ТЕПЛОВЫЕ И ВОЗДУШНЫЕ ПОТОКИ
В работе холодильника используют основные законов термодинамики. Как это происходит, следует рассмотреть подробно. Прежде всего, нужно отметить простые, интуитивно понятные факты:
- Холодильник отбирает тепло из объектов, которые находятся внутри него, а не целенаправленно охлаждает продукты.
- Тепло распространяется от теплых предметов к более холодным. Чем выше разность температур объектов, тем быстрее перемещается тепло, и так происходит, пока температура станет везде одинаковой.
Когда в холодильник кладут теплые продукты, тепловая энергия уходит из них в окружающий воздух морозильной камеры или низкотемпературного отделения. Содержимое в результате охлаждается, и этот эффект мы отмечаем, как желательный. Но поскольку воздух нагрелся, его тоже, в свою очередь, нужно где-то охладить.
Для удаления избытка тепла из нагретого воздуха и замены его возле охлаждаемых продуктов важна правильная организация воздушных потоков. Движение воздуха осуществляет принудительная вентиляция. Воздух проходит через испаритель, оснащенный вентилятором. Там тепло передается хладагенту (обычно газу фреону) быстро, поскольку велика разность температур. Температура фреона достаточно низкая - от -10ºС до -40ºС. В классических холодильниках хладагент протекает по каналам в стенках морозильной камеры и радиаторам, выступающим внутрь основной камеры. Их располагают сверху, чтобы более тяжелый холодный воздух опускался вниз самотоком.
СИСТЕМА РАЗМОРАЖИВАНИЯ
При открывании двери холодильника внутрь попадает много теплого и насыщенного влагой воздуха. Испаритель очень холодный, и вода сразу конденсируется на его поверхности, покрывая ее инеем, а затем - все более толстым слоем намерзшего льда. Лед препятствует теплообмену между воздухом и фреоном. Эффективность работы холодильника падает, он потребляет больше электроэнергии и сильнее изнашивается. Для предотвращения этого нужно время от времени размораживать холодильник.
Современные системы размораживают по таймеру - через 6-12 часов охлаждение воздуха прекращается, несколько минут лед тает, и поверхность испарителя освобождается от него. Таймер бывает механический или автоматический. Сложная электроника или ручной таймер регулярно прекращает работу компрессора и включает оттайку (электронагреватель), которая подогревает испаритель. Стекающую воду собирают в поддон через дренажные отверстия, откуда она испаряется, если воды много - придется ее вылить вручную. Для защиты охлаждающего контура от перегрева при оттаивании устанавливают термостат. Он размыкает электрическую цепь по достижении определенной температуры.
КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
Охлажденные продукты выделяют меньшее количество тепла, воздух остается холодным длительное время. Термостат регулирует процесс, включая и выключая компрессор на основании показаний термометра. Рабочий диапазон температур настраивают рукояткой регулировки, обычно он составляет несколько градусов.
Как правило, в холодильнике лишь один испаритель, он поставляет холодный воздух повсюду - в морозилку и основное отделение. Для поддержания в морозилке более низкой температуры охлажденный воздух преимущественно находится в ней, лишь малое его количество поступает в другие отсеки. Баланс воздуха между морозильником и основным отделением регулируют заслонкой. Она находится в канале, соединяющем отсеки, и работает под управлением отдельного регулятора.
КУДА УХОДИТ ТЕПЛО?
Нагретый фреон из испарителя подают в компрессор, где сжимают поршнем и он сильно нагревается, согласно законам термодинамики. Электрическая энергия из сети переходит в обмотках двигателя в механическую, а затем в поршневой камере - в тепловую. Законы сохранения выполняются безупречно. Вывести излишнее тепло из раскаленного фреона просто, он горячее комнатного воздуха и охлаждается при прохождении через конденсатор - решетку, выступающую наружу на задней стороне холодильника.
В «продвинутых» моделях холодильников воздух продувается через конденсатор отдельным вентилятором. Тепло конденсатора можно использовать для испарения воды из поддона, стекающей в него при разморозке. Таким образом, влага возвращается туда, откуда пришла - в окружающую холодильник атмосферу. Охлажденный в конденсаторе фреон поступает обратно в холодильный контур, где компрессор создает разрежение, и газ расширяется, достигая очень низких температур. Цикл повторяется. Задача инженеров-разработчиков - правильно рассчитать объем и форму камер холодильника, мощность устройств, чтобы КПД системы был максимальным. Современные холодильники в этом отношении доведены до идеала.
Статья специально написана простыми словами, чтобы обычный владелец любого бытового холодильника смог бы разобраться в устройстве этой техники.
Дополнительная информация
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.
Кратко: принцип работы холодильника для чайников простыми словами
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:
- Компрессор (один или два);
- Испаритель;
- Конденсатор (наружный радиатор);
- Хладагент, он же фреон.
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:
- Газообразный фреон с температурой +5 °С попадает в компрессор;
- Компрессор сжимает его так, чтобы он конденсировался в жидкость;
- При конденсации фреон нагревается до +40 градусов;
- После этого он под давлением попадает в конденсатор, где охлаждается до +25 °С;
- Фреон попадает в испаритель, где он расширяется и закипает, так как теперь не находится под давлением;
- Температура фреона падает до 0 градусов, он охлаждает камеру холодильника.
- В процессе отбора тепла у камеры, фреон нагревается до +5 °С;
- Цикл повторяется заново.
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.
Виды бытовых холодильников
По своему количеству камер холодильники делятся на:
- Однокамерные;
- Двухкамерные;
- Многокамерные (три и более камер).
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 .
Однокамерные холодильники
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.
Двухкамерные холодильники
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.
Многокамерные холодильники
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:
- Рыбы;
- Овощей и фруктов;
- Мясных продуктов.
Устройство холодильника и принцип работы
В этом разделе мы подробно опишем устройство холодильника. Из каких рабочих элементов он состоит и для чего они предназначены.
Компрессор
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:
- Роторные;
- Осевые;
- Центробежные;
- Винтовые;
- Поршневые.
Конденсатор (внешний радиатор)
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.
Испаритель
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.
Капиллярная трубка
Терморегулирующий вентиль (ТРВ, докипатель)
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
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.
Принцип работы двухкамерного холодильника с одним компрессором
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.
Принцип работы холодильной установки с двумя компрессорами
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.
Как работает саморазморозка
Есть два вида систем саморазморозки холодильников:
- Капельная (Direct Cool);
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.
Капельная система (Direct Cool)
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 холодильника Ноу Фрост
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.
Инверторные и обычные холодильники
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.
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.
Как устроен холодильник
Любой современный холодильник состоит из следующих основных агрегатов:
- Двигатель.
- Конденсатор.
- Испаритель.
- Капиллярная трубка.
- Осушительный фильтр.
- Докипатель.
Схема работы холодильника
Электродвигатель
Двигатель является основным узлом бытового прибора. Предназначен для циркуляции охлаждающей жидкости (фреона) по трубкам.
Двигатель состоит из двух агрегатов:
- электромотор;
- компрессор.
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.
Конденсатор
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.
Испаритель
Представляет систему тонких трубок. Предназначен для испарения рабочей жидкости и охлаждения окружающего пространства. Располагается внутри или снаружи морозильника.
Устройство компрессора
Капиллярная трубка
Предназначена для снижения давления газа. Имеет диаметр от 1,5 до 3 миллиметров. Расположена на участке между испарителем и конденсатором.
Фильтр-осушитель
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.
Докипатель
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.
Как работает холодильник
Главный принцип работы любого холодильника основан на выполнении двух рабочих операций:
- Вывод тепловой энергии из устройства в окружающее пространство.
- Концентрация холода внутри корпуса прибора.
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.
Основные типы охлаждающих систем
По принципу действия различают следующие типы холодильников:
- компрессионные;
- адсорбционные;
- термоэлектрические;
- пароэжекторные.
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.
Принцип работы абсорбционных холодильников
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.
Принцип работы саморазмораживающегося холодильника
Процесс разморозки в установках с саморазмораживающейся системой происходит автоматически.
Существуют два типа саморазмораживающихся систем:
- Капельная.
- Ветреная (No frost).
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 холодильники
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.
Принцип работы инверторного холодильника
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.
Устройство термостата холодильника
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.
Холодильник без электричества – правда или вымысел?
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.
Главным функционирующим элементом в устройстве любого холодильника является компрессор, который работает, перегоняя хладагент через конденсатор и испаритель.
Стал привычной частью жизни любого человека. Обычно такое оборудование работает бесперебойно, но следует только случиться неожиданной поломке, как его владелец теряется и впадает в панику. Причина этому – незнание внутреннего механизма агрегата. Несмотря на расхождение в строении, каждое современное устройство имеет общие черты. Поэтому, изучив основные детали конструкции, можно рассчитывать на самостоятельное обследование и ее ремонт.
Особенности конструкции
Для полноценной работы холодильника необходим фреон. Этот газ быстро меняет свои состояния, что позволяет ему успешно понижать температуру, тем самым способствуя бережному сохранению продуктов. Безопасность этого хладагента неоднократно подтверждалась практикой, поэтому беспокоиться о токсичности этого вещества не стоит. Холодильник – надежный агрегат, безупречно выдерживающий 5–10 лет беспрерывной работы. Обычный классический холодильник – это шкаф изотермического типа, работающий от электричества. Герметичность его стенок обеспечивает листовая сталь с внешним эмалевым покрытием или ударопрочный пластик. Каждый из таких агрегатов имеет следующее устройство.
Дверь представлена двумя панелями, соединенными изнутри теплоизолирующей вставкой, которую чаще всего размещают по стенкам, в нижней части, у дна или вдоль внутренней части дверного полотна. Для этого используют пенополистирол, пенополиуретан, минеральное волокно, стекловолокно. Магнитный уплотнитель, зафиксированный аналогичным способом, удерживает створку максимально плотно.
Компрессор – главная часть холодильника, предназначенная для закачки и перегона хладагента в конденсатор с последующим вытягиванием его паров из испарителя.
Современные холодильники оборудуют 1 или 2 такими элементами, а хладагент – вещество, вбирающее в себя тепло, такую функцию выполняет фреон.
Конденсатор имеет вид изогнутой трубки с диаметром в 5 мм. Такой змеевик постепенно соединяется с металлическим прутиком, в этой части фреон приобретает жидкое состояние, а тепло перемещается в окружающую среду.
Фильтр осушитель в виде цилиндрического прибора с зауженными краями устанавливается в конденсатор или около него. Его назначение – выводить влагу из системы и обеспечить фреону безупречную чистоту.
Испаритель действует совершенно по-другому, чем конденсатор: в процессе преобразования фреона в жидкое вещество происходит поглощение тепла и холодильник начинает вырабатывать холод. Его устанавливают в камерах или стенках любого агрегата.
Капиллярные медные трубки понижают давление фреона, их устанавливают в пространстве между испарителем и конденсатором. Пусковое реле обеспечивает постоянную работу компрессора и предохраняет холодильник от случайной поломки в результате скачка напряжения. Температурные датчики регулируют показатели тепла и холода в самой камере. При достижении определенных значений они приостанавливают работу компрессора.
Крыльчатки перемешают воздух по камере холодильника. Лампа загорается в момент открывания и гаснет при закрывании дверки, позволяя наиболее экономно расходовать энергию.
Принцип функционирования бытовых холодильников
Работа основана на беспрерывном действии хладагента, в роли которого выступает фреон. Этот газ обеспечивает круговое движение с изменением температуры. Давление приводит к закипанию вещества, после чего оно переходит в парообразное состояние и вбирает в себя тепло от стенок испарителя. Такое действие приводит к снижению температуры в камере на несколько градусов.
Любой агрегат прекрасно работает при наличии у него компрессора, поддерживающего давление в нужных границах, испаряющего устройства, вбирающего тепло в холодильной камере, конденсатора, выбрасывающего накопленную энергию вовне, дросселирующих отверстий – терморегулирующего вентиля и капилляров.
Компрессор холодильника контролирует любые изменения в давлении системы. Он втягивает хладагент, доведенный до газообразного состояния, давит на него и выбрасывает назад в конденсатор. Это приводит к повышению температуры фреона, после этого вещество вновь превращается в жидкое состояние. Компрессор прекрасно работает за счет установленного внутри корпуса электродвигателя. Без этой детали невозможно нормальное функционирование агрегата.
Инверторный тип управления, свойственный современным холодильникам, обещает длительную и легкую эксплуатацию, а устройство обеспечит бесшумность работы. Наличие пускозащитного реле повышает работоспособность агрегата. Эта деталь активирует пусковую обмотку в момент подключения прибора и защищает компрессор от перегрева. По мере нагревания металлической детали в самом корпусе происходит автоматическое отключение системы.
Поэтому действие любого холодильника основано на передаче внутреннего тепла в окружающий воздух и постепенном охлаждении камеры. Этот эффект любой человек наблюдает в процессе ежедневного использования агрегата. Охлаждающее устройство поддерживает внутри корпуса постоянную температуру, что позволяет хранить продукты без опасения за их качество.
К сведению, любой современный холодильник имеет неодинаковую температуру в разных отделениях. Практически в каждом из агрегатов есть камера для заморозки, зона для , яиц, мясных продуктов.
Устройства с одной и двумя камерами
Охлаждающее устройство может иметь неодинаковое число камер. Однокамерные агрегаты действуют за счет испарений фреона, проникающих из морозильного отделения в холодильный отсек. Вначале пар поступает в конденсатор, затем он превращается в жидкость и, проходя сквозь фильтр и капиллярную трубку, оказывается в емкости испарителя. Постепенное закипание фреона приводит к охлаждению холодильника. Цикличность охлаждения происходит до того момента, пока температурные показания не будут достаточными, после чего компрессор отключится.
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.
