Введение
Среди многочисленных бытовых приборов, облегчающих труд и повышающих культуру домашнего хозяйства, особо важное значение имеют холодильники. Только при наличии в доме холодильника может быть обеспечено полноценное, сбалансированное питание свежими и быстрозамороженными высококачественными продуктами. Вместе с тем можно реже посещать магазины, закупать продукты более крупными партиями и, следовательно, экономить не только время в домашнем хозяйстве, а также время и затраты труда работников торговли. За последние годы было создано массовое производство бытовых холодильников – одного из сложнейших бытовых приборов.
Широкое развитие хранения плодов и овощей в холодильниках объясняется тем, что в них оптимальная температура (в определенной мере и влажность) поддерживается в любое время года независимо от наружных условий, а это обеспечивает надежное сохранение продукции длительные сроки при невысоких потерях.
1. Товароведная характеристика холодильников
1.1 Факторы, формирующие качество и ассортимент приборов для хранения продуктов
Теплофизические основы процессов охлаждения и замораживания
Различают два процесса обработки пищевых продуктов холодом: охлаждение и замораживание. Границей, разделяющей эти процессы, является криоскопическая температура, при которой начинается процесс замерзания содержащейся в продукте влаги.
Охлаждение - это процесс, при котором температура пищевых продуктов понижается до температуры, близкой к криоскопической, но не ниже ее. Бытовые холодильники обеспечивают охлаждение пищевых продуктов в пределах 0 - +8ºС. Охлажденные продукты сохраняют свои качества в течение довольно длительного времени. Так, мясо сохраняется в охлажденном состоянии до 20-30 дней, рыба - до 10 дней, фрукты и яйца - несколько месяцев.
Охлаждение продуктов происходит по закону теплопроводности твердых тел. В объеме продукта температура в течение времени понижается постепенно от внешних слоев к внутренним. Через некоторое время температура всех частей продукта выравнивается и становится равной температуре внешней охлаждающей среды. Качество и срок сохранности охлажденных продуктов зависит от скорости охлаждения. Скорость охлаждения и количество тепла, которое при этом передается от продукта охлаждающей среде, во времени не постоянны.
Для лучшего сохранения продуктов скорость их охлаждения должна быть по возможности наибольшей.
В зависимости от свойств продуктов могут применяться различные охлаждающие среды.
Универсальной охлаждающей средой в бытовых условиях является воздушная среда холодильной камеры домашнего холодильника.
При охлаждении продуктов в воздухе теплообмен происходит путем конвенции, лучеиспускания, а также при испарении влаги с поверхности продуктов. Испарение влаги приводит к усушке и ухудшению качества большинства пищевых продуктов. С увеличением скорости охлаждения усушка продуктов уменьшается. Недостатком охлаждения продуктов в воздухе является не очень высокая скорость процесса охлаждения. Этот недостаток можно уменьшить, если увеличить скорость циркуляции воздуха в холодильной камере. С этой целью некоторые бытовые холодильники проектируют с принудительной системой циркуляции воздуха в холодильной и морозильной камерах. Опыты показали, что с увеличением скорости циркуляции охлаждающего воздуха скорость усушки продуктов возрастает, но еще в большей степени повышается теплоотдача, а, следовательно, сокращается продолжительность охлаждения.
Охлаждение в жидкой среде (холодной воде или рассоле) происходит с большей скоростью, чем в воздухе, но для многих продуктов из-за набухания, обесцвечивания поверхности и других процессов оно не рекомендуется. Для увеличения скорости охлаждения продуктов могут быть также использованы лед и льдосоляные смеси (криогидраты).
Замораживание - это процесс, при котором температура продукта понижается до температуры ниже криоскопической. В результате этого процесса содержащаяся в продукте влага полностью или частично превращается в лед. Продукты, подлежащие длительному хранению, замораживают обычно при температуре окружающей среды -12ºС и ниже. Замороженные продукты имеют большую стойкость вследствие обезвоживания и резкого снижения жизнедеятельности микроорганизмов. В начале процесса замораживания образуются кристаллы, состоящие преимущественно из частиц воды. Вещества, растворенные в соке продукта, остаются в виде жидкости. По мере понижения температуры продукта ниже начальной криоскопической точки количество воды, вымороженной из раствора продукта, возрастает. При криогидратной температуре, которая для большинства замораживаемых продуктов находится в пределах -55º до - 65ºС, весь раствор в продукте полностью замерзает. Количество вымороженной воды при этом зависит только от температуры, до которой замораживается продукт, и не зависит ни от способа замораживания, ни от времени процесса. Более половины воды в продуктах вымерзает при температуре -4º….-5ºC. При дальнейшем понижении температуры количество вымороженной воды резко уменьшается. Это свидетельствует о том, что с экономической точки зрения температуру замораживаемых продуктов нецелесообразно доводить до криогидратной. Поэтому в бытовых холодильниках пищевые продукты замораживают при температуре в пределах от -6º до -18ºС.
Продолжительность замораживания влияет на качество пищевых продуктов после их оттаивания (размораживания). При медленном замораживании в наружных тканях продукта вследствие перераспределения влаги образуются крупные кристаллы льда, повреждающие ткани. При оттаивании такого продукта влага полностью не впитывается внутренними тканями, и ее первоначальное распределение в массе продукта не восстанавливается. При быстром замораживании образуется большое число мелких кристаллов льда, распределенных в массе продукта равномерно. При оттаивании такого продукта первоначальные качества его хорошо восстанавливаются. Скорость замораживания увеличивают путем понижения температуры и увеличения интенсивности циркуляции охлаждающей среды.[1]
Холодильные агенты
Холодильный агент (хладагент) - рабочее вещество с низкой температурой кипения (испарения), с помощью которого осуществляется охлаждение в абсорбционных и компрессионных холодильных машинах. В абсорбционных бытовых холодильниках в качестве хладагента применяют водоаммиачный раствор. В компрессионных бытовых холодильных приборах (БХП) применяют разные марки хладагентов. В термоэлектрических холодильниках хладагента нет: электрическая энергия преобразуется непосредственно в тепловую, когда электрический ток проходит через полупроводниковые элементы: внутренние участки элементов охлаждаются, а наружные нагреваются.
На хладагенты, являющиеся охлаждающими низкозамерзающими жидкостями, установлены государственные и международные стандарты. Хладагенты должны быть нейтральными к металлам, сплавам и другим материалам, используемым при изготовлении холодильного агрегата. Они не должны быть взрывоопасными и воспламеняющимися в смеси с воздухом и маслами. Они не должны быть ядовитыми, не должны вызывать удушья и раздражения слизистых носа и дыхательных путей человека, не должны отравлять или ухудшать экологическую среду. Хладагенты современных БХП не должны содержать веществ, разрушающих озон или вызывающих парниковый эффект. Они должны быть экологически безопасными, не оказывающими влияния на образование «озоновых дыр» в атмосфере или глобальное потепление климата.
При нормальном атмосферном давлении все хладагенты компрессионных БХП имеют газообразное состояние. Под давлением в герметичных емкостях они сжижаются и сохраняются в жидком состоянии. Фазовое состояние хладагентов в отдельных составных частях герметичных холодильных агрегатов БХП зависит от давления и температуры. При высоком давлении это жидкость, а при низком газ. При сжатии хладагент нагревается, а при расширении (кипении и испарении) охлаждается.
В компрессор БХП должен поступать обязательно газообразный хладагент, чтобы не происходили гидравлические удары и разрушения деталей компрессора. Под давлением компрессора газообразный хладагент сжимается и при этом выделяет тепло. Поэтому трубки на выходе из компрессора при его работе всегда горячие. Из компрессора горячий газ поступает в конденсатор. По мере охлаждения в конденсаторе сжатый газ постепенно превращается в жидкость. На входном участке конденсатора это чистый газ с температурой на десятки ºС выше окружающей, на среднем газ с конденсировавшимися каплями жидкости и жидкость с пузырьками газа, а на выходе однородная жидкость с температурой, близкой к окружающей.
При работающем компрессоре нагнетательный трубопровод и входной участок конденсатора должны быть горячими, а участок конденсатора на выходе хладагента немножко теплее окружающего воздуха.
Под действием разрежения, создаваемого во всасывающем трубопроводе компрессора жидкий хладагент из конденсатора поступает в испаритель. При разрежении в испарителе происходит кипение (испарение) жидкого хладагента. При испарении хладагент отбирает тепло от стенок испарителя и охлаждает камеру БХП.
Первые компрессионные холодильники работали на сернистом ангидриде. Этот газ опасен для здоровья человека и имеет неприятный запах. Практически с 50-х и до конца 80-х годов прошлого века во всех компрессионных БХП отечественного и зарубежного производства в качестве хладагента применяли фреон-12, получивший условное международное обозначение R12 (по первой букве английского слова Refrigerant). Для смазки деталей компрессора использовали минеральное масло, растворимое во фреоне («фреоновое масло»). При обычных условиях R12 представляет собой нейтральный газ без цвета и запаха, не представляющий серьезной угрозы для здоровья человека. В холодильнике средних размеров его менее 100 г. и при аварийном нарушении герметичности системы он быстро улетучивается.
В 80-е годы было открыто разрушающее воздействие атомарного хлора на озон в атмосфере. Монреальский протокол 1987 г. предусматривал постепенный перевод производства БХП во всех странах на озононеразрушающие хладагенты. Поскольку фреон 12 в своем составе содержит хлор, который разрушает озон, он попал в перечень запрещенных хладагентов.