Сущность и классификация бытовой техники

РЕФЕРАТ

СУЩНОСТЬ И КЛАССИФИКАЦИЯ БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ

БЫТОВАЯ ТЕХНИКА, оборудование и приборы, облегчающие ведение домашнего хозяйства благодаря его механизации. Эти приборы и устройства разрабатывались не в рамках какого-то определенного комплекта или в соответствии с каким-то планом, предусматривавшим некую последовательность, - они просто появлялись один за другим с последующим введением усовершенствований, которые повышали их надежность и эффективность по сравнению с уровнем, уже достигнутым ранее. В состав современного бытового электрооборудования входят холодильники и стиральные машины, пылесосы и электроутюги, радиоприемники и телевизоры, видеокамеры и диктофоны, микроволновые печи, медицинские приборы индивидуального пользования, калькуляторы и многие другие приборы и устройства, которые стали доступны в быту с развитием электроники и автоматики. Электродвигатели, нагреватели и охлаждающие устройства, встроенные в каркасы многих издавна используемых бытовых машин и механизмов, дали им новую жизнь; в целях безопасного использования они дополнительно снабжаются предохранительными клапанами и аварийными выключателями. Многие дополнительные детали и приспособления, такие, как таймеры, термореле, световые индикаторы печей и сенсорные панели, изготовители бытовой техники включают в комплект в целях автоматизации, удобства и улучшения внешнего вида.

Эксплуатация. Все выпускаемые электроприборы снабжаются паспортами и инструкциями по их эксплуатации, однако ответственность за правильное обращение с ними возлагается на потребителя. Многие электроприборы, рассчитанные на питание от сети переменного тока, выходят из строя, если их использовать на постоянном токе.

Максимальная безопасная нагрузка при питании от сети 115-120 В составляет около 1400 Вт. Перегрузка сети питания вызывает понижение напряжения, перегорание плавких предохранителей и может даже стать причиной пожара.

Теплоустановки, управляемые термореле, отключаются при достижении желаемой температуры и снова включаются, когда температура снижается. Мощные нагревательные приборы и установки выпускаются для подключения к сети напряжением 208-240 В. К этой группе бытовых приборов относятся электроплиты, водонагреватели и сушилки одежды. На паспортных табличках этих изделий указываются гораздо более высокие предельные требования по питанию, чем реально необходимо во многих случаях. Электроплита с двумя духовками может потреблять мощность до 15 кВт, если духовка, жарочный шкаф и все верхние конфорки включены на полную мощность. Потребляемая мощность составит около 2000 Вт, если включить на полную мощность одну самую мощную верхнюю конфорку, но энергопотребление снизится в 10 раз, если ту же самую конфорку включить на минимальный нагрев.

Плиты. Верхние конфорки электроплит предоставляют возможность выбора нескольких температурных режимов в пределах от довольно низкой температуры до очень высокой и нагреваются довольно быстро. Термореле регулируют температуры духовок, грилей и некоторых верхних конфорок. Многие духовки предусматривают возможность автоматического (по времени) включения и выключения.

Существуют четыре типа электрических горелок. В наиболее распространенном из них используются электронагревные спирали. В конструкции этого типа проволочная спираль заключена в металлическую трубку, свернутую в форме плоской спирали и заполненную изолирующим материалом. Тепло передается от горячей проволочной спирали посуде, поставленной на конфорку, путем теплопроводности и излучения. В стеклокерамических горелках тепло передается посуде, стоящей на конфорке, излучением от расположенных под ней нагревательных элементов. В горелке цельной конструкции чугунные диски привариваются к верхней части горелки, выполненной из закаленного стекла или из эмалированной стали. В нижней части каждого диска размещены в керамической изоляции нагревательные элементы из проволоки с высоким электрическим сопротивлением. Весь диск нагревается, и тепло путем теплопроводности передается посуде, стоящей на горелке. Самые новые (и наиболее дорогие) электрогорелки - индукционные. Электромагнитное поле в них создают индукционные катушки, управляемые полупроводниковыми схемами. Катушки закрыты стеклокерамикой. Созданное ими электромагнитное поле индуцирует электрический ток в посуде, сделанной из ферромагнитного материала. В результате посуда вместе с ее содержимым нагревается.

Выпускаются электрические духовки с передачей тепла излучением или конвекцией. В печах-духовках обоих типов имеется нагревательный элемент. Однако в излучательной печи воздух остается почти без движения, а в конвекционной нагретый воздух циркулирует над пищей под действием вентилятора. Конвекционная печь готовит пищу на 30% быстрее, чем излучательная, а температура приготовления при ее использовании может быть ниже на 15° C.

Микроволновая (СВЧ) печь, в отличие от электрической плиты, нагревает пищу не обычными механизмами теплопередачи, а посредством генерируемых ею микроволн (колебаний сверхвысокой частоты), которые быстро возбуждают молекулы воды в пищевых продуктах. Эта энергия движения выражается в повышении температуры. Поскольку металлы отражают микроволны, посуда, используемая для приготовления в СВЧ-печи, должна быть сделана из других материалов, таких, как бумага, стекло и некоторые пластики. Традиционные рецепты и способы приготовления пищи должны быть изменены с учетом особенностей готовки в микроволновых печах.

К такого рода бытовым электроустановкам относятся однокамерные комбинации микроволновых/конвекционных и микроволновых/выпекающих печей. Эти установки позволяют одну и ту же камеру использовать как в традиционном режиме, так и на энергии микроволн или конвекционного тепла (или того и другого вместе). Микроволновые печи можно устанавливать на кухонных столах или портативных сервировочных тележках; выпускаются также модели для монтажа в качестве встроенного кухонного электрооборудования.

Холодильники/морозильники. В отделении для свежих продуктов холодильника/морозильника пищевые продукты сохраняются при температуре около 3° С. Охлаждение достигается путем испарения соответствующего хладагента в змеевике испарителя, размещенном внутри холодильника. Испарением хладагента управляют капиллярные устройства, а поток воздуха, обтекающий змеевик, тщательным образом регулируется для поддержания установленных температур в разных секциях холодильника/морозильника.

Кухонный холодильник

Нагретый хладагент (обычно это фреон) выводится из теплоизолированной секции, сжимается и конденсируется, чтобы высвободить тепло, поглощенное в змеевике испарителя. В холодильной системе с испарением-компрессией компрессор подает нагретый газ в конденсатор, где газ конденсируется в жидкость. В холодильниках с абсорбционной тепловой установкой циклического действия нагретый хладагент поглощается водой, а когда хладагент требуется для охлаждения, цикл снова запускается подогревом запасенной жидкости. Обычными источниками тепловой энергии в абсорбционной системе такого типа служат электричество, природный газ или керосин.

Секция морозильника обеспечивает температуру хранения -18° C для кубиков льда, замороженных готовых блюд и полуфабрикатов. В двухдверных моделях секции морозильника и свежих продуктов разделены, и у каждой секции своя дверь. Однако в большинстве холодильников/морозильников охлаждающий змеевик находится в морозильной секции, а циркуляция холодного воздуха в секции свежих продуктов обеспечивается с помощью электрического вентилятора. Мощность современного холодильника достаточна для поддержания в морозильной секции температуры -18° C в течение нескольких недель.

У многих холодильников/морозильников предусмотрена такая удобная функция, как автоматическое размораживание. Обычно оно выполняется путем лучистого нагрева охлаждающих змеевиков или пространства вокруг них. Цикл размораживания инициируется, как правило, таймером, который следит за временем работы компрессора и автоматически начинает размораживание в заданный момент.

Домашние холодильники обладают многими дополнительными удобствами, такими, как специально охлаждаемые секции, в которых могут быть установлены более низкие температуры для хранения мяса, выдвижные корзины (сетки) с емкостями, в которых может быть установлен выбранный режим влажности, и раздаточные устройства, которые предоставляют доступ к кубикам льда и холодной воде без необходимости открывать дверь морозильника.

Морозильники. Механизм охлаждения у морозильника точно такой же, как у холодильника с электродвигателем. Хорошо теплоизолированный шкаф обычно имеет несколько змеевиков охлаждения, расположенных поблизости от полок и выдвижных корзинок, где размещаются продукты, предназначенные для быстрого замораживания. Морозильники быстро замораживают и поддерживают продукты при температурах -18° C и ниже.

Выпускаются морозильники разных размеров - объемом от 50 до 500 дм3. Они бывают похожи на комод с поднимающейся крышкой или на обычный холодильник с открывающимися дверками. В некоторых случаях в них предусматривается система сигнализации, которая предупреждает о повышении температуры в морозильнике до точки оттаивания.

Посудомоечные машины. В автоматических посудомоечных машинах посуду размещают так, чтобы вся она оказывалась на пути мощных распыленных потоков воды, создаваемых насосами или гидротурбинками. Вода откачивается в бак, фильтруется и снова направляется на посуду. Остатки пищи смываются водой, затем посуда ополаскивается и подвергается тепловой сушке нагретым воздухом или обдуву ненагретым воздухом. Эффективное действие посудомоечной машины достигается благодаря применению непенообразующих моющих средств, содержащих щелочи и ингибиторы коррозии. Проблемы пятен и жировых пленок могут быть решены повышением температуры воды, добавлением установки умягчения воды и выбором эффективных моющих средств.

Устройства для измельчения и удаления отходов. Измельчитель отходов с электроприводом, встроенный в сток кухонной раковины, размалывает пищевые отходы так, чтобы их можно было смыть водой через слив. Воду не надо закрывать на протяжении всей операции.

Оборудование для стирки, сушки и глажения.

Электрические стиральные машины. Таймеры, соленоиды и нагревательные элементы - это лишь некоторые из множества средств автоматики, которые превратили стиральную машину с горизонтальной мешалкой и ручными валками для отжима в эффективную автоматическую установку. Каждый тип стиральной машины характеризуется своим сочетанием способа стирки, рабочей температуры, водоподготовки и числа полосканий. Машина с дисковой мешалкой перемещает стираемое белье через воду и воду через белье. Барабанная машина с фронтальной загрузкой перемещает мокрое белье вверх-вниз во вращающемся барабане. В такой машине для стирки нужно примерно вдвое меньше воды по сравнению с машиной, которая перемещает белье через воду мешалкой.

Когда при стирке используется меньший объем воды, требуется меньше моющих средств. В машине с мешалкой допустимо изменение концентрации моющих средств в более широких пределах, чем в машине с барабаном. Вращающийся барабан образует много пены, смягчающей падение мокрого белья, но при этом грязь удаляется недостаточно хорошо.

Сушилки. Сушилка снабжена вращающимся барабаном, в котором белье переносится снизу вверх и опрокидывается, а нагретый воздух в это время обдувает его. Для нагревателей в большинстве электросушилок требуется питание от сети напряжением 230-240 В; их номинальная мощность потребления при непрерывном нагреве в течение часа составляет 5 кВт. Сушилки, рассчитанные на питание от сети 110-115 В, выделяют втрое меньше тепла, и их применяют в тех случаях, когда использовать более высокое напряжение неэффективно. Стоимость сушки получается такой же, но времени приходится тратить больше.

Средняя партия белья (массой 3,5 кг) в сушилке, питающейся от сети 230-240 В, высыхает через 30 или 40 мин. Во многих моделях сушилок нагревательные элементы отключают за 5 или 10 мин до окончания цикла, чтобы белье могло остыть, поскольку с приближением к концу цикла сушки температура воздуха в сушилке становится выше температуры горячей воды при стирке. Термореле защищает сушилку от повышения температуры до опасного уровня, и у большинства моделей имеется возможность поддерживать умеренную температуру, что необходимо для сушки изделий из нетермостойких тканей. Повышение температуры сдерживается также охлаждающим действием испарения воды. При средней загрузке сушилки количество выпариваемой воды составляет 2,7-3,5 кг. Для предотвращения скопления такого количества пара в помещении у сушилок предусматривают вытяжную вентиляцию, которая отсасывает влагу и тканевый линт наружу.

Утюги. Утюг с пароувлажнителем образует пар при пропускании воды на нагретую поверхность внутри утюга или при нагреве всего объема воды в резервуаре, из которого пар выходит через выпускные отверстия. Оба варианта конструкции утюга работают удовлетворительно. В конструкции первого варианта парообразование начинается почти сразу после включения. Во втором варианте испарение воды задерживается. Номинальная мощность утюгов составляет около 1000 Вт.

В утюгах с пароувлажнителем при использовании обычной воды образуется накипь, которая в конечном счете замедляет нагрев и препятствует парообразованию. Предпочтительнее поэтому использовать дистиллированную или деионизированную воду.

Дорожные утюги обычно имеют меньшую номинальную мощность, чем утюги для домашнего пользования, и часто не содержат никаких регуляторов, а поэтому могут быть повреждены при питании другим видом тока. У утюгов некоторых моделей имеются термометры, показывающие, но не регулирующие температуру, и адаптеры для разных видов тока в питающей сети.

Водонагреватели. Водонагреватель представляет собой теплоизолированный бак-накопитель горячей воды с одним или несколькими нагревательными элементами, работающими на газе или электричестве, и предохранительным клапаном. Для регулирования температуры используется термореле, которое обычно настраивается на значение в пределах от 50 до 60° C. В некоторых моделях термореле легко перенастраивается с одного значения на другое; в других моделях предусматривается возможность получения лишь двух уровней температур - около 80 и около 55° С.

Быстрый нагрев предусматривается как в газовых моделях, так и в электроводонагревателях, хотя скорость нагрева последних меньше из-за ограничений, обусловленных системами электропроводки в жилых домах. Бак-накопитель обычно делают из оцинкованного железа, алюминиевых сплавов и монель-металла и облицовывают снаружи теплоизоляцией, а изнутри - коррозионно-стойкими материалами на основе стекла или пластика. Чтобы уменьшить коррозионное повреждение, в водонагреватели часто встраивают магниевые стержни. В мягкой воде коррозия быстро усиливается при повышении ее температуры.

Умягчители воды. Водоумягчители представляют собой баки, содержащие гранулированный цеолит, умягчающий воду. Ионы, делающие воду жесткой, удерживаются цеолитом, а в воду выделяются ионы, умягчающие ее. Цеолит регенерируется при помещении в бак на короткое время солевого раствора с последующим промыванием бака. Этот процесс ионного обмена и регенерации солевым раствором, как и применение материалов, удаляющих неприятные запахи, может проводиться многократно.

Кондиционеры для помещений. Блок охлаждения кондиционера аналогичен используемому в холодильниках. Этот блок выполняет также функции осушителя, конденсируя и удаляя влагу из воздуха в процессе его охлаждения. Многие кондиционеры могут быть настроены на приток в помещение наружного воздуха и вытяжку из помещения. Установки, позволяющие отбирать тепло от более холодного тела и передавать его более теплому, называют тепловыми насосами.

Эффективность воздушного кондиционера выражается его энергетическим КПД. Электродвигатели кондиционеров, предназначенных для охлаждения помещений большого объема, подключают к сети напряжением 230-240 В, причем они часто требуют использования проводки, выдерживающей токи более 15 А. Размеры кондиционера определяются такими факторами, как экспозиция помещения относительно стран света, суммарная площадь окон, теплоизолирующая эффективность стен, пола и потолка, размеры помещения и число людей, обычно находящихся в нем.

Воздухоочистители. Загрязненность наружного воздуха наряду с недостаточной циркуляцией воздуха в современных домах привели к расширению использования портативных воздухоочистителей и воздушных фильтров, а также устройств, предназначенных для включения их в системы нагрева и охлаждения.

Воздухоочистители снабжаются вентиляторами, которые прогоняют воздух через фильтры или между электрически заряженными пластинами, чтобы удалить вредные частицы; в фильтрах находят применение такие материалы, как активированный уголь или стекловолокно. В некоторых воздухоочистителях используют излучение (обычно ультрафиолетовое) и озон или дезодоранты, которые позволяют удалить либо разрушить частицы, вызывающие дискомфорт.

Организации здравоохранения держат под контролем опасности, возникающие при высоком содержании в воздухе озона (который при значительных количествах может действовать как смертельный яд). Они также проверяют утверждения многих изготовителей о пользе для здоровья, приносимой воздухоочистительными устройствами.

Влагопоглотители. Эти установки работают аналогично холодильнику компрессорного типа. Вентилятор прогоняет теплый и влажный воздух над охлаждающей установкой, где его температура снижается настолько, насколько это нужно для конденсации большей части влаги. Вода аккумулируется под охлаждающей установкой, а охлажденный сухой воздух возвращается, чтобы смешаться с влажным воздухом помещения. В подвальных помещениях и в сырых комнатах со слабой циркуляцией воздуха влагопоглотители позволяют уменьшить сырость.

Пылесосы. Благодаря всасывающему действию, которое создает вентилятор, вращаемый электродвигателем, пылесос втягивает поток воздуха и твердых частиц в свой пылесборник, причем воздух проходит через фильтр и выпускается в помещение, а пыль и сор остаются в мешке или в соответствующем резервуаре. Наконечник шланга пылесоса должен хорошо прилегать к поверхности, которая подвергается чистке. Для каждого типа пылесоса существует свой набор насадок и способ регулировки плотного прилегания.

Щетка или щетка со скребком на конце шланга помогают отсосать грязь и пыль из ковров и с мебели вместе с потоком. Воздух проходит через быстро вращающийся вытяжной вентилятор пылесоса, однако твердые частицы постепенно разрушают крыльчатку.

У многих пылесосов предусмотрены способы уменьшения силы всасывания, позволяющие чистить легкие ткани без того, чтобы их засасывало в патрубок пылесоса. У некоторых пылесосов имеются вращающиеся щетки или другие средства, вызывающие вибрации насадки. Электродвигатели в таких пылесосах находятся за пылесборником, т.е. с противоположной стороны от шланга. Твердые частицы, способные повредить двигатель пылесоса, в таких моделях задерживаются пылесборником.

Электрополотеры и скрубберы. В комплекте насадок многих пылесосов имеются жесткие щетки, которые позволяют мыть, наносить воск и составы для чистки покрытий. Кроме того, существуют скрубберы, которые могут как смачивать поверхность водой, так и собирать ее, а также скрубберы, высушивающие пол потоком воздуха. Некоторые выпускаемые модели снабжены приспособлениями, позволяющими использовать мощность электродвигателя для других применений, например для привода инструментов и распылителей краски.

Портативные бытовые электроприборы. Выпускается все больше и больше портативных электроприборов и инструментов для бытовых применений. Среди них вентиляторы, миксеры, мешалки, консервооткрыватели, кофеварки, тостеры, электроножи, тепловые плиты, мармиты, фены и много других приборов и устройств, рассчитанных на включение в обычную сетевую розетку. Значительная часть таких изделий выпускается в виде бесшнуровых моделей, рассчитанных на работу от перезаряжаемых батарей.

Микрокомпьютерные средства управления. Бытовые электроприборы с микропроцессором и сенсорными средствами управления впервые появились в продаже в начале 1970-х годов. «Мозгом» таких сенсорных органов управления является микропроцессор, реализованный в виде микросхемы. Полупроводниковые микропроцессорные интегральные схемы исключают необходимость во многих громоздких деталях, таких, как маховички управления, зубчатые передачи и электрические контакты, что позволяет сделать средства управления бытовыми электроприборами более компактными и легкими. См. также КОМПЬЮТЕР.

К числу бытовых электромашин и приборов с микрокомпьютерными сенсорными средствами управления относятся упоминавшиеся выше кухонные плиты, микроволновые печи, холодильники/морозильники, посудомоечные машины, стиральные машины и сушилки, воздушные кондиционеры, кофеварки, смесители, мешалки и утюги. Последовательности операций и желаемые функции можно выбирать касанием сенсорной панели, причем заранее запрограммированные функции можно повторять без отнимающего время повторного программирования. Цифровые индикаторы сигнализируют о таких параметрах или нарушениях режимов работы оборудования, как температура в холодильнике или морозильнике, засорение распылителя в посудомоечной машине или время, оставшееся до окончания рабочего режима. В некоторых электроприборах, например утюгах, предусмотрено автоматическое отключение, когда ими перестают пользоваться. Микрокомпьютерные средства управления могут диагностировать возможные неисправности в том или ином электроустройстве, позволяя тем самым уменьшить потери времени и средств на вызов специалистов из сферы обслуживания.

Газовые плиты. Типичная кухонная газовая плита имеет несколько конфорок с горелками на верхней поверхности и духовки под ними; к числу стандартных дополнительных удобств относятся часы, таймеры и термореле, помогающие приготовить еду с минимумом затрачиваемого внимания. Духовка снабжена управляемыми от термореле газовыми вентилями, позволяющими задать духовке оптимальную рабочую температуру. При этом газовые горелки обеспечивают требуемый тепловой режим духовки, поддерживая с помощью термореле заданную температуру с точностью ±4° С. Чувствительный элемент термореле расположен непосредственно под варочной посудой; он передает текущее значение температуры на саморегулирующийся газовый вентиль.

Встроенные духовки. Некоторое время назад возникла мода на «встроенную» бытовую технику, и в соответствии с этой тенденцией стали выпускаться соответствующие газовые горелки. Выпускаются в продажу также стенные газовые духовки, причем в некоторых из них имеется небольшой рашпер с вертелом. Эти установки оснащены средствами управления с высокочувствительными термореле, способными поддерживать заданные температуры с точностью ±2° C.

Разработаны также новые средства регулирования и автоматики для готовки при умеренных температурах. В духовке может точно поддерживаться даже такая низкая температура, как 60° C. Выпускаются также духовки с самоочисткой либо с принудительной конвекцией и жарочный шкаф удобной высоты с размещением рашпера в верхней части шкафа.

Газовые холодильники. Эти холодильники, обладающие герметически запаянной системой охлаждения и не имеющие движущихся частей, относятся к числу наиболее надежных холодильных установок. Их функции в большей мере связаны с термохимией, чем с механикой. Используемый в них способ охлаждения базируется на принципе поглощения паров аммиака водой при сравнительно низких температурах и выделении их при нагреве раствора. Смесь аммиака с водой называется нашатырным спиртом и используется в быту для мытья окон.

Система охлаждения начинает работать при нагреве маленьким газовым пламенем контейнера (называемого генератором) с нашатырным спиртом; высвобождающийся при нагреве газ проходит через конденсатор и попадает в ресивер. Затем конденсат испаряется в испарителе или в охлаждающей системе с поглощением тепла. Далее газ вновь растворяется в разбавленной жидкости генератора, повышая ее концентрацию, и цикл повторяется. Интенсивность теплообмена регулирует термореле в зависимости от требуемого охлаждения.

Газовые воздушные кондиционеры. Кондиционеры этого типа очень похожи на механические, за исключением того, что здесь цикл охлаждения основан на принципе абсорбции, а не на цикле сжатия.

Компрессионная система со свободным поршнем, работающая на газовом топливе, шумит меньше, чем обычный компрессор, и в минимальной степени подвержена износу, так как поршень ни к чему не прикреплен и свободно перемещается в смазочном масле. Такие кондиционеры могут быть включены в работающую на газе систему отопления, что позволяет использовать их круглый год.

Сушилки для одежды. Работающая на газовом топливе автоматизированная сушилка отличается от электросушилки большим тепловым потоком, что намного ускоряет выполнение операций сушки одежды.

Сушилка состоит из вращающегося барабана, в который загружается одежда, и газовой горелки, которая нагревает воздух, подаваемый к барабану. Нагретый воздух отбирает влагу из одежды, которая мягко опрокидывается при вращении барабана; воздуходувки нагнетают горячий сухой воздух для сушки и удаляют влажный. Средства управления на термореле и таймеры позволяют устанавливать и выдерживать требуемые температурные режимы и временные циклы сушки.