Τα τμήματα ενός ψυγείου (μοτέρ, συμπυκνωτής, ατμοποιητής, πόρτα κ.ά)

Τα τμήματα ενός οικιακού ψυγείου – ψυκτικού κυκλώματος. Τι είναι & τι κάνει ο συμπιεστής (μοτέρ), συμπυκνωτής (αγωγός – μαύρο πλέγμα), εκτονωτική διάταξη ή τριχοειδής σωλήνας ή εκτονωτική βαλβίδα, ατμοποιητής ή εξατμιστής, πόρτα κλπ

Τεχνική περιγραφή του ψυγείου – Ψυκτική μηχανή & θερμοδυναμική

Στη θερμοδυναμική, ως ψύξη εννοείται η μεταφορά θερμότητας από ένα θερμοδοχείο με χαμηλή θερμοκρασία σε άλλο όπου επικρατεί υψηλότερη θερμοκρασία.

Καθώς η μεταφορά θερμότητας από ένα ψυχρότερο σώμα προς ένα θερμότερο είναι ενάντια στη φυσική αλληλουχία, σύμφωνα με το δεύτερο θερμοδυναμικό αξίωμα, για να επιτευχθεί αυτή η μεταφορά πρέπει να δοθεί έργο.

Αν όλη αυτή η διαδικασία γίνει με τη χρήση ενός ψυκτικού ρευστού, τότε αναφερόμαστε σε μια ψυκτική μηχανή στην οποία προσφέρεται μηχανικό έργο για την άντληση θερμότητας από το ψυχρότερο θερμοδοχείο προς το θερμότερο.

Για να εξατμιστεί μια ποσότητα ρευστού, χρειάζεται να προσφερθεί ποσό θερμότητας Q = mq_L όπου m είναι η μάζα του υγρού και q_L είναι η λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης του υγρού.

Λανθάνουσα καλείται η θερμότητα η οποία απορροφάται ή ελευθερώνεται κατά την αλλαγή φάσης ενός ρευστού.

Για τη δημιουργία τεχνητής ψύξης, ένα ψυκτικό ρευστό υποβάλλεται διαδοχικά σε ατμοποίηση και υγροποίηση συνεχώς. Στη διάρκεια αυτών των κύκλων, απορροφά συνεχώς θερμότητα από έναν χώρο και την αποβάλλει σε έναν άλλο.

Η κατάψυξη του ψυγείου δέχεται τη θερμότητα από τα τρόφιμα και με τον ατμοποιητή αφαιρείται η θερμότητα αυτή, ενώ η μαύρη, συνήθως, σχάρα στο πίσω μέρος του ψυγείου (συμπυκνωτής) θερμαίνει το περιβάλλον.

Μέσα από τον ατμοποιητή και το συμπυκνωτή, με τη βοήθεια του συμπιεστή, κυκλοφορεί το ψυκτικό μέσο σε υγρή ή αέρια φάση.

Οκ δεν θα το κάψουμε το μυαλό…. και το ψυγείο… υπεραρκετές οι ανωτέρω πληροφορίες για την τεχνική περιγραφή… δεν θέλουμε να γίνουμε και ψυκτικοί.

Τα κύρια τμήματα ενός οικιακού ψυγείου (του ψυκτικού κυκλώματος)

Από τεχνικής απόψεως, για να παραχθεί ψύξη από ένα ψυγείο, απαιτείται η συστηματική λειτουργία μίας εξωτερικής και μίας μονωμένης εσωτερικής μονάδας.

Η μονάδα που δημιουργεί την ψύξη είναι η εξωτερική, συνήθως τοποθετημένη στην πίσω πλευρά του ψυγείου (βλ. Σχήμα).

Συγκεκριμένα, η λειτουργία των σύγχρονων οικιακών ψυγείων βασίζεται σε α) ένα συμπιεστή, β) ένα συμπυκνωτή, γ) έναν τριχοειδή σωλήνα και δ) έναν ατμοποιητή.

Για να επιτευχθεί το τελικό ψυκτικό αποτέλεσμα, απαιτείται η χρήση ενός ψυκτικού μέσου το οποίο υπόκειται σε αλλαγές φάσεις, δηλαδή μεταβαίνει από υγρό προς αέριο και αντίστροφα.

Για να πραγματοποιηθεί η αφαίρεση της θερμότητας από τα τρόφιμα, ο αέρας του ψυκτικού θαλάμου πρέπει να διατηρείται σε θερμοκρασία χαμηλότερη από εκείνη των τροφίμων, ώστε η θερμότητα να ρέει από το θερμό σώμα (τρόφιμα) προς το ψυχρό σώμα (αέρα του ψυκτικού θαλάμου).

Ο αέρας αυτός απορροφά επίσης τη θερμότητα που μπαίνει στον ψυκτικό θάλαμο μέσα από τα τοιχώματά του καθώς και από το άνοιγμα της πόρτας του ψυγείου.

Ο αέρας, επίσης, απορροφά και την υγρασία που εκλύουν τα τρόφιμα ή που μπαίνει από την πόρτα του θαλάμου

Οπότε ως αναγνώστες κρατάμε (παρουσιάζονται ένα προς ένα στη συνέχεια) ότι τα κύρια τμήματα του ψυκτικού κυκλώματος ενός οικιακού ψυγείου είναι:

Ο συμπιεστής (μοτέρ) σε ένα οικιακό ψυγείο ως μονάδα παραγωγής  ψύξης

Η κύρια τεχνολογική εφαρμογή σε ένα ψυγείο είναι ο συμπιεστής (μοτέρ), ο οποίος αποτελεί τη μονάδα παραγωγής της ψύξης.

Ο ηλεκτροκινητήρας βρίσκεται μέσα στον συμπιεστή σε ειδικό χυτό πλαίσιο. Ο συμπιεστής έχει γενικά όλα τα εξαρτήματα του μέσα στο κέλυφος (έμβολο, πηνία, ηλεκτροκινητήρας κλπ)

Μετά την πλήρη ατμοποίησή του, ο ατμός του ψυκτικού ρευστού μέσου συμπιέζεται στον συμπιεστή και στη συνέχεια συμπυκνώνεται απελευθερώνοντας τη θερμότητα που έχει απορροφήσει από τον ατμοποιητή, καθώς και το θερμικό ισοδύναμο του έργου του συμπιεστή.

Ο συμπιεστής, λοιπόν, αποτελεί την καρδιά του συστήματος των οικιακών συσκευών ψύξης. Είναι το πλέον σύνθετο υποσύστημα και αυτό που ευθύνεται κυρίως για την κατανάλωση ενέργειας από το ψυγείο.

Σκοπός του συμπιεστή είναι, αρχικά, η αναρρόφηση του ψυκτικού μέσου που περιέχει τη θερμότητα του αέρα του ψυγείου από τον ατμοποιητή σε χαμηλή πίεση και ακολούθως να το συμπιέζει (να του αυξάνει δηλαδή την πίεση)

Έτσι, ώστε να αποβάλλεται η θερμότητα του ψυκτικού μέσου προς τον αέρα του περιβάλλοντος χώρου μέσω του συμπυκνωτή.

Κατ’ αυτό τον τρόπο, ο συμπιεστής πετυχαίνει την εξαναγκασμένη ροή θερμότητας από τον αέρα του ψυγείου προς τον αέρα του περιβάλλοντος με την απαραίτητη βοήθεια ενός ψυκτικού μέσου που αποτελεί, όπως λέγεται, το εργαζόμενο μέσο.

Ανακεφαλαιώνοντας, στα οικιακά ψυγεία και τους καταψύκτες, η ανακυκλοφορία του ψυκτικού ρευστού λαμβάνει χώρα λόγω του συμπιεστή, ο οποίος λειτουργεί με κινητήρα μικρής ιπποδύναμης τροφοδοτούμενος με ηλεκτρική ενέργεια.

Ο συμπυκνωτής (αγωγός) | Το μαύρο πλέγμα στο πίσω μέρος του ψυγείου

Ο συμπυκνωτής ευθύνεται για την απομάκρυνση της θερμότητας του ψυκτικού μέσου προς το περιβάλλον.

Ο σκοπός αυτός επιτυγχάνεται μέσω της συμπύκνωσης του ατμού του ψυκτικού μέσου, δηλαδή της μετατροπής του σε υγρό.

Κατά τη συμπύκνωση αυτή, αποβάλλεται ολόκληρη η ενέργεια που έχει πάρει το ψυκτικό μέσο στον ατμοποιητή και στον συμπιεστή.

Η συμπύκνωση (δηλαδή η αλλαγή φάσης) του ατμού πραγματοποιείται με μετάδοση θερμότητας από τη συσκευή του συμπυκνωτή προς τον περιβάλλοντα αέρα του περιβάλλοντος χώρου (συνήθως, δηλαδή, της κουζίνας).

Για τον λόγο αυτό, οι συμπυκνωτές των οικιακών ψυγείων χαρακτηρίζονται ως αερόψυκτοι.

Επειδή όμως ο χώρος της κουζίνας έχει αρκετά υψηλή θερμοκρασία (π.χ. 27-33 °Ο το καλοκαίρι), πρέπει η θερμοκρασία του συμπυκνωτή και, επομένως, του ψυκτικού μέσου να είναι μεγαλύτερη του αέρα του χώρου, έτσι ώστε να πραγματοποιείται αβίαστα η μετάδοση θερμότητας από τον συμπυκνωτή προς τον αέρα.

Τύποι πυκνωτών στα ψυγεία:

Επειδή οι συμπυκνωτές των οικιακών ψυγείων είναι αερόψυκτοι, πρέπει να εξασφαλίζεται η ανεμπόδιστη ροή του αέρα γύρω από τον συμπυκνωτή, δηλαδή:

Η εκτονωτική διάταξη ή τριχοειδής σωλήνας ή εκτονωτική βαλβίδα

Όπως ήδη αναφέρθηκε, σκοπός του ατμοποιητή είναι να ψύχει τον αέρα του ψυκτικού θαλάμου, ο οποίος περιέχει τη θερμότητα και την υγρασία των αποθηκευμένων τροφίμων.

Η ψύξη αυτή πραγματοποιείται με την ατμοποίηση σε χαμηλή πίεση του ψυκτικού μέσου που ρέει στον ατμοποιητή.

Όμως, το ψυκτικό μέσο έρχεται από τον συμπυκνωτή προς τον ατμοποιητή με την υψηλή πίεση του κύκλου λειτουργίας του ψυγείου.

Επομένως, υπάρχει η ανάγκη να μειωθεί η πίεση του ψυκτικού μέσου, καθώς αυτό ρέει ανάμεσα στις δύο αναφερόμενες συσκευές.

Αυτό επιτυγχάνεται με την εκτονωτική διάταξη, η οποία στην περίπτωση των οικιακών ψυγείων ορίζεται ως:

Η «εκτονωτική διάταξη» (ή εκτονωτική βαλβίδα) είναι ένας λεπτός τριχοειδής χάλκινος σωλήνας με μεγάλο σχετικά μήκος και πολύ μικρή εσωτερική διάμετρο.

Ο τριχοειδής σωλήνας ελέγχει τη ροή του ψυκτικού μέσου προς τον ατμοποιητή, μέσω της πτώσης της πίεσής του. Ο σωλήνας αυτός είναι χάλκινος και έχει διάμετρο 2 χιλιοστά.

Τόσο η διάμετρος όσο και το μήκος του τριχοειδή σωλήνα καθορίζουν την ποσότητα του ψυκτικού μέσου που θα διέλθει σε μια δεδομένη πτώση πίεσης.

Ο τριχοειδής σωλήνας δεν αποτελεί κινούμενο μέρος. Τυπικά, έχει χωρητικότητα 20-200g ψυκτικού ρευστού, η οποία ανταποκρίνεται στο τυπικό ψυκτικό φορτίο ενός οικιακού ψυγείο, το οποίο κυμαίνεται από 50-250W.

Επομένως, μετά τη συμπύκνωσή του, το ψυκτικό ρευστό εκτονώνεται στον τριχοειδή σωλήνα.

Ατμοποιητής ή εξατμιστής (evaporator) ή εναλλάκτης θερμότητας

Ο ατμοποιητής είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας ο οποίος επιτρέπει την ψύξη του αέρα που κυκλοφορεί μέσα στον ψυκτικό θάλαμο και διαδραματίζει έναν εξίσου σημαντικό ρόλο με το συμπυκνωτή σχετικά με την απόδοση του ψυγείου.

Ευθύνεται για την παραγωγή της ψυκτικής ικανότητας η οποία απαιτείται για τη συντήρηση των τροφίμων στις βέλτιστες συνθήκες.

Η κύρια διαφορά μεταξύ του συμπυκνωτή (αγωγός | Το μαύρο πλέγμα) και του εξατμιστή είναι ότι στην πρώτη συσκευή το ψυκτικό μέσο απελευθερώνει θερμότητα στο περιβάλλον και το δεύτερο απορροφά το, αφαιρώντας το από το ψυχόμενο μέσο.

Αυτό είναι ένα σημαντικό στοιχείο της συσκευής από χάλυβα ή αλουμίνιο. Η σωστή λειτουργία του εξατμιστή αποτελεί την κύρια εγγύηση για την επιτυχία ολόκληρης της συσκευής.

Τα χαρακτηριστικά της τεχνολογίας του ατμοποιητή – εξατμιστή εξαρτώνται κυρίως από τον τύπο του ψυκτικού μέσου.

Οι ατμοποιητές που χρησιμοποιούνται στα οικιακά ψυγεία έχουν συνήθως τη μορφή σερπαντίνας (Rebristotrubbye) ή επίπεδης πλάκας «Φύλλο και σωλήνας».

Ο αέρας περνά πάνω από τη σερπαντίνα ή την επίπεδη πλάκα και χάνει θερμότητα που είναι εν μέρει αισθητή θερμότητα (οπότε μειώνεται η θερμοκρασία του) όσο και λανθάνουσα θερμότητα, οπότε παθαίνει αφύγρανση (ελαττώνεται η υγρασία του).

Αφού ο αέρας δώσει την αισθητή και λανθάνουσα θερμότητά του στον ατμοποιητή, ακολούθως επιστρέφει και διανέμεται στον ψυκτικό θάλαμο, έχοντας χαμηλότερη θερμοκρασία και υγρασία, ώστε να απορροφήσει τη θερμότητα και την υγρασία των τροφίμων.

Η κυκλοφορία αυτή του αέρα επαναλαμβάνεται πολλές φορές, μέχρις ότου ο θάλαμος του ψυγείου αποκτήσει την επιθυμητή θερμοκρασία, η οποία για τον χώρο της συντήρησης πρέπει να κυμαίνεται από 2-4 ^oC.

Ο θάλαμος κατάψυξης και συντήρησης και ο ατμοποιητής ή εξατμιστής

Το οικιακό ψυγείο πρέπει να έχει τη δυνατότητα να διατηρεί τόσο τα νωπά όσο και τα κατεψυγμένα τρόφιμα. Αυτό επιτυγχάνεται με κατάλληλη διαμόρφωση του θαλάμου του ψυγείου σε δύο τμήματα, δηλαδή στον θάλαμο κατάψυξης και στον θάλαμο συντήρησης.

Για τα δύο αυτά τμήματα του ψυγείου υπάρχουν οι εξής περιπτώσεις:

Η πόρτα του ψυγείου, τα λάστιχα της πόρτας, ρεύμα & απώλειες

Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας από τα οικιακά ψυγεία σχετίζεται με την απομάκρυνση της αισθητής και της λανθάνουσας θερμότητας από το εσωτερικό του ψυγείου.

Επίσης σχετίζεται με τη διείσδυση ζεστού αέρα από το εξωτερικό περιβάλλον προς τον χώρο του ψυγείου, λόγω ελλείψεων στη μόνωση των τοιχωμάτων.

Η διείσδυση του θερμού αέρα σχετίζεται άμεσα με τη συχνότητα με την οποία ανοιγοκλείνει η πόρτα του ψυγείου. Όλα τα παραπάνω ποσά θερμότητας πρέπει να απομακρυνθούν από τον ατμοποιητή.

Όσο περισσότερη θερμότητα πρέπει να απομακρυνθεί από το εσωτερικό του ψυγείου, τόσο μεγαλύτερο έργο πρέπει να επιτελέσει ο συμπιεστής και, άρα, τόσο μεγαλύτερη πρέπει να είναι η κατανάλωση ενέργειας.

Τα ελαστικά μέρη της πόρτας του ψυγείου είναι έτσι σχεδιασμένα ώστε αφενός μεν να απομονώνουν το χώρο αποθήκευσης των τροφίμων από το εξωτερικό περιβάλλον, αφετέρου δε να επιτρέπουν το εύκολο άνοιγμα του ψυγείου.