Холодильник - це складний електроприлад, що поєднує в своїй роботі механічні та електронні вузли. Основне його призначення - акумулювати холод і підтримувати задану температуру. Відрізняються агрегати між собою по виду використовуваного компресора. Для холодильника компресор - це як серце для людини, від роботи якого залежить технічний стан пристрою в цілому.
Конструкція холодильних установок
В робочому стані холодильник включається в мережу 220 вольт і починає набирати задану температуру, після досягнення якої вимикається. Коли температура починає відрізнятися від встановленої, пристрій знову включається і знижує її до заданого значення. Так відбувається по циклу. Середня тривалість включення мотора становить 10-25 хвилин.
В основі роботи агрегату використовується властивість холодоагенту швидко змінювати своє фазовий стан. Холодильний агент - це речовина, яка переміщаючись по капілярних трубках, переносить тепло. В якості холодоагенту використовується газ. При досягненні точки кипіння агент забирає тепло у об'єкта, з яким контактує, а при охолодженні віддає її в навколишнє середовище зарахунок конденсації.
Пристрій холодильника складається з чотирьох основних складових, що формують його роботу:
- компресор;
- конденсатор;
- випарник;
- термостат.
При запуску компресора (насоса) охолоджуючий газ відкачується з випарника і нагнітається в конденсаторі. У ньому відбувається охолодження газу, виникає його конденсація і перехід в рідкий стан. Агент надходить на фільтр, в якому відбувається його осушення, а далі в випарник, де створюється знижений тиск. Потрапляючи у випарник, що знаходиться в рідкому стані, холодильний агент закипає, забираючи від нього тепло. Це дозволяє охолоджувати як внутрішню поверхню камери холодильника, так і предмети, що знаходяться в ній.
Цикл переміщення повторюється до тих пір, поки не спрацює термостат, який одержує дані про значення температури від термопари, розташованої в холодильній камері. Спрацювавши, термостат відключає компресор. При збільшенні температури термостат знову запускає роботу компресора. Для зниження конденсату, що утворюється через перепад температур, використовується трубка капілярного виду. При роботі агрегату вона нагрівається, передаючи тепло трубопроводу всмоктування. В останніх моделях холодильних пристроїв капілярна трубка розташовується всередині трубопроводу.
В однокамерних агрегатах для управління силою охолодження, встановлюється піддон з невеликим отвором, безпосередньо під випарником. Через цей отвір холодне повітря надходить в камеру охолодження. Змінюючи величину отвори, регулюється температура в холодильному відсіку, при цьому в морозильній камері вона залишається незмінною. Морозильний відсік в однокамерних холодильниках розміщується над холодильною шафою.
У двокамерних холодильниках використовується власний випарник. Спочатку охолоджується випарник морозильної камери. Після досягнення негативної температури, холодоагент, що знаходиться в рідкому стані, виходить у випарник холодильного відсіку. Сам випарник буває двох видів: що плаче і системи No Frost.
плаче випарник
Такого типу випарник являє собою пластину з металу, що розташовується на задній стінці холодильника. Коли досягається необхідна температура, і компресор вимикається, починається процес відтавання, при цьому на стінці випарника утворюється вода. Ця вода стікає по ньому в спеціально розташований лоток. Зазвичай цей лоток розташовується над компресором, температура якого призводить до поступового випару рідини.
При зміні потужності компресора встановлюється величина температури в обох камерах одночасно. Термопара розташовується в холодильному відсіку. Наприклад, зниження температури в холодильному відсіку на два градуси призведе до зниження температури на таку ж величину і в морозильній камері. Слід зазначити, що морозильна камера виконується так, щоб навіть при установці терморегулятора в найменше положення температура в ній не змогла піднятися вище покладеної, близько мінус 18 градусів.
Система охолодження No Frost
Система No Frost працює за відмінною від плаче типу схемою. У ній випарник розташовується біля морозильної камери і за своїм зовнішнім виглядом нагадує радіатор. Поширення газу відбувається із застосуванням вентилятора, що нагнітає повітря з морозильного і холодильного відсіку.
У такій системі немає намораживания, і на холодильному агрегаті не утворюється шар льоду з інеєм. Сам принцип роботи аналогічний класичним моделям. Як тільки температура досягає встановлених значень, мотор відключається і включається при її підвищенні.
Але насправді іній все-таки з'являється, хоча його й не видно, так як сам випарник захований від споживача. Іній, перетворюючись в воду, відтає від тепла, що виходить від мотора пристрою. У морозильній відсіку значення температури підтримується включенням і вимиканням компресора, а в холодильній камері - заслінкою. Її положення виставляється в ручному або автоматичному режимі. Крім заслінки, використовується вентилятор, витягує холодне повітря з морозильного відсіку в холодильний.
З моменту появи холодильного обладнання принцип його роботи не зазнавав значних змін. Змінювалися форми, кількість і розташування камер, а все інше залишалося незмінним.
З розвитком радіотехнічних пристроїв, спрямованих на збереження енергії, були винайдені компресори іншого типу дії, ніж раніше використовувалися. Існують два види компресорів:
- лінійні;
- інверторні.
Останнім часом все більше і більше виробники переходять на моделі з інверторним пристроєм компресора холодильника. Але присутні у них недоліки, особливо характерні для використання на території колишніх країн СРСР, не дозволяють повністю відмовитися від застосування лінійного виду пристроїв.
лінійні пристрої
Якщо подивитися на такий компресор візуально, то можна побачити невеликий бочонок, що складається з двох половинок з'єднаних зварюванням. З його середини виходять трубки, а на корпусі розташовані клеми для підведення до них електричної енергії. Принцип дії лінійних пристроїв заснований на роботі насоса. Такого виду компресори для холодильників поділяються на такі типи:
- відцентрові;
- поршневі;
- ротативних.
Ця класифікація поділяє пристрої не тільки за принципом дії, але і що важливіше за потужністю, а також значенням коефіцієнта корисної дії (ККД). У холодильниках з таким видом компресорів двигун завжди працює на максимальній потужності. Такий підхід використання створює навантаження на електромережу і систему холодильного пристрою. Запуск і зупинка двигуна завжди супроводжується перешкодою в електромережу, що виникає при комутації реле.
Мотор відцентрового виду
Відцентрові або динамічні компресори по своїй роботі подібні відцентровим насосів. Складаються вони з одного або декількох лопатевих коліс, поміщених в спіралевидні корпус. При обертанні колеса створюється відцентрова сила, яка передає холодоагенту, що знаходиться в газоподібному стані, кінетичну енергію. Ця енергія після перетворюється в тиск.
Таким чином, вся робота по переміщенню газу відбувається за рахунок вентилятора. Він може бути: відцентровим і осьовим. Крім робочого колеса, відцентровий вентилятор має в своїй конструкції всмоктуючий і нагнітальний патрубки. Осьової ж складається з пропелера з лопатками.
До недоліків цього виду відносять: неможливість отримання високого тиску через низький коефіцієнта стиснення. Але їхня перевага в простоті виготовлення.
Поршневий тип роботи
Основною частиною конструкції компресора, крім робочого циліндра, є поршень. Працює поршневий тип мотора за аналогією з одноциліндровим двигуном внутрішнього згоряння. У кришці циліндра розташовуються два клапана: нагнітальний і всмоктуючий. За рух поршня відповідає кривошипно-шатунний механізм і колінчастий вал.
Прямий привід цього механізму заводить поршень, а при зворотних рухах стискає газ, виштовхуючи його назовні. Найчастіше за два ходи поршня відбувається один оборот валу. Коли поршень йде вправо, в конденсаторі створюється розрідження, і охолоджуючий газ засмоктується в циліндр. При поверненні поршня назад тиск збільшується. Клапан всмоктування замикається, і газ під тиском виштовхується в конденсатор. Як тільки поршень змінює напрямок, замикається клапан нагнітання, і компресор знову починає відкачувати пари газу.
Вільний обсяг, що утворюється при опусканні поршня, розряджає камеру, а після перетину ним точки, відповідної найбільшому обсягу стиснення, перекриває випускає клапан. Зростання тиску газу збільшується. Для зменшення зносу стінок в циліндр вводиться масло. Для позбавлення від його частинок в холодоагенті встановлюється сепаратор.
Середня продуктивність таких компресорів не перевищує ста літрів в хвилину. До позитивних сторін відносять нескладний процес виробництва, а до негативних: низький ККД, високий шум і вібрацію.
Ротаційний принцип дії
При розгляді ротаційного компресора в розрізі можна побачити два гвинти, між якими і корпусом знаходиться холодоагент. Тому такий тип часто називається гвинтовим. Один ротор - провідний, а інший - ведений. Фізичного контакту між ними немає. У корпусі виконані два отвори - вхідний і вихідний. При попаданні газу через вхідний отвір він стискається між гвинтами, і його обсяг зменшується, а потім направляється по капілярних трубках в холодильний агрегат. Корпус для уникнення нагріву охолоджується рідиною.
Влаштований таким чином роторний компресор характеризується низькою вартістю виробництва, простотою розбирання і ремонту, а також малими газодинамічними втратами. З недоліків виділяють малий ККД і низький тиск, що не перевищує 1 Мпа.
інверторний компресор
Особливістю такого пристрою є те, що при зміні температури або досягненні потрібного її значення в камерах холодильника, він не перестає працювати, а тільки знижує свою потужність. Тому принцип роботи інверторного компресора холодильника заснований на зміні частоти обертання двигуна за допомогою спеціальної плати управління.
Блок управління трансформує змінний струм, що надходить з мережі в постійний, а потім знову в змінний, але вже з більшою частотою. Завдяки чому з'являється можливість плавно регулювати обертання мотора компресора і досягати швидкості вище 3000 об / хв. Як мотора використовується двигун з бесщеточний системою. При включенні компресора відбувається запуск його оборотів на максимальне значення, а після охолодження камери плавне зниження до мінімального, і в такому режимі підтримується температура.
До безперечних плюсів використання інверторного компресора відносять:
- економію електроенергії;
- збільшений термін роботи двигуна;
- низький рівень шуму;
- тривалий термін гарантії.
Збільшений термін служби пов'язаний з тим, що при роботі на малих обертах двигун майже не відчуває внутрішнього тертя, а значить, і знос його частин менше. Звідси і термін гарантії від виробників, що досягає десяти років. З малими оборотами двигуна зв'язується мале споживання енергії і низький рівень шуму. При цьому варто відзначити, що набір заданої температури в камерах холодильника відбувається швидше майже в два рази в порівнянні з лінійним типом компресора.
З мінусів виділяється ціна. Холодильник, що використовує такий компресор, буде коштувати набагато дорожче, ніж класичний. А ще, його блок управління занадто чутливий до стрибків напруги через використання складної електронної начинки.
Визначаючись, який тип компресора холодильника краще, можна з упевненістю сказати, що - інверторний, але це, якщо враховувати тільки технічну сторону питання. В цілому ж нерідко при виборі побутових холодильних агрегатів перевага віддається лінійним типам.
І пов'язано це не стільки з ціною, скільки з якістю електричних ліній. Адже виробники хоч і дають великий термін гарантії на виріб, але обумовлюють, що вихід з ладу плати инвертирования через стрибки напруги - випадок не гарантійний, а міняти таку плату дорого.
В якійсь мірі можна убезпечити пристрій, застосовуючи стабілізатор напруги, але це ще більше збільшить вартість холодильника.