При получении льда в домашнем холодильнике

При получении льда в домашнем холодильнике

На мой взгляд, очень грустно, что за ежедневной суетой и обыденностью цивилизации, мы перестали замечать удивительное, а порой просто гениальное устройство некоторых привычных вещей. Конечно, пытаться понять принцип работы компьютера или даже обычного калькулятора — бессмысленно (калькулятор нельзя понять, в него можно только верить), но вот осилить устройство холодильника вполне по силам каждому.

Начну с теории. Своим появлением холодильник целиком обязан науке термодинамике, которая, как видно из названия, занимается превращением и перемещением тепловой энергии, то есть тепла. Именно это и происходит в холодильнике: тепло, находящееся внутри холодильника, «захватывается» и выносится наружу, охлаждая его (холодильника) содержимое. Посредниками по перевозке тепла являются хладагенты, это они захватывают внутреннее тепло, выносят его наружу, отдают, а затем порожняком возвращаются во чрево холодильника, чтобы заново повторить этот процесс.

Хладагентом (сокращение от слов «холодильный агент») принято называть рабочее вещество с низкой температурой кипения (испарения). В качестве хладагента длительное время использовали фреон-12 (R-12), производство которого было организовано ещё в 1931 году, но в 1980 году было открыто пагубное воздействие атомарного хлора на озон в атмосфере — производство и заправка холодильников фреоном-12 пошла на убыль. Сегодня в качестве хладагентов используют R-134a (потомок фреона-12), диметиловый эфир, пропан, бутан, изобутан и их смеси — все эти вещества в количестве, в котором они используются в холодильниках, абсолютно безвредны для человека и окружающей среды.

Как было сказано, любовь холодильников к хладагентам связана с низкой температурой кипения последних: пропан кипит при -42,1°С, бутан — при -0,5°С, изобутан — при -11,7°С. Но как это позволяет сохранять низкую температуру внутри холодильника? Для ответа на этот вопрос обратимся к физике: известно, что при кипении и испарении вещества забирают тепло из окружающей среды, то есть, охлаждают её (именно с этим связано чувство прохлады от растирания, например, спиртом — спирт испаряется, забирая тепло у тела), следовательно, чтобы охладить, например, баночку пива, её нужно «облить» какой-нибудь легко закипающей жидкостью, которая, закипев, отобрала бы тепло у пива.

Следовательно, чтобы дать холодильнику возможность морозить, нужно наполнить некоторые его части хладагентами, которые бы легко вскипели, охладив эти части, а, следовательно, охладив и содержимое холодильника. Пропан подходит здесь как никто другой: если он кипит уже при -42, то создать условия для его закипания при комнатной температуре внутри холодильника будет очень просто.

Завершая, таким образом, теоретическую часть, скажу, что хладагенты выбраны в качестве главного рабочего вещества в холодильниках только благодаря своей низкой температуре кипения, и, как следствие, способности легко вбирать тепло.

Перейдём непосредственно к холодильникам. Любой холодильник состоит из трёх главных частей: компрессор (мотор, который постоянно шумит), конденсатор (чёрный металлический змеевик на задней панели холодильника) и испаритель (металлический «ящичек», который обычно виден в морозильной камере).

Если вы поняли, что я там так долго писал про хладагенты, то принцип работы холодильника до вас дойдёт быстро.

Сжиженный под большим давлением хладагент по всасывающему трубопроводу из конденсатора (змеевик) поступает в испаритель («ящичек»). Из-за низкого давления в испарителе и низкой температуры кипения хладагента, он (хладагент) начинает интенсивно кипеть и испаряться, охлаждая единственное, с чем контактирует — металлические стенки испарителя, испаритель же, в свою очередь, охлаждает воздух внутри холодильника. Пары хладагента откачиваются компрессором, который, кстати, и создаёт низкое давление в испарителе, на место испарившегося хладагента закачивается новый сжиженный.

Откачанный из испарителя газообразный хладагент проходит через компрессор, из которого уже в сжатом состоянии поступает в конденсатор (змеевик). При резком сжимании любой газ нагревается, поэтому трубки на выходе из компрессора при его работе и сам змеевик на задней стенке холодильника всегда горячие (тёплые). По мере прохождения по змеевику сжатый горячий газообразный хладагент постепенно остывает и переходит в жидкую фазу, и уже в жидкой фазе он поступает обратно в испаритель, где данный процесс начинается заново. Этот круговорот длится до тех пор, пока датчик температуры в холодильнике не даст сигнал компрессору остановиться — хладагент в испарителе испарится, а новый уже не поступит, следовательно, охлаждение прекратится.

Если вы ещё не уснули, у вас может возникнуть вопрос: почему уже сжиженный хладагент не закипает прямо в змеевике, ведь температура в нём комнатная, а изобутан кипит уже при -11°С. Обратимся опять к физике: известно, что чем выше давление, тем выше температура кипения. Поясню на конкретном примере: все почему-то уверены, что вода кипит именно при 100 °C, а вы знаете, что, например, в паровом котле на ТЭЦ вода кипит при температуре 200 °C, а на высоте 7130 м (пик Ленина на Памире) она закипает при 70 °C (сварить мясо в таких условиях невозможно). Всё это происходит из-за разного давления: в котле оно огромное — температура кипения высокая, в горах низкое — температура кипения также низка. Абсолютно то же самое происходит и в холодильнике: изобутан не может закипеть в змеевике из-за высокого давления (температура кипения повысилась), в испарителе же он кипит легко, так как давление в нём низкое.

В том числе, поэтому не стоит думать, что холодильник нельзя охладить до температуры ниже температуры кипения хладагента. Для этого достаточно опустить давление в испарителе, и тот же изобутан закипит уже не при -11°С, а при -20°С или при -40°С.

Подытожу сказанное. Компрессор — это своего рода насос, который перекачивает хладагент, создаёт высокое давление в змеевике и низкое давление в испарителе, что соответственно способствует сжижению и испарению хладагента. Испаритель — это источник холода, в нем под низким давлением вскипает и испаряется хладагент, охлаждая окружающую среду. В конденсаторе (змеевике) происходит охлаждение и сжижение сжатого компрессором, и поэтому горячего, хладагента.

Надеюсь, мне удалось популярно объяснить устройство холодильника.

Берегите себя.



Источник: ShkolaZhizni.ru


Добавить комментарий