Принцип работы холодильника и его устройство

Перед вами статья, которая поможет разобраться из чего состоит и как работает холодильник простыми словами. Знание базовых принципов работы бытовых устройств позволит определиться с выбором новой модели или предотвратит ошибки в эксплуатации уже имеющейся.

Устройство холодильника

Современные холодильники имеют множество встроенных функций, начиная от климат-контроля и разлива холодных напитков и заканчивая синхронизацией со смартфоном по беспроводной сети и отправкой сообщений в Twitter.

Однако принципиальная схема холодильника остается неизменной для большинства бытовых систем охлаждения. Разберем схему холодильной установки на примере классической компрессорной модели, которая встречается везде – от милых сердцу «Атланта» и «Бирюсы» до монструозных ультрасовременных Liebherr.

Электродвигатель

Электродвигатель, или мотор-компрессор, является основным узлом в любом охлаждающем устройстве. Главная функция электродвигателя – обеспечение циркуляции хладагента по системе трубопроводов устройства.

Холодильник может иметь один или два электродвигателя. В состав узла входит две составных части: электромотор и компрессор. Первая часть преобразует получаемую от электросети энергию в механическую и передает ее компрессору. Тот, в свою очередь, перемещает хладагент по трубам при помощи изменения в давлении, реализуемом при помощи поршневой системы. Существуют однокомпрессорные и двухкомпрессорные системы.

Устройство компрессора холодильника состоит из электрического мотора, контролирующего тягу, и собственно поршневого компрессора, регулирующего давление газа и жидкости. В современных бытовых холодильниках для перемещения фреона по трубопроводам используется герметичный поршневой мотор-компрессор, двигатель которого помещен внутрь корпуса.

Хладагент равномерно перемещается по трубопроводу, используя базовые законы физики и изменение агрегатного состояния. При помощи такой конструкции удается снизить возможность утечки хладагента через уплотнение вала, а значит, повысить срок службы бытовой техники.

Конденсатор

В устройстве холодильника конденсатор необходим, чтобы отводить тепло, образующееся при конденсации фреона, в окружающую среду. Так как в компрессоре холодильника давление на пары хладагента повышается для его дальнейшего продвижения по системе трубопровода, сжатие пара до жидкого конденсата неизбежно.

На бытовых холодильниках конденсатор имеет вид змеевика или щита и устанавливается на сзади устройства с наружной или внутренней стороны. На промышленных же холодильниках, имеющих большую мощность и габариты, конденсаторы имеют вид радиаторов и устанавливаются в нижней части бытового прибора рядом с компрессором. Хорошее охлаждение конденсатора обеспечивает стабильную и эффективную работу холодильника.

Испаритель

Испаритель служит теплообменным аппаратом, который обеспечивает охлаждение внутренней среды холодильника за счет кипения жидкого фреона. Испаритель использует тепло окружающей среды и нагнетаемое давление, чтобы запустить процесс кипения хладагента на низких температурах.

Капиллярная трубка

Капиллярная трубка представляет собой узкий (менее 1 мм в сечении) и длинный (до 3 м) медный трубопровод, который устанавливается между конденсатором и испарителем. Основное назначение капиллярной трубки – снижение давления жидкого фреона от значения, соответствующего конденсации, до значения, соответствующего кипению. После понижения давления хладагент направляется из капиллярной трубки в испаритель.

Фильтр-осушитель

Фильтр-осушитель — вспомогательный защитный элемент, который располагается перед капиллярной трубкой и защищает ее от засорения различными твердыми частицами. Помимо этого, фильтр поглощает влагу из фреона, чтобы та не замерзала на выходе из капиллярной трубки. Фильтр представляет собой короткую узкую трубку, один из концов которой впаян в трубопровод конденсатора, а другой – в капиллярную трубку.

Докипатель

Докипатель устанавливается между испарителем и компрессором и необходим для предотвращения попадания жидкого фреона в компрессор, что может вывести его из строя. Внутри этой функциональной части фреон, оставшийся в жидком агрегатном состоянии, докипает до газообразного, и только затем направляется в компрессор. Как правило, докипатель располагается в морозильной камере и представляет собой алюминиевую или медную емкость.

Принцип работы холодильника

Главный принцип работы холодильника — это понижение температуры внутри камеры за счет отведения за ее пределы тепловой энергии. Эта функция осуществляется за счет цикла химических и физических реакций, центральное место в которых занимает вещество, служащее охлаждающим агентом. В зависимости от конструкции устройства и используемого в нем хладагента, можно выделить четыре различных схемы работы холодильника:

• вихревое охлаждение;
• абсорбция;
• термоэлектрический принцип;
• компрессия.

В бытовых и промышленных холодильных установках наиболее распространены два последних типа охладительной системы, тогда как первые два не снискали особой популярности ввиду некоторых нюансов своей работы.

Какие бывают типы охлаждающих систем

Различные типы охлаждающих систем напрямую относятся к качеству хранения продуктов и эксплуатационным характеристикам устройства в целом. Выделяют три типа схем холодильной установки:

1. Статическое охлаждение. Старый, но надежный принцип конструкции холодильника. Устройства, выполненные на такой системе охлаждения, считаются полуавтоновными, так как для их качественной работы необходимо раз в 6-12 месяцев производить полную разморозку камеры, чтобы избежать намораживания конденсата на функциональные элементы устройства.
2. Динамическое охлаждение. В отличие от статических систем, в данном типе устройства внутри холодильной камеры создается постоянная циркуляция воздуха, обеспечиваемая специальным вентилятором. Благодаря этой инновации внутри холодильных камер поддерживается равномерный температурный режим и предотвращается намерзание инея на стенках внутри камеры.
3. Система No Frost (саморазмораживающаяся). В отличие от двух предыдущих, имеет открытый испаритель, на который намерзает выделяющийся при работе устройства конденсат. Такие холодильники имеют цикл работы и покоя вентиляционной системы, что позволяет устройству работать полностью автономно, не требовать регулярных разморозок и охлаждать продукты с наибольшей эффективностью.

Каждая из этих систем имеет свои особенности обслуживания, достоинства и недостатки. Выбор конкретного принципа работы заключается в экономической целесообразности приобретения, назначении прибора и его энергопотреблении.

Принцип работы абсорбционных холодильников

В абсорбционных, или бескомпрессорных, холодильниках процесс испарения осуществляется за счет испарения рабочей смеси, которой в большинстве случаев является аммиак. За счет растворения аммиака в воде и изменения плотности смеси происходит передвижение хладагента по трубопроводу.

В ходе движения жидкость поступает сначала в абсорбер, затем – в десорбер, а затем – в дефлегматор, постоянно изменяя свой состав со смеси на отдельные составляющие. В конденсаторе аммиак возвращается в жидкое агрегатное состояние и вновь направляется в испаритель.

Перемещение жидкости осуществляется за счет струйных насосов. Помимо воды и аммиака в системе постоянно присутствует водород или другой инертный газ, выделяющийся во время реакции компонентов смеси между собой.

Обратите внимание! Несмотря на простоту устройства, абсорбционные холодильники редко используются в качестве бытовой техники – чаще они востребованы там, где невозможно применить аналог с компрессионным типом устройства (к примеру, в автодомах с установленными солнечными батареями, где не бывает постоянного бесперебойного доступа к стабильному электричеству). Такая техника в среднем служит меньше, чем холодильник на фреоне, и представляет потенциальную угрозу для здоровья в случае утечки аммиака, т.к. его пары являются ядовитым веществом.

Принцип работы саморазмораживающегося холодильника

Саморазмораживающиеся — «ноу фрост» — холодильники имеют множество торговых названий, в зависимости от выпускающего бренда – No Frost, Frost Free, Defrost и т.д. Принцип у всех них один и тот же – такие устройства не допускают намораживания инея на внутренние стенки устройства и избавляют от необходимости регулярной принудительной разморозки. Такой принцип работы холодильной системы еще называют «сухим холодом».

Осуществляется работа подобных устройств при помощи особой системы циркуляции воздуха. Образования конденсата в ходе работы холодильного оборудования избежать невозможно, но при помощи специальных вентиляторов на задней стенке холодильника лишняя влага выводится за пределы камеры на испаритель, где и застывает.

У таких холодильников есть определенный цикл работы системы вентиляции, по прошествии которого вентилятор отключается, и накопившийся на испарителе иней стаивает в специальный поддон, откуда испаряется естественным образом.

Особенности промышленных холодильников

Промышленные холодильники, в отличие от бытовых, используются для хранения большого количества продуктов. Каждая охлаждающая система рассчитана на свой тип продукта и в соответствии с ним выбирается предпочтительный температурный режим. В большинстве случаев используются отрицательные температуры для быстрой заморозки и длительного хранения продуктов питания.

Особенность промышленных холодильников в том, что часто они поставляются не в полном комплекте, а составными частями – например, для размещения продуктов выбираются шкафы с хорошей изоляцией от внешнего тепла, а уже к ним, согласно их объему и хранимым внутри товарам, выбирается промышленный компрессор, осуществляющий функцию охлаждения.

Среди промышленных холодильников выделяют следующие разновидности:

• Базисные – для резервного хранения продуктов на долгосрочный период.
• Распределительные – для равномерного обеспечения поставок продуктов со склада на торговую точку.
• Торговые – используются на торговых точках, представляя собой освещенные витрины, для хранения товара непосредственно перед продажей.
• Транспортные – используются для перемещения продуктов.

Каждый из этих подвидов имеет свои конструкционные особенности, но главной из них является способность охлаждать большие объемы внутренней камеры и поддерживать низкую температуру в течение длительного срока с минимальными тратами энергии.

Принцип работы инверторного холодильника

Принципиально отличие инверторного холодильника от компрессорного состоит в том, что первый работает непрерывно, а второй – циклически. Компрессорные холодильники охлаждают пространство камеры до минимальной отметки термостата, затем, согласно показателям термостата, компрессор отключается, пока температура вновь не достигнет верхней заданной границы. Затем цикл повторяется.

В инверторных же холодильниках цикл работы непрерывен, и регулируется не при помощи отключения и повторного запуска компрессора, а за счет изменения его мощности. Так, изначально компрессор работает на полной мощности, пока не охладит камеру, затем постепенно снижает ее, поддерживая постоянную температуру.

За счет этого, во-первых, увеличивается срок хранения продуктов, так как они хранятся при постоянной низкой температуре, не испытывая ее перепадов. Во-вторых, компрессор работает тише и дольше обычных холодильников, так как интенсивность нагрузки при постоянном цикле работы на них уменьшается. И в-третьих, потребление электрической энергии при таком режиме работы ниже, чем у классического компрессорного холодильника.