بخش آموزش یخچال

پیش زمینه یخچال و فریزر

پیش از توسعه تکنیک های برودتی مصنوعی در دهه 1800 ، مردم از وسایل مختلفی برای سرمازدگی و حفظ مواد غذایی استفاده می کردند. قرن ها یخ به عنوان مبرد اصلی عمل می کرد. از قضا ، هندی ها و مصریان باستان از تکنیک های یخ سازی استفاده می کردند که به عنوان پایه مفهومی اولین یخچال و فریزرهای "مدرن" توسعه یافته در قرن نوزدهم یعنی تبخیر. تبخیر نسبتاً سریع یک مایع باعث افزایش حجم گاز می شود. با افزایش بخار آب ، انرژی جنبشی آن به طرز چشمگیری افزایش می یابد ، بخشی از آن بخاطر اینکه بخار گرم در حال جذب انرژی از محیط اطراف خود است که با این فرآیند خنک می شوند. هندی ها و مصری ها با قرار دادن گسترده ، از این پدیده استفاده کردند

، کاسه های کم عمق پر از آب در شب های خنک. از آنجا که مقداری آب به سرعت تبخیر شد ، آب باقیمانده خنک شد و یخ را تشکیل می دهد. با این روش می توان تکه های بزرگی از یخ ایجاد کرد که از آن پس می توان برای خنک کردن مواد غذایی استفاده کرد.

چینی های باستان با استفاده از یک وسیله ابتدایی تر برای تهیه یخ ، آن ها را برای خنک کردن غذاهای خود به راحتی از کوه ها حمل می کردند. بعداً ، یونانیان و رومیان این عمل را پذیرفتند. برای حفظ یخ خود ، مردم آن را در گودالها یا غارهای عایق بندی شده از نی و چوب ذخیره می کردند ، از این طریق می توانستند ماه ها منبع یخ را حفظ کنند. در کشورهای صنعتی ، یخ به عنوان اولین روش سرمازدگی مواد غذایی در قرن نوزدهم ، هنگامی که مردم در کابینت های عایق بندی شده ، یخ هایی را در کنار مواد غذایی که مایل بودند ذخیره کنند ، قرار دادند. حتی امروزه ، در بسیاری از کشورهای در حال توسعه یخچال تنها مبرد موجود است.

اولین تلاش شناخته شده برای ساخت یخچال مصنوعی در اسکاتلند در دانشگاه گلاسگو انجام شد. در سال 1748 ، ویلیام کالن روش قدیمی انجماد هند و مصر از انجماد مایع را با استفاده از تبخیر احیا کرد ، اگرچه او با جوشاندن اتیل اتر در یک خلاء جزئی روند را تسریع کرد (اتیل با سرعت بیشتری از آب تبخیر می شود). كولن این كار را صرفاً یك آزمایش انجام داد ، همانطور كه ​​الیور ایوانز آمریكایی ، یخچال دیگری را نیز در سال 1805 طراحی كرد. دستگاه اوانز كه مبتنی بر چرخه بسته اتر فشرده شده بود ، اولین تلاش برای استفاده از بخار ساده به جای بخار كردن مایع بود. در حالی که اوانز دستگاه خود را هرگز فراتر از مرحله نمونه اولیه توسعه نداد ، در سال 1844 یک پزشک آمریکایی به نام جان گوری در واقع یک دستگاه بسیار مشابه را برای تأمین یخ برای بیمارستانی که در آن کار می کرد ساخته است. دستگاه گورری هوا را فشرده کرد که بعد با آب خنک شد. سپس هوای خنک شده به داخل سیلندر موتور هدایت می شود و با تجدید مجدد ، دمای آن به اندازه کافی کاهش می یابد تا یخ ایجاد شود.

در سال 1856 ، الكساندر توینینگ دیگر آمریكایی اقدام به فروش یخچال و فریزر براساس همان اصل فشرده سازی بخار ، و خیلی زود پس از آن جیمز هریسون استرالیایی طرح آمریکایی (منظور از آن را در خانه های منفرد مورد استفاده قرار داد) را برای بسته بندی گوشت و آبجو افزایش داد. صنایع ساخت سه سال بعد ، فردیناند کار هنگامی که آمونیاک را به عنوان خنک کننده معرفی کرد ، مفهوم اساسی اساسی همه این یخچال ها را اصلاح کرد. آمونیاک پیشرفتی را نشان می دهد زیرا با سرعت بیشتری از آب گسترش می یابد و بنابراین می تواند گرمای بیشتری را از محیط اطراف خود جذب کند. Carre همچنین نوآوری های دیگری را نیز به همراه داشت. یخچال و فریزر وی با استفاده از چرخه ای که بخار مبرد (آمونیاک) در مایع (مخلوطی از آمونیاک و آب) که بعداً گرم می شد ، کار می کرد.

                                                         

کابین بیرونی و درب ، ساخته شده از ورق فلزی ، یا با هم جوش داده شده و یا به هم چسبیده اند. در حالی که برخی از تولید کنندگان از ورق های فلزی برای کابینت داخلی نیز استفاده می کنند ، برخی از تولید کنندگان و برخی مدل ها از پلاستیک برای آستر داخلی استفاده می کنند. آسترهای پلاستیکی با تشکیل خلاء ساخته می شوند. در این فرآیند ، یک قطعه ضخیم از پلاستیک کمی بزرگتر از قسمت انتهایی ، لبه های بیرونی آن گیره شده و سپس گرم می شود. پلاستیک داغ بعدی توسط خلاء درون قالب کشیده می شود و سرد می شود. پس از پیرایش ، قسمت حاصل برای مونتاژ آماده است.

برای تبخیر ، از این طریق یک اثر خنک کننده ایجاد می کند (پس از تبخیر ، مبرد متراکم شد به طوری که می تواند یک بار دیگر در مایع جذب شود و چرخه را تکرار کند). دستگاه Carre نه تنها بسیار خوب فروخته شد ، بلکه با ارتقاء مفهوم فشرده سازی ایوانز و افزودن مبرد پیشرفته تر ، تبرید مدرن را افتتاح کرد. این اجزاء اساس اکثر یخچالهای مورد استفاده امروزه باقی مانده است.

با این حال ، آمونیاک خود چندین مشکل ایجاد کرده است. در حالی که به عنوان یک مایع خنک کننده بسیار مؤثر عمل می کرد ، هنگام نشت ، هم بو و هم سمی بود و پس از ایجاد گزینه های مصنوعی در دهه 1920 ، خیلی سریع از یخچال ناپدید شد. شناخته شده ترین اینها ، توسط دو پونت تحت عنوان فرنون ثبت اختراع شده است ، با تغییر شیمیایی مولکول متان ایجاد شد و دو اتم کلر و دو فلورین را برای چهار اتم هیدروژن جایگزین کرد. بنزین حاصل شده (از نظر فنی ، دیکلرولوفلورومتان) مورد استقبال قرار گرفت زیرا نقطه کم جوش ، تنش سطح و ویسکوزیته آن را به مبرد ایده آل و ظاهراً بدون مشکل تبدیل کرده است. بعداً ، در دهه 1970 ، دانشمندان فهمیدند که فرنون مشکلات مربوط به خود را با محیط زیست ایجاد می کند (به بخش "نگرانی های زیست محیطی" در زیر مراجعه کنید) و جستجوی عوامل جدید برای استفاده در یخچال را آغاز کردند.

مواد خام

یخچال و فریزرها امروز از چندین مؤلفه اساسی تشکیل شده است: کابینت بیرونی و درب ، کابینت داخلی یا آستر ، عایق درج شده بین این دو ، سیستم خنک کننده ، مبرد و وسایل جانبی. کابینت و درب از جنس آلومینیوم یا فلز ورق استیل است که بعضاً رنگ آمیزی می شود. این فلز به طور کلی در یک کویل خریداری می شود که مستقیماً در فرآیند تولید تغذیه می شود یا به اندازه و برش با ورق برش داده می شود. کابینت داخلی از ورق فلزی مانند کابینت بیرونی یا پلاستیک ساخته شده است. عایق کاری که فاصله بین کابینت های داخلی و خارجی را پر می کند از فایبرگلاس یا پلی فوم تشکیل شده است. اجزای سیستم خنک کننده (کمپرسور ، کندانسور ، کویل ، باله) از آلومینیوم ، مس یا آلیاژ ساخته شده اند. لوله معمولاً مس است ، به دلیل انعطاف پذیری آن فلز - قابلیت خم شدن بدون شکستن. فرن متداول ترین مبرد است و تقریباً تمام وسایل داخلی بزرگ (آستر درب و کابینت) از پلاستیک خلاء تشکیل شده اند. وسایل کوچکتر (محفظه کره ، سینی تخم مرغ ، ترد سالاد) به عنوان تکه های پلاستیکی کوچک یا در قطعات از قبل تشکیل شده خریداری می شوند.

طرح

یخچال و فریزر معاصر مبتنی بر دو قانون اساسی فیزیک است: یکی اینکه گرما از مواد گرمتر به مواد خنک کننده و هرگز برعکس جریان نمی یابد. دو ، کاهش فشار گاز باعث کاهش دمای آن می شود. اگرچه اصلاحات از زماني كه كرا مدل خود را در اواخر قرن نوزدهم معرفي كرد ، ساخته شده است ، اما اين اصول اساسي هنوز در يخچال هاي امروزي قابل مشاهده است.

یخچال با حذف گرما از هوا در محفظه داخلی خود و انتقال آن گرما به هوای بیرون کار می کند. با شروع در اواپراتور ، فرنون گرم می شود و شروع به جذب گرما از هوا درون یخچال می کند. پس از جذب این گرما ، فرتون توسط کمپرسور به کندانسور هدایت می شود. در این مجموعه از کویل های مسی (معمولاً در پشت یا در پایین یخچال نصب شده است) ، فرنون به حالت مایع برمی گردد و گرمای خود را در صورت انجام به هوای بیرون منتقل می کند. پس از خنک شدن ، فرن به اواپراتور بازمی گردد ، جایی که دوباره چرخه آغاز می شود.

یخچال ها با از بین بردن گرما از هوا در محفظه داخلی خود و انتقال آن گرما به هوای بیرون کار می کنند. مایع خنک کننده (فرنون) با عبور از یک مدار ، از مبدل تبخیری به کندانسور این انتقال را انجام می دهد. با شروع از تبخیر کننده ، که درون یک کابینت عایق قرار دارد ، فرنون گرم می شود. از آنجا که برای جوشاندن ساخته شده است ، فرتون گرما را از هوا درون یخچال بیرون می آورد. پس از جذب این گرما ، فرنون به سمت کندانسور هدایت می شود. در این مجموعه از کویل های مسی (معمولاً در پشت یا در پایین یخچال سوار می شود) ، فرنس می کند - به حالت مایع برمی گردد - گرمای خود را در صورت انجام به هوای خارج منتقل می کند. پس از خنک شدن ، فرنون به تبخیر کننده برمی گردد ، جایی که دوباره گرم می شود و شروع به جذب گرما از مواد ذخیره شده در یخچال می کند. بعضی اوقات ، برای افزایش سطح آنها (و در نتیجه تسهیل انتقال حرارتی) ، اواپراتور و کندانسور باله های فلزی تعبیه شده اند.

برای یخ زدایی ، یک سیم پیچ در اطراف واحد فریزر پیچیده می شود. هنگامی که تایمر به یخ زدگی می رسد ، مبرد از این کویل عبور می کند در حالی که برای افزایش دما و ذوب یخ گرم است. این کویل معمولاً به دور از هرگونه یخ ساز قرار می گیرد تا از ذوب شدن یخ و یخ زدن یخ های یخ جلوگیری کند.

فرآیند ساخت

کابین بیرونی و درب

1 تکه های فلز یا جوش داده شده یا به هم چسبیده اند. کلینیک کردن فرایندی است که از نزدیک شبیه به یک ست کردن است به این دلیل که این دو قطعه تحت فشار قرار می گیرند ، اگرچه هیچ قطعه اضافی مانند لوازم اصلی اضافه نمی شود. اگر قسمتی از کابینت قابل رویت باشد ، جوش داده می شود و به زمین می رسد تا به صورت یک قطعه ظاهر شود. میزان اتوماسیون فرایند جوش بستگی به شرکت و تعداد یخچال های در حال تولید بستگی دارد.

2 اگر ورق فلزی به صورت پیش پوش خریداری نشده بود ، اکنون رنگ آمیزی شده است. برخی از تولید کنندگان از تجهیزات اسپری برای قرار دادن یک لایه یکنواخت رنگ روی فلز استفاده می کنند. دیگران قطعات را قبل از گرم کردن آنها در مخلوط رنگ / حلال فرو می کنند تا رنگ روی سطح پخته شود.

کابینت داخلی

3 کابینت داخلی گاهی اوقات از ورق فلزی بسیار شبیه به پوسته بیرونی ساخته شده است. هر گونه درز برای بهبود عایق و ظاهر ، محصور شده است. برخی از تولید کنندگان و برخی مدل ها از پلاستیک برای آستر داخلی استفاده می کنند. به عنوان مثال ، درب داخلی امروزه تقریباً به طور انحصاری از پلاستیک ساخته شده است. آسترهای پلاستیکی خلاء تشکیل شده اند. در این فرآیند ، یک قطعه ضخیم از پلاستیک کمی بزرگتر از قسمت انتهایی ، لبه های بیرونی آن گیره شده و سپس گرم می شود. پلاستیک داغ بعدی توسط خلاء درون قالب کشیده می شود و سرد می شود. پس از پیرایش ، قسمت حاصل برای مونتاژ آماده است.

4 کابینت داخلی در داخل کابینت خارجی قرار داده شده است ، و قبل از قرار دادن وسایل ، این دو در هم جمع می شوند. برخی از لوله ها و سیم ها قبل از پر شدن از عایق ، از فاصله بین این دو عبور می کنند. یک وسیله حمل و نقل (گاهی اوقات به صورت روباتیک عمل می شود ، گاهی اوقات یک اسلحه طولانی که به صورت دستی کار می کند) کف بین دیوارها را وارد می کند. این فوم هنگام گرم کردن در فر ، باعث می شود تا استحکام و عایق به کابینت اضافه شود. فرآیندی مشابه برای درها استفاده می شود.

سیستم خنک کننده

5 قطعات تبرید با استفاده از پیچ و گیره به کابینت وصل می شوند. لوله با هم لحیم می شوند و یک پوشش محافظ روی اتصالات پاشیده می شود. ترتیب این مونتاژ بین تولید کنندگان و مدل ها متفاوت است. لوله های مسی که از آن سیم پیچ ها (کندانسورها و اواپراتورها) جداگانه بریده شده ، خم شده و لحیم شده شده اند ، به عنوان یک واحد به یخچال و فریزر متصل می شوند.

6 مهر و موم روی درب یخچال و فریزر با استفاده از واشرهای مخصوص لبه آهنربا ایجاد می شود که با پیچ ها به درها وصل می شوند. دستگیره ها و لولا نیز قبل از پیچ خوردن لولا روی کابینت ، روی درب پیچ می شوند. برخی از تنظیمات برای کارکرد مناسب درب مجاز است.

تست و اضافه کردن لوازم جانبی

7 بیشتر تولید کنندگان از این مرحله به بعد آزمایش را با تولید مخلوط می کنند. این واحد با نیتروژن آزمایش شده است (گاز بی خطر که حدود 79 درصد هوا را تشکیل می دهد). اگر عبور کند ، آن را با مبرد متصل می کنند و در معرض آزمایش بیشتر قرار می گیرند. در مرحله بعد ، لوازم جانبی (قفسه ، ترد ، سینی های یخ و غیره) اضافه می شوند و برای حمل و نقل ضبط می شوند. به این واحد نگاه نهایی داده می شود و سپس برای حمل و نقل بسته بندی می شود.

کنترل کیفیت

همانطور که گفته شد ، کلیه زیرمجموعه های لوله که حاوی مبرد هستند با نیتروژن تحت آزمایش قرار می گیرند و این امر باعث بروز هرگونه نقص در لوله و لحیم کاری اتصال به آن می شود. همچنین قبل از شارژ شدن با فرنون ، کل واحد آزمایش نشت می شود. پس از شارژ ، واحد به عنوان یک کل آزمایش می شود تا اطمینان حاصل شود که قادر به رسیدن به دمای طراحی از جمله موارد لازم در چرخه یخ زدگی است. این واحد با حسگرهای داخلی کار می کند که تغییرات دما را با گذشت زمان تعیین می کند. گاهی اوقات فشار مبرد نیز اندازه گیری می شود. این واحد سپس توسط دستگاهی که مبرد را تشخیص می دهد ، در آزمایش نهایی خرخر قرار می گیرد تا اطمینان حاصل شود که هیچ نشتی در طول آزمایش ایجاد نشده است.

توسط محصولات / زباله

اجزای فلزی که رد می شوند به شرکت های بازیافت فلز فروخته می شوند. اجزای پلاستیکی به قطعات کوچک ریخته می شوند و یا به عنوان مواد اولیه مورد استفاده مجدد قرار می گیرند و برای استفاده مجدد به فروشنده باز می گردند. اگر یک واحد پس از شارژ آن رد شود ، مبرد توسط تجهیزات ویژه تخلیه می شود و مجدداً استفاده می شود.

نگرانی های زیست محیطی

در اواسط دهه 1970 دانشمندان شروع به درک این مسئله کردند که به عنوان گازهای موجود در گروه کلروفلوئوروکربن (CFC) ، که شامل فراون است ، به سمت بالا به داخل استراتوسفر (لایه بالایی جو) می چرخند ، به تدریج تجزیه می شوند ،

فضای بین کابینت های داخلی و خارجی از عایق کف ، معمولاً پلی استایرن پر شده است ، که می تواند به صورت دستی یا اتوماتیک توسط یک روبات وارد شود. این فوم هنگام گرم کردن در فر ، باعث می شود تا استحکام و عایق به کابینت اضافه شود.
از آنجا که این عایق ، CFC ها را آزاد می کند ، که به تخریب لایه ازن کمک می کند ، محققان در جستجوی جایگزین ها هستند. پلی استایرن ممکن است با همان نوع عایق خلاء مورد استفاده در بطری های ترموسی جایگزین شود ، زیرا عایق کاری خلاء هم از نظر فضا و هم از نظر انرژی کارآمد تر است.

اتم های کلر را آزاد می کنند. مشکل این است که هر اتم کلر می تواند ده ها هزار مولکول ازن را از بین ببرد ، ازن به عنوان شکل triatomic اکسیژن است که یک لایه محافظ در استراتوسفر تشکیل می دهد ، تابش اشعه ماوراء بنفش خورشیدی زیادی را جذب می کند که در صورت رسیدن به سطح زمین به حیات حیوانات آسیب می رساند. . محققان دریافتند که انتشار CFC باعث تشدید سوراخ در لایه ازن بر روی قاره قطب جنوب می شود ، فشارهای عمومی برای محدود کردن انتشار گازهای گلخانه ای. در سال 1987 نمایندگان ملل در سراسر جهان توافق نامه ای را امضا كردند ، پروتكل مونترال در مورد موادی كه باعث از بین رفتن لایه اوزون می شوند ، که در آن آنها موافقت کردند که از تولید مواد شیمیایی شناخته شده برای از بین بردن لایه ازن ، از جمله فرن ، مرحله نهایی کنند. متأسفانه ، کلروفلوئوروکربن ها نیز در کف پلی استایرن وجود دارند که برخی تولید کنندگان از آن به عنوان عایق بین کیس خارجی و پوشش داخلی یخچالهای خود استفاده می کنند. بنابراین ، تلاش برای کاهش انتشار CFC از یخچال و فریزرها در حال حاضر در دو جبهه ادامه دارد ، زیرا تولید کنندگان سعی در یافتن راه حل های جایگزین هم برای فرون خنک کننده و هم پلی استایرن عایق دارند.

آینده

از نظر فرون ، چندین مرحله میانی برای به حداقل رساندن انتشار CFC انجام شده است ، به عنوان محققان سعی در شناسایی گزینه های خنک کننده بی خطر دارند. طرح های یخچال و فریزر برای کاهش مقدار مورد نیاز فرن بهبود یافته است. سیستم های تشخیص نشت نصب شده اند. نگهداری محدود به افراد آموزش دیده و مجاز است. و مبرد در هر زمان ممکن بازیابی و بازیافت می شود. علاوه بر این ، جایگزینی های طولانی مدت برای فرون مورد بررسی قرار می گیرد. تا کنون ، امیدوار کننده ترین در میان آنها HCFC-22 است که اگرچه هنوز هم یک کلروفلوئوروکربن است ، اما حاوی یک اتم هیدروژن اضافی است که ظرفیت تخلیه ازن مولکول را 95 درصد کاهش می دهد. در حالی که هزینه آن (سه تا پنج برابر بیشتر از میزان فرون) مشکل ساز است ،

عایق حاوی CFC ممکن است با همان نوع عایق کاری خلاء که در بطری های ترمز استفاده می شود جایگزین شود. تحقیقات نشان می دهد که عایق کاری از نظر فضا و انرژی از نظر کارایی بیشتری برخوردار است ، بنابراین ، در حال حاضر به نظر می رسد که گزینه های عایق قبل از تعویض فرنون قابل دوام هستن