Как устроен и работает бытовой холодильник

Пока техника исправно функционирует, владельца не интересуют особенности ее конструкции. Он просто пользуется доступными возможностями. Однако стоит какому-нибудь механизму выйти из строя и человек начинает задаваться вопросом, к примеру, как устроен бытовой холодильник.

Об этом лучше узнать заранее. Так человек сможет избежать трудностей в процессе эксплуатации агрегата.

Как устроен холодильник

Все современные модели холодильников имеют примерно одинаковое устройство. Их основными частями являются:

• Двигатель;
• Конденсатор;
• Испаритель;
• Капиллярные трубки;
• Осушительные фильтры;
• Докипатели.

Рядовым гражданам в основном известны только сами холодильные шакафы, без их внутреннего устройства. Даже ребенок знает, что в них сохраняется низкая температура, которая позволяет продлить срок хранения продуктов. Там они медленнее портятся. При этом большинству людей неизвестно, благодаря чему в этом шкафу берется холод и почему это происходит даже в летнее время.

Также не многим ясно, как именно происходит выработка холода рефрижератором и почему холодильник периодически прекращает работать. На самом деле этот процесс не представляет сложностей. Холод не берется из внешних источников. Его выработка происходит непосредственно в камере в процессе эксплуатирования холодильного агрегата.

Электродвигатель

Это один из основных конструктивных элементов бытового холодильника. Во многом благодаря ему человек получает возможность насладиться холодными напитками в жаркий летний день. Он способствует циркуляции по внутренним механизмам холодильника охлаждающей жидкости, про которою многие могли слышать. Она называется фреон. Он перемещается по трубкам.

Сам двигатель состоит из двух частей – электромотора и компрессора. Первый превращает поступающий по проводке ток в механическую энергию, способную заставить прибор работать, С электромотор в свою очередь состоит из 2-х частей – ротора и статора.

Внешняя часть статора представляет собой несколько катушек из меди. Ротор по своему внешнему виду напоминает стальной вал. Он соединяется с поршневой системой мотора. Когда двигатель подключается к электросети, в катушках начинает происходить процесс, который известен физикам под названием электромагнитной индукции. Благодаря ей в механизме возникает крутящийся момент. Возникает центробежная сила, из-за которой ротор начинает совершать вращательные движения.

Сломался холодильник? Наши мастера помогут!
Оставьте заявку и мы проведем бесплатную диагностику!

При первом обращении скидка 15% на все работы!

Вам не нужно никуда ехать – наш курьер бесплатно заберет технику на диагностику и вернет ее вам после ремонта.

Обратите внимание! Согласно статистике бытовой холодильник потребляет до 10% всей электроэнергии в доме. Если человек забывает закрыть дверцу агрегата и холод начинает выходить наружу, для сохранения необходимой температуры, прибор увеличивает потребление электроэнергии в несколько раз.

Вращательные движения ротора способствуют началу линейного перемещения поршней. Благодаря передней стенке поршня происходит сжатие и разряжение рабочих жидкостей до необходимого для корректной эксплуатации состояния.

На современных агрегатах охлаждающего типа электродвигатель располагают во внутренней части компрессора. Это исключает возможность начала самопроизвольной утечки газа из отведенных для него резервуаров.

Чтобы уменьшить влияние на корректность работы возникающих в процессе эксплуатации вибраций, двигатель помещают на металлическую подвеску, выполненную из пружин. Пружины могут быть расположены как снаружи, так и внутри механизма. В последние годы их стали располагать только во внутренней части корпуса двигателя. Это делается для того, чтобы повысить эффективность гашения вибраций, которые возникают вследствие работы всех механизмов холодильника.

Конденсатор

Это трубопровод змеевидной формы, который может достигать диаметра в 5 мм. Его основное предназначение в том, чтобы отвести тепло, которое исходит от рабочей жидкости и переместить его во внешнюю среду. Устройство можно увидеть на задней наружной стенке механизма.

Испаритель

Он выполнен в виде системы трубок небольшого диаметра. Он позволяет испаряться рабочей жидкости, вследствие чего происходит охлаждение окружающего пространства. Испаритель находится во внутренней или наружной части морозильной камеры.

Капиллярная трубка

Ее устанавливают, чтобы снизить давление газа. Диаметр этой части составляет 1.5-3 мм. Капиллярные трубки располагаются между испарителем и конденсатором.

Фильтр-осушитель

Он нужен чтобы очищать рабочий газ от примесей влаги. По внешнему виду напоминает медную трубку диаметром 10-20 мм. Оконечности трубки имеют вытянутую форму. С одной стороны они впаяны в капиллярную трубку, а с другой в конденсатор.

Обратите внимание! Фильтр-осушитель работает по одностороннему принципу. Устройство не может функционировать в обратном режиме. Если фильтр будет установлен без соблюдения определенных правил, это может способствовать выходу из строя всей охлаждающей системы. Поэтому для монтажа и замены этой части агрегата лучше привлекать специалистов.

Во внутренней части трубки располагается цеолит. Это минеральный наполнитель, который имеет высокопористую структуру. В обеих оконечностях трубки располагаются заграждающие сетки, выполняющие фильтрующие функции.

С той стороны, где расположен конденсатор, находится сетка из металла, размер ячеек которой составляет 2 мм. С той стороны, где располагается капиллярная трубка, находится сетка, выполненная из синтетических материалов. Ячейки здесь отстоят дург от друга на десятые доли миллиметра.

Докипатель

По внешнему виду он напоминает небольшую металлическую емкость. Он расположен примерно посередине между испарителем и входом компрессора. Его основным предназначением является доведение фреона до температуры кипения, с последующим его испарением. Также он защищает двигатель от попадания жидкостей. Если это произойдет, двигатель быстро выйдет из строя, а холодильник перестанет выполнять свои рабочие функции.

Как работает холодильник

Работа любого холодильника основывается на двух основных рабочих операциях, а именно:

1. Тепловая энергия благодаря работе внутренних механизмов выводится в окружающее пространство.
2. Холод концентрируется во внутренней части самого холодильного шкафа.

Чтобы тепло было отобрано, применяется хладагент, который более известен под названием фреон. Он представляет собой вещество, которое находится в газообразном состоянии. Его изготавливают на основе этана, фтора и хлора. Уникальность фреона в том, что у него есть возможность без ущерба для эксплуатационных качеств быстро переходить из газообразного состояния в жидкое, а потом с такой же скоростью вновь превращаться в газ. Этот процесс происходит благодаря изменению давления в резервуарах, где находится фреон.

Система охлаждения бытового холодильника функционирует по следующему принципу. Компрессор вводит фреон во внутренние части механизмов. В это время там начинает работать электромотор. Благодаря этому поршень начинает двигаться. Это приводит к тому, что газ сжимается.

Этот процесс можно условно разделить на 2 этапа. Во время первого поршень получает возвратное движение. Во время его смещения происходит открытие впускного клапана. Через открывшуюся прореху фреон начинает поступать в газовую камеру.

Во время второго – поршень начинает движение в противоположном направлении. При этом происходит сжатие газа. Фреон под давлением начинает воздействовать на пластины выходного клапана. Это приводит к тому, что в камере быстро начинает повышаться давление. Увеличение давление приводит к тому, что газ начинает нагреваться и в конечном итоге достигает температуры в 100 ^оС. Из-за этого выпускной клапан открывается, и газ начинает выходить наружу.

Фреон высокой температуры начинает поступать из камеры во внешний теплообменник, который больше известен под названием конденсатор. Во время перемещения газа происходит потеря тепла. Часть него выходит во внешнее пространство. Когда фреон достигает конечной точки конденсатора, его температура успевает снизиться до 55 ^оС.

Интересный факт! Когда холодильники только набирали популярность среди обычных граждан, вместо фреона в качестве хладагента применялся диоксид серы. Такие агрегаты несли в себе опасность для своих владельцев. Дело в том, что из-за этого вещества часто происходила разгерметизация системы. Это могло привести к отравлению находящихся в помещении людей.

В то время, когда длиться теплопередача, газ успевает сконцентрироваться. Это способствует тому, что фреон из газообразного состояния принимает форму жидкости. Она начинает поступать в фильтр-осушитель. В этой части благодаря специальному сорбенту происходит поглощение излишков влаги. Это способствует тому, что фреон вновь превращается в газ. После прохождения фильтрации фреон устремляется в капиллярную трубку, которая для него играет роль некой пробки или препятствия.

Во время вхождения вещества в трубку, начинает понижаться его давление. Это способствует тому, что хладагент принимает форму жидкости. Далее фреон начинает поступать в испаритель. Благодаря тому, что давление газа начинает уменьшаться, происходит испарение фреона. Здесь падает не только давление, но и температура самого газа. Когда фреон начинает поступать в испаритель, он уже имеет температуру в – 23^оС.

По теплообменнику фреон поступает во внутреннюю часть холодильной камеры. Благодаря пониженной температуре газа, происходит своеобразное снятие тепла с внутренних поверхностей трубок испарителя. Отдача тепла способствует тому, что во внутреннем пространстве холодильной камеры начинает понижаться температура воздуха.

После завершения процесса, фреон начинает вновь поступать в компрессор, и цикл повторяется с самого начала.

Основные типы охлаждающих систем

Бытовые холодильники различаются по принципу действия. Они бывают:

• Компрессорными;
• Адсорбционными;
• Термоэлектрическими;
• Пароэжекторными.

Компрессионные агрегаты отличаются от остальных тем, что хладагент заставляет двигаться изменение давления в системе. Рабочая жидкость изменяет давление благодаря компрессору. Охладительные системы, которые работают по такому принципу, являются одним из самых распространенных типов холодильных агрегатов.

Абсорбционные установки отличаются от своих аналогов тем, что хладагент приводится в движение благодаря нагреванию. Для этого в системе находится специальная установка. Рабочей смесью здесь выступает аммиак. Такие системы не получили широкого распространения в бытовых условиях из-за того, что их сложно обслуживать. Кроме того, аммиак является опасным для человека и животных веществом. В случае выхода его из системы, находящиеся в помещении люди могут получить серьезное отравление, которое может угрожать не только их здоровью, но и жизни. На сегодняшний день агрегаты, работающие по такому принципу, считаются устаревшими. Несколько лет назад они были полностью сняты с производства.

Обратите внимание! Первый бытовой холодильник был изготовлен в США. Это произошло в 1911 году. Корпус агрегата был полностью выполнен из дерева. Хладагентом в нем выступал диоксид серы.

Термоэлектрические агрегаты производят холод благодаря тому, что при взаимодействии двух проводников в моменте прохождения по ним электрического заряда происходит поглощение тепла. Этот принцип известен физикам под названием «Эффекта Пельтье». Главные преимущества агрегатов такого типа в том, что они отличаются своей надежностью и долговечностью. Однако есть и недостаток, который затмевает все преимущества – полупроводниковые системы отличаются высокой стоимостью. Благодаря этому цена на такие холодильники в разы больше, если сравнивать ее с аналогичными устройствами.

Основным компонентом пароэжекторных установок является вода. В качестве двигательной установки здесь используется эжектор. Сначала рабочая жидкость начинает поступать в испаритель. Здесь она нагревается до температуры кипения и начинает выделять водяной пар. После теплообразования температура воды начинает быстро снижаться.

Вода низкой температуры применяется для охлаждения продуктов. После этого эжектор начинает отводить водяной пар на конденсатор. Здесь он охлаждается. После этого он оседает в виде конденсата, т.е. снова превращается в жидкость. Затем вещество начинает вновь поступать на испаритель и процесс повторяется. Основным достоинством установок такого типа выступают безопасность эксплуатации, простота конструкции и экологичность. Недостатком является большой расход воды. Также на ее нагрев потребляется большое количество электроэнергии.

Принцип работы абсорбционных холодильников

Основой работоспособности устройств этого типа является циркуляция и испарение хладагента, который изначально находится в жидком состоянии. Им выступает аммиак. Абсорбентом или поглотителем здесь является аммиачный раствор, который изготавливается на водной основе.

Также в охлаждающей системе агрегатов этого типа присутствует водород и хромат натрия. Водород здесь выступает в роли регулировщика системы давления. Основное назначение хромата натрия в защите внутренних частей трубок от появления коррозии.

Обратите внимание! В старых советских холодильниках в состав охлаждающей смеси входит вещество, под названием фреон R12. Его основу составляет хлор. Он не сильно вредит человеку, однако из-за него происходит постепенное разрушение озонового слоя планеты.

После того, как устройство подключается к сети питания, в генераторе-кипятильнике начинается постепенное нагревание рабочей жидкости. Аммиачный раствор здесь храниться в специально отведенном для него резервуаре.

После повышения температуры хладагента, аммиак начинает испаряться. Его поры перемещаются в конденсатор. Здесь же происходит его концентрация и переход в жидкое состояние. После этого он начинает поступать в испаритель. Затем происходит его смешение с водородом. Из-за разности давления этих веществ, аммиак начинает испаряться. Этот процесс сопровождается выделением тепла. Это приводит к охлаждению аммиака до температуры – 4^оС. Испаритель также охлаждается вместе с аммиаком. Благодаря ему происходит удаление тепла из окружающего пространства.

Газообразный аммиак перемещается в адсорбер. Здесь находится очищенная вода. Происходит смешение двух веществ. Затем раствор начинает поступать в специальный резервуар. Отсюда он перемещается в генератор-кипятильник. Далее процесс повторяется.

Некоторые производители предпочитали использовать вместо аммиака водные растворы ацетона или бромистого лития.

Основным достоинством холодильников такого типа является бесшумность их работы.

Саморазмораживающиеся холодильники

Разморозка в таких агрегатах не требует участия человека. Она происходит автоматически благодаря заложенным в системе алгоритмам действия.

Саморазмораживающиеся холодильники бывают двух типов – капельные и ветреные.

В капельных агрегатах испаритель располагают на задней стенке холодильника. Это способствует тому, что в этой части агрегата через несколько часов работы начинает образовываться иней. После его соприкосновения с наружным воздухом, начинается процесс таяния. Получившаяся влага начинает стекать в нижнюю часть агрегата. При этом вода двигается по специальным желобам. Жидкость попадает на компрессор, который имеет высокую температуру. В момент их соприкосновения начинает образовываться пар.

В ветряных агрегатах воздух низкой температуры от испарителя начинает поступать вовнутрь корпуса. Это достигается благодаря использованию специального вентилятора. После таяния инея образовавшаяся вода с помощью специальных желобков начинает стекать в специально отведенное для этих целей отверстие.

Промышленные холодильники

Промышленные агрегаты отличаются от своих бытовых аналогов более высокой мощностью, а также размерами внутренних частей охлаждающих камер. Двигатели здесь могут достигать мощности в несколько десятков киловатт. Такие агрегаты способны обеспечивать стабильную температуру от +5 до – 50^оС.

Обратите внимание! Самый большой промышленный холодильник находится в Женеве. Его площадь составляет 24 км². Такой гигант был создан для проведения научных экспериментов, связанных с работой адронного коллайдера.

Основная цель промышленных холодильников в обеспечении необходимых для хранения большого числа продуктов питания температур. В камерах можно хранить от 5 до 5тыс. тонн. В основном они используются на больших предприятиях, занимающихся переработкой и заготовкой сырья.

Инверторные холодильники

Такие устройства работают по принципу преобразования постоянного тока в переменный, путем аккумуляции. Охлаждение происходит благодаря плавному регулированию оборотов вала двигательной установки.

После того, как в устройство начинает поступать электроэнергия, инвертор с большой скоростью набирает обороты. Благодаря этому внутри корпуса повышается температура. После того, как достигаются заданные параметры, устройство переходит в ожидающий режим. После повышения температуры внутри корпуса, специальный датчик подает сигнал. Это приводит к увеличению числа оборотов двигателя.

Устройство термостата холодильника

Основной задачей терморегулятора является поддержание необходимого температурного режима во внутренней части системы. Устройство надежно соединяется с капиллярной трубкой. Она же в свою очередь присоединяется к испарителю.

Термореле в этом случае является основным конструктивным элементом. Оно состоит из сильфона и силового рычага.

Сильфон представляет собой гофрированную трубку. В ее кольцах находится фреон. На сжатие пружины оказывает влияние его температура. После того, как хладагент охлаждается, пружина начинает сжиматься. Благодаря этому замыкает контакты, что в свою очередь, приводит к подключению компрессора к работе. После повышения температуры пружина начинает растягиваться. При этом силовым рычагом размыкается цепь, что приводит к отключению мотора.

Итог

Устройство бытового холодильника не такое сложное, как может показаться на первый взгляд. Зная принцип работы агрегата, человек может устранять небольшие неисправности без привлечения специалистов.