Устройство, принципы работы и конструкция бытовых холодильников

Когда владелец четко представляет, какой принцип работы у холодильного агрегата, у него есть возможность продлить эксплуатационный срок бытового прибора. Понять – как устроен холодильник и за счет чего происходит охлаждение несложно, так как фактически во всех моделях бытовых холодильников он одинаков и базируется на простейших физических процессах. Про то, какой принцип работы холодильников, какие особенности он имеет, как происходит охлаждение внутри камер и как предотвратить преждевременные поломки бытового агрегата, далее в материале.

Принцип функционирования разных видов агрегатов

Холодильная техника применяется во множестве сфер деятельности и без нее уже нельзя представить быт и полноценное функционирование производственных цехов на заводах, предприятиях, организациях общепита, торговых павильонах и подобном. В зависимости от конкретного предназначения и сферы применения, существует классификация холодильного оснащения по видам:

• вихревые;
• абсорбционные;
• компрессорные;
• термоэлектрические.

Справка! Компрессорное холодильное оборудование – наиболее распространенное и у него наивысший КПД (коэффициент полезного действия), который стремится к 100%. Именно поэтому в основном выпускают компрессионные холодильники и морозильники.

Абсорбционное холодильное оборудование

В абсорбционных моделях по охладительному контуру циркулирует пара веществ – абсорбент и хладагент. В качестве хладагента в подавляющем числе вариантов применяют аммиак, но может использоваться и другое вещество:

• метанол;
• ацетилен;
• бромистого лития раствор;
• фреон.

Абсорбент – это жидкость, у которой поглотительная возможность достаточно высокая. В качестве нее может выступать вода, серная кислота и другое. Принцип функционирования абсорбционного агрегата заключается в абсорбции, то есть – поглощении одного вещества иным. Конструкция представлена ведущими узлами:

• генератором;
• насосом;
• регулирующими вентилями;
• абсорбером;
• испарительным элементом.

Компоненты системы соединяются трубками, при помощи которых реализуется замкнутый в кольцо единый контур. Процесс охлаждения становится возможен благодаря тепловой энергии и выглядит следующим образом:

1. Хладагент, который растворен в жидкости, идет к испарителю.
2. Из концентрированного раствора хладагента и жидкости отделяются закипающие при 33 ̊С аммиачные пары, которые охлаждают объект.
3. Вещество поступает в абсорбер, где вновь поглощается абсорбентом.
4. Насос качает раствор в генератор, подогреваемый определенным тепловым источником.
5. Вещество начинает кипеть и образуемые пары аммиака идут в конденсатор.
6. Хладагент начинает остывать и переходит в жидкое агрегатное состояние.
7. Рабочая жидкость следует через регулирующий вентиль, подвергается процессу сжатия и идет в испарительный элемент.

По итогу аммиак, который циркулирует в замкнутом охладительном контуре, принимает тепло из охлаждаемой камеры попадая в испарительный элемент и передает его внешней среде, присутствуя в конденсаторе. Циклы идут постоянно.

По причине невозможности выключения агрегата, в плане энергопотребления он не экономичен. Когда такое холодильное оборудование становится неисправным, провести его ремонт в большинстве случаев невозможно.

Внимание! Абсорбционные холодильники фактически не зависят от скачков напряжения в сети. Компактные параметры позволяют с легкостью размещать агрегат в любом удобном помещении.

В конструкции устройства отсутствуют трущиеся и движущиеся компоненты, что делает их фактически бесшумными. Такие агрегаты подходят для строений, где электросеть постоянно испытывает пиковые нагрузки или где регулярные перебои с поступлением электроэнергии.

Принцип абсорбции по большей части реализован в промышленных охладительных установках, малых автохолодильниках. Гораздо реже эти устройства применяют в бытовых целях, но тогда агрегат работает на газу.

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.

Справка! В подавляющей части термоэлектрических агрегатов при смене полярности запитки возможно получить не только охлаждение, но и нагрев до 60 С. Такая функция используется для подогрева пищевых продуктов в случае необходимости.

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.

Принцип функционирования вихревых охладителей

В агрегатах такого вида присутствует компрессор, который сжимает воздух. Он впоследствии расширяется в смонтированных блоках вихревых охладителей. Объект понижает температуру по причине расширения сжатого воздуха. Вихревые устройства безопасные и долговечные, а также у них нет необходимости в электричестве и отсутствуют движущиеся компоненты. Кроме указанного, в вихревых установках отсутствуют опасные химические соединения во внутренней части конструкции.

Широкое распространение вихревых охладителей нет, присутствуют только тестовые модели. Это обусловлено повышенным расходом воздуха, высокой шумностью функционирования и достаточно низкой производительностью холода. Иногда вихревые охладители применяются на производствах, но нечасто.

Компрессорные агрегаты

Наиболее распространенный вид холодильного оборудования, который присутствует фактически в каждом доме. Такие агрегаты не потребляют чрезмерно много электроэнергии и фактически безопасны во время эксплуатации. Удачные варианты конструкций способны функционировать без сбоев на протяжении 10 лет и свыше.

Стандартный бытовой холодильник – ориентированный вертикально шкаф, в котором зачастую две или одна створка. Корпус изготавливают из листовой жесткой стали, толщина которой порядка 0,6 мм. Некоторые модели оснащены пластиковым корпусом, который снижает массу несущей части.

Для хорошей герметизации агрегата используют специализированную пасту с повышенным содержанием хлорвиниловой смолы. Поверхность корпуса грунтуется и покрывается качественной эмалью. При изготовлении внутренних отделений из металла применяют так называемый метод штамповки, а шкафы из пластика собирают путем вакуумного формования. Дверцы изготовлены из листовой стали, а по краям зафиксирован резиновый плотный уплотнитель, который предотвращает прохождение воздуха из окружающей среды вовнутрь устройства. Между наружной и внутренней стенками агрегата обязательно кладут теплоизоляционный слой, защищающий камеру от тепла и предотвращающий выход холода изнутри. В качестве теплоизоляционного материала применяют следующее:

• стеклянный войлок;
• пенополистирол;
• минеральную вату;
• пенополиуретан.

Внутренняя часть традиционно разделена на пару функциональных зон – морозильную и холодильную. Согласно форме компоновки холодильного шкафа различают такие:

• однокамерные;
• двухкамерные;
• многокамерные.

Отдельным типом выступают холодильные шкафы Side-by-Side, которые обладают двумя, тремя или свыше камерами. Однокамерные холодильники снабжены единственной створкой, а в верхней зоне присутствует морозильный отсек со своей дверью, оборудованной открывающимся или откидным механизмом. В нижней части присутствует отдел с регулируемыми положениями полок по высоте. В камерах монтируются осветительные устройства с обыкновенной лампочкой накаливания или светодиодом.

Справка! Агрегаты Сайд бай Сайд (бок о бок) гораздо шире и вместительнее других видов конструкций. Каждый из отсеков занимает пространство во всю высоту холодильного оборудования и располагаются параллельно.

В двухкамерных устройствах внутренние шкафы заизолированы и отделены собственной створкой. Отделы, в них расположенные, способны быть азиатскими или европейскими. В случае азиатского вида верхнее расположение морозильника, а при европейском – камера присутствует внизу.

Как работают и из чего состоят компрессорные холодильники

Холодильное оборудование компрессионного вида не вырабатывают холод, а охлаждают непосредственно объект забирая у него внутреннее тепло и передавая его вовне. Такие агрегаты холодят за счет функционирования таких узлов и элементов:

• хладагент;
• радиатор испарителя;
• терморегулирующее устройство;
• компрессор;
• конденсатор.

Как хладагент применяют различные марки фреона, который является смесью газов с повышенным показателем текучести и достаточно низкими значениями испарения и кипения. Эта смесь перемещается по замкнутому контуру, перенося тепло по разным участкам системы. В бытовых агрегатах зачастую используют безопасный фреон 12.

Компрессор – главная часть холодильника, линейный или инверторный, он провоцирует принудительную циркуляцию хладагента в системе за счет нагнетания давления. Компрессор сжимает пары фреона и перемещает их в требуемом направлении. В технике способна быть пара или один компрессор. Вибрации, образующиеся при функционировании, поглощает наружная или внутренняя подвеска.

Конденсатор – это решетка змеевик, закрепленная на боковой или задней стенке холодильного шкафа. Они могут обладать разной конструкцией, но всегда отвечают за единственную функцию – охлаждают нагретые пары хладагента до выставленных температурных значений благодаря конденсации (сжижению) фреона и рассеивания тепла по окружающему пространству.

Испаритель – тонкий трубопровод из алюминия, который спаян стальными пластинками. Он контактирует с внутренними отделами холодильного шкафа, отводит поглощенное из прибора тепло и значительно снижает температурные показатели в камерах.

Терморегулирующий вентиль требуется для поддержания рабочих показателей давления хладагента на конкретном уровне. Крупные узлы холодильник связаны между собой трубчатой системой, которая образует замкнутый герметичный контур.

Работа однокомпрессорных двухкамерных агрегатов

В холодильнике с двумя камерами но одним компрессором монтирована пара испарителей, хотя по существу они являются различными частями одного компонента. Первый испаритель расположен в морозильнике, а второй – в холодильной камере. Фреон, после прохода через осушительный фильтр сперва отправляется в первый испаритель, а потом – во второй.

При поступлении в морозильную камеру хладагент забирает тепло из нее и нагревателя и потом поступает в холодильное отделение, где забирает тепло уже из него. Благодаря тому, что температура фреона несколько возросла после прохождения через морозильную камеру, в основном отсеке значения градусника не способны снизиться более, чем до 0 ̊С.

Функционирование двухкомпрессорной техники

В холодильном оборудовании с парой компрессоров каждый из них функционирует независимо. Первый компрессор гарантирует функционирование охладительного контура для морозильной камеры, а другой – гарантирует снижение температурных значений в основном отделе.

В холодильных двухкомпрессорных агрегатах в каждой из камер присутствует отдельный испаритель. Эти компоненты между собой ничем не соединены. Благодаря раздельным охладительным контурам подобные холодильники отличаются от однокомпрессорных более продолжительным эксплуатационным периодом.

Последовательность цикла функционирования

Оптимальные температурные показания для продолжительного хранения пищевых продуктов в компрессорных агрегатах создаются во время рабочих циклов, которые осуществляются последовательно – один за другим. Они идут таким образом:

1. При подсоединении агрегата к сети включается компрессор, который сжимает пары фреона, заставляя возрастать их температурные значения и давление.
2. За счет повышенного давления горячий фреон в газообразном виде переходит в конденсатор.
3. Идя по змеевику пар избавляется от накопленного тепла, отдавая его внешней среде и плавно достигает температуры в помещении, превращаясь обратно в жидкость.
4. Жидкий хладагент идет в осушительный фильтр, забирающий лишнюю влагу.
5. Фреон посредством капиллярной трубки избавляется от избыточного давления.
6. Когда хладагент полностью остыл, он вновь приобретает газообразное состояние.
7. Охлажденный пар идет в испарительный элемент и забирает тепло из внутренних отделений холодильника.
8. Температурные показатели фреона возрастают, он вновь поступает в компрессор.
9. Когда температура достигла необходимого значения в камерах, двигатель останавливается и электрическая цепь размыкается.
10. При росте температуры в камерах контакты вновь замыкаются и электромотор компрессора запускается при помощи пуско-защитного реле.

Справка! Рабочий цикл повторяется до того времени, пока температурные значения, выставленные пользователем, не будут достигнуты. Когда температура возрастает, рабочие циклы вновь запускаются.

Принцип работы саморазморозки

Существует два варианта разморозки холодильного оборудования – капельная (Direct Cool) и Ноу Фрост (No Frost). Капельный вариант функционирует исключительно в охладительном отсеке и не может быть применен в случае морозильной камеры. Оттаивание Ноу Фрост может присутствовать как в холодильном отсеке, так и в морозильной камере.

В капельном варианте системы испаритель зафиксирован в задней стенке холодильного отсека и понижает ее температуру. Она, в собственную очередь, холодит воздух в отсеке. При подобном расположении на стенке со временем возникает конденсат и собирается в замерзающие капли. Периодически капельная система отключается и наледь стаивает. Капли жидкости стекают в них и поступают в специализированный желоб. По нему они идут в поддон, где испаряются под действием тепла, которое выделяется компрессором в периоды функционирования.

Принцип функционирования холодильного оборудования с системой Ноу Фрост такой:

1. За задней стенкой основной камеры и морозилкой присутствует испаритель, в котором хладагент закипает и охлаждает ближайший воздух.
2. Там же зафиксировано несколько или единственный вентилятор, который холодный воздух «прогоняет» по отделению с продуктами, а лед образуется только на испарителе, но никак не на стенах камеры.
3. На испарителе также зафиксирован 1-3 ТЭНа, которые запускаются или согласно сигналу специализированного датчика, или же несколько раз за сутки. При включении ТЭНа наморозь стаивает и стекает в специализированный поддон.

При подобных системах не надо размораживать холодильный агрегат вручную, как это было со старыми моделями.

Обыкновенные и инверторные агрегаты

Существует два варианта компрессоров – инверторные и обыкновенные. Разница в них заключена во внутреннем устройстве и режиме функционирования. Старые холодильники ранее всегда оборудовались только линейными (обыкновенными) компрессорами, но сейчас начинают распространяться инверторные.

Обыкновенный линейный вариант компрессора функционирует в режиме пуск-стоп. К примеру, когда температурные показатели в камере возросли на 1 ̊С свыше необходимой, компрессор запускается и холодильное оборудование начинает морозить. Как только значения температуры доросли до установленных, компрессор отключается.

Инверторный компрессор функционирует постоянно, но на малых оборотах. Он поддерживает температурные значения на установленном уровне. При этом общее энергопотребление у инверторного компрессора меньше, по сравнению с обыкновенным линейным.

Внимание! Достоинством линейного компрессора выступает отсутствие нагрузки при выключении и запуске, поэтому его эксплуатационный период более продолжительный, чем у инверторного. Также, холодильное оборудование в случае установленных компрессоров инверторного типа стоит дороже.

Итоги

В устройстве холодильного оборудования нет ничего сложного, независимо от того, какой вид рассматривается – компрессорный, абсорбционный, вихревой или термоэлектрический. Каждый из видов имеет собственные достоинства и негативные стороны и используется для конкретных целей. Но, наиболее распространенная разновидность холодильников – компрессорные. Агрегаты именно этого типа в основном используются в бытовых целях. Их устройство просто, они работают благодаря действию простейших физических законов.

Хладагент, который присутствует в герметичном трубопроводе, под действием компрессора поступает в другие элементы, параллельно отдавая и забирая тепло, а также охлаждая внутреннее пространство камер. Когда трубопровод утратил герметичность – холодильник не морозит, также как и в случае поломки какой-либо детали. Знание о том, как работают главные узлы агрегата, позволяет продлить эксплуатационный период бытовой техники.

Видео: Принцип работы холодильника (№1)

Видео: Принцип работы холодильника (№2)