Как работает холодильник реферат

Обновлено: 25.06.2024

Схема компрессионного цикла охлаждения Кондиционер — это та же холодильная машина, предназначенная для тепловлажностной обработки воздушного потока. Кроме того, кондиционер обладает существенно большими возможностями, более сложной конструкцией и многочисленными дополнительными опциями. Обработка воздуха предполагает придание ему определенных кондиций, таких как температура и влажность, а также… Читать ещё >

Принцип работы холодильника ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Реферат по теме:

Принцип работы холодильника Выполнил:

Шкор Дмитрий Александрович Проверил:

Гончарик Сергей Николаевич Ждановичи, 2006 г

2. Принципы работы холодильной машины

2.1 Схема компрессионного цикла охлаждения

2.2 Теоретический и реальный цикл охлаждения

2.3 Сжатие пара в компрессоре

3. Оценка эффективности цикла охлаждения

4. Схемы холодильников

4.1 Паровая компрессорная установка

4. 2 Электрическая схема холодильника

4.3 Схема классического холодильника Литература

Введение

Каждый из нас ежедневно пользуется десятками хитро устроенных машин и приборов: здесь вам и обыкновенный будильник, и микроволновая печь, и компьютер, и автомобиль и ещё множество самой разношёрстной электронной и механической братии, без которой наша жизнь, кажется, уже немыслима. Но задумайтесь, много ли мы знаем об этих молчаливых помощниках (про будильник этого не скажешь), как они устроены, как работают? Да ровным счётом ничего! Работает и ладно, за чем лишний раз напрягать извилины!

На мой взгляд, очень грустно, что за ежедневной суетой и обыденностью цивилизации, мы перестали замечать удивительное, а порой просто гениальное устройство некоторых привычных вещей. Конечно, пытаться понять принцип работы компьютера или даже обычного калькулятора бессмысленно (калькулятор нельзя понять, в него можно только верить), но вот осилить устройство холодильника вполне по силам каждому.

2. Принципы работы холодильной машины Охлаждение в кондиционерах производится за счет поглощения тепла при кипении жидкости. Когда мы говорим о кипящей жидкости, мы, естественно, думаем, что она горячая. Однако это не совсем верно.

Во-первых, температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения, и наоборот: чем ниже давление, тем ниже температура кипения. При нормальном атмосферном давлении, равном 760 мм рт.ст. (1 атм), вода кипит при плюс 100 °C, но если давление пониженное, как например в горах на высоте 7000−8000 м, вода начнет кипеть уже при температуре плюс 40−60°С.

Во-вторых, при одинаковых условиях разные жидкости имеют различные температуры кипения.

Например, фреон R-22, широко используемый в холодильной технике, при нормальном атмосферном давлении имеет температуру кипения минус 4°, 8 °C.

Фреомны (хладоны) — фторсодержащие производные насыщенных углеводородов (главным образом метана и этана), используемые как хладагенты в холодильных машинах. Кроме атомов фтора, в молекулах фреонов содержатся обычно атомы хлора, реже — брома. Известно более 40 различных фреонов; большинство из них выпускается промышленностью.

Если жидкий фреон находится в открытом сосуде, то есть при атмосферном давлении и температуре окружающей среды, то он немедленно вскипает, поглощая при этом большое количество тепла из окружающей среды или любого материала, с которым находится в контакте. В холодильной машине фреон кипит не в открытом сосуде, а в специальном теплообменнике, называемом испарителем. При этом кипящий в трубках испарителя фреон активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную, как правило, оребренную поверхность трубок.

Наиболее обширный класс холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (капиллярная трубка), соединенные трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор. Кроме обеспечения циркуляции, компрессор поддерживает в конденсаторе (на линии нагнетания) высокое давление порядка 20−23 атм.

Теперь, когда рассмотрены основные понятия, связанные с работой холодильной машины, перейдем к более подробному рассмотрению схемы компрессионного цикла охлаждения, конструктивному исполнению и функциональному назначению отдельных узлов и элементов.

2.1 Схема компрессионного цикла охлаждения Кондиционер — это та же холодильная машина, предназначенная для тепловлажностной обработки воздушного потока. Кроме того, кондиционер обладает существенно большими возможностями, более сложной конструкцией и многочисленными дополнительными опциями. Обработка воздуха предполагает придание ему определенных кондиций, таких как температура и влажность, а также направление движения и подвижность (скорость движения). Остановимся на принципе работы и физических процессах, происходящих в холодильной машине (кондиционере). Охлаждение в кондиционере обеспечивается непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре, а конденсация — при высоком давлении и высокой температуре. Принципиальная схема компрессионного цикла охлаждения показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема компрессионного цикла охлаждения Начнем рассмотрение работы цикла с выхода испарителя (участок 1−1). Здесь хладагент находится в парообразном состоянии с низким давлением и температурой.

Парообразный хладагент всасывается компрессором, который повышает его давление до 15−25 атм и температуру до плюс 70−90°С (участок 2−2).

Далее в конденсаторе горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, то есть переходит в жидкую фазу. Конденсатор может быть либо с воздушным, либо с водяным охлаждением в зависимости от типа холодильной системы.

На выходе из конденсатора (точка 3) хладагент находится в жидком состоянии при высоком давлении. Размеры конденсатора выбираются таким образом, чтобы газ полностью сконденсировался внутри конденсатора. Поэтому температура жидкости на выходе из конденсатора оказывается несколько ниже температуры конденсации. Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением обычно составляет примерно плюс 4−7°С.

При этом температура конденсации примерно на 10−20°С выше температуры атмосферного воздуха.

Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и давлении поступает в регулятор потока, где давление смеси резко уменьшается, часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости (точка 4).

Жидкость кипит в испарителе, отбирая тепло от окружающего воздуха, и вновь переходит в парообразное состояние.

Перегретый пар выходит из испарителя (точка 1), и цикл возобновляется.

Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому контуру, меняя свое агрегатное состояние с жидкого на парообразное и наоборот.

Все компрессионные циклы холодильных машин включают два определенных уровня давления. Граница между ними проходит через нагнетательный клапан на выходе компрессора с одной стороны и выход из регулятора потока (из капиллярной трубки) с другой стороны.

Нагнетательный клапан компрессора и выходное отверстие регулятора потока являются разделительными точками между сторонами высокого и низкого давлений в холодильной машине.

На стороне высокого давления находятся все элементы, работающие при давлении конденсации.

На стороне низкого давления находятся все элементы, работающие при давлении испарения.

Несмотря на то, что существует много типов компрессионных холодильных машин, принципиальная схема цикла в них практически одинакова.

Рассмотрим схему теоретического (идеального) цикла охлаждения с тем, чтобы лучше понять действующие факторы. Рассмотрим наиболее характерные процессы, происходящие в компрессионном цикле охлаждения.

2.3 Сжатие пара в компрессоре Холодный парообразный насыщенный хладагент поступает в компрессор (точка С`). В процессе сжатия повышаются его давление и температура (точка D). Теплосодержание также повышается на величину, определяемую отрезком НС`-HD, то есть проекцией линии C`-D на горизонтальную ось.

2.4 Конденсация В конце цикла сжатия (точка D) горячий пар поступает в конденсатор, где начинается его конденсация и переход из состояния горячего пара в состояние горячей жидкости. Этот переход в новое состояние происходит при неизменных давлении и температуре. Следует отметить, что, хотя температура смеси остается практически неизменной, теплосодержание уменьшается за счет отвода тепла от конденсатора и превращения пара в жидкость, поэтому он отображается на диаграмме в виде прямой, параллельной горизонтальной оси.

Процесс в конденсаторе происходит в три стадии: снятие перегрева (D-E), собственно конденсация (Е-А) и переохлаждение жидкости (А-А`).

Рассмотрим кратко каждый этап.

Снятие перегрева (D-E).

Это первая фаза, происходящая в конденсаторе, и в течение ее температура охлаждаемого пара снижается до температуры насыщения или конденсации. На этом этапе происходит лишь отъем излишнего тепла и не происходит изменение агрегатного состояния хладагента.

На этом участке снимается примерно 10−20% общего теплосъема в конденсаторе.

Температура конденсации охлаждаемого пара и образующейся жидкости сохраняется постоянной на протяжении всей этой фазы. Происходит изменение агрегатного состояния хладагента с переходом насыщенного пара в состояние насыщенной жидкости. На этом участке снимается 60−80% теплосъема.

Переохлаждение жидкости (А-А`) ["https://referat.bookap.info", 18].

На этой фазе хладагент, находящийся в жидком состоянии, подвергается дальнейшему охлаждению, в результате чего его температура понижается. Получается переохлажденная жидкость (по отношению к состоянию насыщенной жидкости) без изменения агрегатного состояния.

Переохлаждение хладагента дает значительные энергетические преимущества: при нормальном функционировании понижение температуры хладагента на один градус соответствует повышению мощности холодильной машины примерно на 1% при том же уровне энергопотребления.

Количество тепла, выделяемого в конденсаторе.

Участок D-A` соответствует изменению теплосодержания хладагента в конденсаторе и характеризует количество тепла, выделяемого в конденсаторе.

Регулятор потока (А`-B).

Переохлажденная жидкость с параметрами в точке А` поступает на регулятор потока (капиллярную трубку или терморегулирующий расширительный клапан), где происходит резкое снижение давления. Если давление за регулятором потока становится достаточно низким, то кипение хладагента может происходить непосредственно за регулятором, достигая параметров точки В.

Испарение жидкости в испарителе (В-C).

Смесь жидкости и пара (точка В) поступает в испаритель, где она поглощает тепло от окружающей среды (потока воздуха) и переходит полностью в парообразное состояние (точка С). Процесс идет при постоянной температуре, но с увеличением теплосодержания.

Как уже говорилось выше, парообразный хладагент несколько перегревается на выходе испарителя. Главная задача фазы перегрева (С-С`) — обеспечение полного испарения остающихся капель жидкости, чтобы в компрессор поступал только парообразный хладагент. Для этого требуется повышение площади теплообменной поверхности испарителя на 2−3% на каждые 0,5°С перегрева. Поскольку обычно перегрев соответствуют 5−8°С, то увеличение площади поверхности испарителя может составлять около 20%, что безусловно оправдано, так как увеличивает эффективность охлаждения.

Количество тепла, поглощаемого испарителем.

Участок HB-НС` соответствует изменению теплосодержания хладагента в испарителе и характеризует количество тепла, поглощаемого испарителем.

Реальный цикл охлаждения.

В действительности в результате потерь давления, возникающих на линии всасывания и нагнетания, а также в клапанах компрессора, цикл охлаждения отображается на диаграмме несколько иным образом (рис. 4).

Из-за потерь давления на входе (участок C`-L) компрессор должен производить всасывание при давлении ниже давления испарения.

С другой стороны, из-за потерь давления на выходе (участок М-D`), компрессор должен сжимать парообразный хладагент до давлений выше давления конденсации.

Необходимость компенсации потерь увеличивает работу сжатия и снижает эффективность цикла.

Помимо потерь давления в трубопроводах и клапанах, на отклонение реального цикла от теоретического влияют также потери в процессе сжатия.

C`L: потеря давления при всасывании

MD: потеря давления при выходе

HDHC`: теоретический термический эквивалент сжатия

HD`HC`: реальный термический эквивалент сжатия

C`D: теоретическое сжатие

LM: реальное сжатие

Во-первых, процесс сжатия в компрессоре отличается от адиабатического, поэтому реальная работа сжатия оказывается выше теоретической, что также ведет к энергетическим потерям.

Во-вторых, в компрессоре имеются чисто механические потери, приводящие к увеличению потребной мощности электродвигателя компрессора и увеличению работы сжатия.

В третьих, из-за того, что давление в цилиндре компрессора в конце цикла всасывания всегда ниже давления пара перед компрессором (давления испарения), также уменьшается производительность компрессора. Кроме того, в компрессоре всегда имеется объем, не участвующий в процессе сжатия, например, объем под головкой цилиндра.

3. Оценка эффективности цикла охлаждения Эффективность цикла охлаждения обычно оценивается коэффициентом полезного действия или коэффициентом термической (термодинамической) эффективности.

Коэффициент эффективности может быть вычислен как соотношение изменения теплосодержания хладагента в испарителе (НС-НВ) к изменению теплосодержания хладагента в процессе сжатия (НD-НС).

Фактически он представляет собой соотношение холодильной мощности и электрической мощности, потребляемой компрессором.

Причем он не является показателем производительности холодильной машины, а представляет собой сравнительный параметр при оценке эффективности процесса передачи энергии. Так, например, если холодильная машина имеет коэффициент термической эффективности, равный 2,5, то это означает, что на каждую единицу электроэнергии, потребляемую холодильной машиной, производится 2,5 единицы холода.

4. Схемы холодильников

4.1 Паровая компрессорная установка В простейших схемах холодильных установок передача теплоты осуществляется дважды: сначала в испарителе, где холодильный агент, имеющий низкую температуру, отбирая теплоту от охлаждаемой среды, снижает ее температуру, затем в конденсаторе, где холодильный агент охлаждается, отдавая теплоту воздуху или воде. В наиболее распространенных схемах морских рефрижераторных установок (рис. 1) осуществляется паровой компрессионный цикл. В компрессоре давление пара холодильного агента повышается и соответственно повышается его температура.

Рис. 1. Схема паровой компрессорной холодильной установки:

2 — термочувствительный баллон;

7 — трубопровод для масла;

8 — регулирующий вентиль;

9 — терморегулирующий вентиль.

4.2 Электрическая схема холодильника При подаче напряжения электрический ток проходит через замкнутые контакты терморегулятора (3), кнопки размораживания (10), реле тепловой защиты (11), катушку пускового реле (контакты пускового реле12.2 пока разомкнуты) и рабочую обмотку электродвигателя мотор-компрессора.

Поскольку двигатель пока не вращается, ток протекающий через рабочую обмотку мотор-компрессора в несколько раз превышает номинальный, пусковое реле (12) устроено таким образом, что при превышении номинального значения тока замыкаются контакты (12.2), к цепи подключается пусковая обмотка электродвигателя. Двигатель начинает вращаться, ток в рабочей обмотке снижается, контакты пускового реле размыкаются и двигатель продолжает работать в нормальном режиме.

Когда стенки испарителя охладятся до установленного на терморегуляторе значения, контакты (3) разомкнуться и электродвигатель мотор-компрессора остановиться.

С течением времени температура внутри холодильника повышается, контакты терморегулятора замыкаются и весь цикл повторяется заново.

Реле защиты предназначено для отключения двигателя при опасном повышении силы тока. С одной стороны оно защищает двигатель от перегрева и поломки, а с другой — Вашу квартиру от пожара.

Реле состоит из биметаллической пластины (11.1), которая при повышении температуры изгибается и размыкает контакты (11.2), после остывания биметаллической пластины контакты снова замыкаются.

Рис. 1. Электрическая схема холодильника

1 — электродвигатель мотор-компрессора

1.1 — рабочая обмотка

1.2 — пусковая обмотка

3 — контакты терморегулятора

10 — кнопка размораживания

11 — реле защиты

11.1 — биметаллическая пластина

11.2 — контакты реле

12 — пусковое реле

12.1 — катушка реле

12.2 — контакты реле

4.3 Схема классического холодильника Классический холодильник, работает следующим образом:

Мотор — компрессор (1), засасывает газообразный фреон из испарителя, сжимает его, и через фильтр (6) выталкивает в конденсатор (7).

В конденсаторе, нагретый в результате сжатия фреон остывает до комнатной температуры и окончательно переходит в жидкое состояние.

Жидкий фреон, находящийся под давлением, через отверстие капиляра (8) попадает во внутреннюю полость испарителя (5), переходит в газообразное состояние, в результате чего, отнимает тепло от стенок испарителя, а испаритель, в свою очередь, охлаждает внутреннее пространство холодильника.

Этот процесс повторяется до достижения заданной терморегулятором (3) температуры стенок испарителя.

При достижении необходимой температуры терморегулятор размыкает электрическую цепь и компрессор останавливается. Через некоторое время, температура в холодильнике (за счет воздействия внешних факторов) начинает повышаться, контакты терморегулятора замыкаются, с помощью защитно-пускового реле (2) запускается электродвигатель мотор — компрессора и весь цикл повторяется сначала.

\u0425\u043e\u043b\u043e\u0434\u0438\u043b\u044c\u043d\u0438\u043a\u0438 \u043c\u043e\u0433\u0443\u0442 \u043f\u043e\u0434\u0440\u0430\u0437\u0434\u0435\u043b\u044f\u0442\u044c\u0441\u044f \u043d\u0430 \u0434\u0432\u0430 \u0432\u0438\u0434\u0430: \u0441\u0440\u0435\u0434\u043d\u0435\u0442\u0435\u043c\u043f\u0435\u0440\u0430\u0442\u0443\u0440\u043d\u044b\u0435 \u043a\u0430\u043c\u0435\u0440\u044b \u0434\u043b\u044f \u0445\u0440\u0430\u043d\u0435\u043d\u0438\u044f \u043f\u0440\u043e\u0434\u0443\u043a\u0442\u043e\u0432 \u0438 \u043d\u0438\u0437\u043a\u043e\u0442\u0435\u043c\u043f\u0435\u0440\u0430\u0442\u0443\u0440\u043d\u044b\u0435 \u043c\u043e\u0440\u043e\u0437\u0438\u043b\u044c\u043d\u0438\u043a\u0438.

\u041c\u043e\u0440\u043e\u0437\u0438\u043b\u044c\u043d\u0438\u043a\u00a0\u2014 \u043e\u0442\u0434\u0435\u043b\u044c\u043d\u044b\u0439 \u043f\u0440\u0438\u0431\u043e\u0440 \u0438\u043b\u0438 \u0441\u043e\u0441\u0442\u0430\u0432\u043d\u0430\u044f \u0447\u0430\u0441\u0442\u044c \u0445\u043e\u043b\u043e\u0434\u0438\u043b\u044c\u043d\u0438\u043a\u0430, \u043f\u0440\u0435\u0434\u043d\u0430\u0437\u043d\u0430\u0447\u0435\u043d\u043d\u044b\u0439 \u0434\u043b\u044f \u0437\u0430\u043c\u043e\u0440\u0430\u0436\u0438\u0432\u0430\u043d\u0438\u044f \u0438 \u0445\u0440\u0430\u043d\u0435\u043d\u0438\u044f \u043f\u0440\u043e\u0434\u0443\u043a\u0442\u043e\u0432 \u043f\u0438\u0442\u0430\u043d\u0438\u044f. \u0422\u0435\u043c\u043f\u0435\u0440\u0430\u0442\u0443\u0440\u0430 \u0432 \u043c\u043e\u0440\u043e\u0437\u0438\u043b\u044c\u043d\u0438\u043a\u0435 \u0441\u043e\u0441\u0442\u0430\u0432\u043b\u044f\u0435\u0442 \u043e\u0431\u044b\u0447\u043d\u043e \u221218\u00a0\u00b0C. \u0412 \u043f\u043e\u0441\u043b\u0435\u0434\u043d\u0435\u0435 \u0432\u0440\u0435\u043c\u044f \u043d\u0430\u0438\u0431\u043e\u043b\u044c\u0448\u0435\u0435 \u0440\u0430\u0441\u043f\u0440\u043e\u0441\u0442\u0440\u0430\u043d\u0435\u043d\u0438\u0435 \u043f\u043e\u043b\u0443\u0447\u0438\u043b\u0438 \u0434\u0432\u0443\u0445\u043a\u0430\u043c\u0435\u0440\u043d\u044b\u0435 \u0445\u043e\u043b\u043e\u0434\u0438\u043b\u044c\u043d\u0438\u043a\u0438, \u0432\u043a\u043b\u044e\u0447\u0430\u044e\u0449\u0438\u0435 \u0432 \u0441\u0435\u0431\u044f \u043e\u0431\u0430 \u043a\u043e\u043c\u043f\u043e\u043d\u0435\u043d\u0442\u0430. \u041f\u0435\u0440\u0432\u044b\u0435 \u0434\u0432\u0443\u0445\u043a\u0430\u043c\u0435\u0440\u043d\u044b\u0435 \u0445\u043e\u043b\u043e\u0434\u0438\u043b\u044c\u043d\u0438\u043a\u0438 \u0431\u044b\u043b\u0438 \u0432\u044b\u043f\u0443\u0449\u0435\u043d\u044b \u0444\u0438\u0440\u043c\u043e\u0439General Electric.

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 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.

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.

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:

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.

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?

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.

Холодильник

Пока техника исправно функционирует, владельца не интересуют особенности ее конструкции. Он просто пользуется доступными возможностями. Однако стоит какому-нибудь механизму выйти из строя и человек начинает задаваться вопросом, к примеру, как устроен бытовой холодильник.

Об этом лучше узнать заранее. Так человек сможет избежать трудностей в процессе эксплуатации агрегата.

Как устроен холодильник

Все современные модели холодильников имеют примерно одинаковое устройство. Их основными частями являются:

Двигатель;
Конденсатор;
Испаритель;
Капиллярные трубки;
Осушительные фильтры;
Докипатели.

Рядовым гражданам в основном известны только сами холодильные шакафы, без их внутреннего устройства. Даже ребенок знает, что в них сохраняется низкая температура, которая позволяет продлить срок хранения продуктов. Там они медленнее портятся. При этом большинству людей неизвестно, благодаря чему в этом шкафу берется холод и почему это происходит даже в летнее время.

Также не многим ясно, как именно происходит выработка холода рефрижератором и почему холодильник периодически прекращает работать. На самом деле этот процесс не представляет сложностей. Холод не берется из внешних источников. Его выработка происходит непосредственно в камере в процессе эксплуатирования холодильного агрегата.

Электродвигатель

Это один из основных конструктивных элементов бытового холодильника. Во многом благодаря ему человек получает возможность насладиться холодными напитками в жаркий летний день. Он способствует циркуляции по внутренним механизмам холодильника охлаждающей жидкости, про которою многие могли слышать. Она называется фреон. Он перемещается по трубкам.

Сам двигатель состоит из двух частей – электромотора и компрессора. Первый превращает поступающий по проводке ток в механическую энергию, способную заставить прибор работать, С электромотор в свою очередь состоит из 2-х частей – ротора и статора.

Внешняя часть статора представляет собой несколько катушек из меди. Ротор по своему внешнему виду напоминает стальной вал. Он соединяется с поршневой системой мотора. Когда двигатель подключается к электросети, в катушках начинает происходить процесс, который известен физикам под названием электромагнитной индукции. Благодаря ей в механизме возникает крутящийся момент. Возникает центробежная сила, из-за которой ротор начинает совершать вращательные движения.

Обратите внимание! Согласно статистике бытовой холодильник потребляет до 10% всей электроэнергии в доме. Если человек забывает закрыть дверцу агрегата и холод начинает выходить наружу, для сохранения необходимой температуры, прибор увеличивает потребление электроэнергии в несколько раз.

Вращательные движения ротора способствуют началу линейного перемещения поршней. Благодаря передней стенке поршня происходит сжатие и разряжение рабочих жидкостей до необходимого для корректной эксплуатации состояния.

На современных агрегатах охлаждающего типа электродвигатель располагают во внутренней части компрессора. Это исключает возможность начала самопроизвольной утечки газа из отведенных для него резервуаров.

Чтобы уменьшить влияние на корректность работы возникающих в процессе эксплуатации вибраций, двигатель помещают на металлическую подвеску, выполненную из пружин. Пружины могут быть расположены как снаружи, так и внутри механизма. В последние годы их стали располагать только во внутренней части корпуса двигателя. Это делается для того, чтобы повысить эффективность гашения вибраций, которые возникают вследствие работы всех механизмов холодильника.

Конденсатор

Это трубопровод змеевидной формы, который может достигать диаметра в 5 мм. Его основное предназначение в том, чтобы отвести тепло, которое исходит от рабочей жидкости и переместить его во внешнюю среду. Устройство можно увидеть на задней наружной стенке механизма.

Испаритель

Он выполнен в виде системы трубок небольшого диаметра. Он позволяет испаряться рабочей жидкости, вследствие чего происходит охлаждение окружающего пространства. Испаритель находится во внутренней или наружной части морозильной камеры.

Капиллярная трубка

Ее устанавливают, чтобы снизить давление газа. Диаметр этой части составляет 1.5-3 мм. Капиллярные трубки располагаются между испарителем и конденсатором.

Фильтр-осушитель

Он нужен чтобы очищать рабочий газ от примесей влаги. По внешнему виду напоминает медную трубку диаметром 10-20 мм. Оконечности трубки имеют вытянутую форму. С одной стороны они впаяны в капиллярную трубку, а с другой в конденсатор.

Обратите внимание! Фильтр-осушитель работает по одностороннему принципу. Устройство не может функционировать в обратном режиме. Если фильтр будет установлен без соблюдения определенных правил, это может способствовать выходу из строя всей охлаждающей системы. Поэтому для монтажа и замены этой части агрегата лучше привлекать специалистов.

Во внутренней части трубки располагается цеолит. Это минеральный наполнитель, который имеет высокопористую структуру. В обеих оконечностях трубки располагаются заграждающие сетки, выполняющие фильтрующие функции.

С той стороны, где расположен конденсатор, находится сетка из металла, размер ячеек которой составляет 2 мм. С той стороны, где располагается капиллярная трубка, находится сетка, выполненная из синтетических материалов. Ячейки здесь отстоят дург от друга на десятые доли миллиметра.

Докипатель

По внешнему виду он напоминает небольшую металлическую емкость. Он расположен примерно посередине между испарителем и входом компрессора. Его основным предназначением является доведение фреона до температуры кипения, с последующим его испарением. Также он защищает двигатель от попадания жидкостей. Если это произойдет, двигатель быстро выйдет из строя, а холодильник перестанет выполнять свои рабочие функции.

Оставьте заявку и получите 15% скидку на первый ремонт!

Как работает холодильник

Работа любого холодильника основывается на двух основных рабочих операциях, а именно:

Тепловая энергия благодаря работе внутренних механизмов выводится в окружающее пространство.
Холод концентрируется во внутренней части самого холодильного шкафа.

Чтобы тепло было отобрано, применяется хладагент, который более известен под названием фреон. Он представляет собой вещество, которое находится в газообразном состоянии. Его изготавливают на основе этана, фтора и хлора. Уникальность фреона в том, что у него есть возможность без ущерба для эксплуатационных качеств быстро переходить из газообразного состояния в жидкое, а потом с такой же скоростью вновь превращаться в газ. Этот процесс происходит благодаря изменению давления в резервуарах, где находится фреон.

Система охлаждения бытового холодильника функционирует по следующему принципу. Компрессор вводит фреон во внутренние части механизмов. В это время там начинает работать электромотор. Благодаря этому поршень начинает двигаться. Это приводит к тому, что газ сжимается.

Этот процесс можно условно разделить на 2 этапа. Во время первого поршень получает возвратное движение. Во время его смещения происходит открытие впускного клапана. Через открывшуюся прореху фреон начинает поступать в газовую камеру.

Во время второго – поршень начинает движение в противоположном направлении. При этом происходит сжатие газа. Фреон под давлением начинает воздействовать на пластины выходного клапана. Это приводит к тому, что в камере быстро начинает повышаться давление. Увеличение давление приводит к тому, что газ начинает нагреваться и в конечном итоге достигает температуры в 100 о С. Из-за этого выпускной клапан открывается, и газ начинает выходить наружу.

Фреон высокой температуры начинает поступать из камеры во внешний теплообменник, который больше известен под названием конденсатор. Во время перемещения газа происходит потеря тепла. Часть него выходит во внешнее пространство. Когда фреон достигает конечной точки конденсатора, его температура успевает снизиться до 55 о С.

Интересный факт! Когда холодильники только набирали популярность среди обычных граждан, вместо фреона в качестве хладагента применялся диоксид серы. Такие агрегаты несли в себе опасность для своих владельцев. Дело в том, что из-за этого вещества часто происходила разгерметизация системы. Это могло привести к отравлению находящихся в помещении людей.

В то время, когда длиться теплопередача, газ успевает сконцентрироваться. Это способствует тому, что фреон из газообразного состояния принимает форму жидкости. Она начинает поступать в фильтр-осушитель. В этой части благодаря специальному сорбенту происходит поглощение излишков влаги. Это способствует тому, что фреон вновь превращается в газ. После прохождения фильтрации фреон устремляется в капиллярную трубку, которая для него играет роль некой пробки или препятствия.

Во время вхождения вещества в трубку, начинает понижаться его давление. Это способствует тому, что хладагент принимает форму жидкости. Далее фреон начинает поступать в испаритель. Благодаря тому, что давление газа начинает уменьшаться, происходит испарение фреона. Здесь падает не только давление, но и температура самого газа. Когда фреон начинает поступать в испаритель, он уже имеет температуру в – 23 о С.

По теплообменнику фреон поступает во внутреннюю часть холодильной камеры. Благодаря пониженной температуре газа, происходит своеобразное снятие тепла с внутренних поверхностей трубок испарителя. Отдача тепла способствует тому, что во внутреннем пространстве холодильной камеры начинает понижаться температура воздуха.

После завершения процесса, фреон начинает вновь поступать в компрессор, и цикл повторяется с самого начала.

Основные типы охлаждающих систем

Бытовые холодильники различаются по принципу действия. Они бывают:

Компрессорными;
Адсорбционными;
Термоэлектрическими;
Пароэжекторными.

Компрессионные агрегаты отличаются от остальных тем, что хладагент заставляет двигаться изменение давления в системе. Рабочая жидкость изменяет давление благодаря компрессору. Охладительные системы, которые работают по такому принципу, являются одним из самых распространенных типов холодильных агрегатов.

Абсорбционные установки отличаются от своих аналогов тем, что хладагент приводится в движение благодаря нагреванию. Для этого в системе находится специальная установка. Рабочей смесью здесь выступает аммиак. Такие системы не получили широкого распространения в бытовых условиях из-за того, что их сложно обслуживать. Кроме того, аммиак является опасным для человека и животных веществом. В случае выхода его из системы, находящиеся в помещении люди могут получить серьезное отравление, которое может угрожать не только их здоровью, но и жизни. На сегодняшний день агрегаты, работающие по такому принципу, считаются устаревшими. Несколько лет назад они были полностью сняты с производства.

Обратите внимание! Первый бытовой холодильник был изготовлен в США. Это произошло в 1911 году. Корпус агрегата был полностью выполнен из дерева. Хладагентом в нем выступал диоксид серы.

Основным компонентом пароэжекторных установок является вода. В качестве двигательной установки здесь используется эжектор. Сначала рабочая жидкость начинает поступать в испаритель. Здесь она нагревается до температуры кипения и начинает выделять водяной пар. После теплообразования температура воды начинает быстро снижаться.

Вода низкой температуры применяется для охлаждения продуктов. После этого эжектор начинает отводить водяной пар на конденсатор. Здесь он охлаждается. После этого он оседает в виде конденсата, т.е. снова превращается в жидкость. Затем вещество начинает вновь поступать на испаритель и процесс повторяется. Основным достоинством установок такого типа выступают безопасность эксплуатации, простота конструкции и экологичность. Недостатком является большой расход воды. Также на ее нагрев потребляется большое количество электроэнергии.

Принцип работы абсорбционных холодильников

Основой работоспособности устройств этого типа является циркуляция и испарение хладагента, который изначально находится в жидком состоянии. Им выступает аммиак. Абсорбентом или поглотителем здесь является аммиачный раствор, который изготавливается на водной основе.

Также в охлаждающей системе агрегатов этого типа присутствует водород и хромат натрия. Водород здесь выступает в роли регулировщика системы давления. Основное назначение хромата натрия в защите внутренних частей трубок от появления коррозии.

Обратите внимание! В старых советских холодильниках в состав охлаждающей смеси входит вещество, под названием фреон R12. Его основу составляет хлор. Он не сильно вредит человеку, однако из-за него происходит постепенное разрушение озонового слоя планеты.

После того, как устройство подключается к сети питания, в генераторе-кипятильнике начинается постепенное нагревание рабочей жидкости. Аммиачный раствор здесь храниться в специально отведенном для него резервуаре.

После повышения температуры хладагента, аммиак начинает испаряться. Его поры перемещаются в конденсатор. Здесь же происходит его концентрация и переход в жидкое состояние. После этого он начинает поступать в испаритель. Затем происходит его смешение с водородом. Из-за разности давления этих веществ, аммиак начинает испаряться. Этот процесс сопровождается выделением тепла. Это приводит к охлаждению аммиака до температуры – 4 о С. Испаритель также охлаждается вместе с аммиаком. Благодаря ему происходит удаление тепла из окружающего пространства.

Газообразный аммиак перемещается в адсорбер. Здесь находится очищенная вода. Происходит смешение двух веществ. Затем раствор начинает поступать в специальный резервуар. Отсюда он перемещается в генератор-кипятильник. Далее процесс повторяется.

Некоторые производители предпочитали использовать вместо аммиака водные растворы ацетона или бромистого лития.

Основным достоинством холодильников такого типа является бесшумность их работы.

Саморазмораживающиеся холодильники

Разморозка в таких агрегатах не требует участия человека. Она происходит автоматически благодаря заложенным в системе алгоритмам действия.

Саморазмораживающиеся холодильники бывают двух типов – капельные и ветреные.

В капельных агрегатах испаритель располагают на задней стенке холодильника. Это способствует тому, что в этой части агрегата через несколько часов работы начинает образовываться иней. После его соприкосновения с наружным воздухом, начинается процесс таяния. Получившаяся влага начинает стекать в нижнюю часть агрегата. При этом вода двигается по специальным желобам. Жидкость попадает на компрессор, который имеет высокую температуру. В момент их соприкосновения начинает образовываться пар.

В ветряных агрегатах воздух низкой температуры от испарителя начинает поступать вовнутрь корпуса. Это достигается благодаря использованию специального вентилятора. После таяния инея образовавшаяся вода с помощью специальных желобков начинает стекать в специально отведенное для этих целей отверстие.

Промышленные холодильники

Промышленные агрегаты отличаются от своих бытовых аналогов более высокой мощностью, а также размерами внутренних частей охлаждающих камер. Двигатели здесь могут достигать мощности в несколько десятков киловатт. Такие агрегаты способны обеспечивать стабильную температуру от +5 до – 50 о С.

Обратите внимание! Самый большой промышленный холодильник находится в Женеве. Его площадь составляет 24 км 2 . Такой гигант был создан для проведения научных экспериментов, связанных с работой адронного коллайдера.

Основная цель промышленных холодильников в обеспечении необходимых для хранения большого числа продуктов питания температур. В камерах можно хранить от 5 до 5тыс. тонн. В основном они используются на больших предприятиях, занимающихся переработкой и заготовкой сырья.

Инверторные холодильники

Такие устройства работают по принципу преобразования постоянного тока в переменный, путем аккумуляции. Охлаждение происходит благодаря плавному регулированию оборотов вала двигательной установки.

После того, как в устройство начинает поступать электроэнергия, инвертор с большой скоростью набирает обороты. Благодаря этому внутри корпуса повышается температура. После того, как достигаются заданные параметры, устройство переходит в ожидающий режим. После повышения температуры внутри корпуса, специальный датчик подает сигнал. Это приводит к увеличению числа оборотов двигателя.

Устройство термостата холодильника

Основной задачей терморегулятора является поддержание необходимого температурного режима во внутренней части системы. Устройство надежно соединяется с капиллярной трубкой. Она же в свою очередь присоединяется к испарителю.

Термореле в этом случае является основным конструктивным элементом. Оно состоит из сильфона и силового рычага.

Сильфон представляет собой гофрированную трубку. В ее кольцах находится фреон. На сжатие пружины оказывает влияние его температура. После того, как хладагент охлаждается, пружина начинает сжиматься. Благодаря этому замыкает контакты, что в свою очередь, приводит к подключению компрессора к работе. После повышения температуры пружина начинает растягиваться. При этом силовым рычагом размыкается цепь, что приводит к отключению мотора.

Устройство бытового холодильника не такое сложное, как может показаться на первый взгляд. Зная принцип работы агрегата, человек может устранять небольшие неисправности без привлечения специалистов.

Читайте также: