Виды холодильников и их принцип действия

Человек, который впервые выходит за пределы рамок стандартных, знакомых с детства бытовых приборов, часто с удивлением узнает, что существуют разные виды холодильников. Они отличаются не столько принципом действия, который заключается в отводе тепла от продуктов в камере хранения, сколько технологиями, которые для этого применяются.

Компрессорный класс

Самый распространенный тип холодильников — компрессорного типа. Это знакомые всем бытовые приборы, которые стоят в каждой квартире. Здесь применяется рабочее тело — хладагент, отводящий тепло от внутреннего пространства камеры хранения. При этом используется физическое свойство газа — резко охлаждаться при расширении и нагреваться при сжатии.

В состав технического решения компрессорного холодильника входят:

• хладагент, газ, способный легко менять свое агрегатное состояние;
• компрессорная установка закрытого типа;
• система конденсирования, работающая в роли устройства отдачи тепла в окружающую среду;
• испаритель, где происходит расширение и охлаждение рабочего тела.

Если рассматривать конструкцию холодильника по расположению узлов, можно легко опознать те или иные части устройства. Компрессор располагается снизу, он заметен и опознаваем. В холодильнике может быть один или два компрессора. Конденсатор — решетка темного цвета, изредка производители делают закрытую панель, закрепленную в задней части. Достаточно поднести руку к этой зоне холодильной установки, чтобы понять, насколько она нагревается при работе для отдачи тепла.

Испаритель находится внутри холодильника. Структура из трубок скрыта в стенках устройства, при этом в каждой камере (если вести речь о модели с разделенными пространствами) расположен собственный узел расширения хладагента.

Сразу стоит остановиться на методике работы многокамерных однокомпрессорных холодильников. Разные режимы холода достигаются простым перераспределением хладагента. Специальный электронно управляемый шлюз направляет то или иное количество газа в нужную зону. Однако при большой нагрузке холодильник зачастую не может гарантировать точное соблюдение заданных параметров внутреннего климата камер.

Отлично смотрятся двухкомпрессорные холодильники. Они специально разрабатываются так, чтобы гарантировать крайне высокие величины отвода холода в морозильных камерах и средние — в зонах хранения продуктов с температурой выше нуля или в пределах -10 градусов Цельсия.

Схема работы компрессионной системы проста:

1. Хладагент подается в испаритель, где из жидкого резко переходит в газообразное состояние. Температура сильно падает, тепло отводится от камеры хранения.
2. Проходя трубки испарителя, подогретый газ поступает к компрессору.
3. Под высоким давлением хладагент поступает в конденсатор. Сжатый газ сильно нагрет, во время прохода по длинной трубке он постепенно остывает.
4. На выходе конденсатора газ имеет температуру, позволяющую ему перейти в жидкое состояние. Собирается хладагент в капиллярном устройстве.

Дальше схема повторяется. Жидкость попадает в испаритель, переходит в газообразное состояние, сильно при этом охлаждаясь. Цикл дублируется снова и снова. До тех пор, пока температурные датчики внутри пространства камер холодильника не дадут сигнал останова на компрессор.

Современные нагнетатели холодильников выполнены по закрытой схеме. Все конструкционные части компрессора расположены в герметичном объеме. Это позволяет избежать утечек хладагента, а применение специальных рефрижераторых масел гарантирует долгие годы работы нагнетателя.

Сегодня в роли хладагента применяется фреон-12. Этот газ не самый лучший вариант, поскольку его температура кипения сравнительно велика, примерно -30 градусов. В годы СССР существовал и другой вариант — холодильники на азотном хладагенте. Он мог обеспечить резкий отбор тепла вплоть до -98 градусов Цельсия. Однако в отличие от фреона, такой хладагент был потенциально опасен при аварии компрессорной установки, способен нанести вред здоровью человека, поэтому от его использования отказались.

Абсорбционные холодильники

Абсорбционные — это не сильно знакомые среднестатистическому пользователю установки. Такие типы холодильников хорошо знают те, кто привык обитать в зонах без электричества, также данный тип устройств широко используется дальнобойщиками.

Хладагентом в абсорбционной схеме выступает концентрированный раствор аммиака. Холодильник работает следующим образом:

• в зоне разделения концентрированный раствор подогревается, происходит испарение аммиака;
• газ подается в испаритель, где расширяется и отбирает тепло от камеры хранения продуктов;
• одновременно остатки раствора прокачиваются в камеру абсорбции;
• после прохода испарителя температура аммиака растет, он подается в абсорбционную камеру, где смешивается со своим же слабым раствором, повышая его концентрацию. Зона смешивания охлаждается вентиляторами или (в зависимости от источника энергии) естественным путем.

Полученный в конце одного цикла состав снова закачивается в камеру нагрева. Холодильник повторяет схему циркуляции аммиака до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура внутри камеры хранения продуктов.

У абсорбционного холодильника масса недостатков, которые резко ограничивают широкое применение в быту. Во-первых, концентрированный раствор аммиака очень опасен, при аварии и вытекании вред для здоровья может выражаться в количестве умерших людей, которые находились в непосредственной близости от устройства. Производители знают об этом, поэтому применяется многоступенчатая защита, предотвращающая испарение в открытый воздух. Во-вторых, производительность абсорбционной установки мала. Холодильники морозят медленно и их легко вывести в режим непрерывной работы, перегрузки, просто забыв закрыть дверку. Малые показатели скорости отвода тепла также не позволяют делать большие камеры хранения или заморозки.

Но у абсорбционных холодильников есть и достоинства. В качестве источника тепла могут использоваться:

• электричество, нагревательные тены;
• природный горючий газ, что делает абсорбционный холодильник отличным вариантом для дачи далеко за городом;
• выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания, чем характеризуются некоторые модели для дальнобойщиков.

Современный холодильник абсорбционного типа — достаточно распространенное на рынке изделие, надежное, удобное, предназначенное для четко очерченного целевого сегмента аудитории. Нельзя сказать, что по принципу действия данный класс сильно отличается от компрессорного. Они похожи, однако каждый из них имеет кардинально разные сферы применения.

Термоэлектрические установки

Холодильники на термоэлектрическом принципе называют установками прямого поглощения тепла. Здесь нет хладагента, системы циркуляции, перехода агрегатных состояний и других сложностей. Охладителем выступает пластина полупроводника. Термоэлектрическая установка использует эффект Пельтье и работает следующим образом:

• при подаче электрического тока определенной полярности пластина охлаждается;
• происходит отбор тепла из камеры хранения продуктов;
• при подаче напряжения обратной полярности температура полупроводника растет, поэтому термоэлектрическая установка может нагревать содержимое.

Из принципа работы следует группа ограничений, которая присуща всем холодильникам прямого преобразования тепла. Список выглядит так:

• сила тока, потребляемого устройством, ограничивается, чтобы не допускать перегрузки источника питания. Поэтому существует понятие дельты температуры. Простыми словами — количество градусов разницы между окружающей средой и пространством камеры хранения. Например, если холодильник обеспечивает снижение на 30, то при сорокоградусной жаре напитки и еда будут охлаждены до 10 тепла;
• есть показатель минимально возможной температуры, ниже которой пластина полупроводника не может охладиться. У дорогих моделей термоэлектрических холодильников значение этой характеристики находится в пределах от -6 до -3 градусов Цельсия;
• термоэлектрическая установка отводит тепло крайне медленно. Поэтому перед помещением внутрь камеры продукты нужно охладить. Иначе — ждать комфортной температуры напитков или мяса придется крайне долго.

Приведенные ограничения никак не мешают термоэлектрическим холодильниками быть крайне популярными у автомобилистов, любителей путешествий и отдыха на природе. В камеру для облегчения задачи установки можно добавить лед, в продаже есть модели с самыми разными объемами камер — от небольшого хранилища для напитков до нескольких десятков литров.

Раздел для гуманитариев

Вспоминая веселую фразу «когда я спрашивала, какой телефон, надо было сказать красненький или синенький, а не сыпать цифрами и незнакомыми пугающими словами», приведем еще одну классификацию холодильников, по которой также выбирают покупки в магазинах. Современные устройства могут быть:

• настольные — это небольшой формат, который весьма удобен для охлаждения напитков или хранения продуктов малого объема;
• настенные, выполняемые в виде подвесных шкафов разного размера. Такой холодильник удобно встраивать в композицию кухонного гарнитура;
• напольные — самый популярный формат, знакомый каждому современному человеку. Одно, двух, трехкамерные, с разным количеством дверок, оборудованные выдвижными камерами хранения, с одним или двумя компрессорами — данный класс холодильников выполняется в невероятном количестве исполнений;
• встраиваемые — редко продаваемый и достаточно непопулярный класс. Его неудобство состоит в том, что установке требуется приток свежего воздуха для охлаждения конденсатора или другого узла отвода тепла. А делать это при условии монтажа установки в мебель или стенную нишу достаточно проблематично.

Сегодня рынок предлагает все, что нужно потенциальному владельцу холодильника для удовлетворения потребностей. Есть модели разных размеров, построенные на том или ином принципе, удобные в определенных сферах применения.

В качестве заключения

Завершая обзор технологий создания холода, нельзя не упомянуть вихревые установки. Это крупные и с большим показателем мощности промышленные монстры, хладагентом в которых выступает простой воздух. Он подается компрессорами под огромным давлением (20-30 атмосфер) в специальные зоны вихревого рассеяния, где происходит резкое падение температуры. Приемлемая производительность достигается только при действительно огромных масштабах установки. Поэтому вихревые холодильники используются практически только в промышленности для охлаждения, например, воды в капельных установках.