Химические холодильники для различных задач

17.02.2019

Холодильник химический — это стеклянное устройство, предназначенное для конденсации пара при перегонке, нагревании (кипячении) при помощи охлаждающей среды. В самом простом случае охладителем выступает наружный воздух; часто — вода; иногда — специальные хладагенты, в том числе, твердые. Химические холодильники используют для отгонки растворителей из реакционной среды, для разделения смесей жидкостей на компоненты (фракционная перегонка) или для очистки жидкостей перегонкой. В зависимости от способа применения различают следующие холодильники: прямой холодильник (нисходящий) — для конденсирования паров и отвода образовавшегося конденсата из реакционной системы; сбор конденсата ведется в колбу-приемник; обратный холодильник — для конденсирования паров и возврата конденсата в реакционную массу; устанавливают обычно вертикально;. Типы холодильников: а — воздушный холодильник; б — шариковый воздушный холодильник; в — холодильник Либиха; г — шариковый холодильник; д — спиральный холодильник; е — холодильник Штеделера; ж — холодильник Димрота; з — холодильник сочетающий принципы холодильников Либиха и Димрота; и — “охлаждающий палец”.

Воздушный холодильник (а) представляет собой длинную стеклянную трубку; применяется только при работе с высококипящими жидкостями (т.кип. > 150 °С), которые в работе с водяным холодильником за счёт большой разницы температур могли бы дать в стекле холодильника трещину; может применяться в качестве прямого или обратного. Как обратный, холодильник такого типа малоэффективен: движение жидкости преимущественно отвечает ламинарному потоку и вещество легко “выбрасывается”. В качестве нисходящего такой холодильник можно использовать при не слишком большой скорости перегонки для веществ с температурой кипения > 150 °С.

Шариковый воздушный холодильник (б) применяется в качестве обратного. Шариковые холодильники более эффективны, чем обычные (прямые по конструкции без расширений) воздушные холодильники за счет большей поверхности теплообмена. Такие холодильники нашли применение для полумикросинтезов, где количество отводимого тепла невелико и для конденсации даже низкокипящих веществ воздушное охлаждение оказывается вполне достаточным. (При необходимости в этом случае холодильник можно обмотать влажной фильтровальной бумагой.)

Холодильник Либиха (в) применяется преимущественно в качестве нисходящего примерно до 160 °С. Охлаждающим средством для веществ с температурой кипения < 120 °С служит проточная вода, а в интервале 120-160 °С — непроточная; состоит из двух стеклянных трубок запаянных одна в другую. По внутренней трубке движутся пары жидкости, а по внешней (рубашка) охлаждающий агент (холодная вода). В качестве обратного такой холодильник малоэффективен, так как имеет малую охлаждающую поверхность и ламинарное течение паров; с этой целью он применяется только для относительно высококипящих (т.кип. > 100 °С) соединений. На рисунке справа показан пример использования холодильника Либиха для простой перегонки. Установка для простой перегонки: 1 — колба Вюрца; 2 — холодильник Либиха; 3 — алонж; 4 — колба-приемник. Шариковый холодильник (г) используется исключительно как обратный. Поскольку он имеет шаровидные расширения, ток паров становится в нем турбулентным; охлаждающее действие такого холодильника значительно выше, чем у холодильника Либиха. Подача охлаждающего агента производится снизу-вверх. Через шариковый холодильник удобно вставлять ось мешалки, вводить в реактор различные вещества, хорошо смываемые в колбу конденсатом и подогреваемые им. Обычно число шариков у таких холодильников колеблется от 3 до 8. Во избежание захлебывания, когда конденсат не успевает стекать обратно в колбу с кипящей жидкостью, обратный шариковый холодильник устанавливают в наклонном положении, но наклон не должен быть слишком большим, чтобы конденсат не скапливался в шарах. Скопление конденсата приводит к уменьшению эффективной охлаждающей поверхности холодильника.

Спиральный холодильник (д) никогда не используется как обратный, так как конденсат, который недостаточно хорошо стекает по виткам спирали, может быть выброшен из холодильника и послужить причиной несчастного случая. Спиральный холодильник, установленный вертикально, является наиболее эффективным нисходящим холодильником, особенно для низкокипящих веществ. Холодильник Штеделера (е) — модификация спирального холодильника, в котором охлаждающий сосуд может быть заполнен смесью льда с поваренной солью, твердой углекислотой с ацетоном и т. д.; можно применять для конденсации веществ, кипящих при очень низких температурах. Холодильник Димрота (ж) очень эффективный обратный холодильник. Его также используют в качестве нисходящего если можно пренебречь относительно большими потерями дистиллята на змеевике (спирали). Спай змеевика с рубашкой А находится вне зоны с большим перепадом температур, поэтому, применяя такой холодильник при работе с жидкостями, кипящими выше 160 °С, можно не опасаться осложнений. Погружной холодильник “охлаждающий палец” (и) — обратный холодильник особой формы (его можно специально не закреплять в системе охлаждения) используется прежде всего в приборах для полумикрометодов.

Холодильники химические Corning.

Статьи Labsintez – химические реактивы, лабораторное оборудование и пр. » Что нужно знать про холодильники

Холодильник — устройство, необходимое для проведения различных химических реакций, а также для перегонки органических соединений, которое используется для охлаждения паров и их конденсации.

Эти охлаждающие приборы различаются по принципу воздействия: есть обратные и прямые модели.

Прямые холодильники незаменимы, когда нужно добиться конденсации паров веществ (или растворителя) и удалить конденсат. Обратные модели образовавшийся конденсат паров направляют обратно в реакционную смесь.

По принципу воздействия устройства делятся на воздушные (охлаждение осуществляется за счет воздуха) и водяные (охлаждение идет за счет использования воды).

На рисунке приведены эскизы устройств, которые часто применяются в лабораториях.

1. Холодильник Либиха может использоваться как в прямом, так и в обратном варианте охлаждения, этот вид широко применяется в лабораторной практике.
2. Под номером 2 — шариковый вариант охлаждающего устройства. Это — обратный холодильник с шарообразными расширениями внутренней трубки, значительно улучшающими эффективность (по отношению к х-ку Либиха).
3. Для низкокипящих веществ хорошо подходит змеевиковый холодильник, использующийся исключительно как нисходящий (конденсат стекает по внутренней трубке).
4. Обратный холодильник Димрота — удачная конструкция: пары конденсируются на внешней поверхности змеевика, размещенного внутри стеклянной трубки. А если охлаждать внешние стенки, то эффективность повысится, а устройство получит название холодильник Димрота-Либиха.

Если вы хотите купить холодильник в Перми, Уфе, Екатеринбурге, Иркутске и по всей России заказывайте нужную вам модель на нашем сайте, и заказ будет доставлен в ближайшее время. Также вы можете выбрать и заказать другие виды химической посуды и лабораторного оборудования.

Сервис объявлений OLX: сайт объявлений в Украине

50 грн. Договорная Жолква Сегодня 17:38

Кривой Рог, Покровский Сегодня 17:38

Химические холодильники – Портал по строительству

Холодильникb https://www. biohimpro.ru/catalog/kholodilniki — это устройство, в котором для конденсации пара используется охлаждающая среда (обычно вода). При необходимости сбора конденсированной воды в ресивере холодильник можно установить наклонно или вертикально, чтобы конденсированная вода возвращалась в колбу вместе с кипящей жидкостью. В этом случае холодильник называют реверсивным. Если температура замерзания конденсата выше, чем температура охлаждающей воды, вода, нагретая в термостате, подается в холодильник, чтобы предотвратить замерзание конденсата во внутренней трубке холодильника.

В химических лабораториях обычно используется стеклянная посуда. Обычно он изготавливается из специального стекла, устойчивого к кислотам, щелочам и большинству химикатов (кроме фтористого водорода и расплавленной щелочи), и имеет относительно низкий коэффициент линейного расширения. Стеклянная посуда очень удобна — она ​​прозрачная, ее легко мыть, сушить и легко нагревать.

Холодильники используются для охлаждения и конденсации пара, образующегося при кипении органических жидкостей. Самый простой холодильник, воздушный, представляет собой длинную стеклянную трубку.

Такой холодильник используется для перегонки высококипящих жидкостей. При перегонке низкокипящих жидкостей используется холодильник Либиха — такая же стеклянная трубка, но может быть приварена к другой более широкой стеклянной трубке. Снаружи холодильник («рубашка») имеет два ответвления, на которых размещены резиновые трубки. Один из них подключен к крану, а другой — к раковине (теплоноситель — вода).

Холодильник Liebig может вращаться вниз и назад. Если он используется как рефлюкс-конденсатор, его необходимо закрепить на штативе строго вертикально; если он направлен вниз, наклоните его в сторону ресивера (относительно стола). В обоих случаях вода подается в холодильник через нижний технологический процесс. Чтобы пары кипящей жидкости лучше конденсировались, холодильник необходимо полностью заполнить проточной водой.

В холодильнике используется специальное устройство — антенна, подключенная к ресиверу, которая может направлять текущую жидкость. В лабораторной практике обычно используются другие типы холодильников, такие как сферические и змеевиковые холодильники, которые имеют лучшую охлаждающую способность.

что делать, как избавиться от неприятного запаха плесени на резинке

Плесень — это далеко не безобидное явление, которое может привести к серьезным проблемам со здоровьем

Без холодильника сейчас невозможно представить себе ни одну кухню. Многие даже на даче устанавливают его, чтобы хранить продукты питания. Учитывая, что в этом важном и необходимом приборе люди хранят продукты и готовые блюда, очень важно поддерживать здесь чистоту и порядок. Но это удается не всегда. Иногда случается так, что приходится на некоторое время отключать агрегат, в итоге может ожидать неприятный сюрприз — плесень в холодильнике. Как от нее избавиться?

Почему появляется плесень в холодильнике?

Плесень — это микроскопический грибок, который может поселиться абсолютно на любой поверхности. Если обнаружена черная плесень в холодильнике, как избавиться от нее, должно волновать каждого человека, потому что споры грибка, попадая в органы дыхания, могут спровоцировать аллергическую реакцию.

В холодильнике плесень образуется чаще всего по двум причинам:

1. Бытовая техника работает неправильно.
2. Продукты хранятся с нарушением правил.

Надо знать. Повышенная влажность в холодильнике является отличной средой для плесени. А создается она, когда люди отправляют туда на хранение еще теплые продукты или плохо просушенные овощи и фрукты.

Средства для удаления плесени

Как только появился плесневый грибок, сразу необходимо задаться вопросом, как убрать плесень в холодильнике. Долго тянуть с этим нельзя, так как продукты очень быстро впитывают в себя этот неприятный запах.

Для борьбы можно использовать различные средства:

• Моющие средства бытовой химии.
• Народные средства.

Используя химические средства, важно строго придерживаться инструкции

Химия на страже чистоты

Если посетить любой магазин бытовой химии, то можно найти на полках огромный ассортимент средств для борьбы не только с жиром и загрязнениями, но и плесенью. Наиболее эффективными являются:

• TOP HOUSE. Это средство можно использовать не только для холодильника, но и для морозильной камеры.
• Flat поможет убрать плесень на резинке холодильника и в других местах.
• Имеется еще одно действенное средство — пенозавр ХОРС «Очиститель для холодильника».
• Можно обратить свое внимание на такие средства, как «Мистер Мускул», «Сиф», «Силлит».

Совет. Работая с химией, нужно обязательно пользоваться перчатками.

Перед использованием любой бытовой химии необходимо ознакомиться с инструкцией, но, как правило, весь процесс сводится к следующим этапам:

1. Необходимо отключить холодильник от сети и освободить от продуктов.
2. Развести согласно инструкции средство в емкости и опустить в него полочки, лотки и все съемные детали.
3. Тщательно обработать все стенки и поверхности холодильника средством, включая и резинку на дверцах.

Только тщательная генеральная уборка и последующая обработка специальными средствами помогут справиться с плесенью

4. Оставить холодильник открытым до полного высыхания.
5. Все полки и стенки необходимо протереть укусом, подождать пока высохнет, а потом отправлять продукты на хранение.

Совет. При наличии в доме ультрафиолетовой лампы можно ее поставить напротив открытого и уже размороженного холодильника и оставить на 10 минут.

Народные средства

Не всегда есть время и желание использовать химические вещества, когда возникает вопрос, как отмыть холодильник от плесени. Для этих целей вполне подойдут доступные народные средства:

1. Обычная пищевая сода. Она справляется даже со спорами грибка.

Соду перед использованием лучше развести в теплой воде

2. Хозяйственное мыло. Чтобы помыть холодильник от плесени, надо всего лишь приготовить насыщенный раствор и несколько раз промыть прибор, а затем вытереть насухо.
3. Нашатырный спирт. С его помощью можно легко удалить плесень в холодильнике. Его необходимо развести водой в соотношении 2:1 и протереть все поверхности, но лучше эту процедуру делать на ночь, чтобы оставить дверцу открытой до утра.

Как уничтожить запах

Помните. Так как в холодильнике хранятся продукты питания, то для уничтожения неприятного плесневого запаха там нельзя оставлять химические средства.

Народные способы:

1. Черный хлеб полезен не только для здоровья, но может пригодиться в борьбе с запахом плесени. Его надо нарезать и разложить на полках холодильника.
2. Прекрасно справится с этой задачей активированный уголь. Запах плесени в холодильнике постепенно исчезнет, если разложить на блюдце 5-6 таблеток.

Как справиться с неприятным запахом плесени? Смело можно использовать активированный уголь. Это дешево и результативно.

3. Не стоит выбрасывать использованные пакетики чая, их можно разложить на полках холодильника в марлевых мешочках.
4. Лимон — это не только полезный продукт, но и средство, которое избавит от запаха плесени. Разрезают его пополам и оставляют на полке.

Но лучше не допускать, чтобы поселилась плесень на продуктах в холодильнике. Для этого придется только приложить немного усилий.

Профилактика появления плесени

Соблюдение этих несложных рекомендаций поможет избежать появления этого неприятного грибка:

• Регулярно необходимо делать ревизию в холодильнике, убирая все испорченные и несвежие продукты.

Надо заглядывать чаще в укромные места холодильника, и тогда не придется бороться с плесенью

• Периодически необходимо размораживать холодильник.

Совет. Ускорить процесс разморозки можно, поставив внутрь емкость с горячей водой.

• Пока холодильник размораживается, необходимо тщательно промыть дверцы, полки и ящики.
• Очищать конденсатор.
• Уход за холодильником завершается очисткой дверцы и уплотнителя. Для этих целей можно воспользоваться старой зубной щеткой.

Если следовать этим простым рекомендациям, то не возникнет вопрос, как очистить от плесени холодильник. Продукты всегда будут свежими, а запах приятным.

Холодильники тип ХШ шариковые. СоюзХимПром-промышленная химия, лабораторное стекло

Холодильники тип ХШ шариковые

ГОСТ 25336-82

Применяется для

конденсации пара и охлаждения веществ.

Наименование товара Тип Исп. L,мм Керн Число.шаров К-во, шт.в упак. холодильник (шариковый) ХШ 1 100 14/23 4 – 200 14/23 4 25 200 19/26 4 25 300  29/32 6 35 400 29/32 8 35 3 200 – 4 25 300 – 6 35 400 – 8 35

Пример обозначения: Холодильник ХШ-1-200-19/26 ХС ГОСТ 25336-82

Чем отмыть холодильник снаружи: химия и народные средства

Автор Людмила Алексеевна На чтение 7 мин. Просмотров 4.8k. Опубликовано 20 июня, 2020

К двери холодильника прикасаются много раз в день. Спустя некоторое время на нем появляются пятна, которые не убираются водой. Отмыть холодильник снаружи можно народными средствами или с помощью бытовой химии.

Чем отмыть холодильник снаружи от жира

Для начала стоит рассмотреть, как быстро отмыть холодильник внутри и снаружи от жирных пятен. Удобнее всего использовать для этого химические средства и технику.

С помощью бытовой химии

Современные химические средства помогут отмыть холодильник снаружи от жира, не прикладывая к этому особых усилий.

В их составе содержатся компоненты, расщепляющие молекулы загрязнений и отделяющие их от поверхности прибора.

Пользоваться химическими средствами очень просто.

Необходимо:

1. Протереть пятно теплой водой.
2. Нанести средство против жира. Можно купить специальный вид для бытовой техники либо остановиться на универсальном варианте.
3. Выдержать указанное в инструкции время. Обычно достаточно нескольких минут.
4. Почистить пятна губкой. Абразивные покрытия использовать нельзя, чтобы не повредить глянцевую поверхность.
5. Удалить остатки средства чистой водой.

«Белизна», «Доместос» и другие препараты, предназначенные для ухода за сантехникой, не подходят для очистки холодильника.

Они содержат в составе хлор и другие агрессивные компоненты, которые способны испортить покрытие и привести к появлению ржавчины.

Можно ли мыть пароочистителем

С помощью пароочистителя можно избавиться от загрязнений не только на полу, но и бытовой технике. Он поможет качественно помыть холодильник внутри и снаружи. Важно соблюдать только одно правило: техника должна быть отключена от сети.

Какими средствами можно удалить с холодильника различные пятна

Нередко возникает необходимость отмыть холодильник снаружи не только от жирных, но и от пятен другого происхождения. Для каждого вида есть свои способы избавления.

Фломастера и маркера

За счет гладкой поверхности холодильника маркеры и фломастеры не успевают быстро и глубоко впитаться внутрь. Стереть следы пигмента можно этиловым спиртом.

Необходимо смочить в нем тряпку или ватку и очистить пятно.

Вещество можно заменить крепкими алкогольными напитками. Чем выше в них градус спирта, тем быстрее растворится цвет.

Зеленки и фукорцина

Медикаменты относятся к спиртовым растворам, поэтому смыть их можно так же, как и фломастеры. Также снимать следы фукорцина, зеленки и йода можно:

• ацетоном;
• жидкостью для снятия лака;
• раствором аспирина (1 таблетка на стакан теплой воды).

Чтобы не увеличить размеры пятна, оттирать его нужно по направлению от краев к центру.

Следы от магнитов

Единого способа, который поможет отмыть холодильник снаружи от следов магнитов, не существует. Придется по очереди опробовать сразу несколько вариантов. Но один из них гарантировано окажется эффективным.

Для начала стоит попробовать вымыть следы от магнитов раствором для мытья стекол. Если способ не оправдает ожиданий, можно перейти к более агрессивным средствам: ацетону и уксусу.

Следы от шариковой ручки и карандаша

Следы от шариковой ручки на белом холодильнике очень сложно, а иногда и вовсе невозможно отмыть обычной водой. Эффективнее использовать для этих целей нашатырный спирт, ацетон, хозяйственное мыло.

В случае с карандашом можно сначала попытаться оттереть следы ластиком. Если это не поможет – использовать те же средства, что и для удаления чернил.

Как убрать пятна краски для волос с холодильника

Чем раньше удастся обнаружить пятно от краски для волос, тем легче и быстрее пройдет его удаление с поверхности. Со временем пигмент проникнет вглубь покрытия, и спасти положение будет практически невозможно.

Начинать очищать следы от краски для волос можно с теплой мыльной воды. Если прошел небольшой промежуток времени, удалить пятна помогут ацетон, жидкость для снятия лака, сода.

Многие хозяйки утверждают, что с проблемой отлично справляются «Доместос» и другие средства для ухода за сантехникой. Но их рекомендуется использовать, только когда ни один другой метод не дал результата. То же самое касается и любимых многими меламиновых губок, так как они могут поцарапать покрытие.

Чем лучше мыть холодильник снаружи, чтобы не было разводов в домашних условиях без химии

Помыть холодильник снаружи без разводов можно средствами, которые легко найти в ближайшем магазине или аптеке. Результат будет не хуже, чем при использовании химии. Главные отличия – они дешевле, безопаснее и действуют менее агрессивно.

Нашатырь

Помыть холодильник снаружи без разводов поможет нашатырный спирт. Достаточно просто нанести средство на марлевую тряпку и протереть технику со всех сторон.

Нашатырь можно использовать для наружной и внутренней уборки. Во втором случае лучше чистить холодильник вечером и оставить открытым на всю ночь, чтобы он проветрился. Средство отлично устраняет неприятные запахи.

Средство для мытья посуды

Моющее средство для посуды быстро справляется с жирными и другими пятнами. Его также можно использовать для чистки внутренней части холодильника, выдвижных ящиков и полок. Лучше всего моющее средство работает в сочетании с горячей водой. Необходимо разбавить его небольшое количество, вспенить смесь и сразу приступать к уборке.

Уксус

9-процентный уксус удаляет въевшиеся пятна, осветляет желтизну, устраняет неприятный запах. Для приготовления средства необходимо смешать вещество с теплой водой в равных пропорциях. Мыть им можно дверцу, сзади и внутри холодильника.

После уборки необходимо хорошо промыть стенки чистой тряпкой.

Хозяйственное мыло

Домашнее средство отлично очищает резиновые уплотнители. Для его приготовления необходимо растворить в горячей воде натертый на терке кусок хозяйственного мыла.

Во время уборки важно уделить внимание всем складкам, так как именно в них скапливается больше всего грязи. Остатки средства легко смываются чистой водой.

Пищевая сода

Содовый раствор для чистки от загрязнений и устранения неприятного запаха готовится из расчета 1 ст. л. продукта на 1 л теплой воды. Для избавления от желтого цвета на стенках старого холодильника готовится более концентрированная смесь. Сода разводится водой до состояния кашицы.

Аммиак

Смесь аммиака и горячей воды в пропорции 1:7 эффективно удаляет подтеки и засохшие пятна. Работать с ним необходимо в перчатках. Нужно просто смочить тряпку в жидкости, поместить на пятно и оставить на полчаса, после чего протереть губкой и ополоснуть водой.

Зубная паста

Небольшое количество зубной пасты нужно нанести на губку и протереть загрязнения. Средство обладает мягким абразивным эффектом и не царапает пластик или эмаль.

Для уборки также подойдет зубной порошок. Предварительно его нужно смешать с водой до консистенции густой сметаны.

Такими средствами можно мыть холодильник снаружи и изнутри. После уборки важно ополоснуть все поверхности большим количеством чистой воды.

Лимонный сок

Даже несколько капель лимонного сока избавят от неприятного запаха и удалят пятна. Для уборки можно добавить его в воду или сразу протирать поверхности половинкой плода.

Преимущество такого вида уборки дома – средство не нужно тщательно смывать.

Кофе

Главное условие – использовать нужно не растворимый, а заварной кофе, точнее, его гущу. Средство отшелушивает старые засохшие пятна, избавляет от неприятного запаха и долго сохраняет аромат.

Стенки и дверцы металлического холодильника легко отмываются мыльным раствором. Важно учесть, что такие поверхности не любят агрессивные средства. Под их воздействием могут образоваться пятна и трещины на краске.

Чтобы избежать потеков и разводов, после мытья необходимо насухо протирать все поверхности. Действие также убережет от скопления жидкости и образования ржавчины.

Чтобы придать блеск металлическому холодильнику, после уборки можно протереть его нашатырным спиртом или средством для мытья окон. Таким способом можно заодно продезинфицировать поверхности.

Матовые холодильники из нержавеющей стали выглядят эффектно и защищены от коррозии, но очень требовательны в уходе. Использование неправильных чистящих средств приведет к образованию пятен и разводов, которые сложно смыть водой. Категорически запрещены хлор, кислоты и абразивные вещества.

Чистить такой холодильник можно только марлей или мягкой безворсовой тканью. Кроме воды, разрешено использовать моющее для посуды, медицинский спирт и специальные средства для матовых поверхностей.

Чтобы мытье холодильника не занимало много времени, важно привыкнуть делать это регулярно. Свежие загрязнения удаляются быстрее. К тому же это требует меньше усилий, оберегает от появления неприятного запаха и въевшихся пятен.

Как работают холодильники – Объясните это

Как работают холодильники – Объясните это Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 2 января 2022 г.

Вот классная идея: металлический ящик что поможет вашей еде храниться дольше! Вы когда-нибудь останавливались, чтобы подумать, как Холодильник сохраняет прохладу, спокойствие и собранность даже в знойную погоду. летняя жара? Еда портится, потому что в ней размножаются бактерии. Но бактерии растут медленнее при более низких температурах, поэтому чем холоднее вы можете держите еду, тем дольше она продлится. Холодильник — это машина, которая охлаждает пищу с помощью некоторых очень умных устройств. наука. Все время ваш холодильник гудит, жидкости переворачиваются в газы, вода превращается в лед, а ваша еда остается вкусно свежо. Давайте подробнее рассмотрим, как работает холодильник!

Фото: Обычный бытовой холодильник или «холодильник» хранит продукты при температуре примерно 0–5°C (32–41°F). Морозильные камеры работают аналогичным образом, но охлаждают до гораздо более низкой температуры. обычно от -18 до -23 ° C (от 0 до -10 ° F).У этой модели есть холодильник (светло-желтая коробка). вверху), который действует как мини-морозильник, который должен иметь температуру морозильника, а не холодильника.

Как переместить то, что даже не видно

Предположим, что ваша работа на сегодня состоит в том, чтобы очистить конюшню, полную ранга пахнущий конским навозом. Не самая приятная работа, так что вы захотите это сделать как можно быстрее. Вы не сможете переместить все это сразу, потому что его слишком много. Для быстрого выполнения работы необходимо переместите как можно больше навоза за один раз.Лучше всего использовать тачка. Сложите навоз в тачку, катите тачку снаружи, а затем высыпать навоз в кучу во дворе конюшни. С участием за несколько таких поездок можно переложить навоз изнутри конюшни наружу.

Переместить то, что вы видите, легко. Но теперь давайте дадим вам более тяжелая работа. Ваша новая задача состоит в том, чтобы отвести тепло изнутри холодильник наружу, чтобы сохранить продукты свежими. Как ты можешь двигаться что-то не видно? На этот раз вы не можете использовать тачку.Нет только это, но вы не можете открыть дверь, чтобы добраться до жары внутри, или Вы снова впустите тепло. Ваша миссия – удалить жара, постоянно, не открывая двери ни разу. Сложный проблема, а? Но это не невозможно — по крайней мере, если вы понимаете наука о жидкостях и газах.

Рекламные ссылки

Как перемещать тепло с помощью газа

Давайте на мгновение отойдем в сторону и посмотрим, как ведут себя газы. Если у вас есть когда-либо накачивал шины на велосипеде, ты узнаешь, что велосипедный насос скоро становится совсем тепло.Причина в том, что газы нагреваются, когда вы сжать (сжать) их. Чтобы сделать поддержку шины вес велосипеда и вашего тела, вы должны выжать воздух в это при высоком давлении. Насос делает воздух (и насос, через который он проходит) немного горячее. Почему? Как ты выдавить воздух, придется довольно сильно поработать насосом. То энергия, которую вы используете для накачки, преобразуется в потенциальная энергия сжатого газа: газ в шине находится на более высокой давлением и более высокой температурой, чем прохладный воздух вокруг вас.если ты сжать газ в половину объема, тепловая энергия его молекул содержат только половину объема, поэтому температура газа поднимается (становится жарче).

Художественное произведение: газы становятся горячее, когда вы сжимаете их до меньшего объема, потому что вам нужно работать, чтобы подтолкнуть свои энергетические молекулы ближе друг к другу. Например, когда вы накачиваете велосипедную шину, насос всасывает воздух и выдавливает это в меньшее пространство. Это сближает его молекулы (красные капли) и заставляет его нагреваться.

Перемещение большего количества тепла путем превращения газов в жидкости и обратно

Если у вас изобретательный склад ума, вы, вероятно, можете представить себе, как собрать что-то вроде насосного приспособления, которое накачивает велосипедную шину в одном месте, а затем сдувает ее в другом, что будет перемещать тепло между ними. Тем не менее, это неуклюжая идея, и мы не можем перемещать так много тепла: во-первых, нам потребуется очень много газа. Однако мы могли бы переместить приличное количество тепла, позволив газу расширяться и сжиматься гораздо больше, чтобы он превратился в жидкость и обратно, — другими словами, переведя его в другое состояние материи.

Как это работает? Посмотрите, что происходит с аэрозольным баллончиком, содержащим жидкость, хранящуюся под давлением. Когда вы распыляете аэрозоль на руку, вы, вероятно, замечаете, что она очень холодная. Это , частично , потому что часть жидкости охлаждается и испаряется (превращается в газ), когда покидает банку. Но это еще и потому, что часть жидкости попадает на вашу теплую кожу и в этот момент испаряется: она превращается в газ, забирая тепло у вашего тела, и от этого ваша кожа становится прохладнее.Это говорит нам о том, что позволять жидкостям расширяться и превращаться в газы — очень эффективный способ отводить тепло от вещей. В этом нет ничего удивительного: так работает потоотделение, и именно поэтому собаки высовывают язык, чтобы остыть в жаркие дни.

Фото: Жидкости могут превращаться в газы (а газы остывают), когда вы позволяете им расширяться до большего объема. Вот почему аэрозольные баллончики кажутся такими холодными.

Хотя твердые тела и жидкости занимают в целом одинаковое пространство, газы занимают намного больше места, чем они.Молекулы твердого тела или жидкости расположены довольно близко друг к другу и притягиваются друг к другу с большой силой. Когда жидкость превращается в газ или испаряется, некоторые из ее более энергичных молекул расходятся и отрываются. Чтобы это произошло, требуется много энергии, которая известна как скрытая теплота парообразования , и эта энергия должна исходить из самой жидкости или чего-то поблизости. Другими словами, превращение жидкости в газ — это способ изъять энергию из чего-то, а превращение газа обратно в жидкость — это способ снова высвободить эту энергию.По сути, это то, как холодильники передают тепло из своего холодильного шкафа в комнату снаружи. Они превращают жидкость в газ внутри холодильного шкафа (чтобы отобрать тепло от хранящихся продуктов), выкачивают его за пределы шкафа и снова превращают в жидкость (чтобы высвободить тепло снаружи).

Анимация: Основная идея того, что иногда называют механическим охлаждением. Внутри холодильника (1) мы превращаем жидкость в газ, чтобы забрать тепло из холодильного шкафа (2), выкачать его за пределы машины, а затем снова превратить в жидкость, чтобы отдать свое тепло там (3).

Цикл нагрева и охлаждения

Сжимая газы в жидкости, мы можем выделять тепло; позволяя жидкостям расширяться в газы, мы можем впитать тепло. Как мы можем использовать эту удобную часть физики, чтобы сдвинуть тепла изнутри холодильника наружу? Предположим, мы сделали трубу, которая была частично внутри холодильника и частично снаружи, и запечатаны так, чтобы был непрерывный цикл. И предположим, что мы тщательно наполнили трубу выбранное химическое вещество (с низкой температурой кипения), которое легко менялось туда и обратно между жидкостью и газом, который известен как хладагент или хладагент .Внутри холодильника мы могли бы резко расширить трубу, так что жидкий хладагент расширится до газа и охладит холодильную камеру как оно протекало через него. Вне холодильника у нас может быть что-то вроде велосипедного насоса для сжатия газ, выделяя тепло и превращая его обратно в жидкость. Если бы химическое вещество текло вокруг и вокруг петля, расширяющаяся, когда она находилась внутри холодильника, и сжимающаяся когда он был снаружи, он постоянно набирал тепло изнутри и вывести его наружу, как ленту теплового конвейера. Таким образом, мы мог постоянно отводить тепло из холодного места (внутри холодильника) к более горячему (вне его), что не является чем-то, что законы физики не позволяют происходить автоматически (предоставленный самому себе, тепло переходит от более горячих вещей к более холодным).

И, сюрприз-сюрприз, это почти то же самое, что и холодильник. работает. Стоит отметить некоторые дополнительные детали. Внутри холодильник, труба расширяется через сопло, известное как расширительный клапан (точнее, это то, что называется фиксированным отверстием).При прохождении через него жидкого хладагента резко охлаждается и превращает частично в газ. Эту часть науки иногда называют Джоуля-Томсона (или Джоуля-Кельвина) эффект для физиков, которые открыли его Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) и Уильям Томсон. (лорд Кельвин, 1824–1907). Вы не удивитесь, обнаружив, что компрессор снаружи холодильника не очень велосипедный насос! На самом деле это электрический насос. Это вещь, из-за которой холодильник время от времени гудит.Компрессор прикреплен к устройству, похожему на решетку, называемому конденсатором (своего рода тонкий радиатор позади холодильника), который вытесняет нежелательное тепло.

Фото: Влажный воздух внутри вашего холодильника содержит водяной пар. Когда холодильник остывает, эта вода превращается в лед. То Самая холодная часть вашего холодильника — это холодильник в верхней части. Это потому что расширительный клапан находится рядом с ним.

Фото: Компрессор от обычного холодильника.Обратите внимание на трубы, несущие охлаждающую жидкость с одной стороны и выходящие с другой. Вы не сможете увидеть это устройство, если не отодвинете устройство от стены, потому что он спрятан сзади и внизу. Посмотреть больше фотографий из него в поле ниже.

Как работает холодильник

Художественное произведение: основные части холодильника и последовательность их работы.

Вот что происходит в вашем холодильнике, пока мы разговариваем! В левой части рисунка показано что происходит внутри холодильника (где вы храните продукты). Пунктирная линия и розовая область показывают заднюю стенку и изоляцию. отделение внутреннего от внешнего. В правой части изображения показано, что происходит вокруг задней части холодильника. вне поля зрения.

1. Охлаждающая жидкость представляет собой жидкость под давлением, которая поступает в расширительный клапан (желтый). Как это проходит, внезапное падение давления заставляет его расширяться, охлаждаться и частично превращаться в газ (точно так же, как жидкий аэрозоль превращается в холодный газ, когда распыляешь из баллончика на руку).
2. По мере обтекания хладагента холодильного шкафа (обычно вокруг труба, закопанная в заднюю стенку), закипает и полностью превращается в газ, и так поглощает и отводит тепло от пищи внутри.
3. Компрессор выдавливает охлаждающую жидкость, повышая ее температуру и давление. Теперь это горячий газ под высоким давлением.
4. Охлаждающая жидкость течет по тонким патрубкам радиатора на задней стенке холодильника, при этом отдавая тепло и снова превращаясь в жидкость.
5. Теплоноситель течет обратно через изотермический шкаф к расширительному клапану и циклу. повторяется. Таким образом, тепло постоянно забирается изнутри холодильника. и снова положить вне его.

Фото: Так выглядит холодильник в реальности, если заглянуть сзади. Внизу виден большой черный компрессор (на схеме выше он обозначен цифрой 3) и тонкая трубка, через которую проходит охлаждающая жидкость сзади для рассеивания тепла.Очень хорошая идея — раз в несколько месяцев отодвигать его от стены и пылесосить всю пыль, чтобы процесс охлаждения и рассеивания тепла работал более эффективно.

Фото: Вот крупный план. Охлаждающая жидкость течет через более толстую закругленную горизонтальную черную трубу (что соответствует красным линиям под номером 4 на нашей схеме выше). Множество тонких проводов, проходящих между трубами, представляют собой простые ребра радиатора, которые помогают отводить тепло от труб и рассеивать его в воздухе.

Почему охлаждение требует времени?

Как и все остальное в нашей Вселенной, холодильники должны подчиняться фундаментальному закону физики, называемому сохранение энергии. Суть в том, что вы не можете создать энергию из ничего или заставить энергию раствориться в воздухе: вы можете только преобразовывать энергию в другие формы. Это имеет некоторые очень важные последствия для пользователей холодильников.

Во-первых, это развенчивает миф о том, что можно охладить кухню, оставив дверцу холодильника открытой.Не правда! Как мы только что видели, холодильник работает, «всасывая» тепло из холодильного шкафа с охлаждающей жидкостью. затем перекачивание жидкости за пределы шкафа, где она выделяет свое тепло. Таким образом, если вы удаляете определенное количество тепла из холодильника, теоретически точно такое же количество тепла появляется снова, как и сзади (на практике вы получаете немного больше тепла, потому что двигатель не идеально эффективен, и он также отдает тепло). высокая температура). Оставьте дверь открытой, и вы просто переместите тепловую энергию из одной части кухни в другую.

Закон сохранения энергии также объясняет, почему охлаждение или замораживание продуктов в холодильнике или морозильной камере занимает так много времени. Пища содержит много воды, состоящей из очень легких молекул (водород и кислород — два самых легких атома). Даже небольшое количество жидкости на водной основе (или пищи) содержит огромных молекул, каждой из которых требуется энергия для нагревания или охлаждения. Вот почему для того, чтобы вскипятить даже чашку или две воды, требуется пара минут: нужно нагреть гораздо больше молекул, чем если бы вы пытались вскипятить что-то вроде чашки расплавленного железа или металлического свинца.То же самое относится и к охлаждению: требуется энергия и время, чтобы отвести тепло от водянистых жидкостей, таких как фруктовый сок или еда. Вот почему замораживание или охлаждение продуктов занимает так много времени. Дело не в том, что ваш холодильник или морозильник неэффективны: просто вам нужно добавить или убрать большое количество энергии, чтобы водянистые вещества изменили свою температуру более чем на несколько градусов.

Давайте попробуем приблизить все это к цифрам. Количество энергии, необходимое для изменения температуры воды, называется ее удельной теплоемкостью и составляет 4200 джоулей на килограмм на градус Цельсия. Это означает, что вам нужно использовать 4200 джоулей энергии, чтобы нагреть или охладить килограмм воды на один градус (или 8400 джоулей для двух килограммов). Таким образом, если вы хотите заморозить литровую бутылку воды (весом 1 кг) от комнатной температуры 20°C до температуры -20°C, как в морозильной камере, вам потребуется 4200 × 1 кг × 40°C, или 168 000 джоулей. Если морозильная камера вашего холодильника может отводить тепло мощностью 100 ватт (100 джоулей в секунду), это займет 1680 секунд или около получаса.

Как видите, для охлаждения водянистой пищи требуется много энергии.И это, в свою очередь, объясняет, почему холодильники используют столько электричества. По данным Управления энергетической информации США, холодильники потребляют около 7% всего бытового электричества (примерно столько же, сколько телевизоры и связанные с ними бытовые приборы, и менее чем вдвое меньше, чем кондиционеры, которые потребляют целых 17%).

Диаграмма: Потребление электроэнергии в домашних условиях по конечному использованию: Холодильники потребляют 7 процентов бытовой электроэнергии — намного меньше, чем кондиционеры или системы отопления. Основные домашние холодильники потребляют около 77 процентов от общего объема охлаждающей электроэнергии, второстепенные холодильники используют еще 18 процентов, а остальное приходится на дополнительные устройства.Источник: Управление энергетической информации США, 2018 г.

. Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

• Кондиционеры: Работают аналогично холодильникам.
• Осушители: используйте технологию холодильника для удаления воды из вашего дома.
• Состояния материи: почему вещества бывают твердыми, жидкими или газообразными и как они могут меняться туда и обратно в разных условиях.

Артикул

• Термометры для холодильников. Факты о безопасности пищевых продуктов: Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, 30 октября 2017 г.Четкое руководство по безопасному хранению охлажденных продуктов при правильной температуре.
• Холодильник LG с французской дверью сохраняет еду холодной, а пиво — холоднее, Эрик Малиновски. Wired, 12 января 2012 г. Как новый холодильник использует «шоковую заморозку» для охлаждения банок с напитками всего за пять минут.
• Когда холодильники согревают планету Мэтью Л. Уолд. The New York Times, 26 апреля 2011 г. Есть ли надежда, что кто-то сделает экологически чистый холодильник?
• Wired: This Day in Tech: 11 ноября 1930 г.: Эйнштейн становится ледяным, Алексис Мадригал, Wired, 11 ноября 2009 г.Как Альберт Эйнштейн и Лео Силард разработали альтернативный метод охлаждения с использованием химических реакций.
• Разгром холодильника Стивен Куруц. The New York Times, 4 февраля 2009 г. Можно ли обойтись без холодильника? Как некоторые защитники окружающей среды ухитрились жить без него.
• Почему так много холодильников выбрасывается ?: BBC News, 25 ноября 2004 г. Почему холодильники не служат так долго, как раньше?

Книги

Популярные

Технический

Патенты

Работа: Альберт Эйнштейн и Лео Силард разработали революционный холодильник в 1927 году. на который они получили патент в 1930 году.Он не использовал электричество, а вместо этого работал за счет циркуляции аммиака, воды и бутана. Работа из патента США US 1,781,541: Охлаждение. любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Патенты (официальные, юридические записи об изобретениях) — отличный способ получить более подробную информацию о технических устройствах, подобных этому. Вот несколько старых примеров, чтобы заполнить ваши знания. Если вы хотите копнуть еще глубже, начните с многочисленных патентов, поданных Kelvinator и Frigidaire в 1920-х и 1930-х годах.

• Патент США ?: Патентный подъемный холодильник Дж. М. Блейсделла, 21 июля 1874 г. Неэлектрический холодильник с несколько необычной способностью подниматься из подвала на первый этаж вашего дома; это было сделано Блейсделлом и Берли из Санборнтона, Нью-Гэмпшир, США. К сожалению, мне не удалось найти запись об этом в базе данных ВПТЗ США, поэтому вместо этого ссылка приведет вас к музейному изображению и записи.
• Патент США US 1 273 366: Компрессор для холодильного аппарата Фреда Дж. Хайдемана, Kelvinator, 23 июля 1918 г.Компрессор раннего холодильника и используемая им система клапанов.
• Патент США US 1,438,178: Автоматический расширительный клапан для холодильного аппарата Фреда Дж. Хайдемана и Джозефа Н. Хаджиски, Kelvinator, 12 декабря 1922 г. Подробное описание раннего расширительного клапана.
• Патент США US 1,452,461: Холодильный аппарат Кертисса Л. Хилла, 17 апреля 1923 г. Ранний пример современного холодильного шкафа-холодильника.
• Патент США US1,452,461: Холодильный аппарат Чарльза Л.McCuen, Frigidaire, 16 июля 1929 г. Современный холодильник, использующий диоксид серы в качестве хладагента.
• Патент США US 1,452,461: Холодильник Джонатана Фиске, Kelvinator, 6 октября 1931 г. Еще одно полное описание холодильника середины 20-го века.
• Австрийский патент AT133389B: Хладагенты для чиллеров от Frigidaire, 26 мая 1933 г. Один из оригинальных патентов Frigidaire на CFC (автоматически переведен с немецкого Google Patents).
• Патент США US 1,781,541: Охлаждение Альберта Эйнштейна и Лео Силарда.Одной из менее известных блестящих идей Эйнштейна был этот умный холодильник, который не использует электричество.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2022.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2007, 2022) Холодильники. Получено с https://www.explainthatstuff.com/refrigerator.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Больше информации на нашем веб-сайте…

Как работают холодильники – Объясните это

Как работают холодильники – Объясните это Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 2 января 2022 г.

Вот классная идея: металлический ящик что поможет вашей еде храниться дольше! Вы когда-нибудь останавливались, чтобы подумать, как Холодильник сохраняет прохладу, спокойствие и собранность даже в знойную погоду. летняя жара? Еда портится, потому что в ней размножаются бактерии.Но бактерии растут медленнее при более низких температурах, поэтому чем холоднее вы можете держите еду, тем дольше она продлится. Холодильник — это машина, которая охлаждает пищу с помощью некоторых очень умных устройств. наука. Все время ваш холодильник гудит, жидкости переворачиваются в газы, вода превращается в лед, а ваша еда остается вкусно свежо. Давайте подробнее рассмотрим, как работает холодильник!

Фото: Обычный бытовой холодильник или «холодильник» хранит продукты при температуре примерно 0–5°C (32–41°F).Морозильные камеры работают аналогичным образом, но охлаждают до гораздо более низкой температуры. обычно от -18 до -23 ° C (от 0 до -10 ° F). У этой модели есть холодильник (светло-желтая коробка). вверху), который действует как мини-морозильник, который должен иметь температуру морозильника, а не холодильника.

Как переместить то, что даже не видно

Предположим, что ваша работа на сегодня состоит в том, чтобы очистить конюшню, полную ранга пахнущий конским навозом. Не самая приятная работа, так что вы захотите это сделать как можно быстрее.Вы не сможете переместить все это сразу, потому что его слишком много. Для быстрого выполнения работы необходимо переместите как можно больше навоза за один раз. Лучше всего использовать тачка. Сложите навоз в тачку, катите тачку снаружи, а затем высыпать навоз в кучу во дворе конюшни. С участием за несколько таких поездок можно переложить навоз изнутри конюшни наружу.

Переместить то, что вы видите, легко. Но теперь давайте дадим вам более тяжелая работа. Ваша новая задача состоит в том, чтобы отвести тепло изнутри холодильник наружу, чтобы сохранить продукты свежими.Как ты можешь двигаться что-то не видно? На этот раз вы не можете использовать тачку. Нет только это, но вы не можете открыть дверь, чтобы добраться до жары внутри, или Вы снова впустите тепло. Ваша миссия – удалить жара, постоянно, не открывая двери ни разу. Сложный проблема, а? Но это не невозможно — по крайней мере, если вы понимаете наука о жидкостях и газах.

Рекламные ссылки

Как перемещать тепло с помощью газа

Давайте на мгновение отойдем в сторону и посмотрим, как ведут себя газы.Если у вас есть когда-либо накачивал шины на велосипеде, ты узнаешь, что велосипедный насос скоро становится совсем тепло. Причина в том, что газы нагреваются, когда вы сжать (сжать) их. Чтобы сделать поддержку шины вес велосипеда и вашего тела, вы должны выжать воздух в это при высоком давлении. Насос делает воздух (и насос, через который он проходит) немного горячее. Почему? Как ты выдавить воздух, придется довольно сильно поработать насосом. То энергия, которую вы используете для накачки, преобразуется в потенциальная энергия сжатого газа: газ в шине находится на более высокой давлением и более высокой температурой, чем прохладный воздух вокруг вас.если ты сжать газ в половину объема, тепловая энергия его молекул содержат только половину объема, поэтому температура газа поднимается (становится жарче).

Художественное произведение: газы становятся горячее, когда вы сжимаете их до меньшего объема, потому что вам нужно работать, чтобы подтолкнуть свои энергетические молекулы ближе друг к другу. Например, когда вы накачиваете велосипедную шину, насос всасывает воздух и выдавливает это в меньшее пространство. Это сближает его молекулы (красные капли) и заставляет его нагреваться.

Перемещение большего количества тепла путем превращения газов в жидкости и обратно

Если у вас изобретательный склад ума, вы, вероятно, можете представить себе, как собрать что-то вроде насосного приспособления, которое накачивает велосипедную шину в одном месте, а затем сдувает ее в другом, что будет перемещать тепло между ними. Тем не менее, это неуклюжая идея, и мы не можем перемещать так много тепла: во-первых, нам потребуется очень много газа. Однако мы могли бы переместить приличное количество тепла, позволив газу расширяться и сжиматься гораздо больше, чтобы он превратился в жидкость и обратно, — другими словами, переведя его в другое состояние материи.

Как это работает? Посмотрите, что происходит с аэрозольным баллончиком, содержащим жидкость, хранящуюся под давлением. Когда вы распыляете аэрозоль на руку, вы, вероятно, замечаете, что она очень холодная. Это , частично , потому что часть жидкости охлаждается и испаряется (превращается в газ), когда покидает банку. Но это еще и потому, что часть жидкости попадает на вашу теплую кожу и в этот момент испаряется: она превращается в газ, забирая тепло у вашего тела, и от этого ваша кожа становится прохладнее.Это говорит нам о том, что позволять жидкостям расширяться и превращаться в газы — очень эффективный способ отводить тепло от вещей. В этом нет ничего удивительного: так работает потоотделение, и именно поэтому собаки высовывают язык, чтобы остыть в жаркие дни.

Фото: Жидкости могут превращаться в газы (а газы остывают), когда вы позволяете им расширяться до большего объема. Вот почему аэрозольные баллончики кажутся такими холодными.

Хотя твердые тела и жидкости занимают в целом одинаковое пространство, газы занимают намного больше места, чем они.Молекулы твердого тела или жидкости расположены довольно близко друг к другу и притягиваются друг к другу с большой силой. Когда жидкость превращается в газ или испаряется, некоторые из ее более энергичных молекул расходятся и отрываются. Чтобы это произошло, требуется много энергии, которая известна как скрытая теплота парообразования , и эта энергия должна исходить из самой жидкости или чего-то поблизости. Другими словами, превращение жидкости в газ — это способ изъять энергию из чего-то, а превращение газа обратно в жидкость — это способ снова высвободить эту энергию.По сути, это то, как холодильники передают тепло из своего холодильного шкафа в комнату снаружи. Они превращают жидкость в газ внутри холодильного шкафа (чтобы отобрать тепло от хранящихся продуктов), выкачивают его за пределы шкафа и снова превращают в жидкость (чтобы высвободить тепло снаружи).

Анимация: Основная идея того, что иногда называют механическим охлаждением. Внутри холодильника (1) мы превращаем жидкость в газ, чтобы забрать тепло из холодильного шкафа (2), выкачать его за пределы машины, а затем снова превратить в жидкость, чтобы отдать свое тепло там (3).

Цикл нагрева и охлаждения

Сжимая газы в жидкости, мы можем выделять тепло; позволяя жидкостям расширяться в газы, мы можем впитать тепло. Как мы можем использовать эту удобную часть физики, чтобы сдвинуть тепла изнутри холодильника наружу? Предположим, мы сделали трубу, которая была частично внутри холодильника и частично снаружи, и запечатаны так, чтобы был непрерывный цикл. И предположим, что мы тщательно наполнили трубу выбранное химическое вещество (с низкой температурой кипения), которое легко менялось туда и обратно между жидкостью и газом, который известен как хладагент или хладагент .Внутри холодильника мы могли бы резко расширить трубу, так что жидкий хладагент расширится до газа и охладит холодильную камеру как оно протекало через него. Вне холодильника у нас может быть что-то вроде велосипедного насоса для сжатия газ, выделяя тепло и превращая его обратно в жидкость. Если бы химическое вещество текло вокруг и вокруг петля, расширяющаяся, когда она находилась внутри холодильника, и сжимающаяся когда он был снаружи, он постоянно набирал тепло изнутри и вывести его наружу, как ленту теплового конвейера. Таким образом, мы мог постоянно отводить тепло из холодного места (внутри холодильника) к более горячему (вне его), что не является чем-то, что законы физики не позволяют происходить автоматически (предоставленный самому себе, тепло переходит от более горячих вещей к более холодным).

И, сюрприз-сюрприз, это почти то же самое, что и холодильник. работает. Стоит отметить некоторые дополнительные детали. Внутри холодильник, труба расширяется через сопло, известное как расширительный клапан (точнее, это то, что называется фиксированным отверстием).При прохождении через него жидкого хладагента резко охлаждается и превращает частично в газ. Эту часть науки иногда называют Джоуля-Томсона (или Джоуля-Кельвина) эффект для физиков, которые открыли его Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) и Уильям Томсон. (лорд Кельвин, 1824–1907). Вы не удивитесь, обнаружив, что компрессор снаружи холодильника не очень велосипедный насос! На самом деле это электрический насос. Это вещь, из-за которой холодильник время от времени гудит.Компрессор прикреплен к устройству, похожему на решетку, называемому конденсатором (своего рода тонкий радиатор позади холодильника), который вытесняет нежелательное тепло.

Фото: Влажный воздух внутри вашего холодильника содержит водяной пар. Когда холодильник остывает, эта вода превращается в лед. То Самая холодная часть вашего холодильника — это холодильник в верхней части. Это потому что расширительный клапан находится рядом с ним.

Фото: Компрессор от обычного холодильника.Обратите внимание на трубы, несущие охлаждающую жидкость с одной стороны и выходящие с другой. Вы не сможете увидеть это устройство, если не отодвинете устройство от стены, потому что он спрятан сзади и внизу. Посмотреть больше фотографий из него в поле ниже.

Как работает холодильник

Художественное произведение: основные части холодильника и последовательность их работы.

Вот что происходит в вашем холодильнике, пока мы разговариваем! В левой части рисунка показано что происходит внутри холодильника (где вы храните продукты). Пунктирная линия и розовая область показывают заднюю стенку и изоляцию. отделение внутреннего от внешнего. В правой части изображения показано, что происходит вокруг задней части холодильника. вне поля зрения.

1. Охлаждающая жидкость представляет собой жидкость под давлением, которая поступает в расширительный клапан (желтый). Как это проходит, внезапное падение давления заставляет его расширяться, охлаждаться и частично превращаться в газ (точно так же, как жидкий аэрозоль превращается в холодный газ, когда распыляешь из баллончика на руку).
2. По мере обтекания хладагента холодильного шкафа (обычно вокруг труба, закопанная в заднюю стенку), закипает и полностью превращается в газ, и так поглощает и отводит тепло от пищи внутри.
3. Компрессор выдавливает охлаждающую жидкость, повышая ее температуру и давление. Теперь это горячий газ под высоким давлением.
4. Охлаждающая жидкость течет по тонким патрубкам радиатора на задней стенке холодильника, при этом отдавая тепло и снова превращаясь в жидкость.
5. Теплоноситель течет обратно через изотермический шкаф к расширительному клапану и циклу. повторяется. Таким образом, тепло постоянно забирается изнутри холодильника. и снова положить вне его.

Фото: Так выглядит холодильник в реальности, если заглянуть сзади. Внизу виден большой черный компрессор (на схеме выше он обозначен цифрой 3) и тонкая трубка, через которую проходит охлаждающая жидкость сзади для рассеивания тепла.Очень хорошая идея — раз в несколько месяцев отодвигать его от стены и пылесосить всю пыль, чтобы процесс охлаждения и рассеивания тепла работал более эффективно.

Фото: Вот крупный план. Охлаждающая жидкость течет через более толстую закругленную горизонтальную черную трубу (что соответствует красным линиям под номером 4 на нашей схеме выше). Множество тонких проводов, проходящих между трубами, представляют собой простые ребра радиатора, которые помогают отводить тепло от труб и рассеивать его в воздухе.

Почему охлаждение требует времени?

Как и все остальное в нашей Вселенной, холодильники должны подчиняться фундаментальному закону физики, называемому сохранение энергии. Суть в том, что вы не можете создать энергию из ничего или заставить энергию раствориться в воздухе: вы можете только преобразовывать энергию в другие формы. Это имеет некоторые очень важные последствия для пользователей холодильников.

Во-первых, это развенчивает миф о том, что можно охладить кухню, оставив дверцу холодильника открытой.Не правда! Как мы только что видели, холодильник работает, «всасывая» тепло из холодильного шкафа с охлаждающей жидкостью. затем перекачивание жидкости за пределы шкафа, где она выделяет свое тепло. Таким образом, если вы удаляете определенное количество тепла из холодильника, теоретически точно такое же количество тепла появляется снова, как и сзади (на практике вы получаете немного больше тепла, потому что двигатель не идеально эффективен, и он также отдает тепло). высокая температура). Оставьте дверь открытой, и вы просто переместите тепловую энергию из одной части кухни в другую.

Закон сохранения энергии также объясняет, почему охлаждение или замораживание продуктов в холодильнике или морозильной камере занимает так много времени. Пища содержит много воды, состоящей из очень легких молекул (водород и кислород — два самых легких атома). Даже небольшое количество жидкости на водной основе (или пищи) содержит огромных молекул, каждой из которых требуется энергия для нагревания или охлаждения. Вот почему для того, чтобы вскипятить даже чашку или две воды, требуется пара минут: нужно нагреть гораздо больше молекул, чем если бы вы пытались вскипятить что-то вроде чашки расплавленного железа или металлического свинца.То же самое относится и к охлаждению: требуется энергия и время, чтобы отвести тепло от водянистых жидкостей, таких как фруктовый сок или еда. Вот почему замораживание или охлаждение продуктов занимает так много времени. Дело не в том, что ваш холодильник или морозильник неэффективны: просто вам нужно добавить или убрать большое количество энергии, чтобы водянистые вещества изменили свою температуру более чем на несколько градусов.

Давайте попробуем приблизить все это к цифрам. Количество энергии, необходимое для изменения температуры воды, называется ее удельной теплоемкостью и составляет 4200 джоулей на килограмм на градус Цельсия. Это означает, что вам нужно использовать 4200 джоулей энергии, чтобы нагреть или охладить килограмм воды на один градус (или 8400 джоулей для двух килограммов). Таким образом, если вы хотите заморозить литровую бутылку воды (весом 1 кг) от комнатной температуры 20°C до температуры -20°C, как в морозильной камере, вам потребуется 4200 × 1 кг × 40°C, или 168 000 джоулей. Если морозильная камера вашего холодильника может отводить тепло мощностью 100 ватт (100 джоулей в секунду), это займет 1680 секунд или около получаса.

Как видите, для охлаждения водянистой пищи требуется много энергии.И это, в свою очередь, объясняет, почему холодильники используют столько электричества. По данным Управления энергетической информации США, холодильники потребляют около 7% всего бытового электричества (примерно столько же, сколько телевизоры и связанные с ними бытовые приборы, и менее чем вдвое меньше, чем кондиционеры, которые потребляют целых 17%).

Диаграмма: Потребление электроэнергии в домашних условиях по конечному использованию: Холодильники потребляют 7 процентов бытовой электроэнергии — намного меньше, чем кондиционеры или системы отопления. Основные домашние холодильники потребляют около 77 процентов от общего объема охлаждающей электроэнергии, второстепенные холодильники используют еще 18 процентов, а остальное приходится на дополнительные устройства.Источник: Управление энергетической информации США, 2018 г.

. Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

• Кондиционеры: Работают аналогично холодильникам.
• Осушители: используйте технологию холодильника для удаления воды из вашего дома.
• Состояния материи: почему вещества бывают твердыми, жидкими или газообразными и как они могут меняться туда и обратно в разных условиях.

Артикул

• Термометры для холодильников. Факты о безопасности пищевых продуктов: Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, 30 октября 2017 г.Четкое руководство по безопасному хранению охлажденных продуктов при правильной температуре.
• Холодильник LG с французской дверью сохраняет еду холодной, а пиво — холоднее, Эрик Малиновски. Wired, 12 января 2012 г. Как новый холодильник использует «шоковую заморозку» для охлаждения банок с напитками всего за пять минут.
• Когда холодильники согревают планету Мэтью Л. Уолд. The New York Times, 26 апреля 2011 г. Есть ли надежда, что кто-то сделает экологически чистый холодильник?
• Wired: This Day in Tech: 11 ноября 1930 г.: Эйнштейн становится ледяным, Алексис Мадригал, Wired, 11 ноября 2009 г.Как Альберт Эйнштейн и Лео Силард разработали альтернативный метод охлаждения с использованием химических реакций.
• Разгром холодильника Стивен Куруц. The New York Times, 4 февраля 2009 г. Можно ли обойтись без холодильника? Как некоторые защитники окружающей среды ухитрились жить без него.
• Почему так много холодильников выбрасывается ?: BBC News, 25 ноября 2004 г. Почему холодильники не служат так долго, как раньше?

Книги

Популярные

Технический

Патенты

Работа: Альберт Эйнштейн и Лео Силард разработали революционный холодильник в 1927 году. на который они получили патент в 1930 году.Он не использовал электричество, а вместо этого работал за счет циркуляции аммиака, воды и бутана. Работа из патента США US 1,781,541: Охлаждение. любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Патенты (официальные, юридические записи об изобретениях) — отличный способ получить более подробную информацию о технических устройствах, подобных этому. Вот несколько старых примеров, чтобы заполнить ваши знания. Если вы хотите копнуть еще глубже, начните с многочисленных патентов, поданных Kelvinator и Frigidaire в 1920-х и 1930-х годах.

• Патент США ?: Патентный подъемный холодильник Дж. М. Блейсделла, 21 июля 1874 г. Неэлектрический холодильник с несколько необычной способностью подниматься из подвала на первый этаж вашего дома; это было сделано Блейсделлом и Берли из Санборнтона, Нью-Гэмпшир, США. К сожалению, мне не удалось найти запись об этом в базе данных ВПТЗ США, поэтому вместо этого ссылка приведет вас к музейному изображению и записи.
• Патент США US 1 273 366: Компрессор для холодильного аппарата Фреда Дж. Хайдемана, Kelvinator, 23 июля 1918 г.Компрессор раннего холодильника и используемая им система клапанов.
• Патент США US 1,438,178: Автоматический расширительный клапан для холодильного аппарата Фреда Дж. Хайдемана и Джозефа Н. Хаджиски, Kelvinator, 12 декабря 1922 г. Подробное описание раннего расширительного клапана.
• Патент США US 1,452,461: Холодильный аппарат Кертисса Л. Хилла, 17 апреля 1923 г. Ранний пример современного холодильного шкафа-холодильника.
• Патент США US1,452,461: Холодильный аппарат Чарльза Л.McCuen, Frigidaire, 16 июля 1929 г. Современный холодильник, использующий диоксид серы в качестве хладагента.
• Патент США US 1,452,461: Холодильник Джонатана Фиске, Kelvinator, 6 октября 1931 г. Еще одно полное описание холодильника середины 20-го века.
• Австрийский патент AT133389B: Хладагенты для чиллеров от Frigidaire, 26 мая 1933 г. Один из оригинальных патентов Frigidaire на CFC (автоматически переведен с немецкого Google Patents).
• Патент США US 1,781,541: Охлаждение Альберта Эйнштейна и Лео Силарда.Одной из менее известных блестящих идей Эйнштейна был этот умный холодильник, который не использует электричество.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2022.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2007, 2022) Холодильники. Получено с https://www.explainthatstuff.com/refrigerator.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Больше информации на нашем веб-сайте…

Утилизация холодильников выбрасывает озоноразрушающие химические вещества — ScienceDaily

Измельченная пенопластовая изоляция выброшенных холодильников выбрасывает в атмосферу значительное количество озоноразрушающих хлорфторуглеродов, или ХФУ, и чем мельче пена, тем быстрее выброс, сообщает датский исследователь.

Первое исследование, посвященное тому, как и как быстро выделяются газообразные фреоны из пенопластовой изоляции, используемой в старых холодильниках, опубликовано в выпуске журнала Environmental Science & Technology от 15 июля, рецензируемого журналом Американского химического общества, крупнейшего в мире научного общества.

Более восьми миллионов холодильников и морозильников в Соединенных Штатах подходят к концу своего срока службы и ежегодно выбрасываются, как правило, на свалку, где они измельчаются для извлечения металлолома. Измельчение одного выброшенного холодильника может привести к быстрому выбросу более 100 граммов ХФУ-11 в окружающую среду, сообщает Питер Кьелдсен, доктор философии, доцент Датского технического университета. По его словам, все 500 граммов газообразного фреона в изоляции каждого холодильника — в общей сложности почти 4000 тонн выбросов фреона — могут в конечном итоге просочиться из приборов в течение следующих 300 лет.

«Будущие концентрации ХФУ-11 в атмосфере и их влияние на озоновый слой будут в основном зависеть от продолжающегося выброса изоляционных пен», — сказал Кьелдсен.

Сравнивая свои лабораторные скорости выделения ХФУ с компьютерными моделями, исследователи обнаружили, что весь газ ХФУ, содержащийся в энергосберегающей изоляции, медленно, но верно высвобождается после того, как пенопласт разрывается. Он отметил, что чем меньше размер измельченной пены, тем быстрее высвобождается. По словам Кьелдсена, некоторые другие страны, в том числе Дания, утилизируют пенопласт перед тем, как утилизировать холодильник, что исключает большую часть выбросов ХФУ.

Хотя ХФУ были разработаны в 1930-х годах, большая часть выбросов ХФУ приходится на холодильники, произведенные в 1980-х годах, когда использовался новый тип изоляционной пены с использованием этого материала. По словам Кьелдсена, приборы обычно служат около 20 лет.

«Использование этих результатов может помочь в оценке изменений концентрации ХФУ-11 в атмосфере в будущем», — сказал он. «Они помогают лучше понять очень важный источник ХФУ».

Хлор, содержащийся в фреонах, повреждает озоновый слой Земли, тонкий слой кислорода, защищающий планету от ультрафиолетового излучения.Один атом хлора, содержащийся в фреонах, а также встречающийся в природе, может разрушить более 100 000 молекул озона, хотя со временем озон можно преобразовать в результате химической реакции, стимулируемой солнечным светом. Верхняя часть атмосферы, известная как стратосфера, содержит около 3 миллиардов килограммов озона — достаточно, чтобы создать слой толщиной около одной восьмой дюйма, который окружает земной шар.

Истощение озонового слоя приводит к повышению уровня определенного типа ультрафиолетового (УФ) излучения, достигающего поверхности земли.Предыдущие испытания показали, что более высокие уровни УФ-В увеличивают риск рака кожи, наносят вред растениям, сокращают популяцию морских обитателей и способствуют увеличению выбросов углекислого газа и других парниковых газов, которые, как считается, ответственны за потепление атмосферы. Агентство по охране окружающей среды США.

Из-за опасности истощения озонового слоя более 120 стран подписали в 1987 году «Монреальский протокол» по контролю за выбросами ХФУ. После 1995 года, когда производство большинства фреонов прекратилось, их перестали использовать в аэрозольных баллончиках и в охлаждающей жидкости, известной как фреон™.В новых продуктах, включая холодильники, используются заменители с аналогичными свойствами. Дополнительные количества ХФУ-11 можно найти в кондиционерах, изоляции и некоторых промышленных приборах. Другой тип CFC используется в продукте, продаваемом как Styrofoam™.

Упомянутое выше исследование частично финансировалось Датским советом технических исследований.

Петер Кьелдсен, доктор философии, доцент кафедры окружающей среды и ресурсов Датского технического университета в Люнгбю, Дания.

Источник истории:

Материалы предоставлены Американским химическим обществом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Холодильник без жидкого хладагента: как «извращенная» идея может революционизировать холодильную технику

Посреди ночи низкочастотный гудящий звук компрессора холодильника, вероятно, является самым распространенным шумом в каждом доме.Система охлаждения холодильника сжимает и обеспечивает циркуляцию паров хладагента, отводя тепло изнутри холодильника.

Но эта традиционная технология охлаждения сталкивается с проблемой. В исследовании, опубликованном в журнале Science , группа исследователей из Университета Техаса в Далласе (UT Dallas) разработала совершенно новый метод охлаждения, основанный на скрученных и свернутых эластичных волокнах.

Хотя в большинстве современных холодильников и кондиционеров больше не используются хладагенты, разрушающие озоновый слой, такие как хлорфторуглероды (ХФУ), хладагенты внутри них могут создавать сильный парниковый эффект и представлять опасность для здоровья в случае их утечки.Более того, традиционные системы на основе сжатия уже достигают максимальной эффективности охлаждения, которая составляет около 60%.

По данным команды UT Dallas и их сотрудников из США и Китая, в инновационной твердотельной системе охлаждения используются не жидкие хладагенты, а скрученные волокна, изготовленные из эластичных материалов, таких как натуральный каучук, никель-титановые проволоки и полиэтиленовая леска. . Когда скрученные волокна раскручиваются и растягиваются, температура их поверхности падает, создавая эффект охлаждения из-за изменения энтропии материалов.Этот так называемый «твистокалорический» процесс может обеспечить теоретическую эффективность охлаждения до 84%.

В интервью по электронной почте LabRoots связалась с доктором Рэем Боугманом, профессором химии и почетным заведующим кафедрой химии Роберта А. Уэлча в UT Dallas, который также является соответствующим автором статьи. Он рассказал о том, что вдохновило их на изучение твердотельного охлаждения скрученных волокон.

«Наше открытие твистокалорного охлаждения было случайным. Ранее мы обнаружили, что обычные полимерные волокна создают мощные искусственные мышцы, которые можно приводить в действие термически», — сослался Боуман на одну из своих публикаций 2014 года, в которой описывались искусственные мышцы, сделанные из лески и швейных ниток.

Дешевые полимеры скручиваются в мышцы со сверхчеловеческой силой (Chemistry World)

В текущем исследовании ученые-химики успешно построили прототип холодильника на основе никель-титанового волокна. Он может охладить проточную воду на 7,7°C за один цикл. Но они не остановятся на достигнутом. «Мы уже сделали улучшенные прототипы, которые будут описаны в будущих публикациях, и наша работа по созданию улучшенных кулеров продолжается», — сказал Боуман.

«Кроме того, в то время как в нашей первоначальной работе использовались коммерчески доступные волокна, в настоящее время мы оптимизируем твистокалорические свойства, используя специально подготовленные нити и волокна», — добавил он.

Усталость материала, ухудшение и ослабление структуры может произойти с материалом после того, как он выполнил повторяющуюся циклическую работу. «Усталость материала является проблемой для ранее исследованных механокалорических материалов, учитывая огромное количество циклов, необходимых для более чем десятилетнего срока службы обычных холодильников», — сказал Боуман.«Мы еще не сталкивались с проблемой усталости, поскольку в настоящее время мы исследовали только несколько тысяч циклов. Однако мы тщательно изучим этот вопрос в будущей работе и соответствующим образом оптимизируем наш выбор пряжи и волокон с крутизной калории».

В пресс-релизе д-р Боуман также прокомментировал предполагаемое развитие и потенциальную коммерциализацию своей идеи твердотельного холодильника.

«На пути от этих первоначальных открытий до () коммерциализации твист-холодильников для различных крупномасштабных и мелких применений существует множество проблем и возможностей», — сказал он.«Среди задач — необходимость продемонстрировать усовершенствованные устройства и материалы, которые обеспечивают целевой срок службы цикла и эффективность за счет рекуперации части подводимой механической энергии. Возможности включают использование твистокалорных материалов с оптимизированными характеристиками, а не нескольких коммерчески доступных кандидатов, которые в настоящее время изучаются».

Источник: Ars Technica

11.8: Тепловые двигатели и холодильники

Рисунок XI.8 схематично показан путь, пройденный состоянием рабочего тела, – обобщенная тепловая машина. В верхней части цикла (сплошная кривая) рабочее тело расширяется, а машина совершает работу. Работа, выполненная на двигателя, равна ∫ PdV или площади под этой частью кривой. В нижней части цикла (штриховая кривая) происходит сжатие рабочего тела; работа ведется на ит. Эта работа представляет собой площадь под пунктирной частью цикла. чистая работа, проделанная на двигатель во время цикла, это работа, выполненная на двигатель, когда он расширяется минус работа, выполненная на во время части цикла сжатия, и это область , заключенная в цикле .

В течение одной части цикла любой тепловой машины тепло передается двигателю, а в течение других частей тепла теряется из его. Как описано в разделе 11.1, КПД η тепловой машины определяется как

\[ \eta=\frac{\textbf{ net} ~ \text{внешняя работа} ~ \textbf{by} ~ \text{двигатель во время цикла}}{\text {подведенное тепло} ~ \textbf{ to} ~ \textbf{двигатель во время цикла. }}\]

Обратите внимание, что слово «net» отсутствует в знаменателе. Эффективность также может быть рассчитана из

\[ \eta=\frac{Q_{\text {in}}-Q_{\text{out}}}{Q_{\text{in}}},\]

, хотя я подчеркиваю, что это не определение .

В двигателе Карно , который является наиболее эффективным мыслимым двигателем для данной температуры источника и стока, КПД составляет

.

\[ \eta=\frac{T_{2}-T_{1}}{T_{2}},\]

, где T ₂ и T ₁ — соответственно температуры горячего источника и холодного стока.

Если рабочее тело брать за цикл в плоскости PV в направлении против часовой стрелки , то устройство является холодильником .

В этом случае площадь, ограниченная циклом, равна чистой работе, совершаемой над рабочим телом. Если холодильник работает по обратному циклу Карно , рабочее тело получает (от чего бы оно ни пыталось охладить) количество теплоты Q ₁ по мере изотермического расширения от d до c (см. рис. XI.1, но с перевернутыми стрелками) и выбрасывает a (большее) количество теплоты Q ₂ при изотермическом сжатии от b до а .Это количество Q ₂ выбрасывается в комнату, поэтому при включении холодильника в комнате становится теплее. (Что – вы никогда не замечали?) Холодильный эффект равен Q ₁ , так как это количество теплоты, полученное холодильником от охлаждаемого тела.

Коэффициент полезного действия холодильника определяется

\[ \frac{\text { охлаждающий эффект}}{\text {совершенная чистая работа} ~ \textbf{on} ~ \text{двигатель во время цикла.}}\]

По первому закону термодинамики знаменатель выражения равен Q ₂ − Q ₁ , а для обратимого цикла Карно энтропия in равна энтропии out, так что Q ₂ / Q ₁ = T ₂ / T ₁ . Следовательно, коэффициент полезного действия холодильного цикла Карно можно рассчитать по формуле

.

\[ \frac{T_{1}}{T_{2}-T_{1}}.\]

Это значение, конечно, может быть намного больше 1, но ни один холодильник, работающий между одинаковыми температурами источника и стока, не может иметь коэффициент полезного действия больше, чем у реверсивного холодильника Карно.

Конечно, рабочее тело в реальном холодильнике («холодильнике») не является идеальным газом, и при этом не следует циклу Карно — слишком много практических трудностей на пути к осуществлению этой идеальной мечты. Как упоминалось в другом месте этого курса, я не практичный человек и не умею описывать настоящие, практичные машины.Фундаментальные принципы, описанные в этом разделе, безусловно, по-прежнему применимы в реальном мире! В реальном холодильнике рабочее вещество (хладагент ) представляет собой летучую жидкость, которая испаряется в одной части работы и конденсируется в жидкость в другой части. В промышленных холодильниках хладагентом может быть аммиак, но он считается слишком опасным для бытового использования. «Фреон», представляющий собой смесь хлорфторуглеродов, таких как CCl ₂ F ₂ , какое-то время был в моде, но уже некоторое время было известно, что выделяющиеся хлорфторуглероды вызывают расщепление озона (O ₃ ) в атмосферу, тем самым разрушая нашу защиту от ультрафиолетового излучения Солнца.Хлорфторуглероды были в значительной степени заменены гидрофторуглеродами, такими как C ₂ H ₂ F ₄ , которые, как считается, менее разрушительны для озонового слоя. Точная формула или смесь, несомненно, является коммерческой тайной.

Жидкость нагнетается по системе труб с помощью насоса, называемого компрессором . Незадолго до того, как жидкость попадает в морозильную камеру, она уже находится в жидком состоянии и движется по довольно узким трубкам. Затем через сопло он попадает в систему более широких труб (испаритель ), окружающих морозильник, и там испаряется, забирая тепло от пищи и воздуха в морозильнике. Вентилятор также может распределять охлажденный воздух по остальной части холодильника. После выхода из морозильной камеры пар возвращается в компрессор, где он, разумеется, сжимается (поэтому насос и называется компрессором). Это производит тепло, которое рассеивается в помещении, когда жидкость проталкивается через ряд труб и лопастей, известных как конденсатор, в задней части холодильника, где жидкость снова конденсируется в жидкую форму. Затем цикл начинается заново.

Следующая сводка по тепловым двигателям и холодильникам Карно может оказаться полезной.(Но просто помните, что, хотя циклы Карно являются наиболее эффективными двигателями и холодильниками для заданных температур источника и стока, практическая реализация реального двигателя или холодильника может не быть идентична этому теоретическому идеалу.)

Обозначение :

T ₂ = более высокая температура

T ₁ = температура охладителя

Q ₂ = тепло, полученное или потерянное на T ₂

Q ₁ = тепло, полученное или потерянное на T ₁

\( \Delta S=0 \qquad \frac{Q_{1}}{T_{1}}=\frac{Q_{2}}{T_{2}}\)

Тепловая машина :

\(\Delta U=0 \quad \text {Сетевая работа выполнена}~ \textbf{by} ~ \text{engine }=Q_{2}-Q_{1}. \)

\( \text { Эффективность } \eta=\frac{Q_{in}-Q_{\text {out}}}{Q_{\text {in}}}=\frac{Q_{2}-Q_{1 }}{Q_{2}}=\frac{T_{2}-T_{1}}{T_{2}}\)

Холодильник :

\(\Delta U=0 \qquad \text {Сетевая работа выполнена} ~ \textbf{ вкл} ~ \text{холодильник }=Q_{2}-Q_{1}\)

\( \text {Коэффициент производительности} P=\frac{Q_{\text {in}}}{Q_{\text { oxt}}-Q_{\text {in}}}=\frac{Q_{1 }}{Q_{2}-Q_{1}}=\frac{T_{1}}{T_{2}-T_{1}}\)

Тепловой насос :

Принцип работы теплового насоса такой же, как и у холодильника, за исключением того, что его назначение другое.Цель холодильника — извлекать тепло из чего-либо (например, из еды) и, таким образом, делать его холоднее. То, что извлекаемое таким образом тепло поступает в помещение, чтобы сделать его теплее (по крайней мере, в принципе), является случайным. Важно то, сколько тепла извлекается из пищи, и поэтому уместно определить коэффициент полезного действия холодильника как охлаждающий эффект (т. е. Q ₁ ), деленный на чистую выполненную работу. в холодильнике за цикл.Но с тепловым насосом цель состоит в том, чтобы нагреть комнату , извлекая тепло извне. То, что на улице может стать прохладнее (по крайней мере, в принципе), это случайно. Таким образом, для теплового насоса подходящим определением коэффициента полезного действия является тепловой эффект (т. е. Q ₂ ), разделенный на чистую работу, выполняемую холодильником за цикл.

\( \Delta U=0 \qquad \text { Чистая работа выполнена} ~ \textbf{on} ~ \text{тепловой насос }=Q_{2}-Q_{1}\)

\( \text{Коэффициент производительности} ~ P=\frac{Q_{\mathrm{out}}}{Q_{\mathrm{out}}-Q_{\mathrm{in}}}=\frac{Q_{ 2}}{Q_{2}-Q_{1}}=\frac{T_{2}}{T_{2}-T_{1}}\)

Из этого уравнения видно, что чем теплее снаружи ( T ₁ ), тем больше коэффициент полезного действия.Поэтому вы можете задаться вопросом, практично ли использовать тепловой насос для обогрева здания в холодном климате, например, зимой в Квебеке. А если нет, то можно ли придумать двигатель, который одновременно является холодильником и тепловым насосом; то есть он извлекает тепло из (т.е. охлаждает) пищу и передает это тепло (плюс немного больше из-за работы, выполняемой холодильником/тепловым насосом) в комнату, чтобы эффективно обогреть комнату. . На это есть ответ в статье в Victoria Times-Colonist от 11 июня 2006 года, которую я с разрешения воспроизвожу ниже.

Кондиционер

Назначение холодильника («холодильник») — откачивать некоторое количество тепла Q ₁ из пищи (или чего-либо, что должно оставаться прохладным). Величина Q ₁ представляет собой «эффект охлаждения». При работе холодильника в помещение выделяется несколько большее количество Q ₂ тепла, хотя это не должно приводить к очень заметному повышению температуры помещения, отчасти потому, что помещение имеет большую теплоемкость , и отчасти потому, что большая часть этого тепла будет теряться через окна. Коэффициент производительности холодильника представляет собой охлаждающий эффект за цикл, Q ₁ , разделенный на чистую работу, выполненную холодильником за цикл, и для цикла Карно его можно рассчитать по формуле T ₁ /( Т ₂ − Т ₁ ).

Целью теплового насоса является перекачка некоторого количества тепла Q ₁ извне и (за счет работы насоса) перекачка большего количества Q ₂ тепла в помещение – достаточно большой, чтобы заметно нагреть комнату, если не держать все окна настежь открытыми.Таким образом, коэффициент производительности должен быть определен как Q ₂ , деленное на чистую работу, выполняемую холодильником за цикл. Для цикла Карно его можно рассчитать по формуле T ₂ /( T ₂ − T ₁ ).

Есть и третья возможность, а именно кондиционер. Это будет включать в себя осушитель, но в нашем нынешнем контексте мы рассматриваем его как устройство, целью которого является перекачка тепла из комнаты наружу, а не извне в комнату.В случае успеха в помещении станет прохладнее, чем снаружи. Таким образом, кондиционер больше похож на холодильник в том смысле, что коэффициент полезного действия равен количеству тепла Q ₁ , извлекаемому за цикл из помещения, деленному на чистую работу, выполненную машиной за цикл. Для цикла Карно его можно рассчитать как T ₁ / ( T ₂ − T ₁ ).

\( \Delta U=0 \qquad \text {Сетевая работа выполнена} ~ \textbf{вкл} ~ \text{кондиционер }=Q_{2}-Q_{1}\).

\(\ text { Коэффициент полезного действия } P = \ frac {Q _ {\ text { in }}} {Q _ {\ text { out }} -Q _ {\ text { in }}} = \ frac {Q_ {1 }}{Q_{2}-Q_{1}}=\frac{T_{1}}{T_{2}-T_{1}}\).

Те, кто дочитал до этого момента, поймут, что существуют вещи, называемые тепловыми двигателями , холодильниками , тепловыми насосами и кондиционерами , которые представлены циклами Карно или аналогичными циклами со стрелками, идущими в разных направлениях, несколько уравнений с разными нижними индексами и слегка отличающиеся определения эффективности или коэффициента производительности. С тех пор, как я подготовил эти заметки, я обнаружил, что в реальном мире действительно существуют настоящие прочные машины, называемые тепловыми двигателями, холодильниками, тепловыми насосами и кондиционерами . Я нашел две очень милые небольшие брошюры, описывающие настоящие тепловые насосы и настоящие кондиционеры, а также способы их установки для обогрева или охлаждения вашего дома. Они называются Отопление и охлаждение с тепловым насосом и Кондиционирование воздуха в вашем доме , каждая примерно по 50 страниц. Мои экземпляры датированы 1996 годом, переработаны в 2004 году, хотя я осмелюсь сказать, что вы могли бы получить более свежие экземпляры.Их можно бесплатно получить в Energy Publications, Office of Energy Efficiency, Natural Resources Canada, c/o SJDS, 1779 Pink Road, Gatineau, Province of Québec, Canada J9J 3N7. Я нашел их очаровательными.

Охлаждение – Энциклопедия Нового Света

Бытовой холодильник с открытой дверцей.

Охлаждение — это процесс отвода тепла из замкнутого пространства или вещества и отвод его в другом месте с основной целью — понизить температуру помещения или вещества, а затем поддерживать эту более низкую температуру.Термин «охлаждение» обычно относится к любому естественному или искусственному процессу, посредством которого рассеивается тепло. Область исследований, занимающаяся искусственным созданием экстремально низких температур, называется криогеникой .

Холод есть отсутствие тепла, следовательно, чтобы понизить температуру, «отбирают тепло», а не «добавляют холод». Чтобы удовлетворить второму закону термодинамики, при отводе тепла должна выполняться определенная работа. Эта работа традиционно представляет собой механическую работу, но ее также можно выполнять с помощью магнетизма, лазера или других средств.

Исторические приложения

Сбор льда

Использование льда для охлаждения и сохранения продуктов восходит к доисторическим временам. ^[1] На протяжении веков сезонный сбор снега и льда был обычной практикой большинства древних культур: китайцев, евреев, греков, римлян, персов. Лед и снег хранились в пещерах или землянках, выстланных соломой или другими изоляционными материалами. Персы хранили лед в ямах, называемых яхчалами. Нормирование льда позволило сохранить продукты в теплое время года.Эта практика хорошо работала на протяжении веков, а ледники использовались и в двадцатом веке.

В шестнадцатом веке открытие химического охлаждения было одним из первых шагов к искусственным средствам охлаждения. Нитрат натрия или нитрат калия при добавлении в воду понижал температуру воды и создавал своего рода охлаждающую ванну для охлаждения веществ. В Италии такой раствор использовали для охлаждения вина. ^[2]

В первой половине девятнадцатого века сбор льда в Америке стал крупным бизнесом.Житель Новой Англии Фредерик Тюдор, который стал известен как «Ледяной король», работал над разработкой более качественных изоляционных материалов для транспортировки льда на большие расстояния, особенно в тропики.

Первые холодильные системы

Первый известный метод искусственного охлаждения был продемонстрирован Уильямом Калленом в Университете Глазго в Шотландии в 1756 году. Каллен использовал насос для создания частичного вакуума над контейнером с диэтиловым эфиром, который затем кипел, поглощая тепло из окружающего воздуха.Эксперимент даже создал небольшое количество льда, но практического применения в то время не имел.

В 1805 году американский изобретатель Оливер Эванс спроектировал, но так и не построил холодильную систему, основанную на парокомпрессионном холодильном цикле, а не на химических растворах или летучих жидкостях, таких как этиловый эфир.

В 1820 году британский ученый Майкл Фарадей сжижал аммиак и другие газы, используя высокое давление и низкие температуры.

Американец Джейкоб Перкинс, проживающий в Великобритании, получил первый патент на парокомпрессионную холодильную систему в 1834 году.Перкинс построил прототип системы, и он действительно работал, хотя и не имел коммерческого успеха. ^[3]

В 1842 году американский врач Джон Горри разработал первую систему охлаждения воды для производства льда. Он также задумал использовать свою систему охлаждения для охлаждения воздуха в домах и больницах (т. е. для кондиционирования воздуха). Его система сжимала воздух, а затем частично охлаждала горячий сжатый воздух водой, прежде чем позволить ему расшириться, выполняя часть работы, необходимой для привода воздушного компрессора.Это изоэнтропическое расширение охладило воздух до температуры, достаточно низкой, чтобы заморозить воду и произвести лед, или чтобы течь «по трубе для охлаждения в противном случае», как указано в его патенте, выданном Патентным бюро США в 1851 году. ^[4] Горри построил рабочий прототип, но его система потерпела неудачу с коммерческой точки зрения.

Александр Твининг начал экспериментировать с парокомпрессионным охлаждением в 1848 году и получил патенты в 1850 и 1853 годах. Ему приписывают начало коммерческого охлаждения в Соединенных Штатах к 1856 году.

Dunedin , первый коммерчески успешный рефрижератор.

Тем временем Джеймс Харрисон, родившийся в Шотландии и впоследствии эмигрировавший в Австралию, начал эксплуатацию механической машины для производства льда в 1851 году на берегу реки Барвон в Роки-Пойнт в Джилонге. Его первая коммерческая машина для производства льда последовала в 1854 году, а в 1855 году был выдан патент на компрессионную охлаждающую систему на основе эфира и жидкости. в операции.

Австралийские, аргентинские и американские концерны экспериментировали с рефрижераторными перевозками в середине 1870-х годов, первый коммерческий успех пришел, когда Уильям Солтау Дэвидсон установил компрессионную холодильную установку на новозеландское судно Dunedin в 1882 году, что привело к мясному и молочному буму в Австралии и Южной Америки.

Первая газоабсорбционная холодильная система с использованием газообразного аммиака, растворенного в воде (так называемая «аммиачная вода»), была разработана Фердинандом Карре из Франции в 1859 году и запатентована в 1860 году. Из-за токсичности аммиака такие системы не разрабатывались для использования в домашних условиях, а использовались для производства льда на продажу. В Соединенных Штатах потребители в то время все еще использовали ящики для льда со льдом, доставленным от коммерческих поставщиков, многие из которых все еще собирали лед и хранили его в леднике.

Таддеус Лоу, американский воздухоплаватель времен Гражданской войны, много лет экспериментировал со свойствами газов. Одним из его основных предприятий было крупносерийное производство газообразного водорода.Он также получил несколько патентов на машины для производства льда. Его «Компрессионный льдогенератор» произвел революцию в индустрии холодильных камер. В 1869 году он и другие инвесторы приобрели старый пароход, на который погрузили одну из холодильных установок Лоу и начали доставлять свежие фрукты из Нью-Йорка на побережье Мексиканского залива, а также свежее мясо из Галвестона, штат Техас, обратно в Нью-Йорк. Из-за отсутствия у Лоу знаний о судоходстве бизнес обернулся дорогостоящим провалом, и публике было трудно привыкнуть к мысли о возможности потреблять мясо, которое так долго не выпускалось из упаковочного цеха.

Бытовые механические холодильники стали доступны в США примерно в 1911 году. ^[5]

Широкое коммерческое использование

К 1870-м годам пивоварни стали крупнейшими пользователями коммерческих холодильных установок, хотя некоторые из них все еще полагались на собранный лед. Хотя на рубеже двадцатого века промышленность по сбору льда значительно выросла, загрязнение и сточные воды начали проникать в естественный лед, что сделало его проблемой в пригородах мегаполисов. Со временем пивоварни начали жаловаться на испорченный лед.Это повысило спрос на более современные и готовые к использованию холодильные машины и машины для производства льда. В 1895 году немецкий инженер Карл фон Линде разработал крупномасштабный процесс производства жидкого воздуха и, в конечном итоге, жидкого кислорода для использования в безопасных бытовых холодильниках.

Вагоны-рефрижераторы были введены в США в 1840-х годах для краткосрочной перевозки молочных продуктов. В 1867 году Дж. Б. Сазерленд из Детройта, штат Мичиган, запатентовал автомобиль-рефрижератор с резервуарами для льда на обоих концах автомобиля и вентиляционными заслонками у пола, которые создавали гравитационную тягу холодного воздуха через автомобиль.

К 1900 году мясоперерабатывающие предприятия Чикаго перешли на коммерческое охлаждение с аммиачным циклом. К 1914 году почти везде использовалось искусственное охлаждение. Крупные упаковщики мяса «Армор», «Свифт» и «Уилсон» закупили самые дорогие агрегаты, которые они установили в вагонах поездов, в филиалах и на складах в более отдаленных районах дистрибуции.

Только в середине двадцатого века холодильные установки были разработаны для установки на тягачи с прицепом (грузовые или грузовые автомобили).Рефрижераторы используются для перевозки скоропортящихся продуктов, таких как замороженные продукты, фрукты и овощи, а также чувствительные к температуре химические вещества. Большинство современных холодильников поддерживают температуру от -40 до +20 °C и имеют максимальную полезную нагрузку около 24 000 кг. общий вес (в Европе).

Домашнее и бытовое использование

С изобретением синтетических холодильников, основанных в основном на хлорфторуглероде (ХФУ), стали возможны более безопасные холодильники для домашнего и потребительского использования. Фреон является товарным знаком корпорации DuPont и относится к хладагентам CFC, а затем к гидрохлорфторуглеродам (HCFC) и гидрофторуглеродам (HFC).

Разработанные в конце 1920-х годов, эти хладагенты в то время считались менее вредными, чем обычно используемые хладагенты того времени, включая метилформиат, аммиак, метилхлорид и диоксид серы. Намерение состояло в том, чтобы предоставить холодильное оборудование для домашнего использования, не подвергая опасности жизнь жильцов. Эти хлорфторуглеродные хладагенты отвечают этой потребности.

Монреальский протокол

В 1989 г. хладагенты на основе хлорфторуглеродов были запрещены Монреальским протоколом из-за негативного воздействия, которое они оказывают на озоновый слой. Монреальский протокол был ратифицирован большинством стран-производителей и потребителей ХФУ в Монреале, Квебек, Канада, в сентябре 1987 года. Гринпис возражал против ратификации, потому что вместо этого Монреальский протокол ратифицировал использование холодильного оборудования с ГФУ, которое не разрушает озоновый слой, но все же оказывает сильное влияние на глобальное потепление. газы. В поисках альтернативы бытовому охлаждению компания dkk Scharfenstein (Германия) в 1992 году при содействии Гринпис разработала холодильник на основе пропана, а также холодильник без ГФУ.

Принципы Монреальского протокола были введены в действие в Соединенных Штатах посредством Закона о чистом воздухе в августе 1988 года. В Закон о чистом воздухе были внесены дополнительные поправки в 1990 году. Rowland-Molina ^[6] , в котором подробно описывается, как хлор в хладагентах CFC и HCFC неблагоприятно влияет на озоновый слой. Этот отчет побудил FDA и EPA запретить использование хлорфторуглеродов в качестве пропеллента в 1978 году (в то время 50 процентов использования хлорфторуглеродов приходилось на аэрозольные баллончики).

• В январе 1992 года EPA потребовало, чтобы хладагент извлекался из всех автомобильных систем кондиционирования воздуха во время обслуживания системы.

• В июле 1992 года EPA объявило незаконным выпуск хладагентов CFC и HCFC.

• В июне 1993 года Агентство по охране окружающей среды потребовало устранения крупных утечек в холодильных системах в течение 30 дней. Крупная утечка определялась как скорость утечки, равная 35 % от общего количества хладагента, заправленного в систему (для промышленных и коммерческих систем хладагента), или 15 % от общего количества хладагента, заправленного в систему (для всех других крупных систем хладагента). , если бы эта утечка продолжалась целый год.

• В июле 1993 года Агентство по охране окружающей среды ввело Требования к безопасной утилизации, требующие, чтобы все системы хладагента были эвакуированы до вывода из эксплуатации или утилизации (независимо от размера системы), и возлагая ответственность на последнего человека в цепочке утилизации. чтобы обеспечить надлежащий захват хладагента.

• В августе 1993 года EPA ввело требования по утилизации хладагентов. Если хладагент должен сменить владельца, он должен быть обработан и протестирован на соответствие требованиям стандарта 700-1993 Американского института холода (ARI) (теперь стандарт ARI 700-1995) к чистоте хладагента.

• В ноябре 1993 года EPA потребовало, чтобы все оборудование для сбора хладагента соответствовало стандартам ARI 740-1993.

• В ноябре 1995 года EPA также ограничило выпуск хладагентов HFC. Они не содержат хлора, который может повредить озоновый слой (и, таким образом, имеют нулевой ОРП (потенциал разрушения озонового слоя), но все же обладают высоким потенциалом глобального потепления.

• В декабре 1995 года импорт и производство хладагентов CFC в США.С. был запрещен.

В настоящее время планируется запретить весь импорт и производство хладагентов ГХФУ в 2030 году, хотя это, вероятно, будет ускорено.

Текущие области применения холодильного оборудования

Вероятно, наиболее широко используемыми в настоящее время применениями холодильного оборудования являются кондиционирование воздуха в частных домах и общественных зданиях, а также охлаждение пищевых продуктов в домах, ресторанах и больших складских помещениях. Использование холодильников на наших кухнях для хранения фруктов и овощей позволило нам добавлять в рацион свежие салаты круглый год и безопасно хранить рыбу и мясо в течение длительного времени.

В торговле и производстве холодильное оборудование используется по-разному. Охлаждение используется для сжижения таких газов, как кислород, азот, пропан и метан, например. При очистке сжатого воздуха он используется для конденсации водяного пара из сжатого воздуха для снижения его влажности. На нефтеперерабатывающих, химических и нефтехимических заводах охлаждение используется для поддержания определенных процессов при необходимых для них низких температурах (например, при алкилировании бутенов и бутана с получением высокооктанового компонента бензина). Металлисты используют охлаждение для закалки стали и столовых приборов. При транспортировке пищевых продуктов и других материалов, чувствительных к температуре, грузовиками, поездами, самолетами и морскими судами необходимо охлаждение.

Молочные продукты постоянно нуждаются в охлаждении, и только в последние несколько десятилетий было обнаружено, что яйца необходимо охлаждать во время транспортировки, а не ждать, пока их охладит после доставки в продуктовый магазин. Мясо, птица и рыба перед продажей должны храниться в климат-контроле.Охлаждение также помогает дольше сохранять фрукты и овощи съедобными.

Одним из наиболее влиятельных применений охлаждения было развитие индустрии суши/сашими в Японии. До открытия холодильников многие ценители суши страдали от высокой заболеваемости и смертности от таких заболеваний, как гепатит А. Однако опасность сашими без охлаждения не выявлялась в течение десятилетий из-за отсутствия исследований и распространения медицинских услуг в сельской Японии. Примерно в середине века корпорация Zojirushi, базирующаяся в Киото, совершила прорыв в дизайне холодильников, сделав холодильники более дешевыми и доступными для владельцев ресторанов и широкой публики.

Методы охлаждения

Методы охлаждения можно классифицировать как нециклические, циклические и термоэлектрические.

Нециклическое охлаждение

В этих методах охлаждение может осуществляться путем плавления льда или сублимации сухого льда. Эти методы используются для мелкомасштабного охлаждения, например, в лабораториях и мастерских, или в портативных холодильниках.

Лед своей эффективностью в качестве охлаждающего агента обязан своей постоянной температуре плавления 0 °C (32 °F).Чтобы растаять, лед должен поглотить 333,55 кДж/кг (около 144 БТЕ/фунт) тепла. Продукты, хранящиеся при этой температуре или чуть выше, имеют увеличенный срок хранения. Твердый углекислый газ, известный как сухой лед, также используется в качестве хладагента. Не имея жидкой фазы при нормальном атмосферном давлении, он прямо возгоняется из твердой фазы в паровую при температуре -78,5 ° C (-109,3 ° F). Сухой лед эффективен для поддержания продуктов при низких температурах в период сублимации.

Циклическое охлаждение

Он состоит из холодильного цикла, в котором тепло отводится из низкотемпературного пространства или источника и отводится в высокотемпературный поглотитель с помощью внешней работы, и обратного ему термодинамического энергетического цикла.В энергетическом цикле тепло подается от высокотемпературного источника к двигателю, часть тепла используется для производства работы, а остальная часть отводится в низкотемпературный сток. Это удовлетворяет второму закону термодинамики.

Холодильный цикл описывает изменения, происходящие в хладагенте, когда он попеременно поглощает и отдает тепло при циркуляции в холодильнике. Он также применяется к работе HVACR при описании «процесса» потока хладагента через блок HVACR, будь то блочная или сплит-система.

Тепло естественным образом переходит от горячего к холодному. Работа применяется для охлаждения жилого помещения или объема хранилища путем перекачки тепла из источника тепла с более низкой температурой в радиатор с более высокой температурой. Изоляция используется для уменьшения работы и энергии, необходимых для достижения и поддержания более низкой температуры в охлаждаемом помещении. Принцип действия холодильного цикла был математически описан Сади Карно в 1824 году как тепловой двигатель.

Наиболее распространенные типы холодильных систем используют парокомпрессионный холодильный цикл обратного Ренкина, хотя абсорбционные тепловые насосы используются в меньшинстве приложений.

Циклическое охлаждение можно классифицировать как:

1. Паровой цикл и
2. Газовый цикл

Паровой цикл охлаждения можно дополнительно классифицировать как:

1. Парокомпрессионное холодильное оборудование
2. Пароабсорбционное охлаждение

Парокомпрессионный цикл

Парокомпрессионный цикл используется в большинстве бытовых холодильников, а также во многих крупных коммерческих и промышленных холодильных системах. На рис. 1 представлена ​​схематическая диаграмма компонентов типичной парокомпрессионной холодильной системы.

Рисунок 1: Охлаждение с компрессией пара

Термодинамику цикла можно проанализировать на диаграмме ^[7] , как показано на рисунке 2. В этом цикле циркулирующий хладагент, такой как фреон, поступает в компрессор в виде пара. Из точки 1 в точку 2 пар сжимается при постоянной энтропии и выходит из компрессора перегретым. Из точки 2 в точку 3 и далее в точку 4 перегретый пар проходит через конденсатор, который сначала охлаждает и отводит перегрев, а затем конденсирует пар в жидкость, отводя дополнительное тепло при постоянном давлении и температуре.Между точками 4 и 5 жидкий хладагент проходит через расширительный клапан (также называемый дроссельным клапаном), где его давление резко падает, вызывая мгновенное испарение и самоохлаждение, как правило, менее половины жидкости.

Рисунок 2: Диаграмма температура–энтропия

В результате получается смесь жидкости и пара при более низкой температуре и давлении, как показано в точке 5. Затем холодная смесь жидкости и пара проходит через змеевик или трубы испарителя и полностью испаряется. путем охлаждения теплого воздуха (из охлаждаемого помещения), продуваемого вентилятором через змеевик или трубы испарителя.Образовавшийся пар хладагента возвращается на вход компрессора в точке 1 для завершения термодинамического цикла.

Приведенное выше обсуждение основано на идеальном парокомпрессионном холодильном цикле и не принимает во внимание реальные эффекты, такие как падение давления в системе из-за трения, небольшая термодинамическая необратимость во время сжатия паров хладагента или неидеальный газ. поведение (если есть).

Дополнительную информацию о конструкции и характеристиках парокомпрессионных холодильных систем можно найти в классическом «Справочнике инженера-химика Perry». ^[8]

Цикл абсорбции паров

В первые годы ХХ века пароабсорбционный цикл с использованием водоаммиачных систем был популярен и широко применялся, но после развития парокомпрессионного цикла он потерял большую часть своего значения из-за низкого коэффициента полезного действия (около одна пятая часть цикла сжатия пара). В настоящее время цикл абсорбции пара используется только там, где имеется отработанное тепло, полученное от солнечных коллекторов, или где отсутствует электричество.

Цикл абсорбции аналогичен циклу сжатия, за исключением метода повышения давления паров хладагента. В абсорбционной системе компрессор заменен абсорбером, растворяющим хладагент в подходящей жидкости, жидкостным насосом, повышающим давление, и генератором, который при подводе тепла отводит пары хладагента из жидкости под высоким давлением. Жидкостному насосу требуется некоторая работа, но для данного количества хладагента она намного меньше, чем требуется компрессору в цикле сжатия пара.В абсорбционном холодильнике используется подходящая комбинация хладагента и абсорбента. Наиболее распространенными комбинациями являются аммиак (хладагент) и вода (абсорбент), а также вода (хладагент) и бромид лития (абсорбент).

Газовый цикл

Когда рабочей жидкостью является газ, который сжимается и расширяется, но не меняет фазы, цикл охлаждения называется газовым циклом . Чаще всего этой рабочей жидкостью является воздух. Поскольку в газовом цикле не предусмотрены конденсация и испарение, компоненты, соответствующие конденсатору и испарителю в парокомпрессионном цикле, являются горячими и холодными теплообменниками газ-газ в газовых циклах.

Газовый цикл менее эффективен, чем парокомпрессионный цикл, поскольку газовый цикл работает по обратному циклу Брайтона, а не по обратному циклу Ренкина. Таким образом, рабочая жидкость не получает и не отдает тепло при постоянной температуре. В газовом цикле эффект охлаждения равен произведению удельной теплоемкости газа на повышение температуры газа в низкотемпературной части. Следовательно, при той же охлаждающей нагрузке цикл газового охлаждения потребует большого массового расхода и будет громоздким.

Из-за меньшей эффективности и больших размеров охладители с воздушным циклом в настоящее время редко используются в наземных охлаждающих устройствах. Однако машина с воздушным циклом очень распространена на реактивных самолетах с газотурбинным двигателем, потому что сжатый воздух легко доступен из компрессорных секций двигателей. Устройства охлаждения и вентиляции этих реактивных самолетов также служат для создания давления в самолете.

Термоэлектрическое охлаждение

Термоэлектрическое охлаждение использует эффект Пельтье для создания теплового потока между стыком двух разных типов материалов.Этот эффект обычно используется в кемпинговых и портативных холодильниках, а также для охлаждения электронных компонентов и небольших инструментов.

Магнитное охлаждение

Магнитное охлаждение или адиабатическое размагничивание — это технология охлаждения, основанная на магнитокалорическом эффекте, неотъемлемом свойстве магнитных твердых тел. Хладагентом часто является парамагнитная соль, такая как нитрат церия-магния. Активными магнитными диполями в этом случае являются электронные оболочки парамагнитных атомов.

К хладагенту прикладывается сильное магнитное поле, заставляющее его различные магнитные диполи выравниваться и переводя эти степени свободы хладагента в состояние пониженной энтропии. Затем радиатор поглощает тепло, выделяемое хладагентом из-за его потери энтропии. Затем тепловой контакт с радиатором разрывается, так что система изолируется, а магнитное поле отключается. Это увеличивает теплоемкость хладагента, тем самым снижая его температуру ниже температуры радиатора.

Поскольку лишь немногие материалы проявляют требуемые свойства при комнатной температуре, до сих пор их применение ограничивалось криогеникой и исследованиями.

Другие методы

Другие методы охлаждения включают машину с воздушным циклом, используемую в самолетах; вихревая трубка, используемая для точечного охлаждения при наличии сжатого воздуха; и термоакустическое охлаждение с использованием звуковых волн в сжатом газе для управления теплопередачей и теплообменом.

Блок холодильный

Бытовые и коммерческие холодильники могут быть рассчитаны на охлаждение в кДж/с или БТЕ/ч.Коммерческие холодильники в США в основном оцениваются в тоннах холода, а в других странах – в кВт. Одна тонна холодильной мощности может заморозить одну короткую тонну воды при температуре 0 ° C (32 ° F) за 24 часа. Исходя из этого:

Скрытая теплота льда (т. е. теплота плавления) = 333,55 кДж/кг ≈ 144 БТЕ/фунт

Одна короткая тонна = 2000 фунтов

Отведенное тепло = (2000)(144)/24 часа = 288000 БТЕ/24 часа = 12000 БТЕ/час = 200 БТЕ/мин

1 тонна охлаждения = 200 БТЕ/мин = 3,517 кДж/с = 3.517 кВт ^[9]

Гораздо менее распространенное определение: 1 тонна охлаждения — это скорость отвода тепла, необходимая для замораживания метрической тонны (т. е. 1000 кг) воды при 0 °C за 24 часа. Исходя из теплоты плавления 333,55 кДж/кг, 1 тонна холода = 13 898 кДж/ч = 3,861 кВт. Как видно, 1 тонна холодильного оборудования на 10% больше, чем 1 тонна холодильного оборудования.

Мощность большинства бытовых кондиционеров варьируется от 1 до 5 тонн холода.

См. также

Примечания

1. ↑ Хронология кондиционирования и охлаждения. ASHRAE.org . Проверено 4 августа 2008 г.
2. ↑ Появление механического охлаждения меняет повседневную жизнь и национальную экономику во всем мире. Наука и ее времена: 1800-1899 гг. Проверено 4 августа 2008 г.
3. ↑ Обри Ф. Берстолл, 1965. История машиностроения. (Кембридж, Массачусетс: The MIT Press. ISBN 026252001X).
4. ↑ Улучшенный процесс искусственного производства льда. Патентное ведомство США, патент 8080, 1851. Проверено 4 августа 2008 г.
5. ↑ Современные чудеса История холодильника. история.com . Проверено 4 августа 2008 г.
6. ↑ Марио Дж. Молина и Ф. С. Роуленд. 1974. Стратосферный поглотитель хлорфторметанов: катализируемое атомами хлора разрушение озона. Природа 249:810-812, 28.
7. ↑ Линда Мэннинг. 2001.Идеальный цикл сжатия пара. Университет Невады . Проверено 4 августа 2008 г.
8. ↑ Р.Х. Перри и Д.У. Зеленый. 1984. Справочник инженеров-химиков Перри, , 6-е изд. (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: ISBN McGraw Hill, Inc. 0070494797), с 12–27 по 12–38.
9. ↑ Руководство по единицам СИ. НИСТ. Проверено 4 августа 2008 г.

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

• Альтхаус, Эндрю Д., Карл Х. Тернквист и Альфред Ф.Браччано. 2003. Современные системы охлаждения и кондиционирования воздуха, , 18-е издание. Тинли Парк, Иллинойс: Издательство Goodheart-Wilcox. ISBN 15808.
• Андерсон, Оскар Эдвард. 1972. Холодильное оборудование в Америке: история новой технологии и ее влияние. Принстон, Нью-Джерси: Kennikat Press. ISBN 0804616213.
• Берстолл, Обри Ф. 1965. История машиностроения. Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 026252001X.
• Матур, М.Л., и Ф.С. Мехта. 1986. Термодинамика и теплоэнергетика: в единицах МКС и СИ. Нью-Дели: Джайн.
• Молина, Марио Дж. и Ф. С. Роуленд. 1974. Стратосферный поглотитель хлорфторметанов: катализируемое атомами хлора разрушение озона. Природа 249:810-812, 28.
• Перри Р.Х. и Д.В. Зеленый. 1984. Справочник инженеров-химиков Перри, , 6-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: ISBN McGraw Hill, Inc. 0070494797.
• Шахтман Том. 2000. Абсолютный ноль: и победа над холодом. Бостон, Массачусетс: ISBN Houghton Mifflin Co. 0618082395.
• Стокер, В.Ф. и Дж.В. Джонс. 1982. Охлаждение и кондиционирование воздуха. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Издательство McGraw Hill. ISBN 9780070616196.
• Вулрич, Уиллис Рэймонд. 1967. Люди, создавшие холод: история охлаждения. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Exposition Press.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 27 июля 2019 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статью Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Упоминание должно осуществляться в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. На использование отдельных изображений, лицензированных отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

2.70.07 Хранение химических веществ в холодильниках, морозильных камерах и холодильных камерах – Библиотека политик и процедур

Хранение легковоспламеняющихся растворителей, газов и порошков в лабораторных холодильных установках представляет опасность возгорания или взрыва. Цель данного руководства – свести к минимуму этот риск.

Aus Ex – Австралийская национальная схема сертификации

LEL – Нижний предел взрываемости

Это руководство предназначено для всех сотрудников и студентов Университета Квинсленда, которым необходимо хранить легковоспламеняющиеся вещества в холодильнике.

Хранение химических веществ в лабораторных холодильниках, морозильных камерах и холодильных камерах может привести к пожару или взрыву при неправильном хранении легковоспламеняющихся или летучих соединений. Существует вероятность повреждения оборудования и имущества в результате пожара и взрыва, а также травм. Поэтому университет требует, чтобы все холодильные установки, используемые для хранения летучих химикатов, имели класс Ex.

Холодильные агрегаты могут использоваться для хранения летучих, вредных и чувствительных к воздуху материалов, и атмосфера внутри агрегата может стать насыщенной химическими парами, если они не будут должным образом герметизированы.Со временем эти пары могут проникать через пористые поверхности и вызывать проблемы с запахом.

Точно так же материал из пролитых или протекающих контейнеров может пропитывать поверхности, которые затем выделяют запахи спустя много времени после удаления исходного материала. Австралийский стандарт серии AS/NZS 2243 требует, чтобы легковоспламеняющиеся и горючие жидкости хранились вдали от источников воспламенения и в чрезмерно горячих местах.

Любые электрические системы, установленные в опасных зонах, где может быть превышен нижний предел взрывоопасности (НПВ), должны иметь класс взрывоопасности в соответствии с классификацией зон и классом опасности (AS/NZS 2381.1:2005). В качестве альтернативы электрические розетки, выключатели и оборудование могут быть расположены вдали от опасной зоны. Аналогичное внимание следует уделить расположению выключателей и розеток относительно мест, где пары химических веществ могут скапливаться или поступать из холодильного агрегата.

Потеря электроэнергии также может привести к созданию чрезвычайно опасной атмосферы, поскольку химические вещества нагреваются или разлагаются.

Примеры источников воспламенения включают:

• Выключатели, связанные с внутренним освещением и термостатом.
• Таймеры и нагревательные элементы в холодильниках или морозильных камерах с защитой от замерзания.
• Двигатель компрессора, если шкаф не герметичен и не вентилируется.
• Очки силы.
• Электрооборудование внутри холодильников и холодильных камер.

5.1 Существующие холодильники с морозильной камерой и холодильные камеры

• Все холодильные установки, которые в настоящее время используются для хранения легковоспламеняющихся химикатов, должны быть «безыскровыми».
• Университет Квинсленда требует, чтобы для хранения легковоспламеняющихся химических веществ (химических веществ с температурой вспышки ниже 37.7ºС).
• Все обычные бытовые холодильники и морозильники должны иметь маркировку с фразой «запрещается хранить легковоспламеняющиеся растворители или образцы в легковоспламеняющихся растворителях в этом холодильнике/морозильнике/холодильной камере».

Для уменьшения неприятных запахов и выделения паров в холодильную установку также необходимо выполнить следующие шаги:

• Оберните крышки флаконов и пробирок с летучими веществами парафильмом.
• Поместите летучие материалы в пакеты Ziplock.
• Поместите запечатанные обернутые химикаты в съемные лотки или контейнеры (это гарантирует, что в случае разлива контейнер для хранения можно будет легко снять для очистки).
• Незамедлительно убирайте любой пролитый материал.
• Пробки из пробки и стекла недопустимы – они не образуют хороших уплотнений. Завинчивающиеся крышки с уплотнением внутри могут стать решением проблемы, но только при правильном закрытии.
• Регулярно проверяйте целостность контейнера на наличие треснутых крышек или размытых этикеток.
• Не переполняйте холодильный агрегат. По-прежнему действуют ограничения на легковоспламеняющиеся предметы в радиусе 10 м. См. Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости: порядок хранения и обращения.
• Знаки опасности для легковоспламеняющихся веществ класса 3 должны быть прикреплены к внешней стороне двери холодильного агрегата (холодильника, морозильной камеры или холодильной камеры).

Утилизируйте старые химикаты через университетскую программу утилизации химических отходов, когда они больше не нужны или когда истек срок годности.