Холодильник

Холодильник бытовой прибор, который состоит из теплоизолированных отсеков и теплового насоса (механического, электронного, или химического), который переносит тепло из внутренней части холодильника таким образом, что отсеки холодильника охлаждаются до температуры ниже температуры окружающей среды в помещении. Охлаждение популярный метод хранения продуктов питания в развитых странах, сохранение продуктов работает за счет уменьшения скорости размножения бактерий.Устройство, таким образом, используются для снижения скорости порчи пищевых продуктов.

Холодильник сохраняет температуру на несколько градусов выше точки замерзания воды. Оптимальный температурный диапазон для скоропортящихся продуктов питания составляет от 3 до 5 ° С (от 37 до 41 ° F). Аналогичное устройство, которое поддерживает температуру ниже точки замерзания воды называется морозильник.

Холодильник относительно современное изобретение среди кухонной техники. Он заменил старый не механический «холодильник», который был придуман почти полтора века назад.

Морозильник

Морозильник используются в домашних хозяйствах в промышленности и торговле. Большинство морозильников работают при температуре около 0 ° F (-18 ° С). Внутренние морозильники могут быть включены в качестве отдельного отсека в холодильнике, или могут быть отдельным устройством. Внутренние морозильники, как правило, вертикальные полки с ящиками напоминающие холодильник. Многие современные морозильники поставляются с дозатором льда встроенным в их дверь.

Коммерческие и домашние холодильники

Коммерческие холодильники и морозильные камеры, известны под многими другими названиями, они использовались на протяжении почти 40 лет до появления домашней модели. Они использовали газовые системы, которые время от времени пропускали газ, что делало их небезопасными для домашнего использования. Современные бытовые холодильники появились в 1915 году и получили более широкое распространение в Соединенных Штатах в 1930-ых годах, когда цены упали, и появились нетоксичные, негорючие синтетические хладагенты, такие как фреон или Р-12. Следует отметить, что в то время как 60% семей в США имели холодильник в 1930-ых годах, только 40 лет спустя, в 1970-х, холодильник получил такой же уровень распространения в Великобритании

Виды холодильников

Современные холодильники американского типа

Большинство домашних холодильников имели морозильную камеру сверху а холодильник снизу, это был основной стиль с 1940 года.

• Традиционные 1940-х годов, с расположением камер, морозильник сверху холодильник снизу. Отдельная морозильная камера стала отраслевым стандартом в начале и середине 1960-х.
• Друг напротив друга — представлен в 1949 году, но не пользовался популярностью до 1965 года, левая сторона холодильник и правая холодильник.
• Сверху холодильник, снизу морозильник — такой стиль появился в середине 1950-х.
• Двери французского стиля — появились в конце 1990-х годов. Две двери друг напротив друга и нижняя морозильная камера.

В начале 1950-х годов, большинство холодильников были белыми, а с середины 1950-х по сегодняшний день, дизайнеры и производители стали вносить изменения в традицию. В поздних-1950ых/ранних-1960ых, цвета, такие как бирюзовый и розовый были популярны, хромированная отделка была доступна на некоторых моделях от разных производителей. В 1970-ых годах, популярным стали цвета золотой, авокадо зеленый и миндаль. В 1980-ых годах, черный цвет был популярен. В конце 1990-ых, отделка из нержавеющей стали стала популярной, а в 2009 году, один производитель представил многоцветный холодильник.

Многие холодильники могут быть встроены в шкаф на кухне, чтобы не нарушать стиль комнаты.

Большинство домашних холодильников весят от 200 фунтов (91 кг) до 450 фунтов (200 кг), но некоторые модели могут достигать веса до 875 фунтов (397 кг).

История

До изобретения холодильников, были использованы так называемые «ледяные дома» для оказания холодного хранения в течении большей части года. Размещенные вблизи пресноводных озер или упакованных в снег и лёд в течение зимы, они когда-то были очень распространены. Природные средства до сих пор используется для охлаждения продуктов. На склонах гор, места стоков от таяния снега удобный способ для охлаждения напитков, а зимой можно сохранить молоко свежим гораздо дольше, просто держа его на открытом воздухе.

В 11-м веке, мусульманский физик и химик Ибн Сина изобрел охладительные спирали, которые конденсируют ароматические пары. Это был прорыв в технологии дистилляции, и он использовал его в процессе перегонки с водяным паром, который требует охлажденные трубы, для получения эфирных масел.

Первое известное искусственное охлаждение было продемонстрировано Уильямом Калленом в университете Глазго в 1748 году. Американский изобретатель Оливер Эванс, известный как «отец охлаждения», изобрел паровую холодильную машину в 1805 году. Тепло удалялось из среды путем повторного испарения хладагента, где он двигался через компрессор и конденсатор, куда он, в конце концов возвращался в жидкой форме для того, чтобы повторить холодильный процесс снова. В 1834 году, оригинальный дизайн Якоба Перкинса изменил устройство Эванса, в результате получился первый холодильник в мире получивший первый легальный патент, он использовал паровое сжатие. Джон Горри, американский врач из Флориды, изобрел первую механическую холодильную установку в 1841 году, на основе оригинального изобретения Эванса, чтобы делать лед для охлаждения воздуха при лечении желтой лихорадки у пациентов. Холодильной установке Горри был выдан патент в 1851 году. Американский профессор Александр С. Твининг в Кливленде, штат Огайо запатентовал ранний холодильник парового сжатия в 1853 году, которая был способен производить тонны льда в день.

Ледяная машина Джона Горри 1841ый год

В 1857 году австралиец Джеймс Харрисон разработал холодильную систему, которая была использована в пивоваренной и мясной отраслях Джилонга​​, штат Виктория. Фердинанд Карре Франции разработал несколько более сложную систему, в 1859 году. В отличие от предыдущих машин сжатия, в которых используется воздух в качестве теплоносителя, оборудование Карре, содержало быстро расширяющийся аммиак. В 1913 году, холодильники для дома и домашнего использования были изобретены Фредом У. Вольфом в форте Уэйн, штат Индиана, с моделью, состоящей из отсека, который был смонтирован в верхней части ледовой коробки. Автономные холодильники с компрессором в нижней части шкафа были изобретены Альфредом Меллоусом в 1916 году. Меллоус изобрел этот холодильник для коммерческих целей, патент был выкуплен Уильямом Дюрантом в 1918 году, который открыл компанию «Frigidaire» для того, чтобы начать первое массовое производство холодильников. Другие пионеры в этой отрасли Чарльз Телье, Дэвид Бойл, и Рауль Пикте. Карл фон Линде был первым кто получил патент и построил компактный холодильник.

Эти домашние модели обычно требовали установки механических частей, двигателей и компрессоров, в подвале или смежной комнате в то время как «холодная коробка» находилась в кухне. В 1922ом году существовала модель, которая состояла из деревянных термоконтейнеров, с водяным охлаждением от компрессора, и ценой в $ 714. В 1923 Frigidaire представил первую самодостаточную единицу. В это же время начали появляться покрытые металлом холодильники. Лотки для льда были введены в течение 1920-х годов.

Первый холодильник, который увидел широкое применение был холодильник от Дженерал Электрик «Монитор-Топ» произведенный в 1927 году, он был назван так из-за его сходства с орудийной башней на непотопляемом военном корабле USS Monitor 1860-х годов. Компрессор, был помещен над шкафом, и был окружен декоративным кольцом. Было произведено более миллиона единиц. Эти холодильники использовали для охлаждения двуокись серы, которая разъедает глаза и может привести к потере зрения, и метилформиат который легко воспламеняется, вреден для глаз, и токсичен при вдыхании. Многие из этих устройств все еще функционируют.

Первый серийно успешный холодильник «Монитор-Топ»

Появление фреона в 1920-х годах распространило холодильник на рынке в течение 1930-х годов, при условии безопасной, низко токсичной альтернативе ранее использовавшимся хладагентам. Отдельные морозильники стали обычным явлением в течение 1940-х, популярный термин в то время «глубокая заморозка». Эти устройства, не пошли в серийное производство для использования в домашних условиях до окончания Второй мировой войны.1950-ые и 1960-ые годы привнесли новшества в технический прогресс, такие как автоматическая разморозка и автоматическое создание льда. Более эффективные холодильники были разработаны в 1970-ых и 1980-ых годах, хотя экологические проблемы привели к запрету некоторых очень эффективных фреоновых хладагентов.

Как работает холодильник.

Однокамерный холодильник работает следующим образом: мотор-компрессор откачивает пары фреона из испарителя и нагнетает их в конденсатор. Здесь пары охлаждаются, конденсируются и переходят в жидкую фазу. Далее жидкий фреон через фильтр-осушитель и капиллярную трубку направляется в испаритель.

Фильтр-осушитель (осушительный патрон) служит для очистки и осушения проходящего через него хладагента. Он представляет собой цилиндр, заполненный веществом, поглощающим воду (силикагель или цеолит). Выплёскиваясь в каналы испарителя, жидкий фреон вскипает и начинает отбирать тепло с поверхности испарителя, тем самым охлаждая внутренний объём холодильника и продукты, хранящиеся в нем. Пройдя через испаритель, жидкий фреон выкипает, превращаясь в пар, который опять откачивается мотором-компрессором. Цикл непрерывно повторяется до тех пор, пока температура на поверхности испарителя не достигнет необходимого значения, после чего мотор отключается.

Постепенно под действием окружающей среды температура в морозильной камере повышается, и мотор включается снова. За счет периодического охлаждения воздуха внутри холодильника поддерживается необходимая температура. Для предотвращения образования конденсата на поверхности трубопровода всасывания на него по всей его длине припаивается капиллярная трубка. При работе холодильника капиллярная трубка нагревается, нагревая трубопровод всасывания. В современных моделях холодильников капиллярная трубка находится внутри трубопровода всасывания.

Агрегат холодильника

Поскольку в однокамерных холодильниках чувствительный элемент термостата (сильфонная трубка) крепится на поверхности испарителя и охлаждается и нагревается вместе с испарителем, включение и отключение компрессора осуществляется при достижении необходимой температуры в морозильной камере. Регулировка температуры (т. е. частоты включения компрессора) повышает (или понижает) температуру одновременно и в морозильной и холодильной камерах.

Чтобы регулировать силу охлаждения, под основным испарителем установлен поддон с небольшими окошками, через которые холодный воздух поступает в холодильную камеру. Приоткрывая и закрывая эти окошки можно регулировать температуру в холодильной камере. При этом в морозильной камере температура останется прежней. Морозильная камера в однокамерных холодильниках располагается только в верхней части холодильного шкафа. Как правило, испаритель является корпусом морозильной камеры.

Двухкамерный холодильник

В двухкамерных холодильниках в каждом из отделений, холодильном и морозильном, имеется собственный испаритель. Принцип работы двухкамерного холодильника следующий: жидкий фреон, накачиваемый мотором-компрессором, проходит по конденсатору и капиллярной трубке, попадает в испаритель морозильной камеры, вскипает и, испаряясь, начинает охлаждать поверхность испарителя. При этом испарение жидкого фреона и, соответственно, охлаждение начинается в месте входа капиллярной трубки в испаритель и постепенно продвигается по его каналам к выходу испарителя морозильной камеры.

Пока поверхность испарителя не охладится до минусовой температуры, в испаритель холодильной камеры фреон не поступает. После обмерзания испарителя морозильной камеры жидкий фреон начинает поступать в испаритель холодильной камеры, охлаждает его до температуры — 14°С, после чего мотор-компрессор отключается. После отключения мотора воздух в холодильной камере под воздействием окружающей среды постепенно нагревается, от этого нагревается испаритель холодильной камеры. При достижении определенной температуры мотор снова включается.

«Плачущий» испаритель

Так обычно называют испаритель холодильной камеры в двухкамерных холодильниках. Как правило, в холодильной камере достаточно большого объема устанавливается испаритель небольшого размера (в несколько раз меньше, чем в морозильной камере), который обмерзает до температуры минус 14°С за довольно короткое время. После этого чувствительный элемент терморегулятора, закреплённый на поверхности этого испарителя, дает сигнал на отключение мотора-компрессора.

За время работы мотора испаритель успевает охладить объём холодильной камеры до температуры плюс 4°С. После отключения мотора-компрессора воздух в холодильной камере начинает нагревать поверхность испарителя. Вода, образовавшаяся из растаявшего инея, каплями стекает по испарителю в специальный лоток на стенке камеры. Регулируя мощность компрессора можно изменять температуру как в холодильной, так и в морозильной камере. Если датчик температуры установлен только в холодильной камере, то и температура будет регулироваться по холодильной камере, т.е. при понижении температуры в холодильной камере с +4° до +2°С, температура в морозильной камере тоже понизится на 2°С, например с минус 20°С до минус 22°С.

Если температуру в холодильной камере повысить, то в морозильной камере температура тоже повысится. Отметим, что агрегат холодильника рассчитан таким образом, что даже при минимальном значении терморегулятора температура в морозильной камере не поднимется выше положенной нормы минус 18°С.

Особенности

Новые холодильники могут включать в себя:

• Автоматическое размораживание
• Предупреждение о сбое питания. Максимальная температура,  достигнутая во время отключения электричества может отображаться вместе с информацией о том, что замороженные или размороженные продукты могут содержать вредные бактерии
• Охлажденная вода и лед которые можно получить в специальном отверстии в двери, дверь для этого открывать не надо

Водные и ледяные диспенсеры стали доступны в 1970-х. Кроме того, некоторые холодильники имеют встроенные изготовители льда, для того чтобы пользователь не использовал лотки для льда. Некоторые холодильники имеют системы охлаждения и очистки воды.

• Ролики, которые позволяют холодильнику легко кататься для более легкой очистки
• Регулируемые полки и лотки, которые могут быть расположены в соответствии с нуждами пользователя
• Индикатор состояния, для того чтобы уведомить пользователя, когда пришло время менять фильтр для воды
• Зоны охлаждения в полках дверцы холодильника. Воздух из морозильника передается на двери холодильника, для охлаждения находящихся там продуктов.

Ранние модели морозильников накапливали кристаллы льда вокруг замораживающихся продуктов. Это было результатом влажности, когда двери морозильной камеры были открыты конденсат попадал на холодные места и замораживался. Это накопление льда требует периодическое размораживание для поддержания эффективности морозильника. Системы автоматического размораживания были введены в 1950-ых годах, но они не являются универсальными, в связи с энергетической эффективностью и стоимостью.

Виды домашних холодильников

Бытовые холодильники и морозильники для хранения продуктов питания производятся в широком диапазоне размеров. От самых маленьких объемом в 4 л для 6 банок пива. До крупных более 1 м в ширину с объемом до 600 Л. Некоторые модели для небольших жилых домов подходят для встраивания под кухонные полки, как правило, они около 86 см в высоту. Холодильники могут быть объединены с морозильными камерами. Холодильник без низкотемпературной камеры хранения продуктов питания, как правило имеет небольшой участок чтобы делать кубики льда.

Холодильники и морозильные камеры могут быть отдельно стоящими или встроенными в кухню.

• Компрессорные холодильники являются на сегодняшний день наиболее распространенным типом, но они заметно шумят.
• Холодильники поглощения или термоэлектрические холодильники Пельтье используются там, где бесшумность является обязательным. Элементы Пельтье используются в самых маленьких холодильниках, поскольку они не имеют громоздких механизмов.
• Компрессорные и холодильники Пельтье рассчитаны на питание от электричества. Холодильники поглощения могут питаться от любого источника тепла. Заметное различие между двумя типами является отсутствие хладагента с кулерами у Пельтье (они используют другой метод охлаждения). Но элементы Пельтье используют больше электроэнергии, потому что они являются термодинамически неэффективными.
• Существуют холодильники которые работают от горючего или газа (природный газ или пропан).

• Холодильники на солнечной энергии, предназначены для снижения потребления электроэнергии. Солнечные холодильники имеют дополнительное преимущество, они не используют хладагенты, вредные для окружающей среды или горючее. Типичная солнечная конструкция холодильников, использует аммиак в качестве рабочего газа и большие зеркала которые концентрируют достаточного солнечного света, чтобы достичь температуры, необходимой для свободного газообразного  состояния аммиака. Большинство таких холодильников предназначены для нечастого использования электроэнергии. Такие единицы комплектуются усиленной изоляцией, требуется очень мало энергии, если холодильник открывается нечасто. Холодильные установки для коммерческого и промышленного применения могут быть сделаны различных размеров, форм или стиля, чтобы соответствовать потребностям клиентов.

Другие специализированные механизмы могут использоваться для охлаждения, но не были применены к бытовым холодильникам.

• Магнитные холодильники, которые работают за счет магнитокалорического эффекта. Охлаждающий эффект получается путем помещения металлического сплава в магнитное поле
• Акустические холодильники, использующие резонансные линейные поршневые двигатели / генераторы для генерации звука, который затем преобразуется в тепло и холод сжатым газообразным гелием.

Классы энергетической эффективности

В соответствии с указанным ГОСТ установлены семь классов энергетической эффективности холодильных приборов в зависимости от индекса энергетической эффективности согласно таблице. Приборы, которые попадают в класс А, являются самыми экономичными по потреблению электроэнергии.

I — индекс энергетической эффективности.

Индекс энергетической эффективности (I) рассчитывается по формуле:

I = Ефакт/ Естанд * 100%,

где Ефакт — фактическое годовое потребление электроэнергии холодильным прибором, кВтч; Естанд — стандартное годовое потребление для холодильного прибора данной категории, определяемого расчетным путем, кВтч.

Стандартное годовое потребление электроэнергии холодильным прибором Естанд , кВтч, определяется по формуле:

Естанд = Vпр * M + N,

где Vпр — приведенный объем холодильного прибора, в литрах; M, N — коэффициенты.

Характерные числа M и N были установлены путем вычисления среднего значения для всех приборов на рынке как результат полезного объема (точно выраженного в математических терминах линейной регрессией с коэффициентами M и N ).

Приведенный Vпр устанавливается исходя из того факта, что в холодильных отделениях с разной температурой расходуется разное количество электроэнергии.

Vпр, в литрах, определяется по формуле:

Vпр = V1 + V2 * Q,

где V1 — объем отделения для хранения свежих продуктов, в литрах; V2 — объем отделения для хранения продуктов при температуре около 0° С, в литрах; Q — коэффициент.

Приведенный объем холодильника с морозильным отделением и многодверного холодильного прибора Vпр, в литрах, рассчитывается по формуле:

Vпр = SUM (25 — Тс)/ 20 * Vc,

где Тс — температура, установленная для каждого отделения прибора,° С; Vc — объем для хранения продуктов каждого отделения, в литрах.

Значения коэффициентов M, N и Q для различных приборов приведены в таблице.

Таблица 2

Здесь НТО — низкотемпературное отделение; *, **, ***, *(***) — символы маркировки отделений прибора.

Влияние на стиль жизни

Холодильник позволяет современной семье сохранить пищу свежей дольше, чем раньше. Наряду с современным супермаркетом, позволяет большинству семей, не иметь сад в котором выращиваются овощи, и иметь гораздо более разнообразное питание и улучшенное состояния здоровья в результате улучшения питания. Молочные продукты, мясо, рыбу, птицу и овощи можно хранить в холодильнике в одном и том же месте на кухне (хотя сырое мясо должно храниться отдельно от других продуктов питания в целях гигиены).

Холодильник позволяет людям есть больше салатов, свежих фруктов и овощей, без собственного сада. Экзотические продукты питания из далеких стран, которые были импортированы с помощью холодильных установок могут быть поданы в дома и хранится в бытовых холодильниках.

Позволяя более здоровым продуктам храниться более длительное время, большинство холодильников и морозильников забиты продуктами быстрого  приготовления, которые являются менее здоровыми. Исследования ожирения доказали, что доступность к легкому в приготовлении питанию привело к общему снижению состояния здоровья населения.

Морозильные камеры позволяют людям, покупать продукты в натуральном виде: еда может быть съедена на досуге, а оптовые закупки экономят деньги. Мороженое, популярный товар 20 века, раньше мог быть получен только путем путешествия на большие расстояния, туда где продукт был сделан, и должен был быть съеден на месте. Теперь это общий пункт питания. Лед имеет спрос не только как добавка к холодным напиткам, но полезен для оказания первой помощи, а также для холодных компрессов, которые можно хранить в замороженном состоянии для пикников или в случае чрезвычайной ситуации.

Температурные зоны и рейтинги

Современные холодильники разделены на четыре зоны для хранения различных видов продуктов:

• −18 °C (−0 °F) (морозильник)
• 0 °C (32 °F) (мясо)
• 5 °C (41 °F) (холодильник)
• 10 °C (50 °F) (овощи)

Вместимость холодильника измеряется в литрах либо в кубических футах. Обычно объем комбинированного холодильника-морозильника разделен на 100 литров (3,53 кубических фута) для морозильной камеры и 140 литров (4,94 кубических фута) для холодильника, хотя эти значения сильно варьируются.

Температурным режимам для холодильного и морозильного отсеков часто даются произвольные числа от производителей (например, от 1 до 9, где 1 самый теплый режим, а 9 самый холодный), но, как правило от 3 до 5 ° C (37 до 41 ° F) идеально подходит для холодильной камеры и -18 ° C (-0 ° F) для морозильной камеры. Некоторым холодильникам требуются определенные внешние температурные параметры для правильной работы. Это может быть проблемой при размещении холодильников на балконах, гаражах и т.д..

На холодильниках обозначают температурный режим морозильной камеры в виде нескольких снежинок:

• * — температура до −6 °C. Замороженные продукты можно хранить не более недели.
• ** — температура до −12 °C. Замороженные продукты хранятся до месяца.
• *** — температура до −18 °C. Хранение продуктов до 3-х месяцев.
• *(***) — температура до −18 °C плюс быстрая заморозка свежих продуктов. Хранение продуктов до года.