Как работает холодильник

Холодильник работает за счет парокомпрессионного холодильного цикла, который отводит тепло из внутренней части прибора и переносит его в окружающую среду. Благодаря эффективному перемещению тепловой энергии наружу, это теплообмен охлаждает пространство внутри. Данный процесс основан на принципах термодинамики и свойствах хладагентов, позволяющих эффективно передавать тепло в системе.

Чтобы помочь вам перейти от теоретических диаграмм к реальному холодильнику, вот три схемы распространенных компоновок холодильников. Нажмите на каждую схему, чтобы увеличить изображение.

Классический вариант: холодильник с верхним расположением морозильной камеры

Следующая итерация: холодильник Side-by-Side. Некоторые модели могут иметь два испарителя.

Холодильник с дверцами French-door, очень распространен для моделей высокого класса; часто оснащается двумя испарителями. Вы можете встретить и другие компоновки с двумя испарителями, особенно в моделях Side-by-Side.

Холодильный цикл включает четыре основных компонента: компрессор, конденсатор, расширительный клапан или капилляр и испаритель. Все они манипулируют давлением и фазовым состоянием (жидкость или газ) хладагента для поглощения тепла внутри камеры и его высвобождения снаружи. Вы можете увидеть эти компоненты на приведенных выше схемах в трех разных холодильниках. Все они используют одни и те же принципы работы, описанные ниже.

• Цикл начинается с компрессора, который по сути является насосом, приводимым в действие электродвигателем.
• Основная функция компрессора — сжатие газообразного хладагента, что приводит к повышению его температуры и давления.

• Горячий газообразный хладагент под высоким давлением выходит из компрессора и поступает в конденсатор — серию змеевиков или трубок, расположенных сзади или под холодильником.
• Газ отдает тепло в окружающую среду (воздух), так как вентилятор конденсатора обдувает его трубки.
• Остывая в конденсаторе, хладагент конденсируется, высвобождая еще больше тепла и превращаясь в теплую жидкость, все еще находящуюся под высоким давлением.

• Теплая жидкая хладагент под высоким давлением проходит через трубку малого диаметра, называемую капиллярной, которая ограничивает поток жидкости.
• Этот капилляр заставляет хладагент терять давление при прохождении через него.
• В конце капилляра, где он соединяется с испарителем, более низкое давление в испарителе позволяет жидкому хладагенту расшириться, и небольшая его часть снова превращается в пар.
• Чтобы превратиться в пар, эта часть жидкости поглощает тепло от остальной теплой жидкой хладагент, охлаждая ее и превращая в низкотемпературную смесь из холодного жидкого хладагента с небольшим количеством газа.
• На нашей схеме показан расширительный клапан; капилляр выполняет ту же основную функцию.

• Холодная смесь жидкого и газообразного хладагента под низким давлением проходит через испаритель — набор змеевиков или трубок, расположенных внутри холодильной или морозильной камеры.
• Жидкий хладагент в смеси испаряется и при этом поглощает тепло из воздуха внутри холодильника, что приводит к его охлаждению.
• Вентилятор испарителя циркулирует воздух внутри холодильника, пропуская его через холодный испаритель для охлаждения внутренней камеры.
• Этот процесс охлаждения воздуха продолжается до достижения заданной температуры. Когда компрессор отключается, поток хладагента прекращается, и охлаждение останавливается.

• Хладагент, теперь нагретый и полностью превратившийся в холодный газ низкого давления, возвращается в компрессор, где цикл начинается заново.

• Температура в холодильнике поддерживается с помощью системы обратной связи, включающей датчики температуры и термостаты.
• Когда температура внутри камер поднимается выше установленного значения, термостат подает сигнал компрессору на запуск холодильного цикла.
• Как только желаемая температура достигнута, термостат подает сигнал компрессору на остановку. Когда компрессор останавливается, охлаждение прекращается.

Вы можете представить хладагент как губку для тепла. Сильно сжатую (то есть сжатую компрессором) губку погружают в емкость с водой (внутри холодильника). Расширение губки (снижение давления/расширение) позволяет ей впитать воду (тепло) из емкости. Пропитанная губка извлекается из емкости и сжимается (сжатие), заставляя воду вылиться наружу, в «кухню». Повторяйте этот процесс много раз, и вы сможете удалить большую часть воды из исходной емкости.

Другое сравнение — механизм охлаждения человеческого тела, потоотделение. Ваше тело использует фазовый переход (испарение воды) для охлаждения. Тело отдает тепло, чтобы этот процесс произошел, что и охлаждает вас. Когда воздух сухой, испарение происходит быстро, и охлаждающий эффект высок. Когда воздух влажный, пот испаряется плохо, и вам становится жарко и душно.

Хорошие хладагенты имеют низкую температуру кипения, чтобы иметь возможность поглощать тепло, испаряясь даже в холодных условиях, например, внутри холодильника или морозильной камеры. Они также обладают высокой критической точкой, определяющей максимальную температуру, при которой они могут существовать как в жидком, так и в газообразном состоянии, и высокой удельной теплотой испарения, что означает способность поглощать (или отдавать) больше тепла при фазовых переходах (например, из жидкости в газ). Наконец, они обладают низкой вязкостью, чтобы беспрепятственно циркулировать по системе с минимальными потерями (за исключением капиллярной трубки), что позволяет манипулировать давлением для облегчения теплопередачи, и высокой плотностью (для максимального увеличения количества энергии, хранящейся в соединении, что еще больше повышает его эффективность). Хладагенты выбираются за их химические структуры, обладающие этими свойствами, а также другими, такими как низкая токсичность и экономическая эффективность.

Холодильник работает на принципах термодинамики, перекачивая хладагент по замкнутому контуру из трубок, который поглощает тепло внутри холодильника и рассеивает его снаружи.