Как устроен современный холодильник. Какие основные компоненты входят в его состав. По какому принципу работает холодильная система. Какие физические процессы лежат в основе охлаждения продуктов. Как происходит циркуляция хладагента в системе.
Основные компоненты современного холодильника
Современный бытовой холодильник состоит из нескольких ключевых элементов, обеспечивающих его работу:
- Компрессор — «сердце» холодильной системы, создающее циркуляцию хладагента
- Конденсатор — радиаторная решетка на задней стенке для отвода тепла
- Испаритель — змеевик внутри камеры, забирающий тепло из нее
- Капиллярная трубка — дросселирующее устройство между конденсатором и испарителем
- Хладагент — жидкость с низкой температурой кипения, циркулирующая по системе
- Терморегулятор — устройство контроля и поддержания заданной температуры
Все эти элементы образуют замкнутый контур, в котором циркулирует хладагент, обеспечивая охлаждение камеры холодильника.
Физические принципы работы холодильной системы
В основе работы холодильника лежат два ключевых физических процесса:
- Поглощение тепла при испарении жидкости
- Выделение тепла при конденсации пара
Эти процессы происходят с хладагентом при его циркуляции по замкнутому контуру холодильной системы. Давайте рассмотрим, как это работает на практике.
Принцип работы компрессионного холодильника
Работа компрессионного холодильника основана на циркуляции хладагента по замкнутому контуру. Рассмотрим основные этапы этого процесса:
- Компрессор сжимает газообразный хладагент, повышая его давление и температуру
- Горячий пар поступает в конденсатор, где охлаждается и конденсируется в жидкость
- Жидкий хладагент проходит через капиллярную трубку, где его давление резко падает
- В испарителе хладагент закипает, поглощая тепло из холодильной камеры
- Газообразный хладагент возвращается в компрессор, и цикл повторяется
Этот процесс непрерывно повторяется, обеспечивая отвод тепла из холодильной камеры и поддержание в ней низкой температуры.
Особенности работы современных холодильников No Frost
Система No Frost («без инея») стала стандартом для современных холодильников. Ее ключевые особенности:
- Принудительная циркуляция воздуха вентилятором
- Отделение испарителя от стенок камеры
- Периодическое автоматическое размораживание испарителя
- Отвод талой воды в специальный поддон для испарения
Благодаря этим решениям в холодильнике не образуется иней, а продукты не покрываются ледяной коркой. Это повышает удобство использования и сохранность продуктов.
Энергоэффективность современных холодильников
Производители постоянно работают над повышением энергоэффективности холодильников. Основные способы ее улучшения:
- Использование инверторных компрессоров с плавной регулировкой мощности
- Улучшение теплоизоляции корпуса
- Применение электронных систем управления
- Оптимизация циркуляции воздуха внутри камер
Благодаря этим мерам современные холодильники потребляют значительно меньше электроэнергии, чем модели прошлых лет. Как выбрать энергоэффективный холодильник?
Выбор оптимального холодильника для дома
При выборе холодильника следует учитывать несколько ключевых факторов:
- Объем камер — должен соответствовать потребностям семьи
- Габариты — необходимо учесть место для установки
- Класс энергопотребления — желательно не ниже A+
- Система разморозки — предпочтительнее No Frost
- Количество компрессоров — для больших моделей лучше два
- Дополнительные функции — зоны свежести, диспенсеры и т.д.
Правильно подобранный холодильник прослужит долго и будет полностью удовлетворять потребности семьи в хранении продуктов.
Обслуживание и уход за холодильником
Для обеспечения долгой и бесперебойной работы холодильника необходимо соблюдать несколько простых правил:
- Регулярно очищать конденсатор от пыли
- Не допускать образования толстого слоя льда в морозильной камере
- Своевременно заменять фильтры (если есть)
- Проверять целостность уплотнителя дверцы
- Не перегружать полки продуктами
Соблюдение этих простых рекомендаций позволит значительно продлить срок службы холодильника и сэкономить на ремонте.
Принцип работы бытового холодильника Ноу Фрост. Устройство No Frost холодильника
Холодильник относится к числу наиболее распространенной бытовой техники, в какой нуждается абсолютно каждый человек. Если ваш холодильник внезапно ломается, то это становится серьезной проблемой, которая требует незамедлительного решения. В такие моменты можно представить себе, как жили люди всего несколько десятилетий назад, когда не было холодильников, а зачастую даже электричества. На случай поломки неплохо владеть знаниями об устройстве холодильника и принципе действия этого устройства, тогда возможно вы сможете справиться с неполадкой своими силами.
Принцип работы холодильника
Принцип работы бытового холодильника основан на действии особого газа — хладагента. Газ (обычно фреон) циркулирует по замкнутому контуру, и при этом периодически нагревается и остывает. Компрессор холодильника создает в газовой системе крайне высокое давление, под действием которого хладагент превращается в жидкость.
Затем эта жидкость начинает просачиваться через капилляр внутрь испарителя, где начинает очень быстро расширяться, благодаря переходным процессам из одного агрегатного состояния в другое, испаряющийся газ оказывает на холодильную камеру сильный охлаждающий эффект. Затем газ, забравший тепло у испарителя, направляется сначала в компрессор, а затем в конденсатор — конструкцию на задней стенке холодильника, напоминающую радиатор. В конденсаторе разогретый газ отдает в окружающую среду тепло полученное из испарителя, и тепло образующееся при сжатии газа компрессором. После этого процесс повторяется снова и снова, пока не будет достигнута необходимая температура внутри холодильной камеры. Капилляр, через который сжиженный газ просачивается в испаритель меняет свою пропускную способность в зависимости от соотношения давлений в испарителе и конденсаторе, это позволяет создать правильный процесс теплообмена. Температура внутри холодильника отслеживается электрическим или механическим термостатом, который запускает и останавливает компрессор при колебаниях температуры.
Отдельного внимания заслуживает компрессор. Компрессор прибора имеет поршневую конструкцию, и полностью, включая электродвигатель, погружен в специальное рефрижераторное масло. Двигатель и компрессор находятся в герметично запаянном корпусе, напоминающем котел. Для устранения шумов и вибраций в процессе работы компрессора, применяют поглощающие подвески. В старых моделях компрессор имел пружинную подвеску корпуса, затем стали применять внутреннюю подвеску, когда части компрессора подвешены внутри корпуса. В современных марках используется только внутренняя подвеска.
Как видно из вышеописанного, принцип действия изделия довольно прост, и основывается на теплообмене между холодильной камерой и окружающей средой. Этот процесс был описан французским ученым Сади Карно и в честь первооткрывателя был назван циклом Карно.
Разные отделы холодильника имеют разную температуру воздуха, что используется в современных моделях для разделения на зоны, предназначенные для хранения различных видов продуктов.
Почти все холодильники оборудованы морозильной камерой с рабочей температурой намного ниже нуля. Существуют разные виды компоновок холодильников, главное отличие обычно состоит в размере и расположении морозильника.
Устройство холодильника с системой No Frost
Принцип работы холодильников No Frost ничем не отличается от традиционных, однако имеет различия в системе разморозки. Стандартные холодильники нуждаются в периодической полной разморозке, чтобы избавиться от накопившегося на стенках инея и льда. Ледяные наросты появляются в результате резкого охлаждения стенок холодильника, из-за чего на них конденсируется влага и мгновенно замерзает. В холодильниках с системой Ноу Фрост такого не случается, потому как стенки камеры отделены от испарителя, испаритель охлаждает воздух, который затем принудительно циркулирует при помощи вентилятора. Капли воды, скапливающиеся на стенках, стекают в отверстие в днище холодильника, откуда попадают на испарительный поддон. Поддон как правило установлен на компрессоре, и парообразование жидкости ускоряется за счет выделяемого им тепла.
Но данная технология таит в себе и недостатки, продукты теряют влагу из-за постоянного обдувания воздухом, поэтому их приходится хранить в герметичной упаковке, чтобы сохранить свежесть. Зато сегодня появились простые, но очень нужные нововведения, например сигнализация двери, теперь звуковой сигнал уведомит вас о том, что вы забыли закрыть дверцу, либо закрыли неплотно. Сегодня можно встретить совершенно безумные модификации холодильников со встроенными в дверь телеприемниками или даже компьютерами с возможностью выхода в интернет. Конечно, не обязательно вдаваться в такие крайности, но при выборе нового холодильника все-таки стоит уделить внимание и его внешнему виду, благо выбор очень велик.
Принцип работы холодильника. Подробное описание
По принципу действия можно выделить четыре типа холодильников. Два типа, находящихся первыми в списке, из-за высокой стоимости и низкого коэффициента отдачи особого распространения не получили, в отличие от оставшихся двух типов. Итак, работать холодильник может по принципу:
- вихревого охлаждения;
- абсорбции;
- термоэлектричества;
- компрессии.
Холодильные установки, применяемые в быту и на производствах, могут быть компрессионными, термоэлектрическими или абсорбционными. Имея некоторые довольно существенные различия, работают они по схожему принципу: в холодильной камере температура снижается благодаря поглощению тепла жидким и испаряющимся охладительным агентом. В холодильнике компрессионного типа в качестве хладагента обычно используется фреон, в абсорбционном – аммиак.
Основные элементы холодильника
Ни один холодильник не сможет работать, если в нем отсутствует хотя бы один из основных конструкционных элементов:
- Охладительный агент. В его роли выступает газ, движущийся по замкнутому кругу и переносящий тепло.
- Конденсатор. Устройство, выводящее тепло наружу из холодильной камеры. Представлен в виде решетки на задней части холодильника.
- Компрессор – мотор, нагнетающий давление и заставляющий газ двигаться по замкнутой системе.
- Испаритель – устройство, которое удаляет тепло. В большинстве холодильников в качестве испарителя используется задняя стенка.
В большинстве холодильников в качестве испарителя используется задняя стенка.Принцип работы компрессионного холодильника
Фреон, применяемый в качестве хладагента, подается на осушающий фильтр, который очистит газ от различных твердых частиц и соберет из него всю лишнюю влагу. Дегидрированный и очищенный фреон затем вытечет по капиллярной трубке, которая представляет собой некую границу, разделяющую зоны с высоким и низким давлением. Поступая из трубки в испаритель, где давление снижается с приблизительно 9 атмосфер до 0,1 атмосферы, фреон закипает из-за теплоты тех продуктов, которые были оставлены в камере для охлаждения. Любая жидкость, закипая, испаряется, и фреон не становится исключением: его пары засасывает компрессор, и весь цикл начинается сначала.
Особое внимание стоит уделить механизмам действия каждого элемента холодильника, ведь именно от них и зависит вся работа холодильной машины. Компрессор включает в себя саму компрессионную установку и небольшой электродвигатель, которые спрятаны в герметичном корпусе.
Именно компрессор можно назвать ключевым устройством, обеспечивающим охлаждение, – его постоянная работа по перегонке фреона гарантирует работу всего цикла.
Конденсаторы на холодильник устанавливаются двух типов:
- щитовой или листотрубный, который похож на лист металла с посаженным на него змеевиком;
- ребристотрубный, представляющий собой змеевик с ребрами.
К примеру, Indesit NBS 18 AA является компрессионным холодильником.
Двухкомпрессионный холодильник – просто одна из разновидностей устройств этого типа, то есть обычный холодильник с морозильной камерой. Один из компрессоров работает на охлаждение «морозилки», второй – на холодильную камеру. Благодаря этому температура в каждой камере может регулироваться отдельно. Недостатком такого холодильника будет повышенное потребление им электроэнергии.
Электросистема в компрессионном холодильнике и принцип ее работы
После подключения холодильника к сети ток электричества проходит сквозь замкнутый контакт в терморегуляторе, кнопку заморозки/размораживания, катушку реле пуска и попадает на электродвигатель компрессора.
Так как мотор еще не запущен, электроток, протекающий через его обмотку, превышает предельно допустимый в несколько раз, тем самым замыкает контакты и включает «стартер», размыкая контакты реле пуска. После охлаждения испарителя до значения, которое установлено на регуляторе температуры, контакты размыкаются и двигатель прекращает работу. Когда температура в холодильной камере повышается до фиксированного показателя, цикл начинается снова.
В зависимости от конструкции того или иного холодильника электросистема может быть выполнена различным образом: реле защиты и пуска могут быть объединены, кнопка размораживания может полностью отсутствовать, часто добавляются те или иные элементы. Однако данная схема является основой работы устройства компрессорного типа без технологии «no frost». Применяется, к примеру, в холодильнике LG GL-M 492 GQQL.
Принцип работы абсорбционного холодильника
Абсорбция – это процесс поглощения некого вещества другим веществом. Так, влага может вбирать аммиак, из-за чего образуется нашатырь, влагу же вбирает, к примеру, соль.
По такому же принципу работают и холодильники абсорбционного типа. Если изначально холодильные установки такого типа появились из-за изучения возможности использования жидкого топлива, с развитием промышленности компрессионные установки практически вытеснили их с рынка. Однако затем появлялись все новые и новые технологии, и сегодня оба принципа работы на равных используются при производстве холодильных машин.
Вместо компрессора на абсорбционных холодильниках используется своего рода «котел», который нагревается из-за воздействия электрического тока. В котле находится аммиак, который превращается в пар из-за нагрева, а соответственно, и повышает давление в устройстве. Под действием простых законов физики пары аммиака движутся к конденсатору, где охлаждаются и снова переходят в жидкое состояние. Сама же схема работы практически идентична схеме компрессионного холодильника. Абсорбционный холодильник работает гораздо тише своего компрессионного «собрата», не зависит от скачков напряжения в сети и не имеет легко выходящих из строя подвижных частей.
Но он обладает и своими недостатками: расход электрической энергии несколько повышается, что ведет за собой финансовые затраты.
По этому принципу действия работают холодильники «Морозко».
Принцип работы термоэлектрического холодильника
Чтобы снизить температуру в холодильной камере, тепло из нее выкачивается специальной системой. Обеспечивает это известный эффект Пелтье. В холодильниках данного типа установлены термоэлектрические элементы кубической формы, созданные из различных металлов и объединенные электричеством. Когда электроток переходит из одного металла в другой, вместе с ним переходит и тепло. Пластина из алюминия поглощает тепло из продуктов в холодильнике, а кубические элементы передают его в стабилизатор, в свою очередь, рассеивающий его наружу через вентилятор. Большая часть переносных холодильников Nord работает именно по этому принципу.
Каждый из этих типов имеет свои положительные и отрицательные стороны, на учете которых и должен основываться выбор холодильного устройства для домашних или промышленных нужд.
Принцип работы холодильников — Как работают холодильники?
До того, как мы научились искусственно охлаждать нашу еду и места, где мы живем, мы использовали естественные способы снижения температуры. Зимой мы собирали лед из рек и озер и помещали его в ледяные домики до тех пор, пока он не понадобится летом. Затем, В 1755 году шотландский профессор Уильям Каллен показал эксперимент, который медленно, но верно изменит мир.
Каллен осуществил современную версию древнего метода искусственного охлаждения, известного древним индийцам и египтянам, — охлаждение испарением. Он использовал
насос для создания частичного вакуума в емкости, где находился диэтиловый эфир. Это дало диэтиловому эфиру более низкую температуру кипения, и он закипел. Потому что это начало
для кипения ему нужна была энергия для испарения, поэтому он начал поглощать тепло из окружающего воздуха, снижая температуру воздуха. Он даже произвел небольшое количество
льда.
Холодильник — это, по сути, тепловой двигатель, в котором работа над хладагентом выполняется, чтобы он мог собирать энергию из холодного региона; доставить его в
область более высоких температур и тем самым охлаждая холодную область еще больше. Основными элементами холодильника являются компрессор, который подключается к внешнему,
более горячая система трубопроводов (называемая змеевиками конденсатора), которая соединяется с расширительным клапаном, который соединяется с внутренней, более холодной системой трубопроводов (испаритель
катушки), который соединен обратно с компрессором. Все они содержат хладагент, а змеевики испарителя помещены в теплоизолированную «коробку», роль которой
заключается в том, чтобы держать его внутри холодным.
Хладагент «запускается» как газ (помните — это цикл) в компрессоре, который повышает давление, нагревая газ. Сжатый газ проходит через змеевики конденсатора (внешние), на задней стенке холодильника, которые сделаны так, что газ потеряет в них высокую температуру и начнет превращаться в жидкость потому что он находится под высоким давлением. Жидкий хладагент поступает к расширительному клапану. Поскольку это цикл, между клапаном и компрессором область низкого давления — компрессор втягивает жидкий хладагент из расширительного клапана в змеевики испарителя. Из-за низкого давления жидкости хладагент начинает кипеть и испаряться. Хладагент, теперь газ, проходит через змеевики испарителя, и потому что ему нужна энергия, чтобы он мог ее испарить. «высасывает» его из окружающего пространства и делает его холоднее. Из змеевиков испарителя газообразный хладагент поступает в компрессор, и цикл повторяется.
Ранние механические холодильные системы использовали диоксид серы, хлористый метил и аммиак в качестве хладагентов, но отказались от использования диоксида серы, хлористого метила.
потому что они были ядовиты. Некоторые другие старые машины использовали метилформиат, хлорметан или дихлорметан. Хлорфторуглероды использовались с 1950-х годов.
но были запрещены с конца 1970-х годов из-за опасений по поводу истощения озонового слоя. Их заменили перфторуглеродами и
гидрофторуглероды, но они также подверглись критике. В настоящее время они в основном заменены фторсодержащими парниковыми газами.
Принцип работы холодильников – StudiousGuy
Холодильники являются одним из наиболее часто используемых бытовых приборов. От сохранения свежести нашей пищи в течение нескольких дней до предоставления нам прохладительных напитков в жаркое лето, они делают нашу жизнь комфортной каждый день. Использование холодильника в нашей повседневной жизни настолько распространено, что мы почти никогда не задумываемся, как это технологическое чудо работает по своей сути. Как правило, более низкая температура в холодильниках замедляет активность бактерий, присутствующих в продуктах, что, в свою очередь, предотвращает их порчу.
До изобретения электрических холодильников зарабатывались состояния на доставке больших блоков льда для достижения низкой температуры для хранения продуктов питания и напитков. Сегодня, благодаря холодильникам, нам не нужно преодолевать такие трудности, чтобы сохранить нашу еду от порчи. Процесс, который сегодня используют холодильники, основан на работе 19Американские изобретатели 19 века Оливер Эванс и Джейкоб Перкинс. В 1805 году Эванс изобрел холодильный цикл с компрессией пара, который мы сейчас используем для изготовления холодильников, но он так и не смог построить холодильник. В 1830-х годах Перкинс создал первую холодильную систему, основанную на идеях Эвана. Хотя система Перкина не имела коммерческого успеха, это был первый шаг к современным холодильникам, которые мы используем сегодня. Прежде чем мы попытаемся понять, как работает этот цикл охлаждения, давайте сначала разберемся, какие компоненты холодильника участвуют в процессе охлаждения.
Указатель статей (щелкните, чтобы перейти)
Компоненты холодильника Жидкий хладагент Жидкий хладагент обычно представляет собой газ или жидкость, которая способствует преобразованию тепловой энергии в механическую фазу.
сдача. В холодильниках жидкий хладагент также можно рассматривать как хладагент, который течет по всему холодильнику для поддержания температуры внутри него. Наиболее часто используемые хладагенты имеют чрезвычайно низкую температуру кипения, например, гидрохлорфторуглеродные химические вещества, которые обычно называют фреонами.
Компрессор считается сердцем холодильной системы. С технической точки зрения компрессор — это устройство, которое увеличивает давление газа за счет уменьшения его объема. В холодильниках компрессор механически увеличивает температуру хладагента, заставляя его двигаться по трубе малого объема. Хладагент поступает в компрессор в виде газа низкого давления и низкой температуры, а затем выходит из компрессора в виде газа высокого давления и высокой температуры. Он также действует как электрический насос, облегчающий поток хладагента по всему холодильнику в замкнутой системе. Компрессор обычно располагается в нижней части задней стенки холодильника.
Конденсатор или змеевики конденсатора представляют собой сетку труб, которые можно найти на задней стороне холодильника. Основная функция конденсатора — отвод внутреннего тепла холодильника, как и у радиатора. Он называется конденсатором, потому что отвод тепла достигается за счет конденсации хладагента из пара в жидкое состояние внутри конденсаторных змеевиков. Тепло выделяется, когда температура падает до температуры конденсации.
Термостатический расширительный клапан Термостатический расширительный клапан действует как регулятор, контролирующий поток жидкого хладагента в испаритель. Термостат (компонент регулирующего устройства, который измеряет температуру и выдает соответствующий сигнал) управляет процессом охлаждения, включая и выключая компрессор. Когда датчик определяет, что в холодильнике достаточно холодно, он выключает компрессор. Если он чувствует слишком много тепла, он включает компрессор и снова начинает процесс охлаждения.
Именно по этой причине мы слышим гудящий звук, исходящий из холодильника через равные промежутки времени.
Это часть холодильной системы, обеспечивающая охлаждение внутри холодильника. Его функция заключается в поглощении тепла системой охлаждения изнутри, которое затем излучается из системы через конденсатор. Испарительные змеевики находятся внутри холодильника, куда мы кладем продукты. Хладагент подается в эти змеевики через термостатический расширительный клапан.
Приемник Ресивер, или ресивер жидкости, как его обычно называют, представляет собой сосуд под давлением, предназначенный для хранения жидкого хладагента. Функция ресивера заключается в хранении жидкого хладагента и обеспечении непрерывного потока хладагента к расширительному устройству. Ресивер имеет входной и выходной патрубки и резьбовое отверстие для установки предохранительного устройства сброса избыточного давления.
Основное назначение ресивера — служить буфером для хладагента во время цикла охлаждения.
Основным принципом работы холодильника является второй закон термодинамики; более конкретно, утверждение Клаузиуса о втором законе термодинамики, в котором говорится: «Тепло никогда не может перейти от более холодного тела к более теплому без какого-либо другого связанного с ним изменения, происходящего в то же время». Это утверждение можно понять так: для передачи теплоты из области с более низкой температурой в область с более высокой температурой над системой должна быть совершена механическая работа. Это очевидно в холодильнике, когда тепло течет из холодной среды (внутри холодильника) в горячую среду (снаружи холодильника), но только под действием внешнего агента, то есть системы охлаждения. Другими словами, охлаждение — это работа, обратная тепловой машине. Тепловая машина забирает тепло от горячего тела, часть его преобразует в механическую работу, а оставшуюся часть отдает в более холодную среду.
Напротив, холодильник использует механическую работу для передачи тепла из области с более низкой температурой в область с более высокой температурой. Эта периодическая подача тепла известна как цикл охлаждения или цикл охлаждения с компрессией пара. Давайте обсудим, как этот процесс осуществляется внутри холодильника.
В этом цикле летучий жидкий хладагент прокачивается через охлаждающие змеевики испарителя во внутреннее отделение холодильника. Внутри этих змеевиков хладагент испаряется из-за скрытого тепла, выделяемого пищевыми продуктами. Это скрытое тепло вызывает фазовое изменение состояния хладагента из жидкого в парообразное, что приводит к падению температуры внутри холодильника. Затем эти пары подаются в компрессор с электрическим приводом, который повышает температуру этих паров, изменяя их давление с низкого на высокое. Эти пары с высокой температурой и высоким давлением затем поступают в змеевик конденсатора, где они снова претерпевают фазовый переход от пара к жидкости в процессе сжижения.
