Как работает холодильник: устройство и принцип работы основных типов холодильников

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.

Как работает холодильник

Главный принцип работы любого холодильника основан на выполнении двух рабочих операций:

  1. Вывод тепловой энергии из устройства в окружающее пространство.
  2. 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.

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.

Как работает холодильник: принцип работы устройства

Под воздействием компрессора испарившиеся пары фреона выходят из испарителя и переходят в пространство конденсатора (систему из трубок, располагающуюся внутри стенок, а так же на задней части устройства). В этом конденсаторе хладагент относительно быстро остывает и постепенно становится жидким. Двигаясь в испаритель, газовая смесь сушится в фильтре-осушителе, а затем проходит сквозь капиллярную трубку. При входе в испаритель, увеличиваясь во внутреннем диаметре трубки давление резко падает, и газ превращается в парообразное состояние. Такой цикл повторяется столько, пока внутри устройства не будет достигнута заданная температура.

Некоторые холодильники имеют раздельные контуры для каждой камеры

В холодильниках со встроенной системой Ноу Фрост («без инея»), имеется только один испаритель. Он спрятан в морозилке под пластиковой стенкой. От него холод передается с помощью вентилятора. Тот, в свою очередь, расположен за испарителем. Сквозь технологические отверстия поток холодного воздуха попадает в морозильную, а потом и в холодильную камеру. Для того, чтобы оправдать такое название холодильник с системой «no frost» оборудован программой оттаивания. Это значит, что несколько раз в сутки в устройстве срабатывает таймер, который активизирует нагревательный элемент под испарителем. Произведенная жидкость испаряется за пределы холодильника.

Для определения холодопроизводительности, применяются следующие «стандартные» показатели температурного режима:

  • Температура кипения хладагента в испарителе должна быть на уровне пятнадцать градусов по Цельсию ниже нуля;
  • Конденсация достигается при температуре в пределах минус тридцать градусов соответственно шкалы по Цельсию;
  • Всасывание паров хладагента происходит при пятнадцати градусах по Цельсию.

Жидкий хладагент перед регулирующим вентилем имеет температуру 32 градуса по Цельсию.

Принцип работы холодильной установки на фреоне

Принцип работы холодильной установки на фреоне предполагает выполнение реального цикла, который существенно отличается от теоретического. Разница заключается в присутствии такого понятия, как потеря давления. Происходит это во время реального цикла на клапанах компрессора (подробнее о видах компрессора читайте здесь: https://megaholod.ru/articles/kakie_byvayut_kompressory_v_kholodilnikakh/) и на его обвязке в частности. Такие потери в последствии необходимо компенсировать.

Для этого следует добиться увеличения работы сжатия, что понизит результативность цикла. В суть этого параметра вложены соотношение мощности агрегата и мощности, необходимой для работы компрессора. А вот насколько эффективно работает установка – параметр сравнительный, который никак не отражается на производительности холодильника.

Принцип работы холодильной установки на фреоне для сравнения: эффективность работы 3,5, то есть на 1 единицу электрической энергии для данной системы приходится 3,5 единицы холода, который она производит. Эффективность машины будет возрастать с ростом данного показателя.

Как управлять холодильным прибором

В эксплуатации оборудования нет ничего сложного: оно функционирует в автоматическом режиме круглосуточно. Единственное, что необходимо сделать при первом включении и периодически корректировать в процессе работы, – установить оптимальный в конкретных обстоятельствах температурный режим.

Нужная температура задается терморегулятором. В электромеханической системе значения выставляются на глаз или с учетом рекомендаций, указанных в инструкции производителя

При этом следует брать во внимание тип и количество продуктов, хранящихся в холодильнике

Ручка регулятора представляет собой круглый механизм с несколькими делениями. Каждая отметка соответствует определенному температурному режиму: чем больше деление, тем ниже температура.

Для того чтобы оценить степень заморозки, специалисты советуют поначалу поставить регулятор в среднее положение, а спустя некоторое время при необходимости подкрутить его вправо или влево

Электронный блок позволяет задать температуру с максимальной точностью до 1 градуса с помощью поворотного регулятора или кнопок. Например, установить в морозильном отсеке значение -14 градусов. Все введенные параметры будут отображаться на цифровом дисплее.

Схема термореле

Терморегулятор в холодильной установке играет роль устройства, поддерживающего работу в заданном температурном режиме путем периодического включения и отключения компрессора. На современном этапе применяется 2 вида термореле:

Механические устройства используются в старых холодильниках, а также у таких современных производителей, как Indesit, Stinol, Atlant.

Схема механического терморегулятора

Данное устройство манометрического вида. Сильфон и его трубка (запаянная гофрированная металлическая емкость) заполнены фреоном либо хлорметилом, находящимся в виде пара. Давление рабочей среды прямо пропорционально изменяется при изменении температуры. В конце трубки фреон находится в жидком состоянии и прижимается к испарителю.

При увеличении температурного показателя, возрастает давление сильфона на пружину, срабатывает рычаг, контакт замыкается. При уменьшении температуры все происходит наоборот. Режим размыкания контакта зависит от усилия пружины, которое регулируется ручкой управления.

Электронные термостаты используются в холодильниках таких производителей, как Samsung, Beko, LG.

Механические термореле в своей работе опираются на температуру в испарителе, а электронные собратья – на температуру воздуха в камере. Положительным моментом электронных моделей является возможность индикации температуры (то есть человек может визуально оценить работу термостата) и меньшая погрешность.

Схема электронного термостата

Регулятором температуры в данной схеме служит термодатчик LM335. Устройство является стабилитроном, чувствительным к изменениям температуры. Климат в камере холодильника регулируется переменным сопротивлением R4. При повышении температуры воздуха на выходе компаратора TLC271 появляется сигнал, открывающий транзистор KT3102, который запускает холодильник. Соответственно при понижении температуры, на выходе компаратора появляется ноль, компрессор выключается.

Устройство холодильника: из чего состоит прибор

Устройство, состав и принцип работы холодильника, в школе немного изучает предмет физика, вот только не каждый взрослый имеет представление о том, как работает этот аппарат. Анализ и изучение основных технических аспектов даст возможность в быту продлить срок эксплуатации, а так же обезопасить работу обычного холодильного шкафа для дома.

Охлаждение в холодильнике происходит за счет отвода тепла наружу

Вообще холодильные устройства бывают двух типов: абсорбционные и компрессионные. На сегодняшний день более широкое применение имеют, как мы знаем, компрессионные модели холодильников, в которых циркуляция хладагента запускается принудительно, с помощью работы мотора-компрессора.

Обычный холодильник состоит из следующих элементов:

  • Компрессора, устройства, которое с помощью поршня толкает хладагент (специальный газ), создавая на разных участках системы различное давление;
  • Испарителя, емкости, которая имеет сообщение с компрессором, и в которую попадает уже разжиженный газ, вбирающий тепло внутри холодильной камеры;
  • Конденсатора, емкости, где сжатый газ отдает свое тепло окружающему пространству;
  • Терморегулирующего вентиля, устройства, которое поддерживает необходимое давление хладагента;
  • Хладагента, смеси газов (чаще всего это фреон), которая при воздействии работы компрессора циркулирует поток в системе, отдавая и забирая тепло на разных участках цикла.

Самым важным моментом в работе именно компрессионного агрегата является то, что он не производит холод как таковой, а охлаждает пространство вследствие вбирания тепла внутри устройства, и переправки его наружу. Данную функцию выполняет фреон. Он, попадая в испаритель, состоящий из алюминиевых трубок, а бывает и спаянных между собой пластинок, испаряется и поглощают тепло. В холодильниках старого поколения корпус испарителя является одновременно корпусом морозильной камеры. Поэтому, при размораживании этого пространства нельзя пользоваться острыми вещами для удаления льда. Если вы нечаянно повредите испаритель, весь фреон выветрится. Без него холодильник работать не будет, и потребуется дорогостоящий ремонт.

Принцип функционирования термоэлектрических устройств

Понижение температурных значений в холодильниках термоэлектрического вида происходит благодаря специализированной системе, которая откачивает тепло за счет эффекта Пельтье. То есть – теплота поглощается в зоне перемыкания пары различных проводников в момент, когда через них идет ток.

Конструкция агрегата представлена термоэлектрическими компонентами в виде куба, которые изготовлены из металла. Они соединены в одну электросхему. Вместе с ходом тока из одного компонента в иной перемещается и тепло.

Пластина из алюминия забирает его из внутренней части и отдает кубическим рабочим частям, выполняющим передачу стабилизатору. Там, за счет вентилятора, тепло продуцируется вовне. Согласно такому принципу функционируют переносные малые холодильники, а также сумки с охлаждающим действием.

Такие термоэлектрические модели применяются в качестве автохолодильников, на кемпинге, яхтах, моторных лодках. То есть, везде, где невозможно использовать оборудование другого типа, но присутствует возможность подсоединить термоэлектрический холодильник к сети с напряжением 12 В.

В термоэлектрических устройствах предусматривается специализированный аварийный механизм, отключающий их от сети при перегреве рабочих элементов или при отказе вентиляционной системы. К позитивным сторонам таких устройств возможно причислить высокий уровень надежности и достаточно низкие показатели шума во время функционирования агрегатов. Но, присутствуют и отрицательные моменты – высокая стоимость, увеличенный расход энергопотребления даже по сравнению с абсорбционными холодильниками, а также чрезмерная восприимчивость температуры окружающей среды.

Термоэлектрические установки

Холодильники на термоэлектрическом принципе называют установками прямого поглощения тепла. Здесь нет хладагента, системы циркуляции, перехода агрегатных состояний и других сложностей. Охладителем выступает пластина полупроводника. Термоэлектрическая установка использует эффект Пельтье и работает следующим образом:

  • при подаче электрического тока определенной полярности пластина охлаждается;
  • происходит отбор тепла из камеры хранения продуктов;
  • при подаче напряжения обратной полярности температура полупроводника растет, поэтому термоэлектрическая установка может нагревать содержимое.

Из принципа работы следует группа ограничений, которая присуща всем холодильникам прямого преобразования тепла. Список выглядит так:

  • сила тока, потребляемого устройством, ограничивается, чтобы не допускать перегрузки источника питания. Поэтому существует понятие дельты температуры. Простыми словами — количество градусов разницы между окружающей средой и пространством камеры хранения. Например, если холодильник обеспечивает снижение на 30, то при сорокоградусной жаре напитки и еда будут охлаждены до 10 тепла;
  • есть показатель минимально возможной температуры, ниже которой пластина полупроводника не может охладиться. У дорогих моделей термоэлектрических холодильников значение этой характеристики находится в пределах от -6 до -3 градусов Цельсия;
  • термоэлектрическая установка отводит тепло крайне медленно. Поэтому перед помещением внутрь камеры продукты нужно охладить. Иначе — ждать комфортной температуры напитков или мяса придется крайне долго.

Приведенные ограничения никак не мешают термоэлектрическим холодильниками быть крайне популярными у автомобилистов, любителей путешествий и отдыха на природе. В камеру для облегчения задачи установки можно добавить лед, в продаже есть модели с самыми разными объемами камер — от небольшого хранилища для напитков до нескольких десятков литров.

Принцип работы холодильника

Сейчас в продаже можно найти несколько разновидностей холодильников, отличающихся друг от друга принципом функционирования. Давайте рассмотрим принципы работы холодильника для новичков, простым языком.

Принцип работы абсорбционных холодильников

Такая техника не имеет компрессора, а в качестве хладагента используется аммиак, который при попадании в абсорбер растворяется в воде. Принцип действия абсорбционных холодильника следующий: готовый раствор переходит сначала в десорбер, выполняющий роль испарителя, а затем в дефлегматор, где охлаждается и разделяется на отдельные составляющие. После прохождения конденсатора аммиак становится жидкостью, которая через абсорбер вновь попадает в испаритель.

Принцип работы саморазмораживающегося холодильника

В технике с капельной системой испаритель располагается на задней стенке камеры. Образующийся иней тает и по желобам стекает в поддон, который находится в нижней части техники. После этого жидкость испаряется при помощи компрессора. 

Промышленные холодильники

Принцип работы холодильника, предназначенного для промышленного использования, не отличается бытового, но промышленные агрегаты обладают куда большей мощностью, которая может достигать несколько десятков кВт. В камерах поддерживается температура от +5 до -50 C. Промышленные холодильники должны вмещать большое количество продукции — от 5 до 5000 тонн. Это позволяет использовать технику на перерабатывающих и заготовительных предприятиях.

Принцип работы инверторного холодильника

Электродвигатель стандартного компрессора то запускается, то выключается, испытывая при этом значительные нагрузки. Инверторная установка обеспечивает непрерывную работу мотора, изменяется лишь скорость его вращения. Такой режим позволяет сэкономить электроэнергию и снизить износостойкость отдельных деталей прибора.

Линейный компрессор более экономичный

Принцип работы холодильника ноу фрост с одним компрессором

Главный недостаток обычных холодильников для дома — превращение попадающей в камеру влаги в иней, который покрывает внутренние стенки прибора, перегружает компрессор и препятствует нормальному процессу охлаждения.

При наличии системы No Frost влага не замерзает, поэтому необходимость в регулярной разморозке холодильника отсутствует. Система предполагает наличие вентилятора, который располагается за испарителем и обеспечивает равномерное охлаждение продукции воздушными потоками. При этом на стенках испарителя скапливается конденсат, постепенно начинающий превращаться в иней. Благодаря специальному таймеру периодически включается ТЭН и лед тает. Образовавшаяся жидкость по трубкам перемещается в размещенный вне камеры поддон, откуда испаряется естественным путем.

Как устроен компрессорный холодильник

«Атлант», «Стинол», «Индезит» и другие модели оснащаются компрессорами, которые запускают процесс охлаждения в камере.

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.
  • 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.

Электрический двигатель поддерживает функционирование холодильника. За счет перемещения хладагента компрессором, излишки тепла выводятся наружу, и на каждом из участков системы поддерживается оптимальное давление. Существуют двухкомпрессорные модели, в которых один компрессор отвечает за холодильную камеру, а второй за морозильную.

Такие холодильники удобно размораживать: можно отключить только морозилку, а продукты из неё переложить в холодильник на время разморозки.

Как работает холодильник No Frost?

В холодильниках с системой no frost («без инея») есть только один испаритель, который спрятан в морозилке за пластиковой стенкой. Холод от него передается при помощи вентилятора, который расположен за испарителем. Через технологические отверстия холодный воздух поступает в морозильную, а далее – в холодильную камеру.

Чтобы оправдать свое название холодильник ноу фрост оборудован системой оттаивания. Несколько раз в сутки срабатывает таймер, активизирующий нагревательный элемент, расположенный под испарителем. Полученная жидкость испаряется вне холодильника.

Всего несколько минут, потраченных на изучение материала, могут в будущем принести пользу простому обывателю ведь, зная устройство и принцип работы, а также оптимальные условия эксплуатации холодильника каждый сможет продлить срок жизни домашнего хранителя продуктов.

Основные составляющие части холодильника

Основными и самыми главными составляющими любого холодильника являются:
1. Хладагент. Это не Джеймс Бонд и не специальный агент ФБР или ЦРУ, как можно было бы подумать, не зная специфики холодильного оборудования. Хладагент – это вещество, которое циркулирует внутри холодильники и переносит в себе тепло. Чаще всего в качестве хладагента используется газ – фреон. Именно его утечка часто становится причиной выхода из строя холодильника.

2. Компрессор. Компрессор – это специальный насос, который отвечает за прокачку хладагента по трубкам, чтобы тот мог собирать тепло и выводить его из холодильника.
Выход из строя компрессора холодильника также одна из часто встречающихся причин ремонта холодильников. Компрессор – это сердце в «организме» холодильника, а хладагент подобен крови. Обе составляющие имеют большое значение.
3. Конденсатор. Каждый видел ту странную решетку на задней стенке холодильника, но мало кто знает, что именно это штуковина называется конденсатором и отвечает за отдачу тепла из хладагента в окружающий холодильник воздух.
4. Испаритель. Эту деталь очень сложно увидеть. Как правило, испарителем служит внутренняя стенка холодильника. Именно при помощи испарителя происходит забор тепла в хладагент из холодильника.
 

Как работает холодильная машина

Для получения холода используется свойство холодильного агента корректировать собственную температуру кипения при изменении давления. Чтобы превратить жидкость в пар, к ней подводится определенное количество теплоты. Аналогично конденсация парообразной среды наблюдается при отборе тепла. На этих простых правилах и основывается принцип работы холодильной установки.

  • компрессор
  • конденсатор
  • терморегулирующий вентиль
  • испаритель

Между собой все эти узлы соединяются в замкнутый технологический цикл при помощи трубопроводной обвязки. По этому контуру подается холодильный агент. Это вещество, наделенное способностью кипеть при низких отрицательных температурах. Этот параметр зависит от давления парообразного хладагента в трубках испарителя. Более низкое давление соответствует низкой температуре кипения. Процесс парообразования будет сопровождаться отнятием тепла от той окружающей среды, в которую помещено теплообменное оборудование, что сопровождается ее охлаждением.

При кипении образуются пары хладагента. Они поступают на линию всасывания компрессора, сжимаются им и поступают в теплообменник-конденсатор. Степень сжатия зависит от температуры конденсации. В данном технологическом процессе наблюдается повышение температуры и давления рабочего продукта. Компрессором создают такие выходные параметры, при которых становится возможным переход пара в жидкую среду. Существуют специальные таблицы и диаграммы для определения давления, соответствующего определенной температуре. Это относится к процессу кипения и конденсации паров рабочей среды.

Конденсатор – это теплообменник, в котором горячие пары хладагента охлаждаются до температуры конденсации и переходят из пара в жидкость. Это происходит путем отбора от теплообменника тепла окружающим воздухом. Процесс реализуется при помощи естественной или же искусственной вентиляции. Второй вариант зачастую применяется в промышленных холодильных машинах.

После конденсатора жидкая рабочая среда поступает в терморегулирующий вентиль (дроссель). При его срабатывании давление и температура понижается рабочих параметров испарителя. Технологический процесс вновь идет по кругу. Чтобы получить холод необходимо подобрать температуру кипения хладагента, ниже параметров охлаждаемой среды.

  • «И» — испаритель
  • «К» -компрессор
  • «КС» — конденсатор
  • «Д» — дроссельный вентиль

Стрелочками указано направление технологического процесса.

Помимо перечисленных основных узлов, холодильная машина оснащается приборами автоматики, фильтрами, осушителями и иными устройствами. Благодаря им установка максимально автоматизируется, обеспечивая эффективную работу с минимальным контролем со стороны человека.

В качестве холодильного агента сегодня в основном используются различные фреоны. Часть из них постепенно выводится из употребления ввиду негативного воздействия на окружающую среду. Доказано, что некоторые фреоны разрушают озоновый слой. Им на смену пришли новые, безопасные продукты, такие как R134а, R417а и пропан. Аммиак применяется лишь в масштабных промышленных установках.

Классификация холодильных установок

Классификация по предназначению

Это наиболее простое деление. Встречается такое оборудование:

  • без морозильной камеры. Обычно такие модели берут для офисов или дач. Дома их редко используют, так как без морозилки не получится надолго сохранить мясо, грибы, овощи, ягоды и другие продукты, способные быстро испортиться;
  • с морозильной камерой. Наиболее популярные модели, в которых можно хранить что угодно, но в ограниченном объеме. При этом люди, живущие в деревне, отдельно покупают себе холодильник и морозильник – чтобы больше вмещалось (хозяйство обеспечивает продуктами);
  • морозильные шкафы. Отдельно стоящая морозилка, используемая для заморозки продуктов;
  • морозильный ларец. То же самое, только с большим полезным объемом;
  • шкафы для вина. В них хранят алкогольные и безалкогольные напитки.

Классификация по принципу охлаждения

Есть несколько типов агрегатов, которые холодят по-разному:

  • компрессионные. Принцип действия основывается на свойствах сжатого газа;
  • с вихревым охладителем;
  • термоэлектрические. Холодильник оснащен полупроводниковой пластиной, и она то греется, то охлаждается;
  • абсорбционные. Хладагентом служит раствор аммиака, проходящий через абсорбционную камеру. За счет этого и создается нужная температура.

Классификация по способу размещения

Варианты:

  • напольные. Наиболее популярные агрегаты, разных размеров и объемов;
  • встраиваемые. Без внешней декоративной панели. Ее заменяет устройство для крепления фасада;
  • настенные. Как правило, агрегаты небольших размеров;
  • настольные. Тоже небольшие, так как ставятся на стол.
Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий