Принцип работы холодильника прост, но не всем понятен. В этой статье мы расскажем вам как он устроен и работает, какие их виды бывают и чем отличаются. Эту информацию необходимо знать не только при выборе холодильника!
Из этой статьи вы узнаете, чем отличается работа холодильника с одним и двумя компрессорами. Мы расскажем, как он устроен в зависимости от количества камер, чем отличается инверторный от обычного.
Холодильник не производит холод. Он работает в режиме теплового насоса. Принцип работы холодильника заключается в следующем: он перекачивает тепло из камеры в окружающую среду.
Для того чтобы выполнять такую задачу, в холодильнике присутствуют:
Чтобы понять, как работает холодильник, вспомним курс физики. При испарении любая жидкость охлаждается. А при сжатии и конденсации нагревается. Для наглядности объясним вам как работает холодильник на примерах:
Все это возможно благодаря физическим свойствам хладагента. гораздо ниже 0 градусов. поэтому он закипает и испаряется в испарителе. Все цифры мы привели для примера, чтобы вам было понятнее, как устроен холодильник. На деле цикл несколько сложнее.
По своему количеству камер холодильники делятся на:
Также холодильник может иметь разное количество компрессоров. В обычных аппаратах используется один, но в некоторых моделях бывают два компрессора. От их количества и мощности зависит .
Это наиболее простой аппарат. Чаще в нем только одна камера для хранения продуктов, в которой поддерживается постоянная температура. Но существуют варианты с двумя отделениями - обычным и морозилкой.
Однокамерный холодильник имеет один испаритель. Более низкая температура в морозильной камере обеспечивается тем, что фреон сначала проходит через нее и немного нагревается. После этого он попадает в основной отсек.
В таких агрегатах есть обычная камера, отделенная от морозильной. Их отличие от однокамерных в том, что в каждом отсеке установлен свой испаритель. Это позволяет точно регулировать и поддерживать температурный режим. Двухкамерный холодильник может быть оснащен одним или двумя компрессорами.
Такие модели довольно дороги и могут быть трех-, четырех- и пятикамерными. Как и в двухкамерных, в них есть морозильный отсек с минусовой температурой и обычный. Но в дополнение к ним есть отдельные отделения.
В многокамерных холодильниках есть нулевой отсек или зона свежести. В них поддерживается отдельный температурный режим. Чаще всего это 0…+1 градуса. В трехкамерных такой отсек один, в четырехкамерных - два, в пятикамерных - три.
Каждая зона свежести предназначена для хранения определенных продуктов. Например:
В этом разделе мы подробно опишем устройство холодильника. Из каких рабочих элементов он состоит и для чего они предназначены.
Это оснащенный специальным механизмом электродвигатель, сжимающий фреон. В компрессоре давление хладагента увеличивается настолько, что он переходит из газообразного состояния в жидкое. При этом его температура существенно повышается.
В зависимости от модели в холодильнике может быть один или два компрессора. В холодильных установках используют следующие виды компрессоров:
Конденсатор представляет собой трубку диаметром до 5 мм. По ней проходит жидкий нагретый фреон и охлаждается. В холодильниках большого размера и производительности конденсатор выполнен в виде радиатора.
Попадая в испаритель фреон получает возможность расшириться. При этом его давление падает и хладагент закипает. В процессе испарения его температура существенно снижается. Проходя по испарителю охлажденный фреон отбирает тепло у холодильной камеры.
В разных моделях холодильников может быть от одного до пяти испарителей. Это зависит от количества камер, компрессоров, условий работы и мощности холодильной установки.
Устройство, предназначенное для предотвращения попадания жидкого фреона в компрессор. если не весь хладагент закипел в испарителе, он докипает в ТРВ. Терморегулирующий вентиль устанавливается между испарителем и компрессором.
Терморегулятор служит для запуска цикла охлаждения. Пока температура в камерах находится в пределах нормы, компрессор не работает и фреон не циркулирует по системе. Как только отсеки нагреваются, терморегулятор сигнализирует об этом и холодильник начинает охлаждать камеры.
В двухкамерном холодильнике с одним компрессором установлены два испарителя. Хотя по сути, они являются разными частями одного и того же элемента (см. рис). Первый находится - в морозильной камере, второй - в обычной. Фреон после прохождения через фильтр-осушитель сначала попадает в первый, потом второй.
При попадании в морозильную камеру хладагент отбирает у нее тепло и нагревается. После этого он попадает в основной отсек, где отбирает тепло у него. За счет того, что его температура несколько повысилась после прохождения морозилки, в обычном отсеке температура не опустится ниже 0 градусов.
В таких холодильных установках есть два компрессора, каждый из которых работает независимо. Один компрессор обеспечивает работу контура, охлаждающего морозильную камеру. Второй - работает на охлаждение основного отсека.
В холодильниках с двумя компрессорами в каждой камере установлен отдельный испаритель. Они не соединены между собой. За счет раздельных контуров охлаждения, такие холодильники отличаются высоким сроком службы.
Плюс двухкамерного холодильника проявляется в случае утечки фреона или поломки. если хладагент выходит из одного контура, второй продолжает работать. То же самое происходит в случае поломки.
Есть два вида систем саморазморозки холодильников:
Капельная система работает только в основном отсеке и не может быть установлена в морозилке. Система разморозки Ноу Фрост работает как в основной камере, так и в морозильной.
В капельной системе испаритель вмонтирован в заднюю стенку основного отделения холодильника и охлаждает ее. Та, в свою очередь, холодит воздух в отсеке. При таком расположении со временем на стенке образуется конденсат и собирается в капли, которые замерзают и превращаются в лед.
Периодически система отключается и наледь на стенке начинает таять. Капли воды стекают вниз и попадают в специальный желоб. По нему они проходят в поддон, где испаряются из-за тепла, выделяемого компрессором во время работы.
Принцип работы холодильной установки с следующий. За задней стенкой внутренней камеры и морозилки находится испаритель. В нем закипает фреон и охлаждает окружающий воздух.
Также в нем установлен один или несколько вентиляторов, которые продувают холодный воздух по отсеку с продуктами. При этом иней и лед могут образовываться на испарителе, но не на стенках холодильника.
Также на испарителе установлены от 1 до 3 . Они включаются либо по сигналу датчика, либо раз в несколько часов. При включении ТЭНы растапливают наморозь на испарителе, которая стекает в специальный поддон.
Существует два вида компрессоров - обычные и инверторные. Они отличаются внутренним строением и режимом работы. Раньше все холодильники оснащались линейными, но сейчас популярность набирают инверторные.
Обычный компрессор работает в режиме старт-стоп. Например, когда температура в камере поднялась на 1 градус выше нужной, компрессор включается и холодильник начинает охлаждать. Как только температура достигла нужной, он выключается.
Работает постоянно, но с небольшой мощностью. Он поддерживает температуру на заданном уровне. При этом суммарное потребление электроэнергии у него ниже, чем у обычного.
Преимущество линейного компрессора в том, что он не испытывает нагрузок при включении и отключении. Соответственно, его срок службы гораздо выше. Но и стоит инверторное оборудование дороже обычного.
В двухкамерном холодильнике для получения низкой температуры (в морозильном отделении или в отделении для хранения замороженных продуктов) и плюсовой температуры (в отделении для хранения свежих охлаждённых продуктов) применяют различные схемы автоматизации. Наиболее простой считается схема автоматизации с общим регулирующим устройством.
Схема автоматизации двухкамерного домашнего холодильника с общим регулирующим устройством: НТИ-низкотемпературный испаритель, ВТИ-высокотемпературный испаритель, РУ-регулирующее устройство, Км-компрессор, Тр-терморегулятор.
Холодильный агент подаётся через одно регулирующее устройство сначала в испаритель низкотемпературного отделения, а затем в испаритель высокотемпературной камеры. При таком способе питания испарителей холодильным агентом в испарителе низкотемпературной камеры происходит неполное испарение агента и парожидкостная смесь холодильного агента поступает в испаритель высокотемпературной камеры, где поддерживается более высокая температура.
Работой компрессора управляет терморегулятор, капилляр которого контактирует с испарителем низко- или высокотемпературной камер. В последнем случае в морозильном отделении образуется большой перепад температур. Для снижения перепада на испарителе вблизи капилляра термореле часто устанавливают температурный стабилизатор, в качестве которого используют электрический нагреватель мощностью в 6-10 вт.
ПО-пусковая обмотка двигателя, РО-рабочая обмотка двигателя, ЗР-защитное реле, ТС-температурный стабилизатор,Тр-терморегулятор, Н-противоконденсатное сопротивление, Эл-электролампа, Вл-выключатель лампы.
Электрическая схема автоматизации двухкамерного холодильника с температурным стабилизатором аналогична схеме, В отличии от электрической схемы автоматизации однокамерного холодильника при размыкании контактов термореле температурный стабилизатор включается, подогревает капилляр термореле, сокращая продолжительность стоянки компрессора. При этом перепад между температурами включения и выключения уменьшается. Постоянно включённый противоконденсатный электроподогреватель мощностью 15 вт. предохраняет от выпадания конденсата на наружную стенку камеры шкафа у дверного проёма морозильной камеры.
НТИ-низкотемпературный испаритель, ВТИ-высокотемпературный испаритель, РУ-регулирующее устройство, Км-компрессор, Тр-терморегулятор, ОЖ-отделитель жидкости, Кд-конденсатор.
Схема автоматизации с общим регулирующим устройством и отделителем жидкости исключает попадание жидкого фреона в компрессор. После дросселирования в регулирующем устройстве в испарителе низкотемпературной камеры происходит неполное испарение холодильного агента и в отделитель жидкости попадает парожидкостная смесь. Частицы жидкого агента, отделившись от паров, осаждаются в низкой части отделителя, а затем поступают в испаритель высокотемпературной камеры, где жидкость полностью выкипает. Пары холодильного агента из испарителя и верхней части отделителя жидкости отсасывается компрессором.
Компрессор управляется терморегулятором, капилляр которого прижат к испарителю низкотемпературной камеры. При схеме с одной температурой кипения в двух испарителях и двух испарителях поддержание разного температурного режима в двух камерах холодильника затруднительно.
Электрическая схема автоматизации аналогична схеме, двухкамерного холодильника с температурным стабилизатором. Отличие состоит в том, что в схеме отсутствует температурный стабилизатор.
Рассмотрим схемы автоматизации двухкамерных холодильников с разными температурами кипения фреона в испарителях.
НТИ-низкотемпературный испаритель, ВТИ-высокотемпературный испаритель, РУ-регулирующее устройство, Км-компрессор, Тр-терморегулятор, Др-дроссель, Кд-конденсатор.
В схеме автоматизации с общим регулирующим устройством перед высокотемпературным испарителем (ВТИ) и дросселем перед низкотемпературным испарителем (НТИ) холодильный агент дросселируется в регулирующем устройстве и заполняет ВТИ. Вторично понижая давление в дросселе «до себя», агент из ВТИ поступает в НТИ. Такая схема надёжно обеспечивает поддержание требуемых температур в каждой камере.
Электрическая схема этого холодильника аналогична
НТИ-низкотемпературный испаритель, ВТИ-высокотемпературный испаритель, РУ-регулирующее устройство, Км-компрессор, Тр-терморегулятор, СВ-соленеидный вентиль, Кд-конденсатор, Тр1, Тр2-терморегуляторы.
В схеме автоматизации с подачей холодильного агента в каждый испаритель через самостоятельное регулирующее устройство работой компрессора управляет терморегулятор, капилляр которого закреплён на низкотемпературном испарителе. Работой солиноидного вентиля перед регулирующим устройством высокотемпературного испарителя управляет другой терморегулятор.
Электрическая схема такого холодильника приведена ниже.
ПО-пусковая обмотка двигателя, РО-рабочая обмотка двигателя, ПР-пусковое реле, ЗР-защитное реле, Тр1-терморегулятор камеры охлаждения, Тр2-терморегулятор морозильной камеры, СВ-соленоидный вентиль, Н-противоконденсатное сопротивление, Эл-электролампа, Вл-выключатель лампы.
При понижении температуры испарителя и соответственно воздуха в камере охлаждения контакты терморегулятора размыкаются, выключая соленоидный вентиль. Подача холодильного агента в высокотемпературный испаритель прекращается, однако компрессор продолжает работать, если замкнуты контакты терморегулятора низкотемпературного испарителя.
При понижении температуры испарителя и соответственно воздуха в морозильной камере контакты второго термореле, разрывая цепь питания электродвигателя компрессора. В схеме также имеется постоянно включенный противоконденсатный электроподогреватель.
Наиболее удачной, на мой взгляд, является схема автоматизации двухкамерного холодильника с общим регулирующим устройством и соленоидным вентилем.
НТИ-низкотемпературный испаритель, ВТИ-высокотемпературный испаритель, Др-дроссель, ОЖ-отделитель жидкости, РУ-регулирующее устройство, Км-компрессор,СВ-соленеидный вентиль, Кд-конденсатор, Тр1, Тр2-терморегуляторы.
В схеме использовано общее регулирующее устройство и отделитель жидкости. Перед высокотемпературным испарителем имеется дроссель «после себя». При закрытом соленоидном вентиле холодильный агент дросселируется в регулирующем вентиле и заполняет отделитель жидкости. Проходя затем через дроссель, холодильный агент заполняет испаритель в камере охлаждения, откуда поступает в испаритель морозильной камеры.
Когда ВТИ охладится до заданной температуры, его терморегулятор включает соленоидный вентиль. Холодильный агент, преодолевая меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению дросселем, поступает в НТИ.
При охлаждении низкотемпературного испарителя до заданной температуры его терморегулятор останавливает компрессор.
Ниже приведены технологическая и электрическая схемы двухкамерного холодильника с автоматическим размораживанием испарителей парами холодильного агента.
а-технологическая схема: НТИ-низкотемпературный испаритель, ВТИ-высокотемпературный испаритель, РУ-регулирующее устройство, Км-компрессор, Тр-терморегулятор, СВ-соленеидный вентиль, Кд-конденсатор, Эн-электронагреватель.
б-электрическая схема: ПО-пусковая обмотка двигателя, РО-рабочая обмотка двигателя, ПР-пусковое реле, ЗР-защитное реле, Тр-терморегулятор, СВ-соленоидный вентиль, Н-нагреватель, Н1-температурный стабилизатор, ДФ-дефростатор.
Соленоидный вентиль автоматически включается при замыкании контактов дефростатора, которое происходит периодически с помощью электродвигателя дефростатора мощностью 2.5 вт, постоянно включенного в сеть. Одновременно включается электронагреватель.
Сжатые компрессором пары холодильного агента, минуя конденсатор, через соленоидный вентиль по специальной трубке поступают сначала в испаритель морозильной камеры, а затем в испаритель камеры охлаждения и подогревают их, вызывая таяние снеговой шубы. Пары фреона, отдавая тепло холодным стенкам испарителя, конденсируются. Во избежание попадания жидкого агента в компрессор его выпаривают электронагревателем, установленном на выходе из ВТИ.
После оттаивания снеговой шубы контакты дефростатора размыкаются с помощью электродвигателя. При этом выключается соленоидный вентиль и электронагреватель. При этом выключается сроленоидный вентиль и электродвигатель. Агрегат начинает работать в нормальном режиме, управляемый терморегулятором. Температурный стабилизатор, находящийся в цепи рабочей обмотки электродвигателя компрессора, выключается при размыкании контакта терморегулятора.
Те, кто знают принцип работы двигателя внутреннего сгорания, могут легко догадаться, что происходит внутри компрессора. Там также находится поршень, а тоже установлена система клапанов. Испаренный фреон проходит и сразу же нагревается от сжатия, затем выходит под давлением в сторону конденсора. После этого он легко преобразуется в жидкое состояние, отдавая энергию, чтобы после пойти на повторный цикл через капиллярный расширитель.
Главная задача состоит в том, чтобы фреон постоянно циркулировал, как кровь по венам. Вот поэтому зачастую компрессор еще называют сердцем холодильника. Но они могут быть различные, инверторные и простые, то есть, перечислять долго – вступления для этого мало. Давайте рассмотрим, устройство компрессора подробней.
Здесь нужно сказать спасибо Быкову А.В. за отличный справочник по компрессорам для холодильников 1992 г. издания.
Вы, естественно, слышали, что в стандартных бытовых холодильниках поршневые компрессоры, и до сих пор считаете, что корейцы, разработав в 1981 г. конструкцию двухшнековой соковыжималки , на самом деле открыли что-то новое? Это полное заблуждение! Винтовые компрессоры существуют с 1878 г., именно с этого времени используются роторы, которые крутятся навстречу друг другу, для создания давление. У винтовых компрессоров в холодильнике, в отличие от поршневых, есть целый ряд преимуществ:
Помимо этого, относительно промышленности есть и еще ряд основных преимуществ винтовых двухроторных компрессоров, в отличие от поршневых:
Недостаток только один:
Вот простейшие факты. Но как работает это оборудование, и какие могут быть компрессоры в холодильнике? Данный класс оборудования делится на типы и подтипы
Динамический тип:
Тип поршневые:
Тип ротативные:
Итак, видно, какое количество может быть устройств, и многие из них нашли свое применения.
В отличие от объемных, данные устройства пользуются «живой» силой лопастей. Если в поршневых и их аналогах вся нагрузка находится на жестких конструкциях, то тут работа происходит за счет вентилятора. Кто знаком с вентиляционными системами и устройствами кондиционирования
уже заметили сходство в названиях. И оно вполне логично: внутри динамических компрессоров находятся вентиляторы двух видов:
Большинство читателей уже поняли смысл, но мы все же поясним, что:
Минусы динамических компрессоров явны: в них нет возможности получить хороший коэффициент сжатия, а соответственно, сложно и создать повышенное давление. Например, холодильные устройства нагнетают фреон до 20–30 атм ., а многие говорят, что и это не предел. Это довольно высокие данные. Но конструкция динамических компрессоров относительно простая, а это хорошо. Требования к конструкции, наоборот, низкие, и это также отлично.
Способ работы компрессора холодильника сильно похож на одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания. Внутри устройства находится такой же коленчатый вал, приводящийся в движение электромотором. Но есть и другая конструкция, она более экономичная и легче управляется инверторной системой образования импульсов.
В данном случае находится определенный шток с поршнем в конце, который расположен внутри проволочной катушки. Проходящий ток заставляет систему делать поступательные перемещения
, благодаря этому и работает холодильник. Сегодня такие технологии являются наилучшими, и корейцы активно используют их в своих изделиях, о чем и создают поучительные и хорошие видеоролики.
В рабочей камере находятся 2 клапана – расходный и приточный. Как правило, они находятся на стенках. Когда же компрессор прямоточный, то вход иногда устанавливается на цилиндре. Но эта конструкция мало распространена. Клапан в дне поршня увеличивает массу движущегося элемента, также тяжело и обеспечить необходимые проходные отверстия. Потому сейчас в технике устанавливаются поршневые непрямоточные компрессоры.
Двухроторные компрессоры считаются абсолютным аналогом двухшнековой соковыжималки. Вот лишь, как правило, неравнозначны винтовые спирали. В ведущем роторе находится 4 выступа с немного округленными верхушками, под них на ведомом сделаны 6 ложбинок требуемого профиля. Оба вала размещаются в двойной цилиндрический корпус и по всей длине касаются друг друга. Вращение идет навстречу.
Выходное и заборное отверстия для фреона, как правило, находятся по диагонали:
Конструкция сделана так, что спирали роторов надежно присоединялись к корпусу. Вращение происходит таким образом, чтобы от заборной камеры части воздуха выходили вбок (по разным сторонам), захватываясь вращающимися валами. На первом роторе этих порций 4, на втором 6. Вращаясь по окружности, в результате книзу спирали встречаются. Последующее кручение приводит к сильному сжатию фреона, под высоким давлением он выходит наружу.
Чтобы уяснить всю прелесть этой системы, вспомните, что у двухшнековых соковыжималок наибольший коэффициент отжима, и они могут перемалывать даже кости, когда изготовлены из металла, без большого ущерба. Такая конструкция компрессора холодильника дает возможность создать ударное давление, которого тяжело добиться в других случаях.
Напомним, что в паровую камеру холодильника проходит под впрыском масло для снижения трения. Однако это не одна причина. Вероятно, что КПД оборудования зависит непосредственно от того, как герметичны части роторов. Масло с помощью поверхностного натяжения образует пробку между корпусом и спиралями . Благодаря этому без каких-то усилий увеличивается давление. А соответственно, можно уменьшить скорость вращения для получения необходимых показателей, снизить потребляемую мощность, уменьшить технические требования к качеству и изготовлению деталей холодильника.
Способ работы холодильного компрессора далек от винтового, и, вероятно, зря. Но не надо считать, что повсюду царят поршни. Мы уже говорили, что большинство тепловых насосов имеют спиральный компрессор. Здесь находится ротор и статор. Это две спирали, вдетые друг в друга. При круговом перемещении ротора фреон сильно сжимается и выходит наружу.
Итак, мы и рассмотрели, какие конструкции бывают, и каким образом работает холодильный компрессор. Теперь вы знаете, зачем нужен холодильнику компрессор, и усвоили немалый объем знаний в этой области. Данная статья объясняет, хоть и вкратце, что такое винтовые компрессоры.
Домашний уют современного человека невозможно представить без холодильника. Он предназначен для длительного хранения продуктов. По подсчетам ученых, каждый член семьи открывает дверцу до 40 раз в сутки. Мы заглядываем вовнутрь даже не задумываясь, как работает наш холодильник.
В нашей статье мы подробно рассмотрим устройство и принцип действия различных холодильников.
Любой современный холодильник состоит из следующих основных агрегатов:
Схема работы холодильника
Двигатель является основным узлом бытового прибора. Предназначен для циркуляции охлаждающей жидкости (фреона) по трубкам.
Двигатель состоит из двух агрегатов:
Электромотор преобразует электрический ток в механическую энергию. Агрегат состоит из двух частей – ротора и статора.
Корпус статора устроен из нескольких медных катушек. Ротор имеет вид стального вала. Ротор соединен с поршневой системой двигателя.
При подключении двигателя к сети питания в катушках возникает электромагнитная индукция. Она является причиной возникновения крутящего момента. Центробежная сила приводит ротор во вращательное движение.
А знаете ли Вы, что на долю холодильника приходится 10 % всей потребленной электроэнергии. Открытая дверца прибора увеличивает потребление электричества в несколько раз.
При вращении ротора двигателя происходит линейное перемещение поршня. Передняя стенка поршня сжимает и разряжает рабочую жидкость до рабочего состояния.
Положение двигателя холодильника
В современных охлаждающих установках электродвигатель находится внутри компрессора. Такое расположение преграждает газу путь для самопроизвольной утечки.
Для уменьшения вибраций двигатель находится на пружинистой металлической подвеске. Пружина может находится снаружи или внутри устройства. В современных агрегатах пружина находится внутри корпуса двигателя. Это позволяет эффективно гасить вибрации при работе аппарата.
Представляет собой змеевидный трубопровод диаметром до 5 миллиметров. Предназначен для отвода тепла от рабочей жидкости в окружающую среду. Конденсатор располагается на задней наружной поверхности прибора.
Представляет систему тонких трубок. Предназначен для испарения рабочей жидкости и охлаждения окружающего пространства. Располагается внутри или снаружи морозильника.
Устройство компрессора
Предназначена для снижения давления газа. Имеет диаметр от 1,5 до 3 миллиметров. Расположена на участке между испарителем и конденсатором.
Предназначен для очистки рабочего газа от влаги. Имеет вид медной трубки диаметром от 10 до 20 мм. Концы трубки вытянуты и герметично впаяны с капиллярную трубку и конденсатор.
Внимание! Фильтр-осушитель имеет односторонний принцип работы. Устройство не предназначено для работы на обратном режиме. При неправильной установке фильтра возможен выход установки из строя.
Внутри трубки находится цеолит – минеральный наполнитель с высокопористой структурой. На обоих концах трубки установлены заграждающие сетки.
Фильтр-осушитель
Со стороны конденсатора установлена металлическая сеточка с размерами ячеек до 2 мм. Со стороны капиллярной трубки установлена синтетическая сетка. Размеры ячеек такой сетки составляют десятые доли миллиметра.
Представляет собой металлическую емкость. Устанавливается на участке между испарителем и входом компрессора. Предназначен для доведения фреона до кипения с последующим испарением.
Служит защитой двигателя от попадания жидкости. Попадание рабочей жидкости может привести к выходу его из строя.
Главный принцип работы любого холодильника основан на выполнении двух рабочих операций:
Для отбора тепла применяется хладагент под названием фреон. Это газообразное вещество на основе этана, фтора и хлора. Фреон обладает уникальной возможностью переходить из газообразного состояния в жидкое и обратно. Переход из одного состояние в другое происходит при изменении давления.
Работа системы охлаждения заключается в следующем. Компрессор засасывает фреон вовнутрь. Внутри устройства работает электромотор. Двигатель приводит в движение поршень. При движении поршня происходит сжатие газа.
Принципиальная схема работы холодильника
Процесс сжатия газа делится на два этапа. На первом этапе происходит возвратное движение поршня. При смещении поршня открывается впускной клапан. Через открытое отверстие фреон поступает в газовую камеру.
На втором этапе поршень смещается в обратном направлении. При обратном движении поршень сжимает газ. Сжатый фреон давит на пластину выходного клапана. В камере резко повышается давление. При увеличении давления происходит нагрев газа до температуры 100° C. Выпускной клапан открывается и выпускает газ наружу.
Нагретый фреон из камеры поступает во внешний теплообменник (конденсатор). По пути следования по конденсатору фреон отдает тепло наружу. В конечной точке конденсатора температура газа уменьшается до 55° C.
А знаете ли Вы, что самые первые холодильники в качестве хладагента использовали диоксид серы? Такие приборы были очень опасны по причине высокой вероятности разгерметизации системы.
В процессе теплопередачи происходит конденсация газа. Фреон из газообразного состояния превращается в жидкость.
Из конденсатора жидкий фреон поступает в фильтр-осушитель. Здесь происходит поглощение влаги специальным сорбентом. Из фильтра газообразный фреон поступает в капиллярную трубку.
Капиллярная трубка играет роль своеобразной пробки (препятствия). На входе в трубку давление газа понижается. Хладагент превращается в жидкость. Из капиллярной трубки фреон поступает на испаритель. При падении давления происходит испарение фреона. Вместе с давлением падает и температура газа. В момент поступления в испаритель температура фреона составляет – 23° С.
Фреон проходит по теплообменнику внутри холодильной камеры. Охлажденный газ снимает тепло с внутренней поверхности трубок испарителя. При отдаче тепла происходит охлаждение внутреннего пространства холодильной камеры.
После испарителя фреон засасывается в компрессор. Замкнутый цикл повторяется.
По принципу действия различают следующие типы холодильников:
В компрессионных агрегатах движение хладагента осуществляется за счет изменения давления в системе. Регулирование давления рабочей жидкости осуществляет компрессор. Охладительные системы с компрессором являются самым распространенным типом охлаждающих устройств.
В абсорбционных установках движение хладагента происходит за счет его нагревания от нагревательной системы. В качестве рабочей смеси используется аммиак. Недостатком системы является высокая опасность и сложность обслуживания. Данный тип бытовых приборов является устаревшим и на сегодняшний день снят с производства.
А знаете ли Вы, что самый первый холодильник был выпущен американской компанией General Electric в далеком 1911 году. Устройство было выполнено из дерева. В качестве хладагента использовался диоксид серы.
Главный принцип действия термоэлектрических холодильников основан на поглощении тепла при взаимодействии двух проводников во время прохождения по ним электрического тока. Данный принцип известен как Эффект Пельтье. Достоинством аппарата является высокая надежность и долговечность. Недостатком является высокая стоимость полупроводниковых систем.
В пароэжекторных установках используется вода. Роль двигательной установки выполняет эжектор. Рабочая жидкость попадает в испаритель. Здесь происходит вскипание жидкости с образованием водяного пара. При теплообразовании температура воды резко снижается.
Охлажденная вода используется для охлаждения продуктов. Водяной пар отводится эжектором на конденсатор. В конденсаторе водяной пар охлаждается, превращается в конденсат и вновь поступает на испаритель. Достоинством таких установок является их простота устройства, безопасность, экологичность. Недостатком пароэжекторной системы является значительный расход воды и электроэнергии на ее нагрев.
Работа абсорбционных устройств основана на циркуляции и испарении жидкого хладагента. В качестве хладагента применяется аммиак. Роль абсорбента (поглотителя) выполняет аммиачный раствор на водной основе.
Схема работы абсорбционного устройства
В охлаждающую систему аппарата добавляются водород и хромат натрия. Водород предназначен для регулирования давления системы. Хромат натрия защищает внутренние стенки трубок от коррозии.
А знаете ли Вы, что старые советские холодильники в качестве охлаждающей смеси используют фреон R12 на основе хлора. Главным недостатком является его разрушительное действие на озоновый слой Земли.
При подключении к сети питания в генераторе-кипятильнике происходит нагрев рабочей жидкости. Рабочей смесью выступает водный раствор аммиака. Раствор аммиака находится в специальном резервуаре.
Нагрев хладагента приводит к испарению аммиака. Пары аммиака поступают в конденсатор. Здесь аммиак конденсируется и превращается в жидкость.
Сжиженный аммиак поступает в испаритель. Отсюда жидкий аммиак смешивается с водородом. Разность давлений двух веществ приводит к испарению аммиака. Процесс испарения сопровождается выделением тепла и охлаждением аммиака до -4° С. Вместе с аммиаком происходит охлаждение испарителя.
Охлажденный испаритель забирает тепло окружающего пространства. После испарения аммиак поступает в адсорбер. В адсорбере находится чистая вода. Здесь аммиак смешивается с водой. Аммиачный раствор поступает в резервуар. Раствор аммиака из резервуара поступает в генератор-кипятильник и замкнутый цикл повторяется.
В качестве заменителя аммиака могут использоваться водные растворы ацетона, бромистого лития, ацетилена.
Достоинством абсорбционных приборов является бесшумность работы агрегатов.
Процесс разморозки в установках с саморазмораживающейся системой происходит автоматически.
Существуют два типа саморазмораживающихся систем:
В аппаратах с капельной системой испаритель находится на задней стенке аппарата. Во время работы аппарата на задней стенке образуется иней. При оттаивании иней стекает по специальным желобам в нижнюю часть прибора. Нагретый до высокой температуры компрессор испаряет жидкость.
В установках с ветряной системой холодный воздух от испарителя на задней стенке задувается специальным вентилятором внутрь корпуса. Во время цикла оттаивания иней стекает по желобкам в специальное отверстие.
Промышленные аппараты отличаются от бытовых устройств мощностью установки и размерами охлаждающих камер. Мощность двигателя оборудования достигает нескольких десятков киловатт. Рабочая температура морозильных камер находится в диапазоне от + 5 до – 50° C.
А знаете ли Вы, что самый большой промышленный холодильник занимает 24 км2 площади. Находится этого гигант в Женеве (Швейцария) и служит для научных целей при работе адронного коллайдера.
Промышленные установки предназначены для охлаждения и глубокой заморозки большого количества продуктов. Объем морозильных камер составляет от 5 до 5000 тонн. Используются на заготовительных и перерабатывающих предприятиях.
Инверторные компрессоры предназначены для аккумуляции и преобразования постоянного тока в переменный ток с напряжением 220 В. Принцип работы основан на возможности плавного регулирования оборотов вала двигателя.
Устройство инверторного двигателя
При включении инвертор быстро набирает необходимое число оборотов для создания необходимой температуры внутри корпуса. На момент достижения заданных параметров устройство переходит в режим ожидания. Как только температура внутри корпуса повышается, срабатывает датчик температуры и скорость оборотов двигателя увеличивается.
Терморегулятор предназначен для поддержания заданной температуры внутри системы. Устройство герметично впаяно с одного конца капиллярной трубки. Другим концом капиллярная трубка подсоединяется к испарителю.
Основным элементом устройства терморегулятора любого холодильника является термореле. Конструкция термореле состоит сильфона и силового рычага.
Устройство терморегулятора
Сильфоном называют гофрированную пружину, в кольцах которой находится фреон. В зависимости от температуры фреона, пружина сжимается или растягивается. При понижении температуры хладагента пружина сжимается.
А знаете ли Вы, что современные бытовые холодильники используют фреон R600a на основе изобутана. Этот хладагент не разрушает озоновый слой планеты и не вызывает парниковый эффект.
Под воздействием сжатия рычаг замыкает контакты и подключает компрессор к работе. При повышении температуры происходит растягивание пружины. Силовой рычаг размыкает цепь и мотор выключается.
Житель Нигерии Мохаммед Ба Абба в 2003 году получил патент на холодильник без электричества. Устройство представляет собой глиняные горшки разной величины. Сосуды сложены друг в друга по принципу русской «матрешки».
Холодильник без электричества
Пространство между горшками заполняют влажным песком. В качестве крышки используется влажная ткань. Под действием жаркого воздуха влага из песка испаряется. Испарение воды приводит к снижению температуры внутри сосудов. Это позволяет длительное время хранить продукты на жарком климате без использования электроэнергии.
Знание устройства и принципа работы холодильника позволит выполнить несложный ремонт устройства своими руками. Если система настроена правильно, значит прибор будет работать долгие годы. При более сложных неисправностях следует обратиться к специалистам сервисных центров.
Немало копий поломано разъяснением принципа выработки холода, но решили сегодня послать очередное войско. Авось, не пройдут материал даром, старания понапрасну. Принцип работы холодильника основывается на способности фреона легко менять агрегатное состояние, отдавая, забирая тепло. Не всегда использовался этот класс веществ. Применяли аммиак, другие агрессивные среды. В 30-х годах прошлого века открыли фреоны, относительно безопасные для человека, эффективные. В результате другое сегодня забыто, хладагенты называются цифрами, маркируемыми префиксом R. Сегодня мир осваивает изобутан, концентрации рабочие малы, безопасность для озонового слоя велика. Правда, вещество взрывоопасно. Обсудим принцип работы холодильника.
Холодильник после магазинного рандеву
Начнем обсуждение принципов работы холодильника компрессором. Сердце! Главное здесь. Мотор холодильника обычно стоит асинхронный, поэтому для работы часто требуется пускозащитное реле. В обязанности устройства входит подключение пусковой обмотки, только на время старта. Нагревается внутренняя биметаллическая пластина, конденсатор отключается от пусковой обмотки, функционирует единственно рабочая. По схожей системе работает защита против перегрева: двигатель холодильника работает слишком долго, тепловой эффект тока разгибает очередную биметаллическую пластину, рвущую контакт, давая обмоткам отдохнуть.
Такая схема позволит работать холодильнику эффективно, обеспечит неплохой пусковой момент. Понятно, внутри прибора фреон, который не то чтобы с удовольствием циркулирует по контуру, поршень требует затраты некоторых усилий. Здесь помните:
Из холодильника изымается мотор — пускозащитное реле идет в комплекте. Нельзя брать другое реле, другого двигателя, с высокой степенью вероятности нарушает нормальную работу, рано или поздно вызывает сгорание обмоток.
У двигателей холодильников индивидуальные пусковые требования. Мощность также отличается, следовательно, тип, нагрев биметаллической пластины реле не остаются постоянными. Написаны специальные справочники, где посмотрим, какие двигатели холодильников бывают, какие типы реле соответствуют. Кстати, на сайте выкладывали перечень, надеемся, порадовал читателей. Современные двигатели холодильников обладают инверторным управлением, коленвала больше не содержат. Движение вала линейное, прилепили остряки названный эпитет компрессорам.
Внутри находится катушка, снабженная сердечником, движущимся поступательно согласно закону переменного тока, подаваемого на проволоку. Несмотря на кажущуюся несуразность (сходство с электробритвами) моторы, как показывает практика, максимально удовлетворяют целям. Кроме того наиболее эффективно реализуется инверторное управление, помогая снизить уровень шума, продлить жизнь. Недаром Samsung дает 10 лет гарантии на моторы холодильников. Напомним:
В результате появляется следующая схема:
Простейшая схема, скорее относящаяся к импульсному блоку питания, суть равно остается: присутствует напряжение 50 Гц, затем становящееся напряжением другой частоты. Результатом видим изменение скорости движения поршня, отчего фреон начинает двигаться ускоренно, замедленно. Что это дает?
Сердце перекачивает кровь, компрессор - фреон. Смысл: требуется создать высокое давление на конденсоре (на задней стенке холодильника), низкое на испарителе. В результате на первом начинает сжижаться хладагент, со второго активно испаряется. В первом случае выделяется большое количество тепла, которое достается кухне, во втором случае поглощается энергия, конфискуемая из холодильного отделения. В результате холодильник морозит. Быстрее движется кровь, бодрее самочувствие человека, больше разница перепадов давлений конденсор-испаритель, больше холода, а значит — компрессору придется попотеть.
Встроенный таймер холодильника
Итак, показали зависимость выработки холода от скорости работы компрессора, теперь рассмотрим методику получения разницы давлений. Знаете, Ютуб крутят ролик: человек в ластах осваивает водный стадион. Забегает достаточно далеко от берега. Быстрота бега первый фактор, вторым назовем увеличенную площадь опоры. В холодильнике ситуация аналогичная. Резвое кручение ротора двигателя бессильно фреону обеспечить нужную разницу давлений. Бессильно напрямую — помогает важное дополнение жилам циркуляции хладагента, капиллярная трубка. Ход очень тонкий, ставится после конденсора. В результате давление здесь быстро растет, фреон разом становится жидкостью. Моментально отдает энергию. Формируется принцип действия холодильника.
Какое-то тепло набрано испарителем. Не поверите, в вакууме испаряется даже вода, лед улетучивается… сублимация. Подобный процесс идет за задней стенкой морозилки (холодильной камеры), где создается компрессором разрежение. Жидкий фреон понемногу втекает через капиллярную трубку и улетучивается. Даже при малой температуре, которая царит в испарителе, умудряется отобрать тепло замерзшего металла. В связи с этим пора упомянуть одну деталь, без которой устройство холодильника никак неполно. Фильтр-осушитель (иногда называют ресивером).
Итак, видим близ конденсора высокие температуры — вода быстро становится паром. Откуда берется во фреоновом контуре, остается загадкой даже для мастеров, однако известно доподлинно: без жидкости половина ремонтников холодильного оборудования лишится работы.
Полезная жидкость, пытаясь покинуть капиллярную трубку, образует ледяную пробку, намертво закупоривающую работу агрегата. Если помните, давление по эту сторону невысокое, вакуум не может прошибить нарост кристаллов застывшей влаги.
В результате получается, компрессор работает на полную катушку, разница давлений между конденсором и испарителем невероятная, толку — нуль, фреон не циркулирует. Некому переносить тепло с места на место.
Характерная особенность неисправности в этом случае, что неполадка пропадает, если выключить холодильник на время. Затем коллизия начинается сызнова. Вызвано тем, что пробка тает, нарастая снова. Поэтому фильтр-осушитель трудится возле конденсора, забрать побольше воды. Внутри находится тривиальный силикагель, многим знакомый по ботинкам, одежде. Пакетики, заполненные шариками, забирающие влагу. Постепенно фильтр-осушитель вырабатывает ресурс, пары воды продолжают третировать фреоновый контур холодильника. Кстати, при перезаправке деталь подлежит обязательной замене.
Фильтр-осушитель выглядит утолщением медной трубки, которое невозможно не заметить. Однако частенько укрыт слоем пенополиуретана. В этом случае к детали требуется еще пробиться. Все зависит от разновидности холодильников. Однако сложная система была бы грудой железа, не существуй термостата, занимающегося измерением условий камер, выдающего команду включения и выключения компрессора.
Обычно термостат построен на основе измерения давления. Понятно, что холодный воздух тяжелее, следовательно, можно определить достаточно ли давит мембрану. Доступ к чувствительному элементу ведется через трубку. Винтом подтягивается натяжение мембраны. В результате получаем такие небольшие «карманные часы», у которых вместо цепочки длинная трубка. Лишний отрез укладывается между стенками, заборное отверстие проводится в рабочую камеру.
Современные термостаты гораздо более примитивны. Унылая термопара, от величины ЭДС которой зависит, что предпримет электронная плата холодильника в следующий момент. Понятно, такая схема в отличие от предыдущей требует наличия питания, что несколько усложняет процесс регулировки. Зато ремонт превращается в настоящее развлечение: главное найти термопару с подходящими характеристиками, не требуется драть половину холодильника, чтобы тянуть трубку. Упрощает жизнь мастеров.
Закончили рассказ про то, как работает холодильник, упомянули аспекты устройства прибора.
