Схема и принцип работы различных холодильников

Наличие холодильника стало неотъемлемым аспектом современной жизни, поскольку он обеспечивает домашний уют. Этот бытовой прибор играет важнейшую роль в обеспечении длительного хранения скоропортящихся продуктов. Примечательно, что, согласно исследованиям, в среднем каждый член семьи открывает дверцу холодильника до 40 раз в день. Удивительно, но мы часто не замечаем, как хитроумно устроен этот предмет быта.

В этой статье мы подробно рассмотрим внутренние механизмы и принципы работы различных типов холодильников.

Как устроен холодильник

Каждый современный холодильник состоит из нескольких важнейших компонентов:

1. Мотор.
2. Конденсатор.
3. Испаритель.
4. Капиллярная трубка.
5. Осушающий фильтр.
6. Dokipitel.

Принципиальная схема холодильника

Электродвигатель

Бытовой прибор приводится в движение двигателем, который отвечает за циркуляцию охлаждающей жидкости (фреона) по трубам.

Двигатель состоит из двух основных узлов:

• Электродвигатель
• Компрессор

Электродвигатель преобразует электрический ток в механическую энергию с помощью двух своих компонентов — ротора и статора. Статор состоит из нескольких медных катушек, а ротор имеет форму стального вала. Ротор соединен с поршневой системой двигателя.

Когда двигатель подключен к источнику питания, в его катушках возникает электромагнитная индукция, которая создает крутящий момент. Ротор начинает вращаться под действием центробежной силы.

Знаете ли вы, что на холодильник приходится 10 % общего потребления электроэнергии?? Если оставить дверцу аппарата открытой, расход электроэнергии увеличивается в несколько раз.

При вращении ротора электродвигателя поршень движется по прямой линии. Передняя стенка поршня сжимает и разжимает рабочую жидкость до рабочего состояния.

Расположение электродвигателя чиллера

В современных холодильниках двигатель может находиться внутри компрессора. Такая конфигурация предотвращает самопроизвольный выход газа.

Для минимизации вибрации двигатель устанавливается на металлическую подвеску, оснащенную пружинами. Пружины могут располагаться снаружи или внутри чиллера. В более современных моделях пружины расположены внутри корпуса мотора, что эффективно гасит вибрации во время работы.

Конденсатор

Это предмет, представляющий собой гибкий трубопровод, диаметр которого составляет не более 5 миллиметров. Его назначение — рассеивать тепло от используемой жидкости в окружающую среду. Расположение конденсатора можно найти на внешней стороне устройства.

Испаритель

Система состоит из сети тонких труб. Его назначение — превращать рабочее вещество в пар и снижать температуру близлежащего пространства. Трубы могут располагаться как внутри, так и снаружи морозильной камеры.

Капиллярная трубка

Назначение этого элемента — снижение давления газа. С размером от 1.От 5 до 3 миллиметров в диаметре, располагается между испарителем и конденсатором.

Фильтр-осушитель

Созданный с целью удаления влаги из рабочего газа, этот прибор имеет форму медной трубки диаметром от 10 до 20 миллиметров. Концы трубки вытягиваются и надежно прикрепляются к капиллярной трубке и конденсатору.

Пожалуйста, будьте осторожны. Фильтр-осушитель работает по одностороннему принципу и не предназначен для работы в обратном направлении. Неправильная установка фильтра может привести к неисправности устройства.

Внутри трубки находится цеолит — минеральный наполнитель, известный своей высокопористой структурой. На каждом конце трубки имеются защитные сетки.

Со стороны конденсатора установлена металлическая сетка с размером ячеек до 2 мм. Со стороны капиллярной трубки используется синтетическая сетка с размером ячеек в пределах десятых долей миллиметра.

Dokipitel

Это контейнер, изготовленный из металла. Он устанавливается на участке между испарителем и входом в компрессор. Его основная функция — эффективно повышать температуру фреона до точки кипения и облегчать процесс испарения.

Кроме того, он служит защитным барьером для мотора от возможного попадания жидкости внутрь. Наличие рабочей жидкости в моторе может привести к неисправностям и помешать его работе.

Как работает холодильник

Фундаментальный принцип работы любого холодильника основан на двух ключевых процессах:

1. Выброс тепловой энергии из прибора в окружающую среду.
2. Концентрация холода внутри самого устройства.

Для извлечения тепла используется хладагент, известный как фреон. Фреон — это газ, состоящий из этана, фтора и хлора. Он обладает уникальной способностью переходить из газообразного в жидкое состояние, причем это превращение происходит в результате изменения давления.

Система охлаждения работает следующим образом: компрессор всасывает фреон, который затем проходит через электродвигатель. Этот мотор содержит поршень, который сжимает газ при движении.

Принцип работы холодильника показан на рисунке.

Процесс сжатия газа в холодильнике состоит из двух этапов. На первом этапе поршень движется в обратном направлении, вызывая открытие впускного клапана. Это позволит обеспечить поступление фреона в газовую камеру.

На втором этапе поршень движется в противоположном направлении, что приводит к сжатию газа. Сжатый фреон давит на пластину выпускного клапана, вызывая повышение давления в камере. Повышение давления приводит к нагреву газа до температуры 100°C. В конце концов, открывается выпускной клапан, позволяя газу выходить наружу.

Затем нагретый фреон проходит через внешний теплообменник, также известный как конденсатор. Проходя через конденсатор, фреон отдает тепло в окружающую среду. К концу конденсатора температура газа падает до 55°C.

Знаете ли вы, что диоксид серы использовался в качестве хладагента в первых холодильниках?? Эти приборы представляли значительный риск из-за высокой вероятности разгерметизации системы.

В процессе теплообмена газ подвергается конденсации, в результате чего фреон переходит из газообразного состояния в жидкое.

Из конденсатора жидкий фреон попадает в фильтр-осушитель, где специальный сорбент поглощает влагу. После этого газообразный фреон проходит через капиллярную трубку.

Капиллярная трубка служит в качестве препятствия. На входе в трубку давление газа снижается, в результате чего хладагент переходит в жидкое состояние. Оттуда фреон вытекает из капиллярной трубки и попадает в испаритель. По мере снижения давления фреон испаряется, что приводит к падению давления и температуры газа. При достижении испарителем температуры фреона -23°C.

Затем фреон проходит через теплообменник, расположенный внутри холодильной камеры. По мере охлаждения газа он поглощает тепло с внутренней поверхности трубок испарителя. Выделение тепла эффективно охлаждает внутреннее пространство холодильной камеры.

После испарителя фреон попадает в компрессор, что запускает повторный цикл работы замкнутой системы.

Основные типы систем охлаждения

Существует несколько типов холодильников по принципу действия:

• Компрессионные холодильники;
• Адсорбционные холодильники;
• Термоэлектрические холодильники;
• Холодильники с паровым эжектором.

В компрессионных холодильниках движение хладагента происходит за счет изменения давления в системе. Компрессор отвечает за регулирование давления рабочей жидкости. Компрессионные холодильные системы — наиболее часто используемый тип охлаждающих устройств.

В адсорбционных холодильниках движение хладагента происходит за счет нагрева от системы отопления. В качестве рабочей смеси обычно используется аммиак. Однако эти системы устарели и больше не производятся из-за высокого риска для безопасности и сложности обслуживания.

Знаете ли вы, что первый в истории холодильник был создан американской компанией General Electric в 1911 году? Этот ранний прибор был построен из дерева, а в качестве хладагента использовался диоксид серы.

Термоэлектрические холодильники работают за счет поглощения тепла при взаимодействии двух проводников при прохождении через них электрического тока. Этот процесс известен как эффект Пельтье. Такие холодильники отличаются высокой надежностью и долговечностью, но они, как правило, дороги из-за стоимости полупроводниковых систем.

В пароэжекторных системах в качестве рабочей жидкости используется вода. Эжектор выступает в качестве движущей силы, а испаритель отвечает за поступление рабочей жидкости. В данном случае жидкость подвергается кипению с образованием водяного пара, что приводит к значительному снижению температуры при выделении тепла.

Охлажденная вода используется для охлаждения продуктов. Водяной пар выводится с помощью эжектора в конденсатор. В конденсаторе водяной пар охлаждается, превращается в конденсат и затем возвращается в испаритель. Система эжекционных паров обладает такими преимуществами, как простота, безопасность и экологичность. Однако недостатком этой системы является значительный расход воды и электроэнергии на нагрев.

Принцип работы абсорбционных холодильников

Работа абсорбционных установок основана на циркуляции и испарении жидкого хладагента. В качестве хладагента в данном случае выступает аммиак. Раствор аммиака, состоящий преимущественно из воды, служит абсорбентом (поглотителем) в данном процессе.

Схема абсорбционного устройства

В систему охлаждения аппарата подается водород и хромат натрия. Водород используется для регулирования давления в системе, а хромат натрия служит защитным слоем для внутренних стенок трубок, предотвращая коррозию.

Знаете ли вы, что в старых советских холодильниках в качестве охлаждающей смеси использовался фреон R12, содержащий хлор? К сожалению, это оказало пагубное влияние на озоновый слой Земли.

При подключении к электросети генератор-котел нагревает рабочую жидкость, которая представляет собой водный раствор аммиака. Раствор аммиака хранится в специализированном резервуаре.

В процессе нагрева происходит испарение хладагента, что приводит к образованию паров аммиака. Затем этот пар поступает в конденсатор, где подвергается конденсации и снова переходит в жидкое состояние.

В испаритель поступает сжиженный аммиак, который соединяется с водородом. Аммиак испаряется из-за разницы давлений между двумя веществами. Процесс испарения также сопровождается выделением тепла и охлаждением аммиака до температуры -4°C. Одновременно происходит охлаждение самого испарителя.

Забирая тепло из окружающей среды, охлажденный испаритель эффективно охлаждает окружающее пространство. После испарения аммиак поступает в адсорбер. В адсорбере аммиак смешивается с чистой водой. Полученный аммиачный раствор направляется в бак. Из резервуара аммиачный раствор поступает в кипятильник, где снова начинается замкнутый цикл.

Вместо аммиака можно использовать другие вещества, например водные растворы ацетона, бромистого лития или ацетилена. Эти вещества могут выполнять ту же функцию, что и аммиак в системе.

Одним из преимуществ абсорбционных устройств является то, что они работают бесшумно, что делает их предпочтительным выбором для различных областей применения.

Принцип работы саморазмораживающегося холодильника

Процесс размораживания в приборах с системой саморазмораживания происходит автоматически.

Существует два типа систем саморазмораживания:

1. Капельная система.
2. Система, управляемая ветром (также известная как система No frost).

В приборах с капельной системой испаритель расположен на задней стенке прибора. По мере работы прибора на задней стенке начинает образовываться иней. В процессе размораживания иней тает и стекает по специальным желобам в нижнюю часть прибора. Жидкость испаряется компрессором, нагретым до высокой температуры.

В приборах с ветровой системой холодный воздух из испарителя на задней стенке нагнетается внутрь шкафа с помощью специального вентилятора. В процессе размораживания иней стекает по желобкам и попадает в специальное отверстие.

Промышленные холодильники

Промышленные устройства различаются по мощности установки и размеру холодильной камеры. Мощность двигателя оборудования может достигать десятков киловатт, а морозильные камеры работают при температуре от +5 до -50°C.

Знаете ли вы, что площадь самого большого промышленного холодильника составляет 24 км2? Этот колоссальный холодильник находится в Женеве, Швейцария, и служит для научных целей на Адронном коллайдере.

Промышленные агрегаты предназначены для охлаждения и замораживания большого количества продуктов. Объем морозильных камер может составлять от 5 до 5000 тонн, они используются на заготовительных и перерабатывающих предприятиях.

Принцип работы инверторного холодильника

Основное назначение инверторных компрессоров — сбор и преобразование постоянного тока в переменный, в частности, с напряжением 220 В. Это достигается благодаря точному контролю скорости вращения вала двигателя, что обеспечивает плавное регулирование.

Устройство инверторного двигателя

После включения инвертора он быстро набирает обороты для достижения необходимой температуры в корпусе. При достижении заданных параметров устройство переходит в режим ожидания. Как только температура внутри корпуса начинает повышаться, срабатывает датчик температуры и увеличивается скорость вращения двигателя.

Термостат для холодильника

Термостат предназначен для регулирования и поддержания необходимой температуры внутри системы. На одном конце капиллярной трубки устройство надежно запечатано, а другой конец подключен к испарителю.

Основным компонентом устройства контроля температуры холодильника является тепловое реле. Конструкция теплового реле состоит из сильфона и силового рычага.

Сильфон представляет собой гибкую пружину, внутри колец которой находится хладагент, например фреон. В зависимости от температуры хладагента пружина либо сжимается, либо растягивается. Когда температура хладагента снижается, пружина сжимается.

Знаете ли вы, что в современных бытовых холодильниках используется фреон R600a, основанный на изобутане? Этот хладагент безопасен для окружающей среды, поскольку не разрушает озоновый слой и не способствует возникновению парникового эффекта.

При подаче давления рычаг перемещается и устанавливает связь между компрессором и источником питания. При повышении температуры пружина удлиняется. Затем рычаг отключает цепь, в результате чего двигатель выключается.

Холодильник без электричества — правда или вымысел?

В 2003 году житель Нигерии по имени Мохаммед Ба Абба получил патент на холодильник, работающий без электричества. В конструкции этого уникального устройства используются глиняные горшки разного размера, которые ловко складываются друг на друга, напоминая русские матрешки.

Холодильник, работающий без электричества

Инновационная технология сохранения свежести продуктов в жарком климате была разработана с помощью простого метода. Если заполнить пространство между горшками влажным песком и накрыть их влажной тканью, испарение влаги из песка снижает температуру внутри сосудов. Эффект естественного охлаждения позволяет хранить продукты в течение длительного времени без использования электричества.

Понимание конструкции и принципов работы холодильника позволяет самостоятельно выполнять базовый ремонт. При правильной настройке прибор может эффективно работать в течение многих лет. Однако при более сложных проблемах рекомендуется обращаться за помощью к профессионалам в сервисные центры.