькую печку со встроенным котлом для жидкого аммиака. Аммиак, испаряясь в результате нагрева, по­ступал по трубке в охлаждающий котел. Вследствие испаритель­ного охлаждения вода, окружающая котел, замерзала, образуя лед. В машине Карре, однако, не удавалось охлаждать непосред­ственно воздух в помещении или жидкость, как в современных холодильниках. Над решением этой проблемы работали специа­листы многих стран. Постоянно продолжались поиски более экономичного и компактного источника энергии. В частности, в Швеции было предложено в машине Карре вместо печки ис­пользовать газовую горелку.

Толчком к созданию современной бытовых холодильников стала разработка в 1874 г. мюнхенским ученым К. Линде холодильной машины. Исследуя различные существующие в то время системы производства холода на основе получения и пос­ледующего использования искусственного льда, он пришел к выводу, что их коэффициент полезного действия очень низок и что непосредственное охлаждение воздуха в помещении или жидкостей было бы намного эффективнее и выгоднее. Убедив в этом производителей пива, К. Линде получил средства для раз­работки холодильной машины. Первая созданная им холодиль­ная машина, работавшая на метиловом эфире, была испытана в Мюнхене на пивоваренном заводе. Изготовленная в 1874 г. вто­рая машина, работающая на аммиаке, до 1908 г. эксплуатирова­лась на пивоваренном заводе в/ Триесте. Эти машины, как и последующие модели, имели большие эффективность, надеж­ность и сервисный уровень, чем все предшествующие машины для производства льда.

Первый бытовой компрессионный холодильник появился в 1910 г. в США, а годом позже американская фирма «General Elec­tric» приступила к производству холодильной машины «Одифрен» для бытовых холодильников и торговых холодильных шкафов, на­званной именем ее создателя — французского учителя физики Марселя Одифрена. Машина Одифрена, конструкция которой была разработана еще в 1894 г., стала первой автоматической холо­дильной машиной. Преимущества этой машины: высокая интен­сивность теплообмена, отсутствие сальников и клапанов, просто­та обслуживания (1—2 раза в год меняли приводные ремни и 2 раза в год смазывали два подшипника). С каждым годом число таких машин увеличивалось, и в 1923 г. в Америке насчитыва­лось уже 20 тыс. бытовых холодильников. Эти холодильники, имеющие форму сундука с темной деревянной обшивкой, стоили 900 долл, и более и были предметом роскоши. Холодильные машины «Одифрен» выпускали до 1928 г.

Первый бытовой холодильник с автоматическим регулирова­нием температуры в камере, спроектированной Копеландом, был изготовлен в США в 1918 г., а уже в 1925 г. их было выпущено около 64 тыс. В качестве хладагента использовали сернистый ангидрид или аммиак. Компрессор приводился во вращение по­средством ременной передачи от электродвигателя.

В 1926 г. фирмой «General Electric» была создана герметич­ная холодильная машина, получившая впоследствии название «Монитор Топ». В конце 20-х годов начали выпускать холо­дильники в виде цельнометаллического шкафа. В 1935 г. в США в пользовании находилось 5 млн 825 тыс. холодильни­ков. С середины 30-х годов в качестве хладагента стали при­менять R12 (США).

В 1930 г. фирма «Фриджирер» (США) начала выпускать холодильники нового типа — двухкамерные, не получившие, од­нако, в то время широкого распространения.

В 1931 г. фирма «Serval» (США) впервые применила в герме­тичных машинах в качестве регулирующего органа капиллярную трубку, что позволило отказаться от более сложного поплавково­го вентиля и ресивера и способствовало повышению их надеж­ности.

В 1957 г. на американском рынке впервые появились хо­лодильники с принудительной циркуляцией воздуха, и в на­стоящее время они являются самыми распространенными в США и составляют около 70 % выпуска всех видов холодиль­ников.

В Европе производство холодильников развивалось менее ак­тивно, чем в США. В частности, в Германии в 1936 г. было изготовлено около 40 тыс. компрессионных холодильников, тогда как в США — 2 млн. К выпуску холодильников с принуди­тельной циркуляцией воздуха фирма «Bosch» (Германия) присту­пила в 1973 г.

Первый холодильник японского производства появился в 1926 г., а регулярный выпуск их начался с 1933 г.

В бывшем СССР первые образцы (10 шт.) бытового холодиль­ника ХТЗ-120 были изготовлены в 1937 г. на Харьковском трак­торном заводе (ХТЗ).

Полезный объем холодильников ХТЗ-120 составлял 120 л. Хо­лодильник ХТЗ-120 был оснащен герметичным компрессором холодопроизводительностью около 116 Вт, потребляемой мощ­ностью до 200 Вт. Расход электроэнергии не превышал 60 кВт ч в месяц. Хладагентом служил сернистый ангидрид (S02). Наибо­лее низкая температура на средней полке была —3 °С, а в испа­рителе — до —20 °С. В испаритель можно было устанавливать формочку для льда. Внутренний объем холодильника освещался электролампочкой, автоматически включающейся при открыва­нии двери. Габаритные размеры шкафа 1425x615x590 мм, холо­дильной камеры — 755x455x380 мм. Изоляция толщиной 80 мм была выполнена из древесного войлока.

Организация на ХТЗ нового сложного производства заняла около двух лет. Лишь в 1939 г. начался серийный выпуск быто­вых холодильников ХТЗ-120. В 1940 г. их было изготовлено уже 3500. Дальнейшее развитие производства было прервано начав­шейся Великой Отечественной войной.

Кроме компрессионных бытовых холодильников в предвоен­ное время разрабатывали и абсорбционные конструкции.

Так, во ВНИХИ были созданы холодильные шкафы с аб­сорбционными безнасосными водоаммиачными холодильными агрегатами непрерывного действия типа «Электролюкс». После предварительных исследований был сконструирован и изготов­лен опытный экземпляр бытового абсорбционного холодильни­ка полезным объемом 30 дм3 (температура в камере 5 °С, расход электроэнергии 100 Вт). Он успешно прошел испыта­ния. Перед самой войной артель «Метизметтруд» Мособлмет- союза приступила к изготовлению первой серии шкафов. В послевоенное время эта работа была продолжена на заводе «Газоаппарат».

Исследования абсорбционных холодильных машин непрерыв­ного действия для бытовых холодильников проводили также в ЛТИХПе. С 1936 г., после того как был создан первый агрегат ХАНИТ-25-2-36, за пять довоенных лет были разработаны четы­ре модели агрегата, одна из^которых (ХАНИТ-30-6-38) изготов­лена в количестве 250 шт. Большая часть этих машин, заполнен­ных водоаммиачным раствором с антикоррозийной добавкой, работала бесперебойно свыше 10 лет.

Эта работа также была прервана Великой Отечественной вой­ной.

Первый бытовой абсорбционный холодильник полезным объ­емом 45 дм3 был изготовлен по проекту Н. В. Лихаревой в 1950 г. на московском заводе «Газоаппарат». В 1954 г. завод перешел на изготовление более совершенного холодильника «Север» полезным объемом 65 дм3. Оба холодильника имели электрический обогрев.

Опыт завода «Газоаппарат» лег в основу организации произ­водства абсорбционных бытовых холодильников на Оренбург­ском («Оренбург»), Великолукском («Морозко»), Пензенском («Пенза») и других заводах. В этих холодильниках низкотемпера­турное отделение занимает небольшой объем (до 5 % общего), что не удовлетворяет потребности в хранении замороженных продуктов и готовых блюд. Существенный недостаток абсорбци­онных холодильников — вдвое больший по сравнению с ком­прессорными расход электроэнергии.

Большой популярностью пользуется миниатюрный абсорбци­онный бытовой холодильник «Морозко» объемом 27 дм3 и общей массой всего 20 кг.

Крупным заводом-изготовителем абсорбционных бытовых хо­лодильников по лицензии швейцарской фирмы «Сибир» стал Васильковский завод. Им был освоен выпуск бытового абсорб­ционного холодильника «Кристалл-9» общим объемом 213 дм3. Объем низкотемпературного отделения 31 дм3, что составляет 15 % общего. При этом в нем поддерживается температура воз­духа — 18 °С. Эти преимущества получены за счет трехкратного (по сравнению с компрессионными холодильниками) перерасхо­да электроэнергии.

Массовое производство современных компрессионных быто­вых холодильников на фреоне (R12) было организовано на Мос­ковском автозаводе (ныне ЗИЛ) в 1949... 1951 гг. Первый холо­дильник этого завода «ЗИС-Москва» модель ДХ-2 имел полез­ный объем охлаждаемой камеры 165 дм3.

Холодильники меньшего размера — «Саратов-2» полезным объемом 85 дм3 — с 1951 г. стал выпускать также Саратовский завод. В 1963 г. вступил в строй один из ведущих заводов быто­вых холодильников — Минский.

На основе опыта этих заводов в 60-е годы про­изводство компрессионных бытовых холодильников было орга­низовано на ряде других заводов: Муромском («Муромец», «Ока»), Юрюзанском («Юрюзань»), Орском («Орск»), Бакинском («Бакы», «Апшерон»), Кишиневском («Нистру»), Красноярском («Бирюса») и др.

Вначале все эти холодильники оснащали герметичным одно­цилиндровым фреоновым компрессором ФГ-0,14 завода им. И. А. Лихачева. Он имел частоту вращения вала 25 с-1, диа­метр цилиндра 27 мм. Выпускали две модели компрессора: КХ- 1005 с ходом поршня 14 мм и холодопроизводительностью 140 Вт и КХ-1010 — соответственно 16 мм и 165 Вт. Масса ком­прессора 14 кг.

Затем отечественной промышленностью был освоен более со­вершенный герметичный одноцилиндровый компрессор ФГ-0,10, который имел частоту вращения вала 50 с-1, диаметр цилиндра 22 мм, ход поршня 12 мм, холодопроизводительность 230 Вт. Масса его была 9 кг, т. е. в 1,55 раза меньше, чем у ФГ-0,14.

В 60-е годы Рижский вагоностроительный завод начал выпус­кать для служебных помещений пассажирских поездов компакт­ный настенный холодильник «Сарма» полезным объемом 120 дм3, а позднее — «Лига» (160 дм3) с холодильным агрегатом АКВ-ФГ-0,11.

С развитием отрасли число заводов, выпускающих бытовые холодильники, быстро росло. В 1967 г. их было уже 29, в том числе 15 специализированных. Из них 20 заводов выпускали компрессионные холодильники, а 9 — абсорбционные.

Быстро увеличивались и объемы производства бытовоых холо­дильников.

Выпуск холодильников и морозильников (тыс. шт.) по годам характеризуется данными, приведенными ниже.

1940 г. 1950 г. 1960 г. 1970 г. 1980 г. 1989 г. 1993 г. 1996 г.

3,5 1,2 529 4140 5932 6464,8 3400 1187

Примечание. Данные за 1940...1989 гг. относятся к бытовых холодиль­ников, произведенной на территории бывшего СССР, а данные с 1993 г. — на территории России.

Свыше 90 % выпускаемых в настоящее время холодильни­ков — компрессионного типа. Доля абсорбционных холодильни­ков снижена из-за их меньшей экономичности.

Не получили широкого распространения из-за четырехкратно­го по сравнению с компрессионными перерасхода электроэнер­гии и термоэлектрические бытовые холодильники. Их применя­ют лишь в небольших (объемом 10...20 дм3) автомобильных хо­лодильниках, где уже имеется необходимый для них постоянный ток низкого напряжения, а также в виде встроенных холодиль­ных шкафов (бары и т. д.).

Главная тенденция развития бытовых холодильников, опре­деляемая спросом населения, — увеличение их полезного объе­ма. Если в 1968 г. только 6,3 % проданных холодильников имели объем 200 дм3 и более, то в 1988 г. их доля возросла до 68 %.

Другая тенденция в производстве бытовых холодильников — увеличение объема отделения, предназначенного для хранения замороженных продуктов, и понижение температуры воздуха в нем с —10...—12 до —18...—24 °С.

В последнее время отечественные заводы начали выпускать двухкамерные бытовые холодильники, в которых низкотемпературное отделение выполнено в виде камеры с отдельной дверцей. Если в обычных моделях полезный объем низкотемпературного (морозильного) отделения составляет 12... 15 % общего, то в двухкамерных моделях — 30...40 %. Первым пред­приятием, освоившим изготовление таких холодильников, был Минский завод.

Заводом ЗИЛ создана трехкамерная модель бытового холодиль­ника -ЗИЛ-65: полезный объем высокотемпературного (10... 23 °С) отделения 225 дм3, низкотемпературного (—6...—24 °С) — 85 дм3 и универсального (+10...—12 °С) — 90 дм3. Подобные модли осваивают и другие заводы.

С 1980 по 1988 г. выпуск двух- и трехкамерных холодильников увеличился в 17,5 раза — со 143 тыс. до 2500 тыс.

Еще более резко (с 7 тыс. в 1980 г. до 500 тыс. в 1988 г.) возросло производство морозильников — холодильных шкафов с одним лишь низкотемпературным (—18...—24 °С) отделением по­лезным объемом 200...220 дм3, которые так же, как многокамер­ные холодильники, пользуются повышенным спросом у населе­ния.

В 1990 г. в бывшем СССР в эксплуатации находилось свыше 71 млн бытовых холодильников и морозильников. Обеспечен­ность ими возросла (на 100 семей) с 4 в 1960 г. до 92 в 1988 г., причем обеспеченность городского населения достигла 101 на 100 семей (в 1970 г. — 43), а сельского — 81 (в 1970 г. — 13).

Производством бытовых холодильников и морозильников в России занимаются 15 компаний. Шесть крупнейших производителей холодильников: АО «Красноярский завод холодильников «Бирюса»; АО «Производство холодильников «Полюс»; «СЭПО-Темп» (Саратов); АОЗТ «Завод холодильников «Stinol», АО «Орский механический завод»; ПО «Завод им. Серго» (Зе- ленодольск). Все компании производят жесткие пеноматериалы для теплоизоляции холодильников и морозильников, а также имеют систему гарантийного обслуживания и ремонта произ­водимых изделий.

Выпускаемые холодильники (одно- и двухкамерные) и моро­зильники представляют широкую гамму оборудования полезным объемом 120... 350 дм3, в том числе с объемом морозильного отделения 20... 125 дм3. Морозильники сундучного типа имеют полезный объем 94...300 дм3.

В номенклатуру бытовых холодильников российских заводов входят 29 моделей разных объемов. Наращивается вы­пуск холодильников и морозильников с необмерзающими стен­ками и горизонтальных морозильников-ларей.

Компрессоры холодильников и морозильников производятся на Астраханском заводе холодильного оборудования, Тульском оружейном заводе, омском заводе «Компрессор», АО «Красноярский завод «Бирюса», АО «Айсберг», АМО «ЗИЛ», а также заку­паются по импорту.

В настоящее время бытовые холодильники и морозильники как зарубежных фирм, так и отечественных заводов все больше оснащаются элементами комфортности. Это:

прозрачные полки из высокопрочного стекла или пластика с возможностью перестановки по высоте, предохраняющие от протекания жидкого продукта вниз при неосторожном проли­вании;

отделения в холодильных камерах и отдельные камеры с про­зрачными дверками, прозрачные выдвижные секции или емкос­ти для хранения в охлажденном (но незамороженном) состоянии при нулевых температурах парного мяса, свежей рыбы и других продуктов;

отделения замораживания с прозрачными дверками в моро­зильных камерах;

дезодораторы для устранения неприятных запахов, включае­мые автономной кнопкой на наружном пульте управления;

аккумуляторы холода в виде лотков-подносов для сохранения низких температур в морозильной камере при неработающем компрессоре, стабилизации температурного режима при его цик­личной работе, а также для быстрого замораживания ягод и охлаждения напитков.

Компьютеризация управления и независимое регулирование температур в камерах характерны для престижных и дорогих моделей.

В некоторых моделях предусмотрены встроенные замки для запирания дверей.

В России находится в эксплуатации свыше 100 млн бытовых холодильников и морозильников, масштабы их производства не­прерывно растут, возрастает также импорт бытовых холодильников из зарубежных стран на отечественный рынок.

Цель этой книги — систематично и по возможности наиболее полно охарактеризовать параметрический ряд, конструктивные особенности бытовых холодильников и морозильников, их дефек­тацию, демонтаж, ремонт и монтаж, а также показать эколого­энергетические аспекты внедрения озонобезопасных хладагентов в бытовые холодильники.

В справочнике изложены физические основы получения низ­ких температур. Особое внимание уделено озонобезопасным хла­дагентам и озонобезопасной теплоизоляции, применяемым в со­временных отечественных и зарубежных бытовых холодильниках и морозильниках.

В книге приведены эколого-энергетические показатели озоно­безопасных хладагентов, применяемых и рекомендуемых к ис­пользованию в бытовых холодильниках и морозильниках. Мон­реальским протоколом установлены жесткие экономические ог­раничения не только на производство и применение хлорфторуглеводородов (ХФУ, CFC), обладающих высоким по­тенциалом разрушения озонового слоя, но и на торговлю, экс­порт и импорт холодильников. Однако следует отметить, что работы, связанные с синтезом новых гидрофторуглеродов (ГФУ, HFC), не содержащих хлора, довольно значительны. По оценке Международного института холода (МИХ), только затра­ты на изучение токсичности R134a составили примерно

млн долл, при длительности исследований 7 лет.

При подготовке настоящей книги к изданию использованы руководства заводов-изготовителей по ремонту и эксплуатации бытовых холодильников и морозильников «Минск», «Stinol», «Бюрюса», ЗИЛ-64 и других, а также проспекты зарубежных фирм «Ranco», «Bosch», «Siemens», «Du Pont», «Asko», «Giotto», «San Giorgio» и др.

В справочнике приведены сервисные характеристики холо­дильников и морозильников, как выпускаемых в настоящее время, так и производимых в прежние годы, но находящихся и сейчас в эксплуатации у населения. Наибольшее внимание уде­лено современным холодильникам и морозильникам.

Основные неисправности бытовых холодильников и способы их устранения авторы сочли целесообразным располо­жить после описания устройства холодильников и морозильни­ков. В ряде случаев это приводит к повторениям (так как всем холодильникам и морозильникам присущи некоторые общие де­фекты, например утечка хладагента из агрегата и т. д.), но не нарушается последовательность изложения материала.

ГЛАВА 1

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ ТЕЛА

Тепловое состояние тела характеризуется его температурой. Для измерения температуры применяют различные шкалы: тер­модинамическую, выраженную в градусах Кельвина (Т, К), и международную практическую — в градусах Цельсия (t, °С).

За начало отсчета в термодинамической температурной шкале принят абсолютный нуль, расположенный на 273,15 К ниже тем­пературы тройной точки воды. Принятие в качестве реперной точки температуры тройной точки воды, характеризующей рав­новесное состояние кристаллической, жидкой и парообразной фаз, вызвано тем, что эта точка может быть определена точнее, чем точка таяния льда.

По величине один градус Цельсия равен одному градусу Кель­вина.

Соотношение между температурами в градусах Цельсия и Кельвина следующее:

Т= t+ 273,15 °С ~t+ 273 °С.

За рубежом применяют также шкалу Фаренгейта, начало от­счета которой (О °F) соответствует —18 °С; таяние льда (О °С) соответствует 32 °F, а кипение воды — 212 °F. Таким образом, 1 °С = 1,8 °F.

Градусы одной шкалы переводят в градусы другой по следую­щим формулам:

1, °С = Т, К — 273,15 = | °F - 32;

Т, К = t, °С + 273,15 = I °F + 255,37.

у

Соотношение между температурными шкалами приведено в приложении 1.

Давление рабочего тела характеризует отношение силы давле­ния, действующей на поверхность, к площади этой поверхности. В Международной системе единиц (СИ) за единицу давления принят паскаль: 1 Па = 1 Н/м2. Кроме того, используются вне­системные единицы: атмосфера (1 ат = 1 кгс/см2), физическая атмосфера (1 атм = 1,033 кгс/см2).

Давление рабочего тела, превосходящее давление окружающей среды, называют избыточным или манометрическим. Давление, меньшее атмосферного давления, называют разрежением или ва­куумом. Для измерения избыточного давления используют мано­метры, а разрежения — мановакуумметры и вакуумметры.

Абсолютное давление равно сумме манометрического и атмо­сферного. Соотношение между единицами давления следующее:

кгс/см2 = 1 ат » 105 Па = 105 Н/м2 = 1 бар;

1 мм рт. ст. = 133,3 Па; 1 мм вод. ст. = 9,8 Па.

Удельным объемом (v, м3/кг) называют отношение объема, занимаемого веществом, к массе этого вещества, плотностью (р, кг/м3) — отношение массы вещества к его объему.

Для измерения количества теплоты в системе СИ применяют джоуль (Дж), представляющий собой работу силы в 1 Н на пути в 1 м. Внесистемная единица измерения теплоты — калория: 1 Дж = 1 Н м; 1 ккал = 4186 Дж.

Мощностью называют отношение работы ко времени:

N = L/x,

где L — работа, Дж; т — время, с.

За единицу мощности принят ватт (Вт): 1 Вт = Дж/с = = 1,163 кал/ч.

Количество теплоты, необходимое для нагревания или охлаж­дения 1 кг тела на 1 К, называют удельной теплоемкостью с, измеряемой в ДжДкг-К). Удельная теплоемкость указывает на изменение энтальпии вещества, отнесенной к единице массы, при изменении его температуры на 1 К. Энтальпией называют полную энергию рабочего тела.

Соотношение между единицами Международной системы единиц (СИ) и других систем измерения приведены в приложе­нии 2.

СПОСОБЫ ИСКУССТВЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Фазовые превращения веществ. Каждое вещество в зависимос­ти от внешних условий — температуры и давления — может на­ходиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. При подводе или отводе теплоты меняется форма связи между моле­кулами, вызывая тем самым изменение вещества, т. е. происхо­дит фазовое превращение. Для получения холода используют фазовые превращения, протекающие при низких температурах с поглощением теплоты из охлаждаемой среды. К ним относятся плавление, кипение и сублимация.

Плавление. Процесс перехода вещества из кристаллического состояния в жидкое с поглощением теплоты называют плавлени­ем (например, при нагревании водного льда его температура повышается до температуры О °С, дальнейшее нагревание ведет к его плавлению). Температура плавления зависит от вида тела и внешних условий (давления). Для каждого тела существует своя постоянная температура плавления, и, как уже отмечалось выше, для водного льда при атмосферном давлении она составляет О °С. Этот способ искусственного охлаждения широко применя­ют на практике, в частности при охлаждении продуктов в быто­вых холодильниках, на хладотранспорте и т. д.

Процесс перехода жидкости в твердое состояние при постоян­ной температуре плавления называют отвердеванием. Данный процесс осуществляется при отводе теплоты от жидкости, когда температура жидкости снижается до температуры начала отверде­вания, равной температуре плавления.

Более низкие температуры плавления получают при охлажде­нии льда солеными смесями, например смесью хлорида натрия со льдом. Это позволяет получить температуру —21,2 °С (при массовой доле соли 23,1 %).

Наиболее низкая температура для данных компонентов смеси (например, соль+вода) называется эвтектической или криогид- ратной. При данной постоянной температуре происходит крис­таллизация смеси.

Эвтектические растворы применяют для охлаждения продук­тов на автомобильном транспорте и т. д. Емкости с эвтектичес­кими растворами называют зероторами или эвтектическими ак­кумуляторами.

Испарение. Процесс парообразования, происходящий со сво­бодной поверхности жидкости при различных температурах, на­зывают испарением. Данный процесс используют при испарении воды в водоохлаждающих устройствах (градирни, брызгательные бассейны или испарительные конденсаторы). При атмосферном давлении и температуре О °С скрытая теплота г испарения воды составляет 2509 кДж/кг.

Кипение. Процесс интенсивного парообразования, происходя­щий по всему объему жидкости в результате поглощения тепло­ты окружающей среды, называют кипением. При постоянном давлении температура кипения для данного вещества постоянна и зависит от давления паров над жидкостью. Уменьшение давле­ния приводит к снижению температуры жидкости вплоть до ее замерзания. Процесс кипения жидкости при низкой температу­ре — один из основных в парокомпрессионных холодильных ма­шинах, где кипит хладагент. Аппарат, в котором происходит кипение, называют испарителем. В испарителе осуществляется отвод теплоты от окружающей среды, а кипящая жидкость пере­ходит в парообразное состояние.

Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг жид­кости, взятой при температуре кипения, в пар, называют скрытой теплотой парообразования г или удельной теплотой парообразова­ния. С повышением давления кипения жидкости скрытая теплота парообразования уменьшается.

Сублимация. Процесс перехода тела из твердого состояния в парообразное, минуя промежуточное жидкое состояние, называ­ют сублимацией. В качестве рабочего тела для охлаждения объ­ектов наиболее широко применяют твердый диоксид углерода СО2 (сухой лед). Температура сублимации СО2 при атмосферном давлении равна —78,9 °С, теплота сублимации 574 кДж/кг.

Конденсация. Процесс превращения насыщенного пара в жид­кость, сопровождающийся отводом выделяемой теплоты, называ­ют конденсацией. Температура конденсации зависит от давления. Конденсация жидкости из насыщенного пара — один из основных рабочих процессов в холодильных машинах — осществляется в аппаратах, называемых конденсаторами.

Охлаждение дросселированием (эффект Джоуля — Томсона). Одним из основных процессов, применяемых для получения умеренно низких (в парокомпрессионных холодильных маши­нах) и низких температур, является дросселирование, заключаю­щееся в снижении давления и температуры газа (жидкости) при его прохождении через суженное отверстие (капиллярную труб­ку, диафрагму, дроссель, пористую среду и т. д.). В этом процес­се не совершаются внешняя работа и теплообмен с окружающей средой, т. е. энтальпия остается постоянной. В суженном сече­нии скорость потока возрастает, внутренняя энергия расходуется на преодоление внутреннего трения между молекулами, что при­водит к испарению части жидкости и снижению температуры потока.

Охлаждение расширением газа с совершением внешней работы.

Процесс основан на адиабатном расширении сжатого газа с одновременным понижением температуры.

Охлаждение с помощью вихревого эффекта (эффект Ранка— Хилына). С помощью специального устройства — вихревой трубы (рис. 1.1) французский инженер Ранк в 1931 г. предложил использовать вихревой эффект, заключающийся в разделении теплого и холодного воздуха в закрученном потоке внутри трубы.

Сжатый в компрессоре и затем охлажденный до температуры окружающей среды to. ср воздух поступает к соплу 2, откуда

после расширения выходит с большой скоростью. В резуль­тате образуется свободный вихрь, у которого угловая ско­рость вращения мала на пери­ферии и велика вблизи оси трубы. При движении к дрос­сельному вентилю 1 поток газа вследствие воздействия сил

трения между газовыми слоями приобретает почти постоянную скорость вращения. В начальный момент процесса разделения газа угловая скорость вращения частиц на некотором расстоянии от оси трубы больше, чем в последующий момент. Вследствие этого образуется избыток кинетической энергии, передаваемый внешним газовым слоям. Температура внешних слоев повышает­ся, а внутренних понижается. В результате внешние слои газа выходят нагретыми до температуры /н через дроссельный вентиль 1, а внутренние — через отверстие в диафрагме 3 охлажденными до L.

Преимущества данного метода охлаждения: простота кон­струкции вихревой трубы и надежность ее работы; недостаток: значительный расход электроэнергии.

Термоэлектрическое охлаждение (эффект Пельтье). Эффект Пельтье (1839 г.) основан на пропускании постоянного тока через термоэлемент, состоящий из двух различных проводников. При этом один из спаев нагревается, а другой охлаждается. Поглощенное или выделенное количество теплоты Q пропорци­онально силе тока / и времени т:

Q = Шх,

где П — коэффициент Пельтье, зависящий от физических свойств применяемых материалов и температуры спаев.

Эффект термоэлектрического охлаждения долгое время не на­ходил практического применения из-за отсутствия эффективных материалов для термоэлементов. Однако благодаря разработкам российских ученых во главе с А. Ф. Иоффе, когда стали извест­ны свойства полупроводников, появилась возможность практи­ческого использования термоэлектрического охлаждения.

Термоэлектрический эффект, используют в электрической цепи, состоящей из двух полупроводников, обладающих дыроч­ной (p-типа) и электронной (л-типа) проводимостью. Если к полупроводнику с электронной проводимостью подключить по­ложительный полюс источника постоянного тока (рис. 1.2), то в месте спая ветвей температура понижается, а на противопо­ложной стороне термоэлемента возрастает. Понижение темпе­ратуры вызвано тем, что движущиеся по ветви термоэлемента электроны под воздействием электрического поля переходят в новое состояние с более высокой энергией. При этом энергия электронов повышается за счет кинетической энергии, отби­раемой от атомов ветвей элемента в местах их сопряжения. При обратном направлении движения тока электроны переходят на более низкий энергетический уровень и отдают избыточную энергию атомам кристаллической решетки, нагревая спай тер­моэлемента.