Принцип работы холодильника: основы и особенности

Использованные материалы

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

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.

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.

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.

Принципиальная электрическая схема

В электрической схеме холодильника используется 2-проводная концепция. Система работает от бытовой сети однофазного тока с помощью штепсельной вилки. В составе используется дополнительный контур заземления. Компрессор управляется с помощью терморегулятора — защитного реле со встроенным температурным датчиком. Устройство автоматически передает питание во время прогревания камеры. Когда воздух охлаждается, оно отправляет сигнал остановки ротора.

Можно ли включать холодильник на морозе или в неотапливаемом помещении при минусовой температуре

Почему в холодильник нельзя ставить горячие продукты и кастрюли: до какой температуры остудить

Лучшие поглотители запаха для холодильника: рейтинг антизапахов

Почему в холодильниках намерзает лед на задней стенке: что делать, как избавиться от наледи

Линейный компрессор в холодильнике

Устройства линейного типа устанавливаются на 8 из 10 моделей холодильников современного образца. Конструкция такого компрессора включает в себя цилиндр, ЭМ-катушку с обмоткой, пружину и поршень. Как и все остальные разновидности компрессоров, линейный осуществляет циркуляцию охлаждающего вещества по системе.

Работает он не беспрерывно: его включение происходит только тогда, когда температура в камерах поднимается выше заданной. Именно поэтому так часто можно услышать, как холодильник начал свою работу при открытии дверцы или загрузке продуктов.

Принцип работы

При подаче на обмотку катушки электрического тока вокруг поршня создаётся электромагнитное поле, приводящее механизм в движение. Пружина в конструкции предназначается для того, чтобы возвращать поршень в изначальное положение.

Когда хладагент «прогнан» по системе, подача электричества на катушку прекращается, прибор завершает работу до следующего цикла.

Важно! Включение компрессора производится не через строго определённые промежутки времени, а по мере необходимости, когда датчик, установленный в камере, улавливает показатель температуры, превышающий выставленный. Датчик температуры также работает всё время, пока включен компрессор. В первых моделях таких устройств использовался кривошипно-шатунный механизм вкупе с электродвигателем

Такая конструкция имела куда большее количество точек трения и отличалась меньшей надёжностью. Кроме того, при работе она производила гораздо большее количество шума. После «модернизации» и избавления от этих деталей компрессоры стали на 15–20 дБ менее шумными

В первых моделях таких устройств использовался кривошипно-шатунный механизм вкупе с электродвигателем. Такая конструкция имела куда большее количество точек трения и отличалась меньшей надёжностью. Кроме того, при работе она производила гораздо большее количество шума. После «модернизации» и избавления от этих деталей компрессоры стали на 15–20 дБ менее шумными.

Основные типы холодильников

Тип холодильника определяется, отталкиваясь от нескольких параметров. Так, в зависимости от сферы назначения различают морозильники, холодильники и холодильники-морозильники. В зависимости от способа получения холода – абсорбционные и компрессионные. По способу установки – напольные по типу шкаф либо стол. В зависимости от числа камер холодильники подразделяются на одно-, двух- или трехкамерные.

Наибольшей популярностью на мировом и отечественном рынках пользуются двухкамерные холодильники. В основном они состоят из холодильной и морозильной камер.

Холодильник Side-by-side

Самая большая камера у холодильников «Side-by-side». Их конструкция предполагает расположение по бокам морозильной и холодильной камер, причем каждая из них закрывается отдельной дверью. В холодильниках типа «Combi» объем морозильной камеры может составлять до половины общего полезного объема. В большинстве случаев морозильная камера в таких устройствах располагается ниже холодильного отделения.

В зависимости от способа размораживания различают холодильники с ручным, автоматическим либо полуавтоматическим размораживанием. В ручном размораживании нуждаются холодильники старого образца. Некоторые модели холодильников оснащены специальным реле оттаивания, способным отключать питание компрессора. Обратно включается компрессор после того, как внутри холодильника установится температура, близкая к комнатной. Этого времени достаточно для оттаивания ледяной шубы.

Большая часть современных холодильников обладает функцией автоматического размораживания морозильной камеры. Избыточная влага со стенок испарителя стекает по специальному желобу в лоток, расположенный на крышке компрессора. Из лотка вода постепенно испаряется под воздействием тепловой энергии, исходящей от корпуса компрессора. Процесс размораживания цикличен и не нуждается в постороннем вмешательстве либо контроле.

Зона нулевой температуры

Трехкамерные холодильники оборудованы кроме морозильной и холодильной камер, еще и зоной нулевой температуры. Некоторые производители оснащают такую зону возможностью выполнять функции какой-либо из камер, посредством понижения либо повышения в ней температуры.

Также холодильники могут обладать статической либо динамической системой охлаждения. В статических системах воздух либо неподвижен, либо перемещается посредством естественной конвенции. Применяется в основном во многих бюджетных холодильниках. В динамической системе воздух циркулирует под действием вентилятора. Такая система получила название «No Frost» и позволяет добиться равномерного распределения температуры по всей площади камеры и быстрое восстановление заданной температуры после ее повышения. Главное преимущество такой системы – при работе холодильника на стенках камеры не образовывается иней.

Принцип работы холодильника

Сейчас в продаже можно найти несколько разновидностей холодильников, отличающихся друг от друга принципом функционирования. Давайте рассмотрим принципы работы холодильника для новичков, простым языком.

Принцип работы абсорбционных холодильников

Такая техника не имеет компрессора, а в качестве хладагента используется аммиак, который при попадании в абсорбер растворяется в воде. Принцип действия абсорбционных холодильника следующий: готовый раствор переходит сначала в десорбер, выполняющий роль испарителя, а затем в дефлегматор, где охлаждается и разделяется на отдельные составляющие. После прохождения конденсатора аммиак становится жидкостью, которая через абсорбер вновь попадает в испаритель.

Саморазмораживающийся тип

В подобных холодильниках разморозка проходит в автоматическом режиме. Все устройства разделяют на два основных типа:

Капельное.
Ветреное.

Капельные характеризуются тем, что испаритель находится в задней части устройства. На момент работы образуется иней, который при оттаивании стекает вниз по специальным желобам. Компрессор из-за нагрева до высокой температуры испаряет жидкое вещество.

Ветреная установка снабжается специальным элементом, который задувает внутрь корпуса холодный воздух. На момент оттаивания вещество стекает по специальным желобам в приемник.

Промышленные холодильники

Промышленные модели отличаются от бытовых высокой мощностью морозильного узла и большими размерами камеры.

Оборудование рассматриваемой категории предназначено для глубокой заморозки большого количества продуктов. При этом объем камер может составлять от 5 до 5000 т. Устанавливается промышленное оборудование на заготовительных и перерабатывающих предприятиях.

Принцип работы инверторного холодильника

Электродвигатель стандартного компрессора то запускается, то выключается, испытывая при этом значительные нагрузки. Инверторная установка обеспечивает непрерывную работу мотора, изменяется лишь скорость его вращения. Такой режим позволяет сэкономить электроэнергию и снизить износостойкость отдельных деталей прибора.

Линейный компрессор более экономичный

Принцип работы холодильника ноу фрост с одним компрессором

Главный недостаток обычных холодильников для дома — превращение попадающей в камеру влаги в иней, который покрывает внутренние стенки прибора, перегружает компрессор и препятствует нормальному процессу охлаждения.

При наличии системы No Frost влага не замерзает, поэтому необходимость в регулярной разморозке холодильника отсутствует. Система предполагает наличие вентилятора, который располагается за испарителем и обеспечивает равномерное охлаждение продукции воздушными потоками. При этом на стенках испарителя скапливается конденсат, постепенно начинающий превращаться в иней. Благодаря специальному таймеру периодически включается ТЭН и лед тает. Образовавшаяся жидкость по трубкам перемещается в размещенный вне камеры поддон, откуда испаряется естественным путем.

Принцип работы холодильной установки с двумя компрессорами

В таких холодильных установках есть два компрессора, каждый из которых работает независимо. Один компрессор обеспечивает работу контура, охлаждающего морозильную камеру. Второй – работает на охлаждение основного отсека.

В холодильниках с двумя компрессорами в каждой камере установлен отдельный испаритель. Они не соединены между собой. За счет раздельных контуров охлаждения, такие холодильники отличаются высоким сроком службы.

Плюс двухкамерного холодильника проявляется в случае утечки фреона или поломки. если хладагент выходит из одного контура, второй продолжает работать. То же самое происходит в случае поломки.

Принцип работы двухкамерного холодильника с одним компрессором

В двухкамерном холодильнике с одним компрессором установлены два испарителя. Хотя по сути, они являются разными частями одного и того же элемента (см. рис). Первый находится – в морозильной камере, второй – в обычной. Фреон после прохождения через фильтр-осушитель сначала попадает в первый, потом второй.

При попадании в морозильную камеру хладагент отбирает у нее тепло и нагревается. После этого он попадает в основной отсек, где отбирает тепло у него. За счет того, что его температура несколько повысилась после прохождения морозилки, в обычном отсеке температура не опустится ниже 0 градусов.

Принцип работы двухкамерного холодильника с одним компрессором.

Конденсатор холодильника: какие задачи он выполняет

Хладагент во время работы нагревается, так же как и перед тем, как ему поступить в конденсатор. Однако, после прохождения данного конденсатора хладагент охлаждается. Поэтому, можно сказать, что конденсатор – это трубопровод, который обычно выглядит как змеевик. Именно сюда и поступают пары хладагента. На змеевик могут оказывать влияние многие окружающие факторы, такие, как воздух. В холодильных больших размеров, для этих целей может использоваться вода.

Конденсатор периодически требует наружной очистки, так как ухудшается процесс теплообмена

Почти все холодильники сегодня, например, Самсунг, Атлант или Индезит обладают грамотным составом компонентов. В них встроены надежные конденсаторы. Однако, даже они при неправильном использовании могут выйти из строя. Устранить эту проблему могут только специалисты.

Разновидности конденсаторов в холодильниках:

Боковой. Данный вид конденсаторов крепиться сбоку устройства и имеет ряд как преимуществ, так и недостатков.
Конденсатор может находиться в устройстве снизу. Такой тип устройств работает быстрее, но очень быстро засоряется.
Модели с пластинчатыми ребрами. Они обладают воздушным охлаждением.

Вне зависимости от типа конденсатора, который находится у вашей модели, постарайтесь держать его в порядке для недопущения поломок.

Советы по эксплуатации

В процессе использования оборудования следует придерживаться базовых рекомендаций и советов. Соблюдение простых правил поможет избежать возникновения неисправностей и сделает повседневную эксплуатацию предельно комфортной.

Если был выключен

Когда холодильник был отключен, независимо от причины, следует подождать 5-10 минут перед повторным включением. Это необходимо для того, чтобы все внутренние компоненты успели правильно отключиться, а затем вернуться в рабочий режим.

Если был разморожен

После размораживания устройства необходимо включить его и дождаться отработки одного цикла, не загружая внутрь продукты. После того как холодильник перестанет шуметь и отключится, можно использовать его в стандартном режиме. Данная мера необходима для сохранности продуктов. Использование техники с функцией автоматической разморозки отменяет необходимость проведения таких действий.

Как отрегулировать терморегулятор

В зависимости от настройки терморегулятора меняется температура внутри камеры холодильного оборудования. Включение на минимальную отметку приводит к тому, что продукты недостаточно охлаждаются, а функционирование на предельной мощности создает избыточную нагрузку на двигатель. Рекомендуемое значение терморегулятора находится в пределах 3-6 градусов.

Плачущий испаритель

В некоторых разновидностях оборудования на внутренней стороне задней стенки размещен так называемый плачущий испаритель. Свое название он получил из-за образующихся на поверхности капель воды, которые стекают в систему слива талой воды. К плачущему испарителю нельзя прислонять продукты, а также следует периодически выполнять чистку водного стока.

Правила разморозки

Несоблюдение правил размораживания может привести к возникновению дефектов

Важно учитывать следующие правила:

перед разморозкой нужно отключить агрегат и извлечь шнур питания из розетки;
в процессе разморозки холодильника нельзя отковыривать лед при помощи твердых предметов, поскольку это может привести к повреждению механизмов;
для ускорения процедуры можно открыть дверцы и разместить на полках емкости, наполненные теплой водой.

Нельзя хранить подсолнечное масло

Растительное масло не портится и сохраняет свои характеристики при хранении в условиях стандартной комнатной температуры. Нахождение подсолнечного масла внутри холодильника приводит к утрате эластичности уплотнительной ленты на дверце.

Нельзя ставить возле отопительных приборов

Холодильник лучше поставить вдали от приборов отопления, поскольку они будут нагревать заднюю часть, где происходит испарение холодного воздуха. Из-за воздействия тепла увеличится расход электроэнергии, возрастет нагрузка, и агрегат выйдет из строя. Кроме того, от перегрева трескается покрытие корпуса и значительно ухудшается внешний вид техники.

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:

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором способны менять частоту вращения в том числе управляемые изменением частоты питающего напряжения.
Этой способности лишены коллекторные двигатели, в холодильниках используемые редко.
Новый тип двигателей из катушки и колеблющегося сердечника также легко управляется изменением частоты следования импульсов.

В результате появляется следующая схема:

Входное напряжение выпрямляется.
Нарезается силовым ключом нужными длительностями.
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?

Ремонт своими руками для начинающих

Столкнувшись с неполадками в работе холодильного оборудования, не стоит сразу обращаться за помощью в сервисный центр. В большинстве случаев неисправности можно устранить самостоятельно.

Утечка фреона

Чтобы устранить утечку хладагента, необходимо найти поврежденный участок на трубке и запаять его. Для обнаружения можно использовать течеискатель. Заметить утечку можно по следующим признакам:

увеличение температуры в камере холодильника, появление конденсата на стенках;
нарушение функционирования встроенного в оборудование электродвигателя;
автоматическое включение системы диагностики холодильника (при наличии);
иней либо появление льда на испарителе;
непрерывная работа оборудования без временного отключения мотора.

Холодильная система

Под холодильной системой понимается охлаждающий контур, включая змеевики. Данная часть оборудования является наименее пригодной к восстановлению в домашних условиях, и попытки отремонтировать часто приводят к возникновению дополнительных поломок. Для проведения комплексного ремонта лучше обратиться в мастерскую.

Система терморегуляции

Ремонт терморегулятора холодильного оборудования возможно провести самостоятельно, поскольку в большинстве случаев для восстановления работоспособности достаточно заменить неисправные компоненты. Единственная проблема заключается в том, что подходящие запчасти не всегда удается легко найти.

Механическая система

В механическую составляющую холодильного оборудования входят уплотнительные резинки, фиксирующие элементы полок, дверцы, компрессора и остальные подобные детали. В зависимости от типа поломки ремонтные работы заключаются в регулировке положения дверцы, установке нового уплотнителя, подкручивании фиксаторов полки. Данные работы не представляют сложности и могут быть выполнены самостоятельно без наличия специальных знаний и практического опыта.

Система электрики

Электрическая система обеспечивает нормальное функционирование агрегата и состоит из проводки, электродвигателя, пуско-защитного реле и прилегающих компонентов. Элементы подлежат самостоятельному ремонту, поскольку определить неисправность и устранить ее возможно с минимальными знаниями в области электричества. Для проведения ремонта потребуется задействовать мультиметр и паяльник.

Мотор-компрессор

В состав мотор-компрессора входит электромотор и компрессор. Двигатель преобразовывает электрическую энергию в механическую, что приводит в действие компрессор. Располагается зачастую в нижней задней части холодильника.

Компрессор предназначен для создания требуемой разности давлений. Хладагент (вещество, предназначенное для переноса тепла из испарителя в конденсатор) в парообразном состоянии поступает из испарителя в компрессор, откуда перенаправляется в конденсатор. В устройстве бытовых холодильников используются герметичные поршневые мотор-компрессоры.

Конструкция таких деталей предполагает расположение электродвигателя во внутренней части корпуса компрессора. Такое расположение электродвигателя предотвращает возможность утечки хладагента сквозь уплотнение вала. Тем самым уменьшая возможность дальнейшего ремонта холодильника.

С целью поглощения вибраций, возникающих во время работы, используется подвеска компрессора. Подвеска, в свою очередь, бывает внутренней (двигатель компрессора подвешивается внутри корпуса) и внешней (корпус компрессора подвешивается на пружине). В современных моделях бытовых холодильников в основном используется внутренняя подвеска, так как она значительно эффективнее способна поглощать вибрации компрессора, чем наружная. Смазывают компрессор специальными рефрижераторными маслами, способными хорошо взаимодействовать с хладагентом.

В зависимости от предназначения, бытовые холодильники могут быть оборудованы одним или двумя компрессорами.