Сказ пятый. Бытовая холодильная техника
А теперь я расскажу о бытовой холодильной технике: холодильниках и морозильниках. Назначение холодильника – охлаждение и хранение охлажденных продуктов, замораживание и хранение замороженных продуктов, назначение морозильника – замораживание и хранение только замороженных продуктов. Основой холодильника является холодильная машина, которая может быть трех типов: абсорбционная, термоэлектрическая, парокомпрессионная.
В этом сказе я представлю преимущества и недостатки каждого типа холодильных машин. Давайте сравним их по энергетическим показателям (табл. 7), для этого надо поместить их в одинаковые условия. Температура кипения хладагента –24 °С, температура холодной стороны термоэлемента –24 °С. Термоэлектрический элемент может снизить температуру на холодной стороне относительно горячей на 40 °С. В таком случае термоэлемент должен быть двухступенчатым.
Таблица 7. Сравнение холодильных машин по энергетическим показателям
Из табл. 7 видно, что парокомпрессионные холодильные машины имеют неоспоримое преимущество. Именно поэтому в 99 % бытовых холодильников установлены парокомпрессионные холодильные машины. Однако у остальных типов есть немало положительных сторон. Кроме того, бытовые холодильники классифицируют по климатическим условиям, в которых они должны эксплуатироваться (табл. 8).
Таблица 8. Классификация бытовых холодильников с учетом климата
Очевидно, нас будут интересовать холодильники умеренного класса N, которые работоспособны в диапазоне температур от 16 до 32 °С.
Рассмотрим устройство парокомпрессионной холодильной машины, состоящей из компрессора, конденсатора, испарителя и капиллярной трубки, в которых циркулирует рабочее вещество – хладагент (рис. 1).
Рис. 1. Устройство парокомпрессионной холодильной машины
Как видим на рис. 1, мотор-компрессор располагается в нижней части холодильника. Как самый тяжелый элемент, он устанавливается внизу для балансировки холодильника при его перевозке. Расположение компрессора внизу отрицательно отражается на работе холодильника: 50 % теплопритоков из окружающей среды в холодильник поступает от мотора-компрессора с конденсатором. Мотор-компрессор обеспечивает циркуляцию хладагента в системе холодильной машины. Электродвигатель компрессора находится в герметичном корпусе с компрессором. Охлаждение работающего мотора-компрессора осуществляется холодными парами хладагента. Непрерывная работа мотора-компрессора допускается в течение не более 24 ч в холодильниках и морозильниках с 
в режиме замораживания.
В режиме хранения все холодильники и морозильники должны работать с остановками. Время остановки мотора-компрессора составляет не менее 6 мин. Такой режим работы исключает возможность хранения продуктов в охлажденном, подмороженном состоянии, так как за время остановки более 6 мин колебания температуры составляют больше ±1 °С.
Мотор-компрессор в холодильнике должен работать при 32 °С не более 60 % общего времени, мотор-компрессор в морозильнике – не менее 80 % общего времени при такой температуре. При окружающей температуре выше 32 °С работа мотора-компрессора становится непрерывной, поэтому возникают риски выхода из температурного режима и поломки самой дорогой части холодильника.
Конденсатор в виде черной решетки традиционно расположен сзади холодильника и служит для отвода тепла от работающего электродвигателя в окружающую среду. Теплоты он дает значительно больше, чем холодильная машина вырабатывает холода. Поэтому для его нормальной работы необходимо обеспечить его охлаждение воздухом. Для хорошей циркуляции воздуха конденсатор прикрепляется к холодильнику на некотором расстоянии, также необходимо обеспечить зазор не менее 50 мм между конденсатором и стеной помещения.
Конденсатор в современных холодильниках и морозильниках может быть установлен внутри теплоизоляции по наружному корпусу. Тогда сзади никакой решетки нет. В этом случае зазор вокруг корпуса обеспечивает свободное охлаждение теплых стенок холодильника с встроенным конденсатором.
Капиллярная трубка служит для создания перепада давления и температуры хладагента в конденсаторе и испарителе. При понижении температуры в помещении понижаются температура и давление в конденсаторе. Свойства капиллярной трубки понижать давление при понижении температуры в помещении не изменяются. Поэтому при снижении температуры окружающей ниже 16 °С давление в испарителе может снижаться до давления ниже атмосферного. Это приводит к значительным перегрузкам мотора и компрессора, что также может привести к выходу мотора-компрессора из строя.
Испаритель обеспечивает температурный режим в камере, который напрямую зависит от конструкции испарителя, поэтому рассмотрим возможные варианты, например, испаритель над холодильной камерой (рис. 2).
Рис. 2. Испаритель над холодильной камерой
Как видим на рис. 2, холодный воздух опускается в высокотемпературном отделении вниз, самая низкая температура вверху. Необходимо отметить, что в ГОСТе на бытовые холодильники указано, температура в холодильном отделении определяется без заполнения продуктами, по средней температуре трех термометров, расположенных по высоте камеры холодильника. Холодильник без продуктов трудно себе представить. А вот продукты в холодильнике каждый укладывает как бог на душу положит, поэтому и температура в холодильнике может распределяться каждый раз по-разному. Учитывая колебания температуры при остановке компрессора, наличие и укладку продуктов, сказать, какой будет температура в определенной точке, невозможно. Мы можем говорить не о температуре в конкретной точке, а только о температурных зонах, да и то весьма условно. При установке испарителя на задней стенке холодильного отделения распределение температурных зон меняется (рис. 3).