Принцип работы холодильника и кондиционера

Обновлено: 18.05.2024

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°С, 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, хладагент R-410А, широко используемый в холодильной технике, при нормальном атмосферном давлении имеет температуру кипения – 51°С.

Если жидкий хладагент 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 хладагент кипит не в открытом сосуде, а в специальном теплообменнике, называемом испарителем. При этом кипящий в трубках испарителя хладагент активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную, как правило, оребренную поверхность трубок.

Рассмотрим процесс конденсации паров жидкости на примере хладагента R-410А. Температура конденсации паров хладагента, так же, как и температура кипения, зависит от давления и температуры окружающей среды. Чем выше давление и температура, тем выше температура конденсации. Так, например, конденсация паров хладагента R-410А при давлении 23,5 bar начинается уже при температуре плюс 40°С. Процесс конденсации паров хладагента, как и любой другой жидкости, сопровождается выделением большого количества тепла в окружающую среду или, применительно к холодильной машине, передачей этого тепла потоку воздуха или жидкости в специальном теплообменнике, называемом конденсатором.

Естественно, чтобы процесс кипения хладагента в испарителе и охлаждения воздуха, а также процесс конденсации и отвод тепла в конденсаторе были непрерывными, необходимо постоянно “подливать” в испаритель жидкий хладагент, а в конденсатор постоянно подавать пары хладагента. Такой непрерывный процесс (цикл) осуществляется в холодильной машине.

Наиболее обширный класс холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (капиллярная трубка, ТРВ, ЭРВ), 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 23,5 bar.

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.

Схема компрессионного цикла охлаждения

Рис. 1. Схема компрессионного цикла охлаждения

Кондиционер – это та же холодильная машина, предназначенная для тепловой 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.

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 23,5 bar 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 (хладагент) 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 (примерно в три раза), часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости (точка 4).

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

Размеры испарителя выбираются таким образом, чтобы жидкость полностью испарилась внутри испарителя. Поэтому температура пара на выходе из испарителя оказывается выше температуры кипения, происходит так называемый перегрев хладагента в испарителе. В этом случае даже самые маленькие капельки хладагента испаряются и в компрессор не попадает жидкость. Следует отметить, что в случае попадания жидкого хладагента в компрессор, так называемого “гидравлического удара”, возможны повреждения и поломки клапанов и других деталей компрессора.

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, ТРВ, ЭРВ) 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.

Риc. 2. Диаграмма давления и теплосодержания

Цикл охлаждения можно представить графически в виде диаграммы зависимости абсолютного давления и теплосодержания (энтальпии). На диаграмме (рис. 2) представлена характерная кривая отображающая процесс насыщения хладагента.

Левая часть кривой соответствует состоянию насыщенной жидкости, правая часть – состоянию насыщенного пара. Две кривые соединяются в центре в так называемой “критической точке”, где хладагент может находиться как в жидком, так и в парообразном состоянии. Зоны слева и справа от кривой соответствуют переохлажденной жидкости и перегретому пару. Внутри кривой линии помещается зона, соответствующая состоянию смеси жидкости и пара.

Рассмотрим схему теоретического (идеального) цикла охлаждения с тем, чтобы лучше понять действующие факторы (рис. 3).

Рассмотрим наиболее характерные процессы, происходящие в компрессионном цикле охлаждения.

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.

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.

Конденсация (Е-А).

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`).

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.

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.

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.

Уникальным свойством хладагента является его способность к переходу из газообразного в жидкое состояние и обратно. Внутри холодильника это происходит в конденсаторе и испарителе. При этом энергия, затраченная на переход между агрегатными состояниями, охлаждает воздух в холодильнике, что и необходимо для сохранения продуктов.

Устройство холодильника

Корпус холодильника может содержать одну, две или больше камер для хранения продуктов. Дверцы холодильника с резиновым уплотнителем изолируют его внутреннее пространство. Поршень мотора–компрессора нагнетает хладагент фреон, разогревая его. Элементы контроля отвечают за периодичность работы компрессора. Трубки, по которым циркулирует хладагент, спрятаны внутри стенок корпуса.

Как работает холодильник

Если изоляция от внешней среды на совести материалов — от резиновых уплотнителей дверцы до алюминия трубок, то разницу давлений обеспечивает капиллярная трубка.

Испаритель — низкое давление, хладагент попадает туда в жидком агрегатном состоянии, вследствие чего закипает. В результате поглощения тепла получаем такой необходимый для хранения продуктов холод.

Конденсатор — высокое давление, здесь хладагент отдает тепло, возвращаясь в жидкое состояние. Тепло выходит во внешнюю среду. Трубка сзади холодильника, теплая на ощупь — это и есть конденсатор.

Схема холодильника

Каждая конкретная модель имеет свои особенности, в задачи производителей входит улучшение принципиальной схемы в деталях, добиваясь повышения энергоэффективности и эргономичности.

Работа компрессора холодильника

Наиболее часто встречающийся вариант компрессора — поршневой — отличается в зависимости от конкретной модификации. В наиболее общем виде коленчатый вал вращается внутри герметичного кожуха. Движения поршня нагнетают хладагент в конденсатор, нося при этом возвратно-поступательный характер. Система клапанов регулирует попадание газа.

Однако в бытовых холодильниках строение самого поршня также может быть с различным механизмом. При наличии двух компрессоров в рефрижераторе используют кривошипно-кулисный, для большого объёма и значительных нагрузок — кривошипно-шатунный. Замена коленчатого вала в моторе подачей переменного тока на катушку повышает экономичность, делая ненужной механику.

Схема работы компрессора

Электроток, проходя через замкнутые контакты терморегулятора, реле тепловой защиты и пусковое, а также рабочую обмотку компрессора, запускает работу последнего.

Пусковое реле подключает к цепи пусковую обмотку мотора. Контакты замыкаются, двигатель начинает вращение. Биметаллическая пластина реле тепловой защиты меняет форму при опасном нагреве, который может случиться при сильном повышении электротока. При этом контакты размыкаются, отключая двигатель. Также двигатель останавливается из-за размыкания контактов терморегулятора – компрессор отключается, когда температура достигает заданного значения.

Устройство однокамерного холодильника

Испаритель размещен в верхней части рефрижератора, под ним для плавного снижения температуры – поддон, закрытие/открытие отверстий которого регулирует подачу охлажденного воздуха в камеру. Термореле запускает цикл включения/выключения компрессора. Внутри трубопровода современных холодильников – капиллярная трубка, предохраняющая от конденсата.

Устройство двухкамерного холодильника

В двухкамерном холодильнике теплоизоляция перегородки разделяет между собой испарители, отдельные для каждой камеры. Хладагент вначале по капиллярной трубке закачивается на испаритель в морозильной камере, и только после падения его температуры ниже нуля по шкале Цельсия, поступает в испаритель второй — холодильной — камеры. После обмерзания второго испарителя термореле прекращает работу компрессора.

При нагреве испарителя до определенного уровня, автоматически включается компрессор.

Схема морозильной камеры

Как часть бытового холодильника, морозильная камера традиционно должна находится наверху, так как охлажденный воздух опускается вниз по законам физики. Но в современных холодильниках она может быть и сбоку, и внизу. Ничего магического тут нет – это стало возможным благодаря исключительно технологическим новинкам. В частности, наличию двух компрессоров или двух контуров. Подобные инженерные решения повышают стоимость продукции, но в то же время возрастает уровень бытового комфорта, что объясняет их растущую популярность.

Принципиально устройство отдельной морозильной камеры не отличается от такого у включенной в состав холодильника. Система вентиляторов при сухой заморозке – основное отличие от требующего капельного размораживания типа.

Завариваем чай правильно: ТОП-5 электрочайников с терморегулятором
Компактная альтернатива термопоту с возможностью нагрева воды до нужной температуры.

Пока техника исправно функционирует, пользователя не интересует, как она устроена. Знания о том, как работает холодильник, понадобятся, когда возникла поломка: помогут избежать серьезной неисправности или быстро определить место. Правильная эксплуатация также во многом зависит от осведомленности пользователя. В статье рассмотрим устройство бытового холодильника и его работу.

Как устроен компрессорный холодильник

Основные составляющие части:

Компрессор (мотор). Бывает инверторным и линейным. Благодаря запуску мотора фреон передвигается по трубкам системы, обеспечивая охлаждение в камерах.
Конденсатор — это трубки на задней стенке корпуса (в последних моделях может размещаться сбоку). Тепло, которое вырабатывает компрессор во время работы, конденсатор отдает окружающей среде. Так холодильник не перегревается.

Вот почему производители запрещают устанавливать технику возле батарей, радиаторов и печей. Тогда перегрева не избежать, и мотор быстро выйдет из строя .

Испаритель. Здесь фреон закипает и переходит в газообразное состояние. При этом забирается большое количество тепла, трубки в камере охлаждаются вместе с воздухом в отделении.
Вентиль для терморегуляции. Поддерживает заданное давление для движения хладагента.
Хладагент — это газ-фреон или изобутан. Он циркулирует по системе, способствуя охлаждению в камерах.

Важно правильно понимать, как работает техника: она не вырабатывает холод. Воздух охлаждается благодаря отбору тепла и его отдаче окружающему пространству. Фреон проходит в испаритель, поглощает тепло и переходит в парообразное состояние. Двигатель приводит в действие поршень мотора. Последний сжимает фреон и создает давление для его перегонки по системе. Попадая в конденсатор, хладагент остывает (тепло выходит наружу), превращаясь в жидкость.

Переходя в фильтр-осушитель, хладагент избавляется от влаги и проходит по трубкам капилляра. После чего снова попадает в испаритель. Мотор перегоняет фреон и повторяет цикл, пока в отделении не установится оптимальная температура. Как только это случится, плата управления посылает сигнал пускозащитному реле, которое отключает двигатель.

Однокамерный и двухкамерный холодильник

Несмотря на одинаковое строение, различия в принципе работы все-таки есть. Старые двухкамерные модели оснащены одним испарителем для обеих камер. Поэтому, если при разморозке механически убирать наледь и задеть испаритель, из строя выйдет весь холодильник.

Новый двухкамерный шкаф имеет два отделения, каждый из которых оснащен испарителем. Обе камеры изолированы друг от друга. Обычно в таких случаях морозилка находится снизу, а холодильный отсек — сверху.

Поскольку в холодильнике есть зоны с нулевой температурой (читайте, что такое зона свежести в холодильнике), фреон охлаждается в морозилке до определенного уровня, а затем перемещается в верхнее отделение. Как только показатели достигают нормы, срабатывает терморегулятор, и пусковое реле отключает мотор.

Наиболее востребованы приборы с одим мотором, хотя с двумя компрессорами также набирают популярность. Последние функционируют так же, просто за каждую камеру отвечает отдельный компрессор.

Более сложная конструкция предусматривает размещение специальных датчиков, которые измеряют температуру снаружи и регулируют ее внутри камеры.

Как долго работает компрессор

Точные показания не указаны в инструкции. Главное, чтобы мощности мотора хватало на нормальную заморозку продукции. Существует общий коэффициент работы: если прибор функционирует 15 минут и 25 минут отдыхает, тогда 15/(15+25) = 0,37.

Если подсчитанные показатели оказались менее 0,2, значит нужно отрегулировать показания термореле. Более 0,6 указывает на нарушение герметичности камеры.

Абсорбционный холодильник

В данной конструкции рабочая жидкость (аммиак) испаряется. Хладагент циркулирует по системе благодаря растворению аммиака в воде. Затем жидкость переходит в десорбер, а потом в дефлегматор, где снова разделяется на воду и аммиак.

Холодильники данного типа редко используются в быту, поскольку в основе ядовитые компоненты.

Техника с системой Ноу Фрост сегодня на пике популярности. Потому что технология позволяет размораживать холодильник раз в год, только чтобы помыть. Особенности функционирования обеспечивают вывод влаги из системы, поэтому в камере не образуется лед и снег.

В морозильном отделении располагается испаритель. Холод, который он вырабатывает, распространяется по холодильному отделению с помощью вентилятора. В камере на уровне полок есть отверстия, куда выходит холодный поток и равномерно распределяется по отсеку.

После цикла работы запускается оттайка. Таймер запускает ТЭН испарителя. Наледь тает, и влага выводится наружу, где испаряется.

Суперзаморозка

Рекомендуется включать режим на срок до 72 часов.

Электронное управление автоматически отключает суперзаморозку, согласно сигналам термоэлектрических датчиков.

Электрическая схема

Чтобы самостоятельно отыскать причину неполадки, понадобится знание электрической схемы.

Ток, подающийся на схему, проходит такой путь:

идет через контакты термореле (1);
кнопки оттайки (2);
теплового реле (3);
пускозащитного реле (5);
подается на рабочую обмотку двигателя мотора (4.1).

Нерабочая обмотка двигателя пропускает напряжение больше заданного значения. При этом срабатывает пусковое реле, замыкает контакты и запускает обмотку. После достижения нужной температуры, контакты термореле размыкаются, и двигатель останавливает работу мотора.

Теперь вы понимаете устройство холодильника и как он должен работать. Это поможет правильно эксплуатировать прибор и продлить срок его использования.

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: