9.2. Устройство холодильников
Корпус является несущей конструкцией, поэтому должен быть достаточно жестким. Его изготовляют из листовой стали толщиной 0,6… 1,0 мм. Герметичность наружного шкафа обеспечивается пастой ПВ-3 на основе хлорвиниловой смолы. Поверхность шкафа фосфотируют, затем грунтуют и дважды покрывают белой эмалью ПЛ-12-01, ЭП-148, МЛ-242, МЛ-283 или др. Выполняют это с помощью краскопультов или в электростатическом поле.
В последнее время для изготовления корпусов холодильников все чаще применяют ударопрочные пластики. Благодаря этому сокращается расход металла и уменьшается масса холодильного прибора.
Внутренние шкафы холодильников, или как их еще называют, холодильные (морозильные) камеры изготовляют из стального листа толщиной 0,7…0,9 мм методом штамповки и сварки и эмалируют горячим способом силикатно-титановой эмалью.
Пластмассовые камеры изготовляют из АБС-пластика или ударопрочного полистирола методом вакуум-формирования. АБС-пластик (акрилбутадиеновый стирол) обладает высокими механическими свойствами и стойкостью по отношению к хладону (фреону). АБС-пластики выпускаются в виде гранул диаметром не более 3 мм и длиной 4…5 мм или в виде порошка и перерабатываются литьем под давлением, выдуванием, термоформованием.
Камеры у морозильников и камеры низкотемпературных отделений холодильников металлические — из алюминия или нержавеющей стали. Стальные камеры более долговечны, гигиеничны, но они увеличивают массу холодильника.
К преимуществам пластмассовых камер относятся технологичность изготовления, малый коэффициент теплопроводности, меньшая масса. Однако такие камеры быстрее стареют, со временем теряют товарный вид, менее долговечны и менее прочны по сравнению с металлическими. В холодильниках с пластмассовыми камерами по периметру дверного проема не устанавливают накладки, обеспечивающие теплоизоляцию, так как роль накладок выполняют отбортованные края камеры.
Двери изготовляют из стального листа толщиной 0,8 мм методом штамповки и сварки. В некоторых моделях холодильников двери изготовлены из ударопрочного полистирола.
Дверь холодильника состоит из наружной и внутренней панелей, теплоизоляции между ними и уплотнителя. В большинстве моделей холодильников предусмотрена возможность перенавески двери, т. е. открывание двери слева направо и справа налево.
Дверь холодильника должна плотно прилегать к дверному проему, иначе теплый воздух будет проникать в камеру. Для обеспечения герметичности внутреннюю сторону двери по всему периметру окантовывают магнитным уплотнителем разного профиля. В холодильниках старых конструкций применялись резиновые уплотнители балонного типа.
Двери в закрытом положении удерживаются с помощью механических (чаще куркового типа) или магнитных затворов. Последние наиболее распространены. Магнитные затворы представляют собой эластичную магнитную вставку, помещенную в уплотнительный профиль. При закреплении двери она плотно притягивается к металлическому корпусу. Исходным сырьем для получения магнитных материалов служит феррит бария в смеси с каучуками или поливиниловыми и другими смолами, придающими ему гибкость. Изготовленные ленты эластичного магнита намагничивают в магнитном поле. Намагниченные ленты обладают остаточной магнитной индукцией 0,11…0,12 Т.
Теплоизоляцию применяют для защиты холодильной камеры от проникновения тепла окружающей среды и прокладывают по стенкам, верху и дну холодильного шкафа и холодильной камеры, а также под внутренней панелью двери. От теплоизоляционных материалов требуется, чтобы они обладали низким коэффициентом теплопроводности, небольшой объемной массой, малой гигроскопичностью, влагостойкостью, были огнестойкими, долговечными, дешевыми, биостойкими, не издавали запаха, а также были механически прочными Для теплоизоляции шкафа и двери холодильников применяют штапельное стекловолокно МТ-35, МТХ-5, МТХ-8, минеральный войлок, пенополистирол ПСВ и ПСВ-С и пенополиуретан ППУ-309М.
Минеральный войлок изготовляют из минеральной ваты путем обработки ее растворами синтетических смол. Исходным сырьем для получения минеральной ваты служат минеральные породы (доломит, доломитоглинистый мергель), а также металлургические шлаки.
Стеклянный войлок — разновидность искусственного минерального войлока. Он состоит из тонких (толщина 10…12 мкм) коротких стеклянных нитей, связанных синтетическими смолами. Теплоизоляция из стеклянного войлока и супертонкого волокна биостойка, не имеет запаха, обладает водоотталкивающим свойством, удобно укладывается и поэтому часто применяется.
Пенополистирол — синтетический теплоизоляционный материал. Он представляет собой легкую твердую пористую газонаполненную пластмассу с равномерно распределенными замкнутыми порами. Теплоизоляцию из пенополистирола получают вспениванием жидкого полистирола непосредственно в простенках холодильной камеры и корпуса шкафа холодильника.
Пенополиуретан — пенопласты мелкопористой жесткой структуры, полученные путем вспучивания полиуретановых смол с применением соответствующих катализаторов и эмульгаторов. Для повышения теплозащитных свойств в качестве вспучивающего газа применяют хладон-11 и др. Процесс пенообразования и затвердевания пены происходит в течение 10…15 мин при температуре до 5 °C.
Пенополиуретан обладает малой объемной массой, низким коэффициентом теплопроводности, влагостоек. Его можно вспенивать непосредственно в холодильном шкафу. При этом он равномерно и без воздушных полостей заполняет все пространство в простенках, хорошо склеивается со стенками, повышая прочность шкафа.
В зависимости от качества теплоизоляционных материалов толщина изоляции в стенках шкафа холодильника может быть от 30 до 70 мм, в двери — от 35 до 50 мм. Замена теплоизоляции из стекловолокна изоляцией из пенополиуретана позволяет при одних и тех же габаритах корпуса увеличить объем холодильника на 25 %.
К электрическому оборудованию бытовых холодильников относятся следующие приборы:
— электрические нагреватели: для предохранения дверного проема низкотемпературной (морозильной) камеры от выпадения конденсата (запотевания) на стенках; для обогрева испарителя при полуавтоматическом и автоматическом удалении снежного покрова;
— электродвигатель компрессора;
— проходные герметичные контакты для соединения обмоток электродвигателя с внешней электропроводкой холодильника через стенку кожуха мотор-компрессора;
— осветительная аппаратура, предназначенная для освещения холодильной камеры;
— вентиляторы: для обдува конденсатора холодильного агрегата воздухом (при использовании в холодильниках конденсаторов с принудительным охлаждением) и для принудительной циркуляции воздуха в камерах холодильников.
К приборам автоматики бытовых холодильников относятся:
— датчики-реле температуры (терморегуляторы) для поддержания заданной температуры в холодильной или низкотемпературной камере бытовых холодильников;
— пусковое реле для автоматического включения пусковой обмотки электродвигателя при запуске;
— защитное реле для предохранения обмоток электродвигателя от токов перегрузки;
— приборы автоматики для удаления снежного покрова со стенок испарителя.
Электродвигатели для привода герметичных компрессоров и работы в среде хладагента и масла применяются однофазные асинхронные встраиваемые электродвигатели с короткозамкнутым ротором, без подшипниковых щитов и вала. Они выпускаются на номинальное напряжение 127 или 220 В (допустимое отклонение напряжения от -15 до +10 %) мощностью 60, 90, 120 Вт. Частота вращения 1500 и 3000 мин-1.
Электродвигатели предназначены для работы в среде хладагента — хладона (фреона)-12 или хладона (фреона)-22 — и рефрижераторного масла. В бытовых холодильниках применяются следующие электродвигатели: ЭД, ЭД-21, ЭД-23, ЭДП-24, ЭДП-125, ДМХ-2-120, ДХМ-5 и др., а также электродвигатели, работающие в среде озонобезопасного хладагента.
Коэффициент полезного действия электродвигателя при номинальной мощности:
60 Вт — 0,6 (частота вращения 3000 и 1500 мин-1);
90 Вт — 0,67 (частота вращения 3000 мин-1) и 0,62 (частота вращения 1500 мин-1);
120 Вт — 0,68 (частота вращения 3000 мин-1) и 0,64 (частота вращения 1500 мин-1).
Для пуска электродвигателей и защиты их в аварийных режимах предусматривается применение пускозащитной аппаратуры.
Электродвигатель холодильника в нормальных условиях работает циклично, т. е. через определенные промежутки времени включается и выключается. Отношение части цикла, в продолжение которой электродвигатель работает, к общей продолжительности цикла называют коэффициентом рабочего времени. Чем он больше (при постоянной температуре в помещении), тем ниже температура в холодильной камере и тем больше будет среднечасовой расход электроэнергии. Определенную цикличность в работе холодильника (коэффициент рабочего времени) обеспечивает датчик-реле температуры — прибор, с помощью которого регулируется температура в шкафу холодильника.
Приборы автоматики. Для регулирования и поддержания температуры в холодильниках общепринято двухпозиционное регулирование путем включения и выключения электродвигателя компрессора. Включение происходит, когда температура чувствительного элемента достигает верхнего предела — температуры включения, выключение — когда она достигает нижнего предела, т. е. температуры выключения. Разность этих температур называют дифференциалом прибора.
Манометрические датчики-реле температуры применяются различных типов и модификаций: APT-2, APT-24, Т-110, Т-111, Т-130, Т-132, Т-144, Т-145 и др.
Унифицированный ряд приборов APT приведен в табл. 9.3.
Таблица 9.3. Температурные параметры прибора типа APT, °С
Датчики-реле температуры АРТ-2 имеют большое распространение. Их выпускают пяти модификаций. Они предназначены для компрессионных бытовых холодильников.
Приборы APT-2А предназначены для абсорбционных бытовых холодильников. Их выпускают двух модификаций. Масса прибора 0,25 кг. Длина соединительного капилляра в приборе АРТ-2 равна 0,6 м, в приборе АРТ-2А — 1 м. Длина капилляра, контактируемого с испарителем, должна быть не менее 60 мм от места холодного спая.
При повышении температуры в капиллярной трубке 6 (рис. 9.1), прижатой к стенке испарителя, давление хладона-12, находящегося в трубке сильфона, увеличивается и сильфом 7 растягивается. Дно 5 сильфона 7 сжимает пружину 4, а выступ на дне поворачивает рычаг 8 вместе с тягой 12. Тяга 12, нажимая на винт 14, будет поворачивать рычаг 13 вокруг оси O2 против часовой стрелки. Сила Р, возникающая под действием перекидной пружины 2, имеет одну из составляющих Р', которая в положении А направлена вверх. При переходе точки О'3 в положение О3 эта составляющая будет равна 0, а при дальнейшем движении рычага 13 составляющая Р' изменит направление на обратное и контакты 3 резко опустятся и замкнут электрическую цепь (положение Б).
Рис. 9.1. Схема работы датчика-реле температуры APT-2:
1 — шток; 2 — перекидная пружина; 3, 9 — контакты; 4 — пружина; 5 — дно сильфона; 6 — капиллярная трубка; 7 — сильфон; 8 — рычаг; 10 — пружина; 11, 14 — винты; 12 — тяга; 13 — рычаг
При понижении температуры в капиллярной трубке взаимодействие частей прибора происходит в обратном порядке под действием сильфона 7 и пружины 10. Температура включения и отключения регулируется натяжением пружины с помощью штока 1, винта 11 и гайки.
Аналогично датчику-реле АРТ-2 имеются приборы типа Т-110 четырех модификаций на номинальное напряжение 220 В и номинальный ток 6 А. Унифицированный ряд бесшкальных приборов состоит из трех типов и восьми модификаций (табл. 9.4).
К первому типу, имеющему пять модификаций, относятся датчики-реле температуры Т-110, предназначенные для бытовых холодильников обычного исполнения.
Датчики-реле температуры Т-130 второго типа устанавливают в двухкамерных бытовых холодильниках. Отличительной особенностью этого прибора является замыкание контактов на обеих установках при температуре 4±1,3 °C.
Температура размыкания контактов зависит от зоны нечувствительности, определяемой потребителем (прибор с регулируемой зоной нечувствительности).
С помощью прибора Т-130 можно в каждом цикле работы компрессора (без дополнительных приборов управления оттаиванием) автоматически оттаивать иней с поверхности испарителя, установленного в отделении для хранения охлажденных пищевых продуктов. В настоящее время взамен прибора Т-130 выпускается прибор 132-1 В.
Датчики-реле температуры Т-144 третьего типа используют для управления температурным режимом и сигнализации аварийного режима бытовых низкотемпературных холодильников (морозильников). Существенное отличие этого прибора заключается в наличии дополнительной контактной группы, которая обеспечивает сигнализацию аварийного режима при повышении температуры контролируемой среды выше допустимого значения. В настоящее время вместо прибора Т-144 выпускаются приборы Т-145. К электрической сети приборы подключаются с помощью штепсельных гнезд. Коммутируемая мощность контактного устройства приборов этого ряда 500 ВА. Масса прибора не более 0,1 кг.
Наиболее распространенным является датчик-реле температуры Т110 (ТРХ). Прибор (рис. 9.2, а) смонтирован в пластмассовом корпусе 6 и состоит из следующих основных частей: термочувствительной системы, узла настройки температуры замыкания контактов, механизма переключения контактов и колодки с контактной группой, выводными зажимами и винтом настройки дифференциала.
Упругим элементом термочувствительной системы является сильфон.
Рис. 9.2. Конструкция терморегуляторов:
а — Т-110: 1 — термочувствительная система; 2 — пружина; 3 — ползун; 4 — гайка: 5, 8 — регулировочные винты; 6 — корпус; 7 — колодка; 9 — перебрасывающаяся пружина; 10 — контровочная пружина; 11, 12 — рычаги; 13 — ось;
б — Т-144: 1 — термочувствительная система; 2 — пружина; 3 — ползун; 4 — гайка; 5 — контровочная пружина; 6, 11 — регулировочные винты; 7 — корпус; 8 — кожух; 9, 12 — колодки; 10, 14 — контактные группы сигнализации; 13 — перебрасывающаяся пружина; 15 — двуплечий рычаг; 16 — рычаг; 17 — ось
Узел настройки температуры включения контактов состоит из пружины 2, ползуна 3, гайки 4, регулировочного винта 5 и контровочной пружины 10. Зону нечувствительности настраивают регулировочным винтом 8, установленным в колодке 7. Механизм включения контактов состоит из рычага 12, оси 13, рычага 11 и перебрасывающейся пружины 9.
Прибор работает следующим образом. Сильфон термосистемы 1 воздействует на двуплечий рычаг, шарнирно закрепленный на оси 13. В режиме термостатирования рычаг, вращаясь под действием усилий термосистемы и пружины 2, через пружину 9 и рычаг 12 замыкает или размыкает контакт. При повышении температуры контролируемой среды контакты замыкаются. При понижении температуры на величину зоны нечувствительности — размыкаются.
Наиболее холодный режим соответствует такому положению ручки прибора, когда она повернута по часовой стрелке до упора. Средний режим соответствует положению ручки, когда она повернута на 125° от наиболее холодного режима против часовой стрелки. Наиболее теплый режим соответствует положению ручки, когда она повернута на 250° от наиболее холодного режима против часовой стрелки. Средний режим и режим «Тепло» устанавливаются по рискам на корпусе прибора. При повороте ручки против часовой стрелки до упора на 320° от наиболее холодного режима происходит принудительное размыкание контактов.
Прибор может устанавливаться как в камере холодильника, так и на его наружной части, в местах, исключающих попадание воды внутрь прибора при эксплуатации. Длина контакта конца капиллярной трубки со стенкой испарителя должна быть не менее 120 мм.
Датчик-реле температуры Т-130 предназначен для поддержания заданной температуры испарителя холодильной камеры двухкамерного холодильника путем замыкания и размыкания электрической цепи холодильного агрегата. Конструкция прибора аналогична датчику-реле температуры Т-110.
Датчик-реле температуры Т-144 (рис. 9.2, б) предназначен для управления заданной температурой испарителя бытового морозильника и сигнализации при повышении температуры испарителя выше допустимого значения. Существует две модификации этого прибора: Т-144-1 — бесшкальный; Т-144-2 — бесшкальный с фиксируемым режимом.
Узел настройки температуры включения контактов состоит из пружины 2, ползуна 3, гайки 4, регулировочного винта 6 и контровочной пружины 5. Зону нечувствительности настраивают регулировочным винтом 11, установленным в колодке 9. Механизм переключения контактов состоит из рычага 16, оси 17, рычага 15, перебрасывающейся пружины 13.
Прибор работает следующим образом. Термочувствительная система 1 воздействует на двуплечий рычаг 15, шарнирно закрепленный на оси 17. В режиме термостатирования рычаг, вращаясь под действием усилий термочувствительной системы 1 и пружины 2, через пружину 13 и рычаг 16 замыкает и размыкает контакты управления и контакты сигнализации.
При повышении температуры контролируемой среды выше заданной контакты управления и сигнализации замыкаются.
При понижении температуры контролируемой среды на величину зоны нечувствительности происходит размыкание контактов управления.
Прибор полуавтоматического управления оттаиванием ТО-11. Предназначен для бытовых компрессионных холодильников. Основные температурные параметры прибора следующие: срабатывание прибора на включение режима оттаивания — контакты 1–3 (рис. 9.3) размыкаются, 2–3 замыкаются — принудительное (кнопкой) при температуре термочувствительной части термосистемы не выше минус 3 °C; срабатывание прибора на отключение режима оттаивания — контакты 1–3 замыкаются, 2–3 размыкаются — автоматическое при температуре термочувствительной части термосистемы от 4 до 8 °C.
Сопротивление изоляции электрических цепей прибора относительно корпуса и между собой должно быть не менее 40 МОм.
Рис. 9.3. Электрическая схема включения прибора ТО-11
Прибор работает следующим образом. При нажатии на кнопку 6 (рис. 9.4) рычаг 10 с помощью пружины 11 приводит в действие рычаг 14 и происходит резкое размыкание контактов 1–3 и замыкание контактов 2–3, которые замыкают электрическую цепь подогрева испарителя. Включение режима оттаивания происходит при температуре конца капиллярной трубки термочувствительного элемента не выше минус 3 °C.
По мере удаления снеговой «шубы» с поверхности испарителя, а следовательно, и повышения температуры до 4…8 °C давление внутри термочувствительной системы 1 возрастает, рычаг 9 поворачивается против часовой стрелки, преодолевая усилие пружины 5 до тех пор, пока не произойдет резкого замыкания контактов 1–3 (см. рис. 9.3) и размыкания контактов 2–3.
Рис. 9.4. Конструкция прибора полуавтоматического управления оттаивания ТО-11:
1 — термочувствительная система; 2 — винт; 3 — колодка; 4 — винт настройки; 5 — пружина настройки точки срабатывания; 6 — кнопка; 7 — гайка; 8 — кожух; 9 — двуплечий рычаг; 10 — рычаг; 11 — опрокидывающаяся пружина; 12 — ось; 13 — корпус; 14 — рычаг резкого размыкания контактов
Датчики-реле температуры (терморегуляторы) серии К. Ряд зарубежных холодильников и морозильников комплектуются терморегуляторами серии К фирмы RANCO. Это капиллярные температурные регуляторы, имеющие чувствительные элементы с парозаполнителем (рис. 9.5).
Рис. 9.5. Терморегуляторы типа К (К50, К54):
а — конструкция: 1 — задвижка, управляемая эксцентриком; 2 — эксцентрик: 3 — установочная крепежная скоба; 4 — контактная клемма заземления; 5 — клеммы переключателя (3 сигнальные клеммы); 6 — переключатель; 7 — винт корректировки сигнала; 8 — винт корректировки перепада; 9 — рычаг; 10 — винт корректировки момента отключения;
б — расположение винтов подстройки диапазона (1) и регулировки перепада срабатывания (2)
Температурные характеристики терморегуляторов приведены в табл. 9.5.
* — рабочий диапазон — диапазон температур, в пределах которого обеспечивается работа терморегулятора.
** — регулируемый диапазон — разница между течкой замыкания в наиболее «теплом» положении терморегулятора и точкой замыкания в наиболее «холодном» положении. Для регуляторов К52, К59, К61 регулируемый диапазон — разница между точками размыкания в наиболее «теплом» положении терморегулятора и в наиболее «холодном».
*** — перепад срабатывания (дифференциал) — разница между точкой замыкания и точкой размыкания контактов терморегулятора.
Изменение температуры в камере приводит к изменению давления парозаполнителя, преобразуемого в движение перегородки, которое осуществляется посредством рычажной системы. При повышении температуры простой однополюсный переключатель закрывается.
Пускозащитные реле. Для запуска электродвигателя и защиты его обмоток от перегрузок в бытовых холодильниках применяют комбинированные пускозащитные реле типа ДХР, РТП, РТК-Х, РПЗ и др. (табл. 9.6).
Рассмотрим устройство одного из наиболее распространенных реле типа РТК-Х (токовое комбинированное для бытовых холодильников). Реле (рис. 9.6, а) предназначено для запуска и защиты от сверхдопустимого нагрева током электродвигателей, применяемых в герметичных компрессорах бытовых холодильников.
При возрастании тока в цепи электродвигателя выше номинального значения биметаллическая пластина БМ (рис. 9.6, б), деформируясь, через упор и бериллиевый контактодержатель размыкает контакты пускового реле, отключая электродвигатель.
Реле состоит из пускового и защитного (теплового) реле, смонтированных на одном основании.
Рис. 9.6. Пускозащитное реле РТК-Х:
а — конструкция: 1 — корпус реле; 2 — корпус катушки; 3 — сердечник; 4 — стержень сердечника; 5 — наружный сердечник; 6 — планка; 7 — подвижные контакты пускового реле; 8 — неподвижные контакты пускового реле; 9 — нагреватель; 10 — металлическая пластина; 11 — упор; 12 — контактодержатель; 13 — регулировочные винты; 14 — подвижный контакт защитного реле; 15 — неподвижный контакт защитного реле;
б — электрическая схема: ДХМ — электродвигатель холодильника; БМ — биметаллическая пластина; R1, R2 — нагреватели; К — катушка; ТР — тепловое реле; ПР — пусковое реле
Пусковое соленоидное реле с двойным разрывом контактов состоит из катушки и двух нормально отключенных контактов. В момент пуска электродвигателя свободно плавающий сердечник выталкивается из катушки и контакты, включающие пусковую обмотку электродвигателя, замыкаются. После пуска электродвигателя сердечник опускается и отключает пусковую обмотку двигателя.
Защитное (тепловое) реле состоит из нихромовых нагревателей R1 и R2, термобиметалла БМ, двух нормально отключенных контактов, бериллиевой пластинки, переключающей контакты во время прогиба термобиметалла, и упора. Нагреватели подключены в цепь пусковой обмотки электродвигателя, что дает возможность обезопасить электродвигатель в случае ненормального режима его работы.