Технические секреты: как устроены внутри современные холодильники?

Виды бытовых холодильников

По своему количеству камер холодильники делятся на:

• Однокамерные;
• Двухкамерные;
• Многокамерные (три и более камер).

Также холодильник может иметь разное количество компрессоров. В обычных аппаратах используется один, но в некоторых моделях бывают два компрессора. От их количества и мощности зависит потребление электроэнергии холодильником.

Однокамерные холодильники

Это наиболее простой аппарат. Чаще в нем только одна камера для хранения продуктов, в которой поддерживается постоянная температура. Но существуют варианты с двумя отделениями – обычным и морозилкой.

Однокамерный холодильник имеет один испаритель. Более низкая температура в морозильной камере обеспечивается тем, что фреон сначала проходит через нее и немного нагревается. После этого он попадает в основной отсек.

Двухкамерные холодильники

В таких агрегатах есть обычная камера, отделенная от морозильной. Их отличие от однокамерных в том, что в каждом отсеке установлен свой испаритель. Это позволяет точно регулировать и поддерживать температурный режим. Двухкамерный холодильник может быть оснащен одним или двумя компрессорами.

Многокамерные холодильники

Такие модели довольно дороги и могут быть трех-, четырех- и пятикамерными. Как и в двухкамерных, в них есть морозильный отсек с минусовой температурой и обычный. Но в дополнение к ним есть отдельные отделения.

В многокамерных холодильниках есть нулевой отсек или зона свежести. В них поддерживается отдельный температурный режим. Чаще всего это 0…+1 градуса. В трехкамерных такой отсек один, в четырехкамерных – два, в пятикамерных – три.

Каждая зона свежести предназначена для хранения определенных продуктов. Например:

• Рыбы;
• Овощей и фруктов;
• Мясных продуктов.

Описание процесса охлаждения

Устройства, из которых состоит холодильник, известны. Теперь будет представлена схема их взаимодействия, чтобы охладить внутреннюю среду.

Работа простого холодильника без дополнительных устройств вроде системы NoFrost построена следующим образом:

1. При помощи мотор-компрессора хладагент или фреон в газообразном состоянии высасывается из испарителя. Компрессор сжимает газ и через фильтрующий элемент выталкивает его в конденсатор.
2. В результате сжатия жидкий фреон нагревается. В конденсаторе он остывает до комнатной температуры и переходит в жидкое состояние.
3. Хладагент в жидком состоянии находится под давлением, которое создаёт компрессор. Из конденсатора жидкий фреон попадает через капилляр в испаритель. Там агрегатное состояние меняется обратно на газообразное. Но для перехода в газ фреону требуется тепло. Оно отнимается у стенок внутренней полости холодильника. В результате пространство охлаждается, а фреон становится газообразным.
4. Процесс длится до того момента, пока в испарителе не будет достигнута предварительно заданная терморегулятором температура. Как только она будет достигнута, терморегулятор выключит электрическую цепь, и компрессор прекратит работу.
5. Спустя некоторое время внутри холодильника температура начнёт расти, поскольку охлаждение будет отсутствовать. Однако терморегулятор замкнёт контакты, и пусковое реле включит электродвигатель компрессора. Цикл повторится заново.

Как видно, процесс работы холодильника построен на переходе охлаждающей жидкости (фреона или хладагента) из жидкого состояния в газообразное. Чтобы превратиться в пар, фреону требуется тепло. Это тепло он отнимает во внутреннем пространстве камер холодильника. Чтобы автоматизировать процесс, в холодильнике используется автоматическое оборудование для терморегулирования и включения/выключения электромотора.

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

Как работает холодильник

Начнем обсуждение принципов работы холодильника компрессором. Сердце! Главное здесь. Мотор холодильника обычно стоит асинхронный, поэтому для работы часто требуется пускозащитное реле. В обязанности устройства входит подключение пусковой обмотки, только на время старта. Нагревается внутренняя биметаллическая пластина, конденсатор отключается от пусковой обмотки, функционирует единственно рабочая. По схожей системе работает защита против перегрева: двигатель холодильника работает слишком долго, тепловой эффект тока разгибает очередную биметаллическую пластину, рвущую контакт, давая обмоткам отдохнуть.

Такая схема позволит работать холодильнику эффективно, обеспечит неплохой пусковой момент. Понятно, внутри прибора фреон, который не то чтобы с удовольствием циркулирует по контуру, поршень требует затраты некоторых усилий. Здесь помните:

У двигателей холодильников индивидуальные пусковые требования. Мощность также отличается, следовательно, тип, нагрев биметаллической пластины реле не остаются постоянными. Написаны специальные справочники, где посмотрим, какие двигатели холодильников бывают, какие типы реле соответствуют. Кстати, на сайте выкладывали перечень, надеемся, порадовал читателей. Современные двигатели холодильников обладают инверторным управлением, коленвала больше не содержат. Движение вала линейное, прилепили остряки названный эпитет компрессорам.

Внутри находится катушка, снабженная сердечником, движущимся поступательно согласно закону переменного тока, подаваемого на проволоку. Несмотря на кажущуюся несуразность (сходство с электробритвами) моторы, как показывает практика, максимально удовлетворяют целям. Кроме того наиболее эффективно реализуется инверторное управление, помогая снизить уровень шума, продлить жизнь. Недаром Samsung дает 10 лет гарантии на моторы холодильников. Напомним:

1. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором способны менять частоту вращения в том числе управляемые изменением частоты питающего напряжения.

2. Этой способности лишены коллекторные двигатели, в холодильниках используемые редко.

3. Новый тип двигателей из катушки и колеблющегося сердечника также легко управляется изменением частоты следования импульсов.

В результате появляется следующая схема:

1. Входное напряжение выпрямляется.
2. Нарезается силовым ключом нужными длительностями.
3. Работой заправляет генератор тактовых импульсов.

Простейшая схема, скорее относящаяся к импульсному блоку питания, суть равно остается: присутствует напряжение 50 Гц, затем становящееся напряжением другой частоты. Результатом видим изменение скорости движения поршня, отчего фреон начинает двигаться ускоренно, замедленно. Что это дает?

Абсорбционный газоэлектрический агрегат

Многие предпочитают называть такие устройства электрогазовыми. Такие устройства обладают рядом преимуществ, среди которых:

• бесшумная работа;
• компактный размер;
• экономичность;
• долгий срок эксплуатации, редкие обращения в сервис ремонта.

Также такие холодильники можно установить в автомобили, работающие на бензине или на газу.

Watch this video on YouTube

Watch this video on YouTube

Принцип работы абсорбционного агрегата минибаров

Watch this video on YouTube Watch this video on YouTube

Хотите разбираться лучше других?

• Принцип работы компрессорных, абсорбционных и термоэлектрических холодильников – Принципиально устройство холодильника представляет собой закрытую термоизолированную камеру, в которой поддерживается постоянная низкая температура. Если бы это была идеальная…
• По какому принципу работает компрессор в бытовом холодильнике – Компрессор холодильника – что это Компрессором называют устройство, осуществляющее сжатие какого-либо вещества (в нашем случае – это хладагент в виде фреона), а также его…
• Как работает холодильник на газе? – Газовые агрегаты имеют отличительную черту: они способны работать даже без доступа к электричеству. Принцип их действия заключается в использовании газа, который добывается…
• Принцип работы газовых холодильников – История развития холодильного оборудования достаточно длительная и она отмечена разработкой разнообразных подвидов бытовых агрегатов. Среди существующих конструкций можно…
• Принцип работы пускозащитного реле для бытового холодильника – Привод компрессора бытового холодильника — это обычно асинхронный электродвигатель с питанием от однофазной сети 220 В. Его особенность в том, что при запуске необходимо пусковое…

Особенности работы холодильника и его модулей

Условия работы холодильника по параметрам окружающей среды

Как и у любого электрического прибора, у бытовых холодильников имеются ограничения по температуре окружающей среды, причем нижняя граница данного диапазона установлена в +5С.

В случае установки устройства на улице при наличии более низких или даже отрицательных температур, в работе холодильника могут возникнуть следующие проблемы:

• Некорректное функционирование термостата. Как указывалось выше, при достижении требуемой температуры терморегулятор подает сигнал, который размыкает электроцепь и прекращает подачу электрического тока на двигатель, после чего весь холодильник выключается. По море того, как воздух внутри камер начинает нагреваться, цепь замыкается, двигатель запускается, и устройство вновь начинает работать. Однако, при условии слишком холодных температур окружающего воздуха, особенно при их отрицательных значениях, термостат не сработает
• Проблемы с запуском компрессора. В аппаратах предыдущего поколения в качестве хладагента использовались жидкости R12,R22, которые при понижении температуры окружающей (и, соответственно, рабочей) среды ниже +5С приобретали повышенную вязкость, вследствие чего работа механизмов становилась затруднительной.
• Эффект «влажного хода» испарителя. Так как при низких температурах окружающего воздуха тепло в камерах холодильника будет отсутствовать, возникнут проблемы в функционировании испарителя. В компрессор будет поступать газ, насыщенный водяными парами, что через очень короткое время неизбежно приведет к его поломке.

Таким образом, эксплуатация аппарата при низких или отрицательных температурах значительно сократит время его службы и приведет к очень дорогостоящему ремонту.

Режим включения и отключения холодильника

Как правило, не существуют строгих ограничений по времени, в течение которого холодильник должен находиться во включенном либо выключенном состоянии. Эффективность его работы определяется возможностью достигать и поддерживать требуемую температуру как в основном отделении, так и в морозильной камере.

Тем не менее, существует такое понятие, как оптимальный коэффициент времени работы, который считается исходя продолжительности работы и суммарного времени работы и простаивания. Данный коэффициент получается при делении времени рабочего цикла на суммарную продолжительность.

Из расчета видно, что эффективность работы аппарата будет тем выше, чем меньшее значение будет иметь данный коэффициент К примеру, значение показателя в пределах 0,2 означает, что допущена ошибка в выставлении внутренней температуры. Однако, при приближении коэффициента к 0,6 это должно сигнализировать о том, что имеется утечка хладагента.

Принципы работы холодильника No Frost и с «плачущей» стенкой основной камеры

В подобных моделях No frost присутствует испаритель, располагающийся за панелью из пластика в задней стенке морозильной камеры. За ним помещен вентилятор, передающий холод посредством своей работы. За счет специально предусмотренных отверстий холодный воздух охлаждает сперва морозилку, а затеи и основную камеру.

Также данные модели оснащены автоматической системой размораживания, принцип работы которой заключается в том, что при помощи таймера через определенные промежутки времени в течение суток активизируется работа нагревательного элемента, установленного над испарителем. Таким образом, жидкость испаряется наружу, и иней не оседает на стенках морозилки.

Принцип работы «плачущей» задней стенки основан на том, что при работе испарителя на нем образуется лед. Потом, когда холодильник отключается на определенное время, наледь тает, а образовавшаяся жидкость стекает в специально предусмотренное технологическое отверстие (капельный способ).

Функция «суперзаморозки»

Данная функция предусмотрена в двухкамерных моделях современных холодильников, причем, способ запуска данной опции может быть как механическим, так и автоматическим. При подобном режиме компрессор морозилки работает до тех пор, пока все продукты полностью не промерзнут. После чего в устройствах с механическим регулятором ее нужно отключить вручную, в иных моделях она отключается автоматически спустя определенное время.

Максимальный срок работоспособности компрессора ограничивается, как правило, тремя сутками, после чего его требуется отключить во избежание перегрева компрессора.

Фильтр-осушитель холодильника

Итак, видим близ конденсора высокие температуры – вода быстро становится паром. Откуда берется во фреоновом контуре, остается загадкой даже для мастеров, однако известно доподлинно: без жидкости половина ремонтников холодильного оборудования лишится работы.

Полезная жидкость, пытаясь покинуть капиллярную трубку, образует ледяную пробку, намертво закупоривающую работу агрегата. Если помните, давление по эту сторону невысокое, вакуум не может прошибить нарост кристаллов застывшей влаги.

В результате получается, компрессор работает на полную катушку, разница давлений между конденсором и испарителем невероятная, толку – нуль, фреон не циркулирует. Некому переносить тепло с места на место.

Характерная особенность неисправности в этом случае, что неполадка пропадает, если выключить холодильник на время. Затем коллизия начинается сызнова. Вызвано тем, что пробка тает, нарастая снова. Поэтому фильтр-осушитель трудится возле конденсора, забрать побольше воды. Внутри находится тривиальный силикагель, многим знакомый по ботинкам, одежде. Пакетики, заполненные шариками, забирающие влагу. Постепенно фильтр-осушитель вырабатывает ресурс, пары воды продолжают третировать фреоновый контур холодильника. Кстати, при перезаправке деталь подлежит обязательной замене.

Фильтр-осушитель выглядит утолщением медной трубки, которое невозможно не заметить. Однако частенько укрыт слоем пенополиуретана. В этом случае к детали требуется еще пробиться. Все зависит от разновидности холодильников. Однако сложная система была бы грудой железа, не существуй термостата, занимающегося измерением условий камер, выдающего команду включения и выключения компрессора.

Принцип работы холодильника.

Принцип работа любого холодильника в том числе и бытового, основана на принципе изменения состояния жидкости, лёд в воду, вода в пар а пар в лёд и так далее по кругу.

Рис.1 Принцип работы холодильника

Как показано на рисунке №1, принцип основан на движении хладагента от конденсатора к капилляру, от капилляра до испарителя, от испарителя до компрессора, а от компрессора к конденсатору. При прохождении хладагента по кругу, он подвергается высокому и низкому давлению в следствии чего изменяется его состояние.

Основные узлы и детали холодильника:

• Компрессор
  – основной элемент в каждом холодильнике это его, который выполняет закачку и перегон хладагента (фреона) в конденсатор, а также высасывает из испарителя пары хладагента (фреона). Хладагент (Фреон) – газ (без цвета и запаха), При воздействии на него температуры или давления он изменяет свои свойства.
• Конденсатор
  – артерия холодильника она представляет собой металлическую трубка с малым внешним диаметром, приблизительно 5 мм. Как правило она исполнена в виде змейки. Она соединена с тонкими металлическими прутиками по всей ширине через каждые 10-15 мм. В системе конденсатора происходит сжатие фреона, после чего он приобретает жидкое состояние. Также в конденсаторе или возле него крепят фильтры-осушители – устройство на вид цилиндр, концы которого заужены. Его основное назначение – сушка фреона, а также задержка и фильтрация мусора, который образуется процессе эксплуатации.
• Испаритель
  – Несёт в себе одну из основных функций. За счёт того что в него осуществляется впрыск фреона после чего в последствии и происходит охлаждение фреона до низкой температуры. Всю систему испарителя называют агрегатом холодильника.
• Реле
  – пускозащитное реле обычно размещено на компрессоре или возле него. Принцип работы реле холодильника для запуска и обеспечения работы компрессора, а также служит для защиты от перегрузок сети.
• Термометры
  – сейчас их называют блоком управления, обычно такие блоки сочетаются индикацию температуры, замораживания и размораживания, ледоколом и многим другим. Его основное назначение это контроль и информирование о работе холодильника и работе всех его функций.
• Предохранители
  – размещаются обычно рядом с блоком управления и зачастую они подключены к термометрам и другим датчикам. Служат они для защиты всего блока управления и всех электронных устройств холодильника от перенапряжения или скачков напряжения в сети.
• Полки
  – полки, как может показаться на первый взгляд что основной функции в работе холодильника они не несут, но это не так. Они выполняют роль изоляционных перекрытий для морозильных камер для сдерживания холода внутри морозильных камеры.
• Уплотнители
  – резиновые прокладки с магнитными держателями. Служат уплотнители для герметизации отсеков холодильника от внешнего воздействия и препятствуют попаданию воздуха во внутрь камер.
• Крыльчатки
  – выполняют функцию обычного вентилятора или вытяжки. Она регулирует воздухообмен и циркуляцию воздуха в камере холодильника.
• Лампы
  – обеспечивают освещение для удобного использования холодильника в ночное время.

Необходимо отметить что вся система соединена между собой медными трубками – которые осуществляют подачу хладагента (фреона) из одного устройства в другое.

Устройство и принцип работы разных видов холодильников

Все холодильники имеют общий принцип работы, но, в зависимости от модели и используемой охлаждающей установки, особенности процесса поддержания низкой температуры в камере могут отличаться.

Однокамерные и двухкамерные холодильники

Однокамерные и двухкамерные холодильники работают примерно по тому же принципу. Главное отличие состоит в работе испарителей. Старые двухкамерные агрегаты оборудованы одним испарителем для обеих камер. В новых моделях есть испаритель в каждой камере, которые полностью изолированы друг от друга.

В однокамерных холодильниках испаритель размещен в верхней части рефрижератора, под которым располагается поддон. Его закрытие и открытие регулирует подачу холодного воздуха в основную холодильную камеру. Чтобы не допустить появление излишнего конденсата на стенках, в холодильнике предусмотрена капиллярная трубка.

В двухкамерных же холодильниках испарители выполняют роль разделительной перегородки теплоизоляции. В такой системе хладагент закачивается в испаритель через капиллярную трубку и передается во второй только в том случае, когда его температура падает ниже нуля. Когда второй испаритель тоже обмерзает, включается термореле, которое приостанавливает работу компрессора.

Компрессорные холодильники

Компрессорный холодильники работают на основе компрессорной системы. Это самый распространенный тип устройства холодильника. Они удобны в использовании и обслуживании, а также расходуют не так много электроэнергии.

Компрессорные холодильники, в основном, производят Atlant, Indesit и Stinol. Такие модели состоят из двух основных компонентов:

• компрессор — мотор, который может быть инверторным или линейным. При его запуске фреон перемещается по трубкам системы, обеспечивая равномерное охлаждение основной и морозильной камер;
• конденсатор — змеевидная система трубок, расположенная на задней внешней части корпуса холодильника, которая выводит в окружающую среду тепло, вырабатываемое компрессором;
• хладагент — изобутан или фреон, который перемещается по системе холодильника, охлаждая ее;
• вентиль для осуществления терморегуляции — поддерживает постоянное давление для равномерной циркуляции хладагента.

За счет этого приводится в действие компрессор, который сжимает фреон и создает определенное давление, необходимое для его передвижения по трубкам всей системы. При попадании в конденсатор, хладагент превращается в жидкость.

Далее хладагент выводится в фильтр-осушитель, очищается от влаги и проходит по трубкам капиллярной системы, снова попадая в испаритель. После этого компрессор снова начинает перегонку фреона и весь цикл повторяется заново. Когда температура достигнет нужной отметки, реле автоматически отключает двигатель.

Абсорбционные холодильники

Абсорбционные холодильники работают на основе циркуляции и испарения аммиака, который выступает в роли хладагента. В качестве абсорбента действует аммиачный раствор на воде.

При включении холодильного агрегата в генераторе производится нагрев рабочей жидкости (аммиачного раствора). Когда температура достигает отметки кипения, аммиак начинает превращаться в пар, который выводится в конденсатор.

Далее аммиак превращается в жидкость и попадает в испаритель, где смешивается с водородом. Резонанс давления приводит к испарению сжиженного аммиака, при котором выделяется тепло.

Аммиачный пар передается в адсорбер с очищенной водой. Полученный раствор поступает в генератор-кипятильник и цикл повторяется по новой, пока температура достигнет нужного уровня.

Холодильник с технологией «No Frost»

Холодильники с технологией No Frost (с англ. «без мороза»), позволяют эксплуатировать его без частых разморозок. Это возможно благодаря полному выводу влаги из холодильной системы, за счет чего в камере не образуется наледь.

Главный принцип технологии заключается в том, что после каждого полного цикла работы автоматически запускается режим оттаивания. Реле активирует испаритель, из-за чего лед начинает таять, а вся влага выводится наружу и полностью испаряется. В остальном, принцип работы холодильника такой же, как и в обычных моделях.

Так как в холодильнике с технологией No Frost не образуется лед, его можно размораживать только один-два раза в год, во время очистки и мытья. Основным недостатком при этом является увеличенное потребление электроэнергии за счет непрерывной работы вентилятора.

Важная деталь холодильника: испаритель

Продолжая разбираться в том, как устроен холодильник, рассмотрим его одну из главных составляющих – испаритель, или простыми словами – теплообменник.

В современных бытовых холодильниках испаритель интегрирован в заднюю стенку

Строение данного прибора способствует передаче тепла от охлаждаемого элемента к испаряющемуся. Принципиальная разница между конденсатором и испарителем в том, что в первом устройстве хладагент выделяет окружающей среде тепло, а второй поглощает его, забирая из охлаждаемой среды.

Испарители в бытовых холодильниках бывают:

• Ребристотрубные;
• Листотрубные.

Изготавливают это важный элемент устройства в основном из стали или алюминия. Правильная работа испарителя – главный залог успеха работы всего прибора.