Устройство, принципы работы и конструкция бытовых холодильников

2.2. Принцип действия компрессионного холодильного агрегата

Охлаждение в холодильной камере
осуществляется вследствие изменения
агрегатного состояния хладагента в
системе герметичного холодильного
агрегата. Пары хладагента отсасываются
из испарителя компрессором и проходят
внутри кожуха, охлаждая обмотку
электродвигателя. Сжатые в компрессоре
пары хладагента по нагнетательной
трубке поступают в охлаждаемый окружающим
воздухом конденсатор. Давление паров
хладагента в конденсаторе зависит от
вида хладагента. В конденсаторе пары
хладагента переходят в жидкое состояние,
отдавая теплоту окружающей среде. Жидкий
хладагент из конденсатора поступает
через фильтр в капиллярную трубку (где
происходит его дросселирование) и затем
в испаритель. Капиллярная трубка создает
необходимый для работы перепад давления
между конденсатором и испарителем.
Давление хладагента в испарителе
понижается. Жидкий хладагент при низком
давлении кипит, отнимая теплоту от
стенок испарителя и воздуха холодильной
камеры. Из испарителя пары хладагента
по всасывающей трубке вновь поступают
в кожух компрессора, и цикл повторяется.
Холодные пары хладагента, проходя по
всасывающей трубке, охлаждают жидкий
хладагент, который поступает по
капиллярной трубке из конденсатора в
испаритель. Теплообменником служит
участок всасывающей и капиллярной
трубок, спаянных между собой. В некоторых
моделях холодильников капиллярная
трубка пропущена внутри всасывающей.

Компрессор
приводится в движение встроенным
однофазным электродвигателем переменного
тока, имеющим рабочую и пусковую обмотки.
Для пуска электродвигателя и защиты
его от токовых перегрузок применяют
пускозащитное реле. Заданная температура
в холодильной камере поддерживается
автоматически терморегулятором,
чувствительный элемент которого крепится
к испарителю.

Рис. 1. Схема
компрессионного холодильного агрегата:

1 — компрессор; 2 —
нагнетательная трубка;

3 — фильтр; 4 —
конденсатор; 5 — испаритель;

6 — теплообменник;
7 — капиллярная трубка;

8 — всасывающая
трубка.

Самостоятельный ремонт: что можно, а что нет?

Чтобы отремонтировать свой холодильник, а не окончательно сломать его, нужно точно знать, какие участки системы можно починить самостоятельно, а какие лучше не трогать. В любом холодильном агрегате можно выделить четыре контура:

Холодильная система. К ней относится собственно охлаждающий контур, включая змеевики. Это наименее пригодная для самостоятельного ремонта часть агрегата.

Мастера настойчиво не рекомендуют пытаться провести самостоятельные ремонтные работы при отсутствии знаний и опыта в этой области. Самодеятельность может обойтись очень дорого. Неквалифицированный ремонт чаще всего заканчивается необходимостью покупки нового агрегата.

Система терморегуляции. Именно здесь чаще всего возникают поломки. Ремонт чаще всего возможен, но желателен опыт проведения подобных работ.

Термостаты холодильников с электронным управлением связаны с платой, для их ремонта нужны навыки и знания электронщика. А вот механический терморегулятор можно поменять собственноручно (+)

Механическая система. Включает уплотнения, крепления полок, крышек, подвес дверец и компрессора и тому подобное.

Собственно ремонт обычно несложен и может быть выполнен даже самым неопытным домашним мастером. Обычно он состоит в регулировке дверцы, замене уплотнителя, закреплении полок. Специальных знаний здесь не требуется.

Система электрики. Представляет собой электрическую схему, обеспечивающую нормальную работу холодильного агрегата. Включает проводку, пусковое реле, мотор-компрессор и т.п.

Электрическая схема холодильного агрегата, особенно если он старый, довольно проста. Если есть определенные знания в области электрики при необходимости можно исправить почти любую поломку

Вполне ремонтопригодна. Для работы потребуется тестер, паяльник и некоторые знания в области электричества. В этой системе можно исправить почти любую поломку.

Трехкамерные холодильники и зона нулевой температуры

Свежие мясо, птица и рыба недолго хранятся в основном отсеке холодильника, а при заморозке теряют часть полезных свойство, вкуса и аромата. Для них часто предусмотрен отдельный ящик с температурой, близкой к нулю, либо даже отдельная камера. 

Наиболее точно поддерживается температура в зоне свежести при таких условиях:

• отдельная камера со своим испарителем и термистором, система циркуляции фреона двух– или трехконтурная. Вариант довольно дорогой и громоздкий, но и объёмы камеры значительные;
• изолированный отсек в основной камере холодильника с системой No Frost, снабженный дополнительными настраиваемыми вручную воздуховодами от испарителя и термометром. Точность температуры зависит от своевременности ручной настройки;
• аналогичное предыдущему исполнение, в котором воздушные заслонки управляются электронным блоком.

Альтернативный вариант – охлаждение от “плачущего” испарителя основной камеры.

Зона свежести чаще всего располагается между морозильной и холодильной камерами, охлаждается дополнительным притоком воздуха из первой

Как видим, нулевая зона может быть реализована в холодильниках с различной схемой электрики, для обеспечения её работы могут быть дополнительно включены терморегулятор или термистор, а также расширена плата электронного управления.

Параметры линейного компрессора

Для данного устройства наиболее важны параметры холодопроизводительности, развиваемой мощности и рабочего давления. В среднем последний показатель у большинства моделей колеблется в пределах 2–4 атмосфер. Этот уровень давления оптимален для нормальной циркуляции фреона по системе охлаждения.

Многие производители снабжают свою технику специальными регуляторами давления для того, чтобы удерживать его на нужном уровне и не допускать разрыва труб охладительной системы.

Если же говорить о холодопроизводительности, то данный показатель неразрывно связан с мощностью прибора и марки хладагента, который он использует. Холодопроизводительность измеряется в килокалориях в час, и у многих холодильников, использующих фреон с индексом R12 (например, у некоторых моделей LG), составляет от 45 до 150 ккал/час в зависимости от электрической мощности устройства.

Справка. В своё время линейный компрессор считался довольно энергоэкономичным, однако сегодня пальму первенства в этом негласном состязании однозначно удерживают устройства инверторного типа. Поскольку они работают, никогда не выключаясь (а именно в момент включения на двигатель холодильного агрегата приходится наиболее серьёзная нагрузка), ресурс их гораздо выше, а расходы энергии – ниже.

Впрочем, этот положительный момент легко нивелируется стоимостью за модель холодильника с инверторным типом компрессора.

Для того чтобы выяснить, исправно ли работает компрессор, мастера по ремонту используют мультиметр. Подключая его между обмоткой катушки и корпусом, они замеряют сопротивление обмотки. Отклонение от нормы в большую сторону указывает на повреждения обмотки, а в меньшую – на имевшее место короткое замыкание в системе. Поскольку обмотка может иметь разный исходный материал и структуру, значение нормального сопротивления у неё для каждой модели может быть разным.

Как устроен холодильник

Любой современный холодильник состоит из следующих основных агрегатов:

1. Двигатель.
2. Конденсатор.
3. Испаритель.
4. Капиллярная трубка.
5. Осушительный фильтр.
6. 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.

Через какое время должен отключаться

Время от включения двигателя до его следующего запуска называется циклом работы холодильника. Он состоит из двух этапов: работа компрессора и охлаждение электрического мотора.

Для мастеров длительность цикла — это показатель нормального функционирования агрегата. Исправный компрессор должен работать 30-50% времени цикла. Например, 20 минут работает, 20 минут отдыхает.

Не существует единого стандарта времени, через которое должен отключаться холодильник. Ориентироваться можно на значение 10-15 минут.

На продолжительность работы компрессора может влиять несколько факторов:

• климатический индекс устройства;
• температура окружающей среды;
• температура продуктов внутри камеры;
• близость отопительных приборов и плиты.

Если в квартире жарко и работает духовка, это увеличивает время работы холодильника. Нельзя ставить в холодильную камеру горячие кастрюли, так как это увеличивает нагрузку на двигатель, время выключения отодвигается, и возрастает риск перегрева.

Периодически стоит проверять, через какое время должен отключаться холодильник. Если он работает слишком долго, это показатель неполадок компрессора или реле. Чтобы понять, какая деталь сломалась, нужно разобрать схему и прозвонить элементы.

• Холодильник мощность
• Можно ли ставить горячее в холодильник
• Холодильник Атлант регулировка температуры
• Что лучше один компрессор или два в холодильнике

Холодильники с системой No Frost

В дословном переводе название системы означает: “без инея”. Это достигается с помощью встроенного вентилятора, который передаёт холод от единственного испарителя, размещённого в морозилке. Сначала холодный воздух распространяется внутри морозильной камеры, а затем через отверстия переходит в холодильный отсек.

За счёт циркуляции воздуха достигается равномерное распределение температуры в камерах. Для удаления наледи используется электронагреватель, находящийся под испарителем, который включается по сигналу таймера несколько раз в сутки. Образующаяся вода выводится наружу. В остальном устройство и принцип работы те же, что у обычных моделей.

Схема термореле

Терморегулятор в холодильной установке играет роль устройства, поддерживающего работу в заданном температурном режиме путем периодического включения и отключения компрессора. На современном этапе применяется 2 вида термореле:

Механические устройства используются в старых холодильниках, а также у таких современных производителей, как Indesit, Stinol, Atlant.

Схема механического терморегулятора

Данное устройство манометрического вида. Сильфон и его трубка (запаянная гофрированная металлическая емкость) заполнены фреоном либо хлорметилом, находящимся в виде пара. Давление рабочей среды прямо пропорционально изменяется при изменении температуры. В конце трубки фреон находится в жидком состоянии и прижимается к испарителю.

При увеличении температурного показателя, возрастает давление сильфона на пружину, срабатывает рычаг, контакт замыкается. При уменьшении температуры все происходит наоборот. Режим размыкания контакта зависит от усилия пружины, которое регулируется ручкой управления.

Электронные термостаты используются в холодильниках таких производителей, как Samsung, Beko, LG.

Механические термореле в своей работе опираются на температуру в испарителе, а электронные собратья – на температуру воздуха в камере. Положительным моментом электронных моделей является возможность индикации температуры (то есть человек может визуально оценить работу термостата) и меньшая погрешность.

Схема электронного термостата

Регулятором температуры в данной схеме служит термодатчик LM335. Устройство является стабилитроном, чувствительным к изменениям температуры. Климат в камере холодильника регулируется переменным сопротивлением R4. При повышении температуры воздуха на выходе компаратора TLC271 появляется сигнал, открывающий транзистор KT3102, который запускает холодильник. Соответственно при понижении температуры, на выходе компаратора появляется ноль, компрессор выключается.

Из чего состоит пускозащитное устройство

Рассмотрим конструкцию реле на примере «Таблетки». Интересующая нас деталь находится возле мотора-компрессора. Ее цвет черный, так как он лучше всех остальных оттенков впитывает тепло. Далее необходимо отметить две фазы (одна на 220 В, а другая для заземления) и, соответственно, два входа/выхода. В некоторых моделях холодильников предусмотрено три фазы (третьей считается фаза земли). Также имеется обмотка двигателя и непосредственно пусковая.

Компрессор

Подключить пусковое реле холодильника не сложно. Главное иметь определенные навыки, электрическую схему и инструкцию к холодильнику. Для облегчения работы мастерам и обычным пользователям провода уже окрашены. Просто при снятии старого реле нужно запомнить их расположение, а при установке нового вернуть их на место. Далее останется только подключить работоспособное устройство.

Но даже провода, оформленные каждый в свой цвет, не предотвратят возникшую неисправность. Вне зависимости от операции все движения должны быть аккуратными и плавными. Одним резким рывком реально вывести холодильник из строя насовсем. Перед тем, как начинать работать, следует проверить все контакты. Легче всего это сделать, сняв немного краски с корпуса, но так поступать нужно только в самом крайнем случае.

Схема подключения для «таблетки»

Разница в местоположении реле разных типов

Прежде чем подключать реле, следует определиться с тем, где оно находится. Ведь разновидностей много, следовательно, и конструкций тоже. Первое, что бросается в глаза, это размеры, далее следует способ крепления (без присоединения к раме, на проводе) и показатели силы тока, например, реле ДХМ работает на меньших параметрах, чем ДХР.

Если возникла необходимость напрямую подключить холодильник без реле, то эти нюансы не пригодятся. Подбор подходящей детали должен осуществляться с учетом марки холодильника, типа мотора-компрессора, техническим параметрам и требуемой конструкции. Желательно, чтобы последняя была такой же, что и у предыдущего реле.

Пусковое реле холодильника Антант присоединяется к кожуху мотора-компрессора. Чтобы разместить устройство правильно, необходимо ориентироваться на стрелку, изображенную на крышке. Пример на фото.

Компрессор подготовлен для ремонта

Что такое компрессор

Это одна из самых главных запчастей холодильной установки. Крепится он с помощью двух труб и четырех гаек. При демонтаже детали гайки придется отвернуть. Перед тем, как подключить компрессор от холодильника без реле, необходимо проверить его исправность.

Данный элемент находится в рабочем состоянии, если

• он, будучи подключенным к сети, шумит;
• показывает нулевое сопротивление при проверке тестером

Чтобы осуществить эту процедуру следует правильно снять крышку с самого компрессора, аккуратно со всеми предосторожностями вынуть пусковой механизм и попарно проверить контакты. Если все нормально, то извлеченные детали в обратном порядке устанавливают на место

Значение пускозащитного реле Р1 в холодильнике Атлант

Данная деталь отвечает за запуск мотора-компрессора и защиту от перегрева. Без реле холодильники Атлант не эксплуатировались бы так долго. Ведь качественная работа агрегатов напрямую зависит от бесперебойного передвижения хладагента.

Он, в свою очередь, начинает функционировать после начала работы компрессора, который подключается из-за получения сигнала от реле. А исходное действие за терморегулятором, который подает сигнал на устройство в случае повышения температуры в морозильной и холодильной камере.

Схема масляного холодильника

Масляный холодильник работает совместно с вентилятором в раструбке диффузора. Горячее масло поступает в нижний коллектор и проходит по трубкам холодильника вверх и вниз, охлаждаясь потоком воздуха, создаваемым вентилятором.

При нормальной работе температура выходящего из холодильника масла должна быть на 18-20 градусов ниже температуры поступающего горячего масла. Охлаждённая жидкость отводится через отверстие в верхнем коллекторе.

Вентилятор создаёт поток воздуха, который проходит через сердцевину масляного радиатора, и отводит тепло от его трубок. Вентиляторы станции устроены аналогично с ротационными, винтовыми и поршневыми компрессорами. Воздухосборник, представляющий собой ёмкостью для сжатого воздуха и масла, выполняет также функцию их отделения друг от друга.

Внутри воздухосборника, состоящего из стальной обечайки и двух днищ, размещён маслоотделитель – труба с фильтрующими пакетами, закрытая стальной крышкой. Масло заливают через горловину, его уровень определяют щупом. Для выпуска конденсата, накопившегося в отстойнике, или слива масла из маслосборника предусмотрена сливная трубка с краном.

Масло-воздушная смесь с большой скоростью поступает в воздухосборник, где вследствие его большого объёма её скорость резко снижается, и капли масла охлаждаются в его нижней части. После предварительной очистки сжатый воздух проходит через фильтрующие пакеты маслоотделителя, где окончательно очищается от масла. Накопившееся в нижней части маслоотделителя масло отсасывается насосом и возвращается в маслосборник для повторного использования.

При загрязнении наружной поверхности трубок и охлаждающих пластин продувают сердцевину масляного холодильника сжатым воздухом в направлении, обратном потоку воздуха, создаваемого вентилятором. При замасливании наружной поверхности холодильника трубки и пластины промывают уайт-спиритом или другими специальными жидкостями.

При загрязнении внутренней поверхности трубок продуктами окисления масла снимают сердцевину масляного холодильника и погружают в керосин на 24 часа, после чего очищают трубки, многократно проталкивая тряпичный тампон внутрь трубок.

Масляный холодильник изготовлен из алюминиевого сплава и имеет наружные рёбра охлаждения. Холодильник масла и масляный фильтр установлены на двигателе со стороны маховика. Холодильник состоит из секций, каждая из которых представляет набор латунных радиаторных трубок, припаянных к основанию. Для увеличения охлаждающей поверхности трубы имеют рёбра. Секции установлены между плитами, которые соединены стойками. К плитам крепятся боковые крышки, причём левая разделена внутри ребром на две половины, каждая из которых имеет фланец для подсоединения трубопровода.

Масляный холодильник радиаторного типа расположен перед основным радиатором водяного охлаждения. Масляные фильтры бывают предварительной очистки типа Кюно (пластинчатый, очищающийся) и тонкой очистки (двойные с патронами из хлопчатобумажных концов).

Принципиальная схема устройства холодильника

Ещё 30 – 40 лет назад бытовые холодильники имели довольно простое строение: мотор-компрессор запускался и отключался 2 – 4 устройствами, о применении электронных плат управления и речи быть не могло.

Современные модели имеют множество дополнительных опций, но принцип работы в целом остается неизменным.

В старых холодильниках всё дополнительное оборудование сводится к индикатору питания и лампочке освещения в холодильной камере, которая отключается кнопкой при закрытии двери

Терморегулятор – основной и единственный орган управления, которым пользователь может настроить работу старого холодильника, располагается обычно внутри холодильной камеры. Под силовым рычагом – крутящейся ручкой – скрыта пружина сильфона. Она сжимается, когда в камере холодно, тем самым размыкая электрическую цепь и отключая компрессор.

Как только температура поднимается, пружина распрямляется и вновь замыкает цепь. Ручка с указателями силы заморозки холодильника регулирует допустимый диапазон температур: максимальную, при которой компрессор запускается, и минимальную, при которой охлаждение приостанавливается.

Тепловое реле  выполняет защитную функцию: контролирует температуру двигателя, поэтому расположено непосредственно возле него, часто совмещено с пусковым реле. При превышении допустимых значений, а это может быть 80 градусов и более, биметаллическая пластина в реле изгибается и прерывает контакт.

Мотор не получит питания до тех пор, пока не остынет. Это защищает как от поломки компрессора вследствие перегрева, так и от пожара в доме.

Мотор-компрессор имеет 2 обмотки: рабочую и стартовую. Напряжение на рабочую обмотку подается напрямую после всех предыдущих реле, но этого недостаточно для запуска. Когда напряжение на рабочей обмотке повышается, срабатывает пусковое реле. Оно дает импульс на стартовую обмотку, и ротор начинает вращаться. В результате поршень сжимает и проталкивает по системе фреон.

Мотор-компрессор сжимает и перекачивает фреон по трубкам системы, что обеспечивает перенос тепла из камер холодильника наружу, охлаждение продуктов

В целом цикл работы холодильника можно описать следующим образом:

1. Включение в сеть. Температура в камере высокая, контакты терморегулятора замкнуты, мотор запускается.
2. Фреон в компрессоре сжимается, его температура повышается.
3. Хладагент выталкивается в змеевик конденсатора, расположенный за спиной или в поддоне холодильника. Там он остывает, отдает тепло воздуху и переходит в жидкое состояние.
4. Через осушитель фреон попадает в тонкую капиллярную трубку.
5. Попадая в испаритель, расположенный внутри камеры холодильника, холодильный агент резко расширяется благодаря увеличению диаметра трубок и переходу в газообразное состояние. Полученный газ имеет температуру ниже -15 градусов, поглощает тепло из камер холодильника.
6. Немного нагретый фреон поступает в компрессор, и всё начинается заново.
7. Через некоторое время температура внутри холодильника достигает заданных значений, контакты терморегулятора размыкаются, мотор и движение фреона останавливаются.
8. Под воздействием температуры в помещении, от новых тёплых продуктов в камере и открывания двери, температура в камере повышается, терморегулятор замыкает контакты и начинается новый цикл охлаждения.

Эта схема в точности описывает работу старых однокамерных холодильников, в которых один испаритель.

Однокамерные холодильники имеют небольшую морозильную камеру, не отделенную теплоизоляцией от основной, одну дверцу. Продукты в передней части морозилки могут подтаивать

Как правило, испаритель является корпусом морозилки в верхней части агрегата, не изолированный от холодильной камеры. Отличия в устройстве других моделей рассмотрим далее.