Трудно представить себе современную квартиру без холодильника. Все знают, что холодильник сохраняет холод внутри себя, поэтому продукты, хранящиеся в нем, не портятся долгое время. Как же устроен холодильник?
В холодильнике 4 основных составляющих части:
1. Хладагент - вещество, которое ходит по кругу и переносит тепло.В качестве хладагента используется газ фреон.
2. Компрессор - мотор, который работает по принципу насоса и гонит хладагент по кругу.
3. Конденсатор - через него тепло уходит наружу, в окружающую среду. Конденсатор - это решетка на задней стенке холодильника.
4. Испаритель - в нем тепло забирается из холодильника. Обычно испарителем служит внутренняя стенка холодильника
Основные части бытового холодильника:
1 - испаритель, 2 - конденсатор, 3 - фильтр-осушитель, 4 - капилляр, 5 - компрессор
Компрессор засасывает хладагент из испарителя. Хладагент в этот момент находится в состоянии пара. Компрессор под давлением закачивает его в конденсатор. Хладагент под давлением сжимается, то есть из газообразного состояния переходит в жидкое. При этом его температура повышается. Горячий газ, проходя по трубам конденсатора, отдает тепло в окружающее пространство и в результате остывает до комнатной температуры.
Затем через очень узкое отверстие (капилляр) хладагент поступает в испаритель. Его давление резко уменьшается, и за счет этого происходит испарение хладагента - он вскипает, превращаясь в пар. При этом он сильно охлаждается. В результате он отнимает тепло у стенок испарителя, а испаритель, в свою очередь, охлаждает внутреннее пространство холодильника и продукты, содержащиеся в нем.
Таким образом, хладагент работает по циклу: в конденсаторе он под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состояние, выделяя тепло, а в испарителе под воздействием низкого давления вскипает и переходит в газообразное состояние, поглощая тепло.
Схема работы компрессионного холодильника
1 - конденсатор, 2 - капилляр, 3 - испаритель, 4 - компрессор
Холодильник обязательно имеет терморегулятор, с помощью которого задается температура охлаждения холодильной камеры. Когда эта температура достигается, терморегулятор размыкает электрическую цепь, и компрессор останавливается.
Через некоторое время температура в холодильнике начинает снова повышаться (под воздействием окружающей среды). Тогда контакты терморегулятора замыкаются и электродвигатель мотор-компрессора запускается с помощью защитно-пускового реле. Весь цикл повторяется сначала, пока температура в холодильнике снова не понизится до нужного значения.
Вот почему мы слышим, как холодильник время от времени начинает «урчать», а потом снова затихает - это включается и выключается электродвигатель компрессора.
В схеме циркуляции хладагента на самом первом рисунке вы, наверно, заметили еще одно звено - фильтр-осушитель. Он нужен для очистки и осушения хладагента, который проходит через него. Фильтр-осушитель представляет собой цилиндр, заполненный веществом, поглощающим влагу (силикагель или цеолит).
Итак, холодильник устроен таким образом, что он не охлаждает воздух в камере, а забирает из него тепло и отдает его в окружающую среду. Обеспечивается это разницей давления в конденсаторе и испарителе холодильника. Хладагент идет от участка с высоким давлением, где он обращается в жидкость (конденсируется), к участку с низким давлением, где давление хладагента понижается и он превращается в пар (испаряется).
В статье использованы материалы с сайта secureforms.danfoss.com и
Чтобы приобрести качественный холодильник с теми функциональными возможностями, которые нужны именно нам, необходимы элементарные знания, о том, что представляет собой холодильник.
Из курса физики
Откуда берется холод в домашнем холодильнике? Чтобы понять это, достаточно вспомнить, как охлаждается кожа, если протереть ее ваткой, смоченной эфиром или иным летучим веществом. Для испарения плёночки жидкости нужно тепло, и она отбирает его у поверхности кожи. Именно тепловой эффект испарения жидкости (или, как нас учили на уроках физики, изменения ее фазового состояния) используется в холодильных машинах.
Изобретателям и инженерам пришлось упорно поработать, чтобы создать:
- холодильные аппараты с замкнутым контуром, в одной части которого происходит испарение, а в другой части - конденсация рабочего тела;
- специальные вещества (хладагенты), которые годами циркулируют в контуре холодильнике в качестве рабочего тела, то испаряясь, то снова конденсируясь;
- надежные электрические машины (компрессоры), которые "гоняют" хладагент по замкнутому контуру холодильника.
Движение по контуру
Схема движения хладагента по контуру показана на рис. 1. Повышенное давление на выходе работающего компрессора толкает газообразный хладагент в конденсатор, где происходит первое изменение его фазового состояния - газ превращается в жидкость. При этом выделяется тепло, которое отводится в окружающую среду, то есть идет на нагрев воздуха кухни. В этом легко убедиться, заглянув "за спину" холодильника и потрогав его заднюю стенку. У многих моделей холодильников конденсатор виден невооруженным глазом - это большой черный теплообменник на задней стенке, представляющий собой длинную, многократно изогнутую трубку.
Специалисты сервисного центра "Фрост ремонт" рекомендуют периодически очищать конденсатор от пыли - этим вы улучшите условия отдачи тепла в воздух.
После того как хладагент стал жидким, необходимо, чтобы произошло еще одно изменение фазового состояния, и жидкость стала газом. Для этого жидкий хладагент просачивается через длинный узкий канал - капиллярную трубку. Проход через капилляр дается хладагенту нелегко, на это тратится весь запас давления, который был создан компрессором.
Что же теперь случится с хладагентом? Протиснувшись через капилляр и потеряв весь свой былой напор, он попадает в испаритель холодильника, где закипает. Именно это нам и нужно. Вспомним ватку с эфиром: ведь испарение жидкости отнимает тепло от тела, находящегося в контакте с ней. Испаритель холодильника обвивает своими трубками самую холодную его часть - морозильную камеру. Это внутренний эпицентр холода, откуда холодный воздух растечётся (сам или под действием принудительной вентиляции) по отсекам и полочками нашего белого шкафа.
Сделавшему свое дело газообразному хладагенту остается только вернуться назад в компрессор, где он вновь будет "подкачан" и под высоким давлением опять поступит в контур, продолжая свое непрерывное движение.
Основные элементы холодильного контура показаны на рис. 2. Холодильный аппарат имеет много других элементов. Например, прислушавшись к работе своего холодильника, вы наверняка заметите, что компрессор работает не все время. Периодически он выключается, а затем включается снова. Дело в том, что внутри холодильника имеется термостат - устройство, контролирующее температуру в холодильной камере. Регулировочная рукоятка термостата находится на панели управления, и, поворачивая ее, вы можете "поддать холода", если в помещении жарко, или, наоборот, убавить производство холода, если на кухне прохладно. Когда заданная вами температура будет достигнута, термостат сработает на отключение компрессора. Делается это, конечно, не для того, чтобы дать компрессору отдохнуть, а для того, чтобы не переохладить полость холодильника и поддерживать в ней именно ту температуру, которая задана.
Что такое No Frost
Испаритель - самое холодное место холодильника, его "полюс холода". Когда внутри трубок испарителя кипит хладагент, на наружной поверхности этого теплообменника нарастает ледяная "шуба" - это конденсируется влага из воздуха, которым заполнена морозильная камера. Любая хозяйка знает: дверцу морозильника нельзя долго держать открытой, иначе теплый воздух из кухни наполнит камеру, и тогда "шуба" станет толще, а значит, раньше придется размораживать морозильник.
В традиционных холодильниках операцию оттаивания или размораживания проводят один-два раза в год. Аппараты с ручным размораживанием для этого просто отключают от сети питания, оставив открытой дверцу морозильной камеры. Здесь нужно проявить терпение и дать корочке льда растаять самой, не пуская в ход ножей, скребков и иных острых орудий - ими недолго повредить испаритель. Если уж совсем не терпится, поставьте в морозильник кастрюльку с горячей водой.
После того как ледяная корка полностью сойдет, нужно вымыть внутреннюю поверхность камеры теплой водой, вытереть насухо, проветрить часок-другой, закрыть дверцу и включить холодильник в сеть.
Холодильник с полуавтоматическим размораживанием достаточно только периодически отключать, нажав на кнопку датчика-реле на корпусе термостата. Включится он сам, после того как растает ледяная корочка на испарителе.
В традиционных холодильниках воздух внутри камеры движется крайне медленно: более теплые и легкие его порции поднимаются вверх, холодные и тяжелые опускаются вниз, повинуясь законам естественной конвекции.
Появление в холодильниках систем принудительной циркуляции воздуха (для этого внутри камер имеются специальные вентиляторы) позволило добиться равномерного распределения его по объему камер, донеся холод до самых укромных уголков. Благодаря этому в холодильниках стали широко применяться эстетичные и легко моющиеся полки из стекла, которые пришли на смену прежним решеткам.
С помощью принудительной вентиляции удалось победить ледяную "шубу" и полностью избавиться от операции размораживания.
Так в холодильниках появилась система No Frost, при которой иней в морозильной камере не образуется.
Точнее говоря, ледяную "шубу" вывели за пределы морозильной камеры, спрятав испаритель за ее стенкой. Именно туда вентилятор гонит воздух, чтобы влага вымораживалась на поверхности испарителя, а не на стенке камеры. Испаритель снабжен электрическим нагревательным элементом, а рост "шубы" на нем находится под неусыпным контролем электронной системы управления холодильника. Каждые 6-8 ч автоматически включается нагрев, и поверхность испарителя освобождается от намерзшей ледяной корочки.
У холодильников с системой No Frost есть одна особенность, которую следует иметь в виду. Обдув продуктов воздушными потоками, создаваемыми в полости холодильника, приводит к их обезвоживанию и заветриванию. Поэтому продукты в таком холодильнике следует хранить в упаковке .
О чем плачет холодильник
Понятно, что морозильную камеру периодически нужно оттаивать, хоть вручную, хоть автоматически. На то она и называется морозильной, что в ней температура достигает до -18°С, а значит, образуется лед или по крайне мере иней.
Но иногда в инструкции к холодильнику можно прочесть и об оттаивании холодильной камеры, где температура выше нуля. Такое оттаивание тоже необходимо. Происходит оно автоматически, а тает при этом влага, намерзшая на пластиковой задней стенке холодильной камеры. За этой стенкой во многих современных аппаратах находится отдельная секция испарителя, отвечающая за холод в холодильной камере. Воздух в камере действительно имеет положительную температуру, но стенка холоднее, вот и образуется на ней тонкий слой инея, как на оконном стекле, когда на улице мороз, а в доме тепло. Когда компрессор отключается, слой инея на стенке тает, и капельки воды стекают вниз, поступая по трубке в кювету на крышке компрессора. В этот момент холодильник как бы "плачет", поэтому подобные конструкции называются "плачущая стенка" .
Один или два компрессора?
Современные холодильники могут иметь отдельный испаритель для каждой из камер - морозильной и холодильной. Не удивительно, что многие из них, особенно те, что отличаются высоким ростом и внушительным объемом камер, имеют и два компрессора, каждый из которых работает на свою камеру.
В этом есть определенный плюс: например, уезжая в отпуск, вы можете отключить компрессор холодильной камеры и оставить ее открытой для проветривания. В работающей морозильной камере при этом останутся продукты длительного хранения.
Есть и минус: холодильник с двумя компрессорами дороже (компрессор - самая дорогая деталь), и шумят два компрессора сильнее, чем один.
Блестящим инженерным решением стало использование в ряде моделей холодильников электромагнитного клапана, направляющего поток хладагента то в морозильную, то в холодильную камеру (рис. 3). Такой клапан позволяет обойтись всего одним компрессором, но заставляет его при этом работать "за двоих". В холодильнике с клапаном тоже есть "отпускной" режим, когда холодильную камеру можно отключить, направив до вашего возвращения весь хладагент в испаритель морозильной камеры.
Полное отключение холодильной камеры вовсе не обязательно. Например, в режиме "Отпуск" холодильников Whirlpool в течение 90% времени электромагнитный клапан направляет хладагент в испаритель морозильной камеры, и в течение 10% времени - в холодильную камеру, где при этом поддерживается температура 12-13°С.
От мала до велика
Спектр современных бытовых холодильников необычайно широк - на одном его краю находятся малыши, в буквальном смысле входящие под столешницу кухонной мебели, на другом - гиганты класса Side-by-side, внос которых в квартиру порой создает отдельную проблему.
Малогабаритный однодверный холодильник высотой 85 см и общим объемом 125-180 л (рис. 4) может иметь небольшой морозильник объемом 17-18 л с внутренней дверцей, а может и не иметь его - таковы, например, холодильники-минибары, применяемые для оборудования гостиничных номеров. В минибаре морозильник не обязателен, достаточно небольшого отсека с отрицательной температурой, где помещается лоток для намораживания кубиков льда.
Двухдверные холодильники могут различаться расположением морозильной камеры. В холодильниках классической компоновки (рис. 5) морозильник расположен сверху (англ. Top mounted). Общий объем таких холодильников достигает 330 л, а объем морозильной камеры - 105 л.
Другой популярный вариант компоновки двухдверных холодильников - так называемый тип Combi , в котором морозильная камера располагается снизу (рис. 6). Это, пожалуй, самые "рослые" из современных бытовых холодильников: высота некоторых моделей превышает 2 м. Общий объем холодильников данного типа составляет 180-410 л при объеме морозильной камеры 70-175 л.
Особенностью холодильников Combi является относительно большой объем морозильной камеры: если у холодильников с верхним ее расположением на морозильник приходится лишь до 30% общего объема, то у Combi объем морозильника может достигать 60% общего объема шкафа.
"Королем кухни" по праву можно считать холодильник класса Side-by-side (рис. 7). У этого гиганта, американца по происхождению, холодильная и морозильная камеры находятся не друг над другом, а рядом, в буквальном переводе с английского - бок о бок. Общий объем такого холодильника достигает 730 л при объеме морозильной камеры до 290 л. Большинство холодильников этого класса имеет на передней панели дозатор охлажденных напитков и кубиков льда, а сам холодильник подключается не только к электрической розетке, но и к линии подачи воды.
Донести холод до каждого уголка столь вместительного шкафа можно только с помощью системы принудительной циркуляции воздуха. Эта система может быть единой для обеих камер холодильника, а может быть и так, что каждая из камер имеет свою независимую систему охлаждения (рис. 8). В последнем случае исключается перенос запахов из одной камеры холодильника в другую.
Если перспектива транспортировки и подъема в квартиру такого гиганта, как холодильник Side-by-side пугает вас, есть альтернативный вариант. Например, однодверный холодильник Bosch KSR 38493 и однодверный морозильник Bosch GSE 34494 выглядят как два брата-близнеца, только у холодильника дверца открывается справа налево, а у морозильника - слева направо. Каждый из братьев имеет высоту 185 см, ширину 60 см и глубину 65 см. Поставьте их рядом - с виду чем не Side-by-side? А транспортировать и заносить их в квартиру можно по отдельности.
Если есть одно- и двухдверные холодильники, то почему не быть трехдверным?
Точнее, холодильник Bosch KDF 324A2 (рис. 9) нужно назвать трехкамерным .
- Сверху он имеет морозильную камеру объемом 65 л.
- В центральной холодильной камере есть "сухая" зона сохранения свежести объемом 171 л (здесь влажность поддерживается на уровне 50%) и расположенная под ней "влажная" зона сохранения свежести: объемом 22 л (здесь влажность составляет 95%).
- В самом низу находится холодильное отделение объемом 64 л с выдвижной тележкой.
Влажность помогает сохранять продукты
Оказывается, внутри холодильника могут быть зоны не только с различной температурой, но и с различной влажностью.
Во влажной зоне сохранения свежести продукты хранятся при нулевой температуре и относительной влажности 90%, что идеально подходит для овощей и фруктов. Благодаря тому что "влажный" бокс накрыт специальным фильтром, хранящиеся в нем продукты не теряют влагу. Микроорганизмы в таком боксе не размножаются, а витамины и минеральные вещества сохраняются.
В сухой зоне сохранения свежести с температурой, близкой к нулю, и относительной влажностью воздуха 50% в течение многих дней остаются свежими и ароматными: колбаса, рыба и морепродукты. Мясо и птица могут храниться здесь еще дольше.
Такая система хранения продуктов в зонах с различной влажностью в холодильниках Bosch носит название VitaFresh . В пользу этой системы говорит то, что благодаря ее применению продукты сохраняются в три раза дольше, сохраняя при этом свежесть, натуральный цвет, форму и высокое содержание витаминов.
Особая третья камера под названием CoolSelect Zone есть и в холодильниках Side-by-side производства компании Samsung (рис. 10). Владелец холодильника может выбирать необходимый режим работы этой камеры, устанавливая нужную температуру в зависимости от помещенных в нее продуктов при помощи сенсорной панели управления.
- Режим быстрого охлаждения позволяет всегда иметь под рукой холодное пиво.
- Режим оттаивания, при котором в камеру поочередно подается то теплый, то холодный воздух, позволяет размораживать продукты без потери влаги и изменения цвета.
- Режим мягкого замораживания (-5 °С) создает оптимальные условия для хранения свежего мяса, птицы и рыбы, которые при этой температуре легко нарезаются ломтиками.
- Режим сохранения свежести (2 °С) способствует сохранению влаги в продуктах.
- Режим охлаждения (-1 °С) оптимален для хранения овощей и фруктов.
Морозильные камеры
Если вы хотите сохранить до следующего лета обильный урожай, собранный со своего дачного участка, морозильной камеры обычного холодильника может оказаться недостаточно. Для этого существуют аппараты, представляющие собой один большой морозильник.
(рис. 11) представляет собой шкаф объемом до 330 л, на полках которого вы без труда разложите любые продукты - от мяса до ягод. Вертикальные морозильники могут иметь систему NoFrost, электронную систему управления и все остальные функции современного аппарата для создания холода. Единственным недостатком вертикального шкафа является то, что когда вы открываете его дверь, тяжелый холодный воздух вытекает вниз, а на его место стремительно проскальзывает теплый воздух помещения, поэтому нужно поменьше держать дверь такого морозильника открытой.
Другое дело - горизонтальные морозильники, или морозильники-лари (рис. 12). Вы можете сложить продукты, предназначенные для длительного хранения, на самое дно, и быть уверенными, что в этой самой холодной зоне с ними ничего не случится. Вот только, чтобы потом добраться до этого дна, придется переворошить все, что лежит сверху.
У всех холодильников есть свои плюсы и минусы. Какой из них выбрать - решать вам.
Чтобы не растеряться в случае поломки кухонной техники, современной хозяйке приходится разбираться в том, как работает холодильник, микроволновка, плита и другие помощники человека. Назначение холодильного шкафа - сохранение свежести продуктов, поэтому работа его должна быть бесперебойной, ведь вызов мастера для ремонта иногда нельзя осуществить сразу. Понимание принципа действия бытового холодильника способно сэкономить время и деньги, а некоторые поломки можно исправить самостоятельно.
Рис. 1. 1 - испаритель, 2 - конденсатор, 3 - фильтр-осушитель, 4 - капилляр, 5 - компрессор
Рабочий агрегат холодильника состоит из 4 частей:
- компрессор;
- конденсатор;
- испаритель;
- хладагент.
Настоящее сердце всей системы - компрессор . Он обеспечивает циркуляцию хладагента по множеству тонких трубок, часть из которых можно увидеть на задней внешней стенке холодильного шкафа. Другая часть скрыта под панелью внутри камеры в современных моделях, но в старых рефрижераторах они образуют стенки морозильного отделения либо просто закреплены на потолке камеры. Во время работы компрессор сильно нагревается, как любой двигатель, и должен время от времени отдыхать. Чтобы он не вышел из строя от перегрева, внутри находится реле, которое при достижении определенной температуры двигателя размыкает электрическую цепь. В этот момент компрессор выключается.
Трубочки на внешней стенке холодильника - это конденсатор . Назначение его в том, чтобы отдать тепло в окружающее пространство. Компрессор, перекачивая хладагент, загоняет его в конденсатор под давлением. В результате газообразное вещество (фреон, изобутан) переходит в жидкое состояние и довольно сильно нагревается. Вот эти излишки тепла и должны рассеяться во внешнюю среду, чтобы хладагент сам охладился до комнатной температуры.
В инструкциях к рефрижераторам обычно пишут о том, что их нужно вдали от нагревательных приборов.
Зная о том, как должен работать холодильник, рачительные хозяева постараются обеспечить своему помощнику наилучшие условия для легкого охлаждения компрессора и конденсатора. Это поможет ему прослужить дольше.
Для того, чтобы получить холод в камере, существует другая часть системы трубок, куда сжиженный газ попадает потом. Ее называют испарителем . От конденсатора она отделена фильтром-осушителем и капилляром - очень тонкой трубочкой, которая не пропускает сразу весь сжиженный хладагент, а заставляет компрессор с усилием проталкивать его в испаритель. Попадая туда, небольшие количества фреона моментально вскипают и расширяются, снова переходя в газообразное состояние. Во время этого процесса происходит поглощение большого количества тепла. Трубочки внутри камеры охлаждаются сами и охлаждают воздух в холодильнике. Потом хладагент возвращается в компрессор, и весь цикл начинается сначала.
Чтобы продукты в камере не превратились в лед, внутри нее установлен терморегулятор . Шкала с делениями позволяет установить желаемый уровень охлаждения, и как только нужные показатели будут достигнуты, холодильник отключается.
Однокамерный и двухкамерный холодильник
Охлаждающий агрегат во всех моделях современных рефрижераторов устроен по единому принципу . Но разница в работе разных модификаций все-таки есть. Заключена она в особенностях течения хладагента в холодильниках с одной или двумя камерами.
По описанной выше схеме работает однокамерный холодильный шкаф. Вне зависимости от того, находится ли испаритель прямо в камере, как в старых моделях, спрятан за стенкой при капельной системе, или в модификации , принцип работы одинаков. Но когда над или под охлаждающим отделением расположена морозильная камера, рефрижератору требуется еще один компрессор. Схема работы для морозилки остается прежней.
Охлаждающее отделение, где температура не опускается ниже 0 °C, начинает работать только потом, когда морозильник достаточно охладился и отключился. В этот момент хладагент из системы морозильника начинает поступать в компрессор камеры с плюсовой температурой, и проходит цикл конденсации и испарения уже на этом уровне. Поэтому на вопрос о том, сколько , пока включится охлаждающая камера, точного ответа дать нельзя. Все зависит от объема морозильника и настроек терморегулятора.
Что такое быстрая заморозка?
Этими словами обозначают одну из функций морозильной камеры в двухкамерных моделях. В зависимости от модификации, холодильник в этом режиме может работать в течение долгого времени, не отключая компрессор. Таким образом достигается ускоренное промораживание большого объема продуктов.
При активации режима быстрой заморозки на панели некоторых камер загораются световые индикаторы, обозначающие, что компрессор включен, и холодильник работает. В этом случае необходимо помнить о том, что автоматического отключения не произойдет, а принудительная работа агрегата в течение длительного времени приводит к сокращению ресурса.
Режим быстрой заморозки не следует включать на срок более 72 часов.
После того, как он будет отключен вручную, индикаторы на панели гаснут, а двигатель компрессора выключается.
Современные модели холодильных шкафов очень разнообразны. Нынешние хозяйки незнакомы с таким видом домашней работы, как . Капельные системы и необмерзающие камеры значительно упростили жизнь человека, но основные принципы работы этих бытовых приборов остались прежними.
ТЕПЛОВЫЕ И ВОЗДУШНЫЕ ПОТОКИ
В работе холодильника используют основные законов термодинамики. Как это происходит, следует рассмотреть подробно. Прежде всего, нужно отметить простые, интуитивно понятные факты:
- Холодильник отбирает тепло из объектов, которые находятся внутри него, а не целенаправленно охлаждает продукты.
- Тепло распространяется от теплых предметов к более холодным. Чем выше разность температур объектов, тем быстрее перемещается тепло, и так происходит, пока температура станет везде одинаковой.
Когда в холодильник кладут теплые продукты, тепловая энергия уходит из них в окружающий воздух морозильной камеры или низкотемпературного отделения. Содержимое в результате охлаждается, и этот эффект мы отмечаем, как желательный. Но поскольку воздух нагрелся, его тоже, в свою очередь, нужно где-то охладить.
Для удаления избытка тепла из нагретого воздуха и замены его возле охлаждаемых продуктов важна правильная организация воздушных потоков. Движение воздуха осуществляет принудительная вентиляция. Воздух проходит через испаритель, оснащенный вентилятором. Там тепло передается хладагенту (обычно газу фреону) быстро, поскольку велика разность температур. Температура фреона достаточно низкая - от -10ºС до -40ºС. В классических холодильниках хладагент протекает по каналам в стенках морозильной камеры и радиаторам, выступающим внутрь основной камеры. Их располагают сверху, чтобы более тяжелый холодный воздух опускался вниз самотоком.
СИСТЕМА РАЗМОРАЖИВАНИЯ
При открывании двери холодильника внутрь попадает много теплого и насыщенного влагой воздуха. Испаритель очень холодный, и вода сразу конденсируется на его поверхности, покрывая ее инеем, а затем - все более толстым слоем намерзшего льда. Лед препятствует теплообмену между воздухом и фреоном. Эффективность работы холодильника падает, он потребляет больше электроэнергии и сильнее изнашивается. Для предотвращения этого нужно время от времени размораживать холодильник.
Современные системы размораживают по таймеру - через 6-12 часов охлаждение воздуха прекращается, несколько минут лед тает, и поверхность испарителя освобождается от него. Таймер бывает механический или автоматический. Сложная электроника или ручной таймер регулярно прекращает работу компрессора и включает оттайку (электронагреватель), которая подогревает испаритель. Стекающую воду собирают в поддон через дренажные отверстия, откуда она испаряется, если воды много - придется ее вылить вручную. Для защиты охлаждающего контура от перегрева при оттаивании устанавливают термостат. Он размыкает электрическую цепь по достижении определенной температуры.
КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
Охлажденные продукты выделяют меньшее количество тепла, воздух остается холодным длительное время. Термостат регулирует процесс, включая и выключая компрессор на основании показаний термометра. Рабочий диапазон температур настраивают рукояткой регулировки, обычно он составляет несколько градусов.
Как правило, в холодильнике лишь один испаритель, он поставляет холодный воздух повсюду - в морозилку и основное отделение. Для поддержания в морозилке более низкой температуры охлажденный воздух преимущественно находится в ней, лишь малое его количество поступает в другие отсеки. Баланс воздуха между морозильником и основным отделением регулируют заслонкой. Она находится в канале, соединяющем отсеки, и работает под управлением отдельного регулятора.
КУДА УХОДИТ ТЕПЛО?
Нагретый фреон из испарителя подают в компрессор, где сжимают поршнем и он сильно нагревается, согласно законам термодинамики. Электрическая энергия из сети переходит в обмотках двигателя в механическую, а затем в поршневой камере - в тепловую. Законы сохранения выполняются безупречно. Вывести излишнее тепло из раскаленного фреона просто, он горячее комнатного воздуха и охлаждается при прохождении через конденсатор - решетку, выступающую наружу на задней стороне холодильника.
В «продвинутых» моделях холодильников воздух продувается через конденсатор отдельным вентилятором. Тепло конденсатора можно использовать для испарения воды из поддона, стекающей в него при разморозке. Таким образом, влага возвращается туда, откуда пришла - в окружающую холодильник атмосферу. Охлажденный в конденсаторе фреон поступает обратно в холодильный контур, где компрессор создает разрежение, и газ расширяется, достигая очень низких температур. Цикл повторяется. Задача инженеров-разработчиков - правильно рассчитать объем и форму камер холодильника, мощность устройств, чтобы КПД системы был максимальным. Современные холодильники в этом отношении доведены до идеала.
Статья специально написана простыми словами, чтобы обычный владелец любого бытового холодильника смог бы разобраться в устройстве этой техники.
Дополнительная информация
Домашний уют современного человека невозможно представить без холодильника. Он предназначен для длительного хранения продуктов. По подсчетам ученых, каждый член семьи открывает дверцу до 40 раз в сутки. Мы заглядываем вовнутрь даже не задумываясь, как работает наш холодильник.
В нашей статье мы подробно рассмотрим устройство и принцип действия различных холодильников.
Как устроен холодильник
Любой современный холодильник состоит из следующих основных агрегатов:
- Двигатель.
- Конденсатор.
- Испаритель.
- Капиллярная трубка.
- Осушительный фильтр.
- Докипатель.
Схема работы холодильника
Электродвигатель
Двигатель является основным узлом бытового прибора. Предназначен для циркуляции охлаждающей жидкости (фреона) по трубкам.
Двигатель состоит из двух агрегатов:
- электромотор;
- компрессор.
Электромотор преобразует электрический ток в механическую энергию. Агрегат состоит из двух частей – ротора и статора.
Корпус статора устроен из нескольких медных катушек. Ротор имеет вид стального вала. Ротор соединен с поршневой системой двигателя.
При подключении двигателя к сети питания в катушках возникает электромагнитная индукция. Она является причиной возникновения крутящего момента. Центробежная сила приводит ротор во вращательное движение.
А знаете ли Вы, что на долю холодильника приходится 10 % всей потребленной электроэнергии. Открытая дверца прибора увеличивает потребление электричества в несколько раз.
При вращении ротора двигателя происходит линейное перемещение поршня. Передняя стенка поршня сжимает и разряжает рабочую жидкость до рабочего состояния.
Положение двигателя холодильника
В современных охлаждающих установках электродвигатель находится внутри компрессора. Такое расположение преграждает газу путь для самопроизвольной утечки.
Для уменьшения вибраций двигатель находится на пружинистой металлической подвеске. Пружина может находится снаружи или внутри устройства. В современных агрегатах пружина находится внутри корпуса двигателя. Это позволяет эффективно гасить вибрации при работе аппарата.
Конденсатор
Представляет собой змеевидный трубопровод диаметром до 5 миллиметров. Предназначен для отвода тепла от рабочей жидкости в окружающую среду. Конденсатор располагается на задней наружной поверхности прибора.
Испаритель
Представляет систему тонких трубок. Предназначен для испарения рабочей жидкости и охлаждения окружающего пространства. Располагается внутри или снаружи морозильника.
Устройство компрессора
Капиллярная трубка
Предназначена для снижения давления газа. Имеет диаметр от 1,5 до 3 миллиметров. Расположена на участке между испарителем и конденсатором.
Фильтр-осушитель
Предназначен для очистки рабочего газа от влаги. Имеет вид медной трубки диаметром от 10 до 20 мм. Концы трубки вытянуты и герметично впаяны с капиллярную трубку и конденсатор.
Внимание! Фильтр-осушитель имеет односторонний принцип работы. Устройство не предназначено для работы на обратном режиме. При неправильной установке фильтра возможен выход установки из строя.
Внутри трубки находится цеолит – минеральный наполнитель с высокопористой структурой. На обоих концах трубки установлены заграждающие сетки.
Фильтр-осушитель
Со стороны конденсатора установлена металлическая сеточка с размерами ячеек до 2 мм. Со стороны капиллярной трубки установлена синтетическая сетка. Размеры ячеек такой сетки составляют десятые доли миллиметра.
Докипатель
Представляет собой металлическую емкость. Устанавливается на участке между испарителем и входом компрессора. Предназначен для доведения фреона до кипения с последующим испарением.
Служит защитой двигателя от попадания жидкости. Попадание рабочей жидкости может привести к выходу его из строя.
Как работает холодильник
Главный принцип работы любого холодильника основан на выполнении двух рабочих операций:
- Вывод тепловой энергии из устройства в окружающее пространство.
- Концентрация холода внутри корпуса прибора.
Для отбора тепла применяется хладагент под названием фреон. Это газообразное вещество на основе этана, фтора и хлора. Фреон обладает уникальной возможностью переходить из газообразного состояния в жидкое и обратно. Переход из одного состояние в другое происходит при изменении давления.
Работа системы охлаждения заключается в следующем. Компрессор засасывает фреон вовнутрь. Внутри устройства работает электромотор. Двигатель приводит в движение поршень. При движении поршня происходит сжатие газа.
Принципиальная схема работы холодильника
Процесс сжатия газа делится на два этапа. На первом этапе происходит возвратное движение поршня. При смещении поршня открывается впускной клапан. Через открытое отверстие фреон поступает в газовую камеру.
На втором этапе поршень смещается в обратном направлении. При обратном движении поршень сжимает газ. Сжатый фреон давит на пластину выходного клапана. В камере резко повышается давление. При увеличении давления происходит нагрев газа до температуры 100° C. Выпускной клапан открывается и выпускает газ наружу.
Нагретый фреон из камеры поступает во внешний теплообменник (конденсатор). По пути следования по конденсатору фреон отдает тепло наружу. В конечной точке конденсатора температура газа уменьшается до 55° C.
А знаете ли Вы, что самые первые холодильники в качестве хладагента использовали диоксид серы? Такие приборы были очень опасны по причине высокой вероятности разгерметизации системы.
В процессе теплопередачи происходит конденсация газа. Фреон из газообразного состояния превращается в жидкость.
Из конденсатора жидкий фреон поступает в фильтр-осушитель. Здесь происходит поглощение влаги специальным сорбентом. Из фильтра газообразный фреон поступает в капиллярную трубку.
Капиллярная трубка играет роль своеобразной пробки (препятствия). На входе в трубку давление газа понижается. Хладагент превращается в жидкость. Из капиллярной трубки фреон поступает на испаритель. При падении давления происходит испарение фреона. Вместе с давлением падает и температура газа. В момент поступления в испаритель температура фреона составляет – 23° С.
Фреон проходит по теплообменнику внутри холодильной камеры. Охлажденный газ снимает тепло с внутренней поверхности трубок испарителя. При отдаче тепла происходит охлаждение внутреннего пространства холодильной камеры.
После испарителя фреон засасывается в компрессор. Замкнутый цикл повторяется.
Основные типы охлаждающих систем
По принципу действия различают следующие типы холодильников:
- компрессионные;
- адсорбционные;
- термоэлектрические;
- пароэжекторные.
В компрессионных агрегатах движение хладагента осуществляется за счет изменения давления в системе. Регулирование давления рабочей жидкости осуществляет компрессор. Охладительные системы с компрессором являются самым распространенным типом охлаждающих устройств.
В абсорбционных установках движение хладагента происходит за счет его нагревания от нагревательной системы. В качестве рабочей смеси используется аммиак. Недостатком системы является высокая опасность и сложность обслуживания. Данный тип бытовых приборов является устаревшим и на сегодняшний день снят с производства.
А знаете ли Вы, что самый первый холодильник был выпущен американской компанией General Electric в далеком 1911 году. Устройство было выполнено из дерева. В качестве хладагента использовался диоксид серы.
Главный принцип действия термоэлектрических холодильников основан на поглощении тепла при взаимодействии двух проводников во время прохождения по ним электрического тока. Данный принцип известен как Эффект Пельтье. Достоинством аппарата является высокая надежность и долговечность. Недостатком является высокая стоимость полупроводниковых систем.
В пароэжекторных установках используется вода. Роль двигательной установки выполняет эжектор. Рабочая жидкость попадает в испаритель. Здесь происходит вскипание жидкости с образованием водяного пара. При теплообразовании температура воды резко снижается.
Охлажденная вода используется для охлаждения продуктов. Водяной пар отводится эжектором на конденсатор. В конденсаторе водяной пар охлаждается, превращается в конденсат и вновь поступает на испаритель. Достоинством таких установок является их простота устройства, безопасность, экологичность. Недостатком пароэжекторной системы является значительный расход воды и электроэнергии на ее нагрев.
Принцип работы абсорбционных холодильников
Работа абсорбционных устройств основана на циркуляции и испарении жидкого хладагента. В качестве хладагента применяется аммиак. Роль абсорбента (поглотителя) выполняет аммиачный раствор на водной основе.
Схема работы абсорбционного устройства
В охлаждающую систему аппарата добавляются водород и хромат натрия. Водород предназначен для регулирования давления системы. Хромат натрия защищает внутренние стенки трубок от коррозии.
А знаете ли Вы, что старые советские холодильники в качестве охлаждающей смеси используют фреон R12 на основе хлора. Главным недостатком является его разрушительное действие на озоновый слой Земли.
При подключении к сети питания в генераторе-кипятильнике происходит нагрев рабочей жидкости. Рабочей смесью выступает водный раствор аммиака. Раствор аммиака находится в специальном резервуаре.
Нагрев хладагента приводит к испарению аммиака. Пары аммиака поступают в конденсатор. Здесь аммиак конденсируется и превращается в жидкость.
Сжиженный аммиак поступает в испаритель. Отсюда жидкий аммиак смешивается с водородом. Разность давлений двух веществ приводит к испарению аммиака. Процесс испарения сопровождается выделением тепла и охлаждением аммиака до -4° С. Вместе с аммиаком происходит охлаждение испарителя.
Охлажденный испаритель забирает тепло окружающего пространства. После испарения аммиак поступает в адсорбер. В адсорбере находится чистая вода. Здесь аммиак смешивается с водой. Аммиачный раствор поступает в резервуар. Раствор аммиака из резервуара поступает в генератор-кипятильник и замкнутый цикл повторяется.
В качестве заменителя аммиака могут использоваться водные растворы ацетона, бромистого лития, ацетилена.
Достоинством абсорбционных приборов является бесшумность работы агрегатов.
Принцип работы саморазмораживающегося холодильника
Процесс разморозки в установках с саморазмораживающейся системой происходит автоматически.
Существуют два типа саморазмораживающихся систем:
- Капельная.
- Ветреная (No frost).
В аппаратах с капельной системой испаритель находится на задней стенке аппарата. Во время работы аппарата на задней стенке образуется иней. При оттаивании иней стекает по специальным желобам в нижнюю часть прибора. Нагретый до высокой температуры компрессор испаряет жидкость.
В установках с ветряной системой холодный воздух от испарителя на задней стенке задувается специальным вентилятором внутрь корпуса. Во время цикла оттаивания иней стекает по желобкам в специальное отверстие.
Промышленные холодильники
Промышленные аппараты отличаются от бытовых устройств мощностью установки и размерами охлаждающих камер. Мощность двигателя оборудования достигает нескольких десятков киловатт. Рабочая температура морозильных камер находится в диапазоне от + 5 до – 50° C.
А знаете ли Вы, что самый большой промышленный холодильник занимает 24 км2 площади. Находится этого гигант в Женеве (Швейцария) и служит для научных целей при работе адронного коллайдера.
Промышленные установки предназначены для охлаждения и глубокой заморозки большого количества продуктов. Объем морозильных камер составляет от 5 до 5000 тонн. Используются на заготовительных и перерабатывающих предприятиях.
Принцип работы инверторного холодильника
Инверторные компрессоры предназначены для аккумуляции и преобразования постоянного тока в переменный ток с напряжением 220 В. Принцип работы основан на возможности плавного регулирования оборотов вала двигателя.
Устройство инверторного двигателя
При включении инвертор быстро набирает необходимое число оборотов для создания необходимой температуры внутри корпуса. На момент достижения заданных параметров устройство переходит в режим ожидания. Как только температура внутри корпуса повышается, срабатывает датчик температуры и скорость оборотов двигателя увеличивается.
Устройство термостата холодильника
Терморегулятор предназначен для поддержания заданной температуры внутри системы. Устройство герметично впаяно с одного конца капиллярной трубки. Другим концом капиллярная трубка подсоединяется к испарителю.
Основным элементом устройства терморегулятора любого холодильника является термореле. Конструкция термореле состоит сильфона и силового рычага.
Устройство терморегулятора
Сильфоном называют гофрированную пружину, в кольцах которой находится фреон. В зависимости от температуры фреона, пружина сжимается или растягивается. При понижении температуры хладагента пружина сжимается.
А знаете ли Вы, что современные бытовые холодильники используют фреон R600a на основе изобутана. Этот хладагент не разрушает озоновый слой планеты и не вызывает парниковый эффект.
Под воздействием сжатия рычаг замыкает контакты и подключает компрессор к работе. При повышении температуры происходит растягивание пружины. Силовой рычаг размыкает цепь и мотор выключается.
Холодильник без электричества – правда или вымысел?
Житель Нигерии Мохаммед Ба Абба в 2003 году получил патент на холодильник без электричества. Устройство представляет собой глиняные горшки разной величины. Сосуды сложены друг в друга по принципу русской «матрешки».
Холодильник без электричества
Пространство между горшками заполняют влажным песком. В качестве крышки используется влажная ткань. Под действием жаркого воздуха влага из песка испаряется. Испарение воды приводит к снижению температуры внутри сосудов. Это позволяет длительное время хранить продукты на жарком климате без использования электроэнергии.
Знание устройства и принципа работы холодильника позволит выполнить несложный ремонт устройства своими руками. Если система настроена правильно, значит прибор будет работать долгие годы. При более сложных неисправностях следует обратиться к специалистам сервисных центров.
