Холодильник — это сложный электроприбор, сочетающий в своей работе механические и электронные узлы. Основное его предназначение — аккумулировать холод и поддерживать заданную температуру. Отличаются агрегаты между собой по виду используемого компрессора. Для холодильника компрессор — это как сердце для человека, от работы которого зависит техническое состояние устройства в целом.
Конструкция холодильных установок
В рабочем состоянии холодильник включается в сеть 220 вольт и начинает набирать заданную температуру, после достижения которой выключается. Когда температура начинает отличаться от установленной, устройство опять включается и понижает её до заданного значения. Так происходит по циклу. Средняя продолжительность включения мотора составляет 10—25 минут.
В основе работы агрегата используется свойство хладагента быстро изменять своё фазовое состояние. Холодильный агент — это вещество, которое перемещаясь по капиллярным трубкам, переносит тепло. В качестве хладагента используется газ. При достижении точки кипения агент забирает тепло у объекта, с которым контактирует, а при охлаждении отдаёт её в окружающую среду засчет конденсации.
Устройство холодильника состоит из четырёх основных составляющих, формирующих его работу:
- компрессор;
- конденсатор;
- испаритель;
- термостат.
При запуске компрессора (насоса) охлаждающий газ откачивается из испарителя и нагнетается в конденсаторе. В нём происходит охлаждение газа, возникает его конденсация и переход в жидкое состояние. Агент поступает на фильтр, в котором происходит его осушение, а далее в испаритель, где создаётся пониженное давление. Попадая в испаритель, находящийся в жидком состоянии, холодильный агент вскипает, забирая от него тепло. Это позволяет охлаждать как внутреннюю поверхность камеры холодильника, так и предметы, находящиеся в ней.
Цикл перемещения повторяется до тех пор, пока не сработает термостат, получающий данные о значении температуры от термопары, расположенной в холодильной камере. Сработав, термостат отключает компрессор. При увеличении температуры термостат вновь запускает работу компрессора. Для снижения конденсата, образовывающегося из-за перепада температур, используется трубка капиллярного вида. При работе агрегата она нагревается, передавая тепло трубопроводу всасывания. В последних моделях холодильных устройств капиллярная трубка располагается внутри трубопровода.
В однокамерных агрегатах для управления силой охлаждения, устанавливается поддон с небольшим отверстием, непосредственно под испарителем. Через это отверстие холодный воздух поступает в камеру охлаждения. Изменяя величину отверстия, регулируется температура в холодильном отсеке, при этом в морозильной камере она остаётся неизменной. Морозильный отсек в однокамерных холодильниках размещается над холодильным шкафом.
В двухкамерных холодильниках используется собственный испаритель. Первоначально охлаждается испаритель морозильной камеры. После достижения отрицательной температуры, хладагент, находящийся в жидком состоянии, направляется в испаритель холодильного отсека. Сам испаритель бывает двух видов: плачущего и системы No Frost.
Плачущий испаритель
Такого типа испаритель представляет собой пластину из металла, располагающуюся на задней стенке холодильника. Когда достигается необходимая температура, и компрессор выключается, начинается процесс оттаивания, при этом на стенке испарителя образуется вода. Эта вода стекает по нему в специально расположенный лоток. Обычно этот лоток располагается над компрессором, температура которого приводит к постепенному испарению жидкости.
При изменении мощности компрессора устанавливается величина температуры в обеих камерах одновременно. Термопара располагается в холодильном отсеке. Например, снижение температуры в холодильном отсеке на два градуса приведёт к снижению температуры на такую же величину и в морозильной камере. Следует отметить, что морозильная камера выполняется так, чтобы даже при установке терморегулятора в наименьшее положение температура в ней не смогла подняться выше положенной, около минус 18 градусов.
Система охлаждения No Frost
Система No Frost работает по отличной от плачущего типа схеме. В ней испаритель располагается возле морозильной камеры и по своему внешнему виду напоминает радиатор. Распространение газа происходит с применением вентилятора, нагнетающего воздух из морозильного и холодильного отсека.
В такой системе нет намораживания, и на холодильном агрегате не образовывается слой льда с инеем. Сам принцип работы аналогичен классическим моделям. Как только температура достигает установленных значений, мотор отключается и включается при её повышении.
Но на самом деле иней всё-таки появляется, хотя его и не видно, так как сам испаритель спрятан от потребителя. Иней, превращаясь в воду, оттаивает от тепла, исходящего от мотора устройства. В морозильном отсеке значение температуры поддерживается включением и выключением компрессора, а в холодильной камере — заслонкой. Её положение выставляется в ручном или автоматическом режиме. Кроме заслонки, используется вентилятор, вытягивающий холодный воздух из морозильного отсека в холодильный.
С момента появления холодильного оборудования принцип его работы не претерпевал значительных изменений. Менялись формы, количество и расположение камер, а всё остальное оставалось неизменным.
С развитием радиотехнических устройств, направленных на сохранение энергии, были изобретены компрессоры иного типа действия, чем ранее использовавшиеся. Существуют два вида компрессоров:
- линейные;
- инверторные.
В последнее время всё больше и больше производители переходят на модели с инверторным устройством компрессора холодильника. Но присутствующие у них недостатки, особенно характерные для использования на территории бывших стран СССР, не позволяют полностью отказаться от применения линейного вида устройств.
Линейные устройства
Если посмотреть на такой компрессор визуально, то можно увидеть небольшой бочонок, состоящий из двух половинок соединённых сваркой. Из его середины выходят трубки, а на корпусе расположены клеммы для подвода к ним электрической энергии. Принцип действия линейных устройств основан на работе насоса. Такого вида компрессоры для холодильников разделяются на следующие типы:
- центробежные;
- поршневые;
- ротативные.
Эта классификация разделяет устройства не только по принципу действия, но и что важнее по мощности, а также значению коэффициента полезного действия (КПД). В холодильниках с таким видом компрессоров двигатель всегда работает на максимальной мощности. Такой подход использования создаёт нагрузку на электросеть и систему холодильного устройства. Запуск и остановка двигателя всегда сопровождается помехой в электросеть, возникающей при коммутации реле.
Мотор центробежного вида
Центробежные или динамические компрессоры по своей работе подобны центробежным насосам. Состоят они из одного или нескольких лопастных колёс, помещённых в спиралевидный корпус. При вращении колеса создаётся центробежная сила, передающая хладагенту, находящемуся в газообразном состоянии, кинетическую энергию. Эта энергия после преобразуется в давление.
Таким образом, вся работа по перемещению газа происходит за счёт вентилятора. Он может быть: центробежным и осевым. Кроме рабочего колеса, центробежный вентилятор имеет в своей конструкции всасывающий и нагнетательный патрубки. Осевой же состоит из пропеллера с лопатками.
К недостаткам этого вида относят: невозможность получения высокого давления из-за низкого коэффициента сжатия. Но их преимущество в простоте изготовления.
Поршневой тип работы
Основной частью конструкции компрессора, кроме рабочего цилиндра, является поршень. Работает поршневой тип мотора по аналогии с одноцилиндровым двигателем внутреннего сгорания. В крышке цилиндра располагаются два клапана: нагнетательный и всасывающий. За движение поршня отвечает кривошипно-шатунный механизм и коленчатый вал.
Прямой привод этого механизма заводит поршень, а при обратных движениях сжимает газ, выталкивая его наружу. Чаще всего за два хода поршня происходит один оборот вала. Когда поршень уходит вправо, в конденсаторе создаётся разрежение, и охлаждающий газ засасывается в цилиндр. При возращении поршня назад давление увеличивается. Клапан всасывания запирается, и газ под давлением выталкивается в конденсатор. Как только поршень меняет направление, запирается клапан нагнетания, и компрессор вновь начинает откачивать пары газа.
Свободный объем, образующийся при опускании поршня, разряжает камеру, а после пересечения им точки, соответствующей наибольшему объёму сжатия, перекрывает выпускающий клапан. Рост давления газа увеличивается. Для уменьшения износа стенок в цилиндр вводится масло. Для избавления от его частичек в хладагенте устанавливается сепаратор.
Средняя производительность таких компрессоров не превышает ста литров в минуту. К положительным сторонам относят несложный процесс производства, а к отрицательным: низкий КПД, высокий шум и вибрацию.
Ротационный принцип действия
При рассмотрении ротационного компрессора в разрезе можно увидеть два винта, между которыми и корпусом находится хладагент. Поэтому такой тип часто называется винтовым. Один ротор — ведущий, а другой — ведомый. Физического контакта между ними нет. В корпусе выполнены два отверстия — входное и выходное. При попадании газа через входное отверстие он сжимается между винтами, и его объём уменьшается, а затем направляется по капиллярным трубкам в холодильный агрегат. Корпус для избегания нагрева охлаждается жидкостью.
Устроенный таким образом роторный компрессор характеризуется низкой стоимостью производства, простотой разборки и ремонта, а также малыми газодинамическими потерями. Из недостатков выделяют малый КПД и низкое давление, не превышающее 1 Мпа.
Инверторный компрессор
Особенностью такого устройства является то, что при изменении температуры или достижении нужного её значения в камерах холодильника, он не перестаёт работать, а только снижает свою мощность. Поэтому принцип работы инверторного компрессора холодильника основан на изменении частоты вращения двигателя с помощью специальной платы управления.
Блок управления трансформирует переменный ток, поступающий из сети в постоянный, а затем снова в переменный, но уже с большей частотой. Благодаря чему появляется возможность плавно регулировать вращение мотора компрессора и достигать скорости выше 3000 об/мин. В качестве мотора используется двигатель с бесщёточной системой. При включении компрессора происходит запуск его оборотов на максимальное значение, а после охлаждения камеры плавное снижение до минимального, и в таком режиме поддерживается температура.
К несомненным плюсам использования инверторного компрессора относят:
- экономию электроэнергии;
- увеличенный срок работы двигателя;
- низкий уровень шума;
- длительный срок гарантии.
Увеличенный срок службы связан с тем, что при работе на малых оборотах двигатель почти не испытывает внутреннего трения, а значит, и износ его частей меньше. Отсюда и срок гарантии от производителей, достигающий десяти лет. С малыми оборотами двигателя связывается малое потребление энергии и низкий уровень шума. При этом стоит отметить, что набор заданной температуры в камерах холодильника происходит быстрее почти в два раза по сравнению с линейным типом компрессора.
Из минусов выделяется цена. Холодильник, использующий такой компрессор, будет стоить намного дороже, чем классический. А ещё, его блок управления слишком чувствителен к скачкам напряжения из-за использования сложной электронной начинки.
Определяясь, какой тип компрессора холодильника лучше, можно с уверенностью сказать, что — инверторный, но это, если учитывать только техническую сторону вопроса. В целом же нередко при выборе бытовых холодильных агрегатов предпочтение отдаётся линейным типам.
И связано это не столько с ценой, сколько с качеством электрических линий. Ведь производители хоть и дают большой срок гарантии на изделие, но оговаривают, что выход из строя платы инвертирования из-за скачков напряжения — случай не гарантийный, а менять такую плату дорого.
В какой-то мере можно обезопасить устройство, применяя стабилизатор напряжения, но это ещё более увеличит стоимость холодильника.
