Основной принцип работы холодильника бытового

Основываясь на научных принципах, узнаете основной принцип работы холодильника бытового базовой модели. Кратко коснёмся этой темы, поскольку при выборе той или иной модели принцип работы холодильника играет второстепенную роль. Почти все бытовые холодильники компрессионного типа.

С чем сравнить бытовой холодильник?

Легко увидеть «принцип работы холодильника» в действии. Когда-нибудь плавали в море или бассейне? Когда выходите из воды и ложитесь на шезлонг, начинаете дрожать, даже если это + 30 °C! Это происходит потому, что, когда вода испаряется с кожи, то отводит тепло от тела и вызывает чувство холода. Тот же принцип, что и в холодильнике.

Давайте возьмём другой пример: лизните тыльную сторону ладони и ударьте по ней. Ладонь будет холоднее, и это показывает, что охлаждение является результатом испарения. Процесс такой же, как и в холодильнике: холодильник не всасывает холодный воздух снаружи, но забирает и отводит тепло от продуктов, хранящихся в охлаждаемом объёме. Вот почему задняя часть (конденсатор) горячая!

Принцип работы холодильника прост. Охлаждайте непрерывно воздух вокруг объекта. Чтобы понять, как работает холодильное устройство, возьмём сравнение с человеческим телом: когда потеем, пот вызывает испарение, потому что потребляет калории на коже. У прибора для охлаждения аналогично: жидкость испаряется и поглощает тепло внутри холодильного шкафа.

Если дверь открывается часто или ставится горячая посуда, прибор запускается чаще, чтобы восстановить первоначальный баланс. Тогда домашний ледник потребляет больше энергии. Также важно регулярно размораживать холодильничек: слой льда толщиной 2 мм увеличивает потребление электроэнергии на 10%, так как лёд предотвращает теплообмен.

Вопреки распространённому мнению, холодильник не «делает» холод, а забирает тепло внутри холодильного объёма. Это основной принцип работы холодильника.

Принцип работы холодильника однокамерного с компрессором

Базовый состав бытовой холодильной машины

Узнайте основы охлаждения, компоненты домашней фабрики холода и, что происходит с хладагентом, когда проходит через систему охлаждения.

Чтобы сохранить пищу свежей, нужна низкая температуре, чтобы снизить скорость размножения вредных бактерий. Работа холодильного аппарата заключается в передаче тепла изнутри наружу.

В современных компрессорных моделей принцип работы холодильника такой:

1. Компрессор сжимает газ холодильного агента, который в результате нагревается.
2. Внутри конденсатора (чёрные витки на задней стенке шкафа) этот газ конденсируется, а тепло рассеивается наружу.
3. Остаётся жидкость под высоким давлением, которая проходит через расширительный клапан или капиллярную трубку, чтобы снизить давление и регулировать поток в испаритель.
4. Внутри испарителя жидкий хладагент низкого давления поглощает тепло из охлаждаемого пространства и превращается в газ низкого давления, который поступает в нагнетательное устройство.

В циркулирующем воздухе содержится влага, поэтому при контакте воздуха с холодной катушкой испарителя будет конденсироваться и образовывать изморозь вокруг катушки. Способ решить эту проблему ― иногда удалять наледь с помощью нагревательного элемента. Вот почему появляется вода на дне шкафа для холода.

В современных холодильничках используют компактный конденсатор. Это компактное расположение обеспечивается охлаждающим вентилятором, который выталкивает горячий воздух наружу.

Если внимательно проанализируем процесс, то увидим, что вовлечены следующие такие элементы бытового холодильника: компрессор, конденсатор, испаритель, фильтр-осушитель, капиллярная трубка, термостат.

Об устройстве компрессионного холодильника узнаете в этом видео:

Компрессор

Компрессор — это «сердце» холодильника. Его функция заключается в циркуляции химического состава для охлаждения по системе и добавлении давления к нагретой части контура для нагрева хладагента. Это похоже на то, когда закачиваете воздух в колесо велосипеда, то ощущаете увеличение тепла в насосе, когда сжимаете воздух.

Стандартные компрессорные устройства в процессе производства были улучшены, а при высоком качестве срок службы составляет 20-30 лет. Итак, первый шаг ― поднять давление. Для этой цели используется компрессор.

Нагнетательное устройство всасывает испарённый хладагент через клапан из испарителя, сжимает и поднимет давление до исходного значения. Используется поршневой нагнетатель. Вместе с давлением, температура также увеличивается. Это неизбежно. Рабочее вещество в конце сжатия — это газ высокого давления.

Повышение температуры создаёт требуемую разницу температур между конденсатором и окружающим воздухом. Это является условием для теплопередачи тепла паров хладагента через конденсатор в окружающий воздух.

В поршневых компрессорах вращательное движение двигателя преобразуется в линейное движение с помощью коленчатого вала. Линейные нагнетатели работают без коленчатого вала, потому что двигатель движется линейно. Из-за трения теряется 20% энергии в линейном устройстве. Линейные компрессоры требовательны к напряжению в сети.

Фирма LG рекламирует линейные модели и применяет в бытовом леднике. Принцип действия также заключается в сжатии хладоносителя. Электромагнит линейного устройства притягивает пластину, к которой крепится поршень. Хладоноситель сжимается при движении поршня.

Холодильник с инверторным компрессором

Поршневые компрессоры чаще устанавливаются в бытовых устройствах для охлаждения. Стандартный нагнетатель включается при повышении температуры, а затем выключается в ожидании следующего цикла.

Также применяются компрессоры VCC (с переменной производительностью), которые работают с четырьмя фиксированными скоростями в зависимости от потребности холодильной установки.

Уровень скорости контролируется электроникой через инвертор. Обычные компрессоры имеют двигатель с фиксированной скоростью около 2800 об/мин. Компрессорная технология VCC экономит 20-30% энергии.

Напряжение не подаётся напрямую на компрессор, а через инвертор, который преобразует напряжение сети, стабилизирует и позволяет управлять компрессором путём изменения напряжения. У обычного поршневого устройства скорость управляется устройством, основанным на современных микропроцессорах.

Инверторные компрессоры работают надёжно. Нагнетатель испытывает нагрузку при пуске (пиковые нагрузки, кратковременное увеличение энергопотребления в десять раз), поскольку сжимает рабочее вещество через систему и переходит в рабочий режим.

Компрессор с инвертором не выключается. У него снижается скорость вращения вала, поддерживая циркуляцию хладагента в системе. Это приводит к экономии энергии. Срок службы так же, как и стандартного нагнетателя, составляет 20-30 лет.

Конденсатор

Конденсатор расположен в задней части холодильника и часто в пыли. Внутри хладагент охлаждается и конденсируется. Это означает, что снова превращается из газа в жидкость.

Конденсатор выделяет тепло в окружающую среду, пар превращается в жидкость, и температура достигает нормального уровня. Теперь хладагент вернулся к первоначальному состоянию, чтобы снова пройти через дросселирующее устройство.

Повторяя цикл снова и снова, получаем эффект охлаждения. Цикл холодильной установки называют паровым циклом сжатия. Газообразный химический состав для охлаждения, который находится под высоким давлением и повышенной температурой, выходит из цилиндра компрессора через нагнетательный клапан и поступает в конденсатор.

Конденсатор состоит из оребрённых труб из листового металла для увеличения поверхности отдачи тепла в окружающую среду. Давление и температура конденсации поддерживаются постоянными.

В некоторых морозильниках конденсатор запенивают на задней стенке или частично на боковой стенке, или на двух боковых стенках. Конденсатор также располагают под агрегатом и динамически вентилируют с помощью вентилятора, чтобы создать эффективную систему охлаждения.

Таким образом конденсатор служит для обогрева боковых стенок, образование конденсата нет. Поэтому бытовой холодильник тогда размещают ближе к стене, а также в нише. Конденсатор имеет большую площадь теплоотдачи. Существует статическое и динамическое (встроен вентилятор) охлаждение конденсатора.

Испаритель

В испарителе жидкий и холодный хладоноситель испаряется при низком давлении и превращается в пар во время поглощения тепла. Происходит изменение фазы холодильного агента, температура не увеличивается. Чтобы хладоноситель в испарителе испарялся при поглощении тепла, полученная газообразная смесь транспортируется дальше.

Испаритель находится внутри холодильного корпуса или морозильника и отвечает за сохранение хранящихся продуктов в холодном состоянии. Испаритель создаёт среду, позволяющую сохранить продукты.

Испарители изготавливают в различных вариантах: плоский, угловой, U-испаритель, компактный или испаритель с круглым витком.

Плоский встроенный испаритель частично запенен в задней стенке холодильника. Угловой испаритель окружает дно и заднюю стенку испарительного отсека или нижний ящик морозильной камеры. U-испаритель чаще устанавливают в морозильной камере.

Компактный испаритель применяется при охлаждении циркулирующим воздухом (без замерзания). Такую конструкцию располагают между задней внутренней поверхностью и наружной.

Применяется также обёртывание трубой с хладоносителем вокруг морозильной камеры. Это обеспечивает меньшее размораживание, равномерную температуру, лёгкую очистку.

Фильтр-осушитель

Фильтр-осушитель используется для удаления влаги, которая попадает в компрессор. Поскольку сушильный картридж расположен непосредственно перед корпусом дросселя (капиллярная трубка), то предотвращает попадание влаги в корпус дросселя. Таким образом исключается замерзание влаги и засорение капиллярной трубки.

Функцию удаления влаги в хладагенте обеспечивает сушильный картридж. Когда устройство впервые вводится в эксплуатацию, осушитель, присутствующий в сушильном картридже, связывает влагу, которая поступает в контур химического состава для охлаждения при заполнении.

Капиллярная трубка

Сжиженное в конденсаторе рабочее вещество проходит в испаритель через корпус дросселя ― трубку с маленьким диаметром (капиллярная трубка). После капиллярной трубки давление падает, так что жидкий хладагент снова испаряется, поглощая тепло в испарителе. Цикл хладагента начинается снова.

Капиллярная трубка представляет собой тонкий трубчатый элемент, который служит в качестве сужающего устройства. Охлаждённая в конденсаторе жидкость проходит через капиллярную трубку и распыляется в среде низкого давления испарителя.

При использовании явления дросселирования получается холодная жидкость. Дросселирующее устройство препятствует потоку, поэтому при прохождении жидкости через дроссель возникает большой перепад давления.

Когда давление падает, температура кипения жидкости падает. Это падение ощутимо, когда проверяете температуру на устройстве дросселирования. Если капиллярная трубка забита, то начнёт обмерзать, прохода нет.

Термостат

Термостат контролирует процесс охлаждения и температуру, включая и выключая нагнетатель. Когда датчик обнаружит, что внутри холодильного объёма холодно, то выключит компрессор. Наоборот, если обнаруживает лишнее тепло, то включит компрессорное устройство и охлаждение.

Баллончик (датчик) и система термостата наполнены газом или жидким хладагентом. Датчик термостата закреплён на внутренней части холодильника или в морозильной камере, чтобы зафиксировать изменение температуры, которое управляется термостатом.

Термостат имеет две контактные электрические линии, которые соединены в электросхеме компрессора. Когда температура внутри холодильника достигает максимума, который установлен на термостате, то термостат размыкает электрическую цепь питания компрессора и прекращает работу.

Когда температура внутри холодильника поднимается на несколько градусов, то термостат замыкает контакты и компрессор снова запускается. Так постоянно сохраняется температура внутри домашней фабрики холода. В холодильнике с двумя компрессорами установлены два термостата: один для общего холодильного отделения, другой для морозильной камеры.

Холодильный цикл и принцип работы холодильника. (видео)

Основной принцип работы холодильника бытового

Холодильники работают, заставляя циркулирующее внутри рабочее вещество переходить из жидкого состояния в газообразное. Этот процесс, известный как «испарение», охлаждает окружающую область и даёт желаемый эффект. Проверьте этот процесс на коже, нанеся одну или две капли алкоголя на кожу. При испарении алкоголя ощущаете холод. Такой же основной принцип работы холодильника, который обеспечивает хранение продуктов.

Чтобы начать испарение и трансформировать хладоноситель из жидкости в газ, необходимо уменьшить давление хладагента через выход, известный как «капиллярная трубка». Эффект похож на тот, который возникает при использовании аэрозоля, такого как лак для волос.

Выходное отверстие баллона будет действовать как капиллярная трубка, а открытое пространство будет испарителем. Когда содержимое выбрасывается в открытое пространство под низким давлением, то превращается из жидкости в газ.

Чтобы поддерживать работу холодильной установки, необходимо, чтобы газообразный хладагент восстановил жидкое состояние. Поэтому газ снова сжимают при высоком давлении и температуре. Для этого компрессор вступает в игру. Компрессор обеспечивает эффект, подобный эффекту велосипедного насоса. Велосипедист может оценить, как тепло накапливается в насосе при прокачке и сжатии воздуха.

Если компрессор хорошо выполнил работу, то газ будет горячим и под высоким давлением. Затем газ охлаждается в конденсаторе, который установлен на задней части холодильного шкафа, чтобы использовать окружающий воздух в качестве охлаждающей среды. Когда газ остывает внутри конденсатора под высоким давлением, то снова становится жидким.

Затем жидкость после дросселирования возвращается в испаритель, где процесс начинается снова. Жидкость сначала поступает в испаритель, молекулы хладагента рассеиваются, и жидкость становится газообразной. Холодный газ (-40 °C) стремится согреться, поглощая тепло внутри холодильного пространства.

Затем газ снова сжимается в компрессоре и охлаждается в конденсаторе (змеевик снаружи), где выделяет накопленное тепло. Жидкость очищается от загрязнений, которые собрала, и осушается в фильтре-осушителе.

Основной принцип работы холодильника. Схема

Хладагенты

Многие считают, что хладагент — это жидкость, которая в больших количествах циркулирует в холодильнике. Это не так! Холодильный агент — это газ, и в системе охлаждения находится только 20-65 грамм в зависимости от модели.

Для достижения необходимых температур для охлаждения и замораживания, пища и внутренняя часть холодильника не должны нагреваться. Для этого используется свойство жидкостей, которые испаряются под воздействием тепла и переходят в газообразное состояние.

Жидкости, используемые в холодильниках и морозильниках, испаряются при низких температурах и называются «хладагентами». Используются фторуглероды, углеводороды и аммиак. Хладагент циркулирует в закрытой системе труб. Существует два варианта охлаждения в холодильниках и морозильниках: система сжатия и система абсорбции.

Рабочее вещество ледника соответствует нескольким условиям: испаряется при давлении выше атмосферного и при температуре ниже 0 °C. Хладагент также должен быть химически стабильным, невоспламеняющимся, нетоксичным и дешёвым.

Хладагенты использовались в первых холодильниках. С 18-го века Уильяму Каллену удавалось производить лёд с этиловым эфиром, который испаряется в 25 раз быстрее воды. Немецкий инженер Карл Фон Линде применил в 1876 году аммиак.

Аммиак идеален, потому что требуется мало энергии для снижения тепла, которым обменивается с окружающей средой без изменения фазы. Аммиак также токсичен и запрещён в домашних холодильниках ещё в 1930-х годах.

Затем аммиак заменяется фреоном, газом семейства ХФУ (хлорфторуглеродов). Но этот газ вызывает разрушение озонового слоя. В 1987 году 180 стран подписали Монреальский протокол, запретив использование хлорфторуглеродов.

С тех пор фреоны заменили углеводороды: изобутан или гидрофторуглероды (ГФУ), безопасные для озонового слоя, но мощные парниковые газы.

Современный хладагент бытового холодильничка ― газ изобутан (R-600a). Химический состав для охлаждения перемещается компрессором, который сжимает газ, заставляя нагреваться. Тепло отводится наружному воздуху на холодной стороне холодильной установки. Хотя газ изобутан не является углеродно-нейтральным, но является экологичным из используемых на сегодняшний день хладагентов.

Использованные материалы

1. Большая Советская Энциклопедия: Третье издание — главный редактор академик А.М. Прохоров. Холодильник домашний — статья.
2. Холодильник домашний.
3. Википедия. Холодильник. https://ru.wikipedia.org/wiki/Холодильник
4. Жертвы холодильной войны, https://www.kommersant.ru/doc/809042
5. Холодильные установки. Учебник для студентов вузов. Курылев Е.С., Оносовский В. В., Румянцев Ю. Д. — 3-е изд., СПб.: Политехника, 2007 г. — 576 с.
6. Современные энергоэффективные системы холодоснабжения. http://promholod.land-group.ru/gruppa-kompanij-lend/novosti/i/289/
7. Научно-технический и информационно-аналитический журнал “Холодильная техника”, N1-2, 2020 г., Москва, ООО «Вива-Стар», http://www.holodteh.ru

Автор: Королёв Сергей