Jak działa lodówka: budowa i zasada działania głównych typów lodówek

Jasne zrozumienie budowy i procesów zachodzących wewnątrz agregatu chłodniczego pomaga przedłużyć żywotność urządzenia. Zrozumienie zasady działania lodówki nie jest trudne. W każdym modelu polega ona na wytworzeniu zimnego środowiska poprzez pochłanianie ciepła wewnątrz obiektu i jego późniejsze wyniesienie poza urządzenie.

Wszystkiego o tym, jak działają lodówki z różnymi zasadami działania, dowiedzą się Państwo z przedstawionego przez nas artykułu. Opowiemy o cechach budowy i związanych z nią zasadach eksploatacji. Nasze porady pomogą chronić urządzenia chłodnicze przed przedwczesnymi awariami, a Państwa uwolnią od konieczności napraw.

Zasada działania podstawowych typów lodówek

Urządzenia chłodnicze są wykorzystywane w wielu dziedzinach działalności. Nie sposób się bez nich obejść w gospodarstwie domowym i nie można wyobrazić sobie pełnowartościowej pracy hal produkcyjnych w zakładach, punktów handlowych, placówek gastronomicznych.

W zależności od przeznaczenia i obszaru zastosowania wyróżnia się kilka podstawowych typów urządzeń: absorpcyjne, wirowe, termoelektryczne i sprężarkowe.

Typ sprężarkowy jest najpopularniejszy, dlatego omówimy go szczegółowo w następnej sekcji. Teraz natomiast przedstawmy podstawowe różnice między wszystkimi 4 konstrukcjami.

Funkcjonowanie techniki absorpcyjnej

W systemie urządzeń typu absorpcyjnego krążą dwie substancje – czynnik chłodniczy i absorbent. Funkcję czynnika chłodniczego pełni zazwyczaj amoniak, rzadziej – acetylen, metanol, freon, roztwór bromku litu.

Absorbent jest cieczą o wystarczającej zdolności absorpcyjnej. Może to być kwas siarkowy, woda itp.

Cała praca urządzenia opiera się na zasadzie absorpcji, polegającej na pochłanianiu jednej substancji przez drugą. Konstrukcja składa się z kilku głównych zespołów – parownika, absorbera, skraplacza, zaworów regulacyjnych, generatora, pompy

Elementy systemu są połączone rurami, które tworzą jeden zamknięty obieg. Chłodzenie komór odbywa się za pomocą energii cieplnej.

Proces przebiega następująco:

• czynnik chłodniczy rozpuszczony w cieczy wnika do parownika;
• z zagęszczonego roztworu wydzielają się pary amoniaku wrzące w temperaturze 33 stopni, które chłodzą obiekt;
• substancja przechodzi do absorbera, gdzie ponownie jest absorbowana przez absorbent;
• pompa przepompowuje roztwór do generatora ogrzewanego określonym źródłem ciepła;
• substancja wrze, a wydzielane pary amoniaku trafiają do skraplacza;
• czynnik chłodniczy ochładza się i przekształca w ciecz;
• medium robocze przechodzi przez zawór regulacyjny, ulega sprężeniu i trafia do parownika.

W rezultacie amoniak krążący w zamkniętym obiegu odbiera ciepło z chłodzonej komory, dostając się do parownika, a oddaje je do otoczenia, będąc w skraplaczu. Cykle powtarzają się bez przerwy.

Ponieważ agregatu nie można wyłączyć, nie jest zbyt ekonomiczny i charakteryzuje się zwiększonym zużyciem energii. Jeśli takie urządzenie ulegnie awarii, najprawdopodobniej nie będzie można go naprawić.

Zależność urządzeń absorpcyjnych od wahań napięcia, prądu i innych parametrów sieci elektrycznej jest minimalna. Kompaktowe wymiary pozwalają na łatwe instalowanie ich w dowolnym dogodnym miejscu.

W konstrukcji urządzeń nie ma masywnych ruchomych i trących elementów, dlatego charakteryzują się niskim poziomem hałasu. Urządzenia są odpowiednie dla budynków, których sieć elektryczna podlega ciągłym obciążeniom szczytowym, oraz miejsc, w których nie ma stałego zasilania.

Zasada absorpcji jest realizowana w przemysłowych urządzeniach chłodniczych, małych lodówkach do samochodów i pomieszczeń biurowych. Czasami spotyka się ją w pojedynczych modelach domowych działających na gaz ziemny.

Zasada działania modeli termoelektrycznych

Obniżenie temperatury w komorze lodówki termoelektrycznej osiąga się za pomocą specjalnego systemu, który odprowadza ciepło zgodnie z efektem Peltiera. Polega on na pochłanianiu ciepła w obszarze połączenia dwóch różnych przewodników w momencie przepływu przez nie prądu elektrycznego.

Konstrukcja lodówek składa się z termoelektrycznych elementów w kształcie sześcianu, wykonanych z metali. Są one połączone jednym obwodem elektrycznym. Wraz z przemieszczaniem się prądu z jednego elementu do drugiego przemieszcza się również ciepło.

Aluminiowa płytka pochłania je z wewnętrznej komory, a następnie przekazuje do sześciennych elementów roboczych, które z kolei przekierowują je do stabilizatora. Tam za pomocą wentylatora jest wyrzucane na zewnątrz. Na takiej zasadzie działają przenośne minilodówki i torby z efektem chłodzenia.

W większości modeli termoelektrycznych urządzeń chłodniczych, przy przełączaniu polaryzacji zasilania, można uzyskać nie tylko chłód, ale także ciepło – do 60 stopni Celsjusza. Funkcja ta służy do podgrzewania produktów.

To urządzenie jest używane na kempingach, w zakresie wyposażania samochodów osobowych, jachtów i łodzi motorowych, często instalowane jest na działkach oraz w innych miejscach, gdzie można zapewnić urządzeniu zasilanie o napięciu 12 V.

W wyrobach termoelektrycznych przewidziano specjalny mechanizm awaryjny, który wyłącza je w przypadku przegrzania elementów roboczych lub awarii systemu wentylacji.

Do zalet takiej metody pracy należą wysoka niezawodność i dość niski poziom hałasu podczas eksploatacji urządzeń. Wśród wad – wysoki koszt, wrażliwość na temperatury zewnętrzne.

Cechy urządzeń z chłodnicami wirowymi

W urządzeniach tej kategorii znajduje się sprężarka. Spręża ona powietrze, które następnie rozpręża się w zamontowanych blokach chłodnic wirowych. Obiekt jest chłodzony w wyniku gwałtownego rozprężania sprężonego powietrza.

Urządzenia wirowe są trwałe i bezpieczne: nie potrzebują prądu, nie mają ruchomych elementów, nie zawierają niebezpiecznych związków chemicznych w wewnętrznym układzie konstrukcji.

Metoda chłodnic wirowych nie zyskała szerokiego rozpowszechnienia, ograniczając się tylko do próbek testowych. Wyjaśnia się to dużym zużyciem powietrza, bardzo głośną pracą i stosunkowo niską wydajnością chłodniczą. Czasami urządzenia są stosowane w zakładach przemysłowych.

Przegląd techniki sprężarkowej

Chłodziarki sprężarkowe – to najpowszechniejszy typ urządzeń w gospodarstwie domowym. Są one w prawie każdym domu – zużywają niezbyt wiele energii i są bezpieczne w eksploatacji. Najlepsze modele renomowanych producentów służą swoim właścicielom przez ponad 10 lat. Omówmy ich budowę i zasady działania.

Cechy budowy wewnętrznej

Klasyczna chłodziarka domowa to pionowo zorientowana szafa, wyposażona w jedne lub dwoje drzwi. Jej obudowa jest wykonana ze sztywnej blachy stalowej o grubości około 0,6 mm lub z wytrzymałego tworzywa sztucznego, które zmniejsza wagę konstrukcji nośnej.

Do jakościowego uszczelnienia produktu stosuje się pastę o wysokiej zawartości żywicy chlorowinylowej. Powierzchnia jest gruntowana i pokrywana wysokiej jakości emalią z pistoletów natryskowych. W produkcji wewnętrznych metalowych komór wykorzystuje się tak zwaną metodę tłoczenia, plastikowe szafy wykonuje się metodą formowania próżniowego.

Drzwi urządzenia składają się z blach stalowych. Na krawędziach wstawiony jest gęsty gumowy uszczelniacz, nieprzepuszczający zewnętrznego powietrza. W niektórych modyfikacjach wbudowuje się zamki magnetyczne.

Pomiędzy wewnętrzną a zewnętrzną ścianką urządzenia obowiązkowo układa się warstwę izolacji termicznej, która chroni komorę przed ciepłem próbującym przeniknąć z otoczenia i zapobiega utracie powstającego wewnątrz zimna. Do tych celów dobrze nadaje się wełna mineralna lub szklana, styropian, pianka poliuretanowa.

Przestrzeń wewnętrzna tradycyjnie dzieli się na dwie strefy funkcjonalne: chłodniczą i zamrażalniczą.

Ze względu na układ rozróżnia się:

• jednokomorowe;
• dwukomorowe;
• urządzenia wielokomorowe.

Jako odrębny rodzaj wyróżniono agregaty Side-by-Side, obejmujące dwie, trzy lub cztery komory.

Agregaty jednokomorowe są wyposażone w jedne drzwi. W górnej części urządzenia znajduje się przedział zamrażalniczy z własnymi drzwiczkami z mechanizmem uchylnym lub otwieranym, w dolnej – przedział chłodniczy z regulowanymi wysokościowo półkami.

W komorach instaluje się oświetlenie z diodą LED lub zwykłą żarówką, aby widzieć, co właściwie znajduje się w lodówce.

Urządzenia typu „obok siebie” są znacznie obszerniejsze i szersze od swoich odpowiedników. Oba przedziały zajmują w nich przestrzeń na całej wysokości urządzenia. Są ułożone równolegle względem siebie.

W agregatach dwukomorowych wewnętrzne szafy są izolowane i każda oddzielona własnymi drzwiami. Rozmieszczenie przedziałów może być europejskie i azjatyckie. Pierwszy wariant zakłada dolną kompozycję zamrażalnika, drugi – górną.

Elementy składowe konstrukcji

Urządzenia chłodnicze typu sprężarkowego nie wytwarzają zimna. Chłodzą obiekt, pochłaniając ciepło wewnętrzne i przekierowując je na zewnątrz.

Proces wytwarzania zimna przebiega z udziałem następujących elementów:

• czynnik chłodniczy;
• skraplacz;
• parownik;
• sprężarka;
• zawór termoregulacyjny.

Rolę czynnika chłodniczego, którym napełnia się układ lodówki, pełnią różne marki freonu – mieszanki gazów o wysokim poziomie płynności i dość niskich wartościach temperatury wrzenia/parowania. Mieszanka przemieszcza się w zamkniętym obiegu, przenosząc ciepło przez różne odcinki cyklu.

W większości przypadków jako element roboczy dla domowych urządzeń chłodniczych producenci stosują Freon 12. Ten bezbarwny gaz o ledwo wyczuwalnym specyficznym zapachu nie jest trujący dla człowieka i nie wpływa na smak i właściwości produktów przechowywanych w komorach.

Sprężarka – centralna część konstrukcji każdej lodówki. To agregat inwerterowy lub liniowy, który wymusza cyrkulację gazu w układzie, zwiększając ciśnienie. Mówiąc prościej, sprężarka lodówki spręża pary freonu i zmusza je do poruszania się w odpowiednim kierunku.

Technika może być wyposażona w jeden lub dwa kompresory. Drgania powstające podczas pracy pochłania zawieszenie zewnętrzne lub wewnętrzne. W modelach z parą kompresorów za każdą komorę odpowiada osobne urządzenie.

Klasyfikacja kompresorów przewiduje dwa podtypy:

1. Dynamiczny. Wymusza ruch czynnika chłodniczego dzięki sile ruchu łopatek wentylatora odśrodkowego lub osiowego. Ma prostą budowę, ale ze względu na niską wydajność i szybkie zużycie pod wpływem momentu obrotowego jest rzadko stosowany w urządzeniach domowych.
2. Objętościowy. Spręża czynnik roboczy za pomocą specjalnego urządzenia mechanicznego uruchamianego przez silnik elektryczny. Występuje w wersji tłokowej i rotacyjnej. W lodówkach montuje się głównie tego typu kompresory.

Aparat tłokowy jest przedstawiony w postaci silnika elektrycznego z pionowym wałem, zamkniętego w jednolitej metalowej obudowie. Gdy przekaźnik rozruchowy podłącza zasilanie, aktywuje wał korbowy, a tłok przymocowany do niego zaczyna się poruszać.

Do pracy włącza się system otwierających się i zamykających zaworów. W efekcie pary freonu są wyciągane z parownika i tłoczone do skraplacza.

W przypadku awarii kompresora tłokowego naprawa jest możliwa tylko przy użyciu specjalistycznego profesjonalnego sprzętu. Każdy demontaż w warunkach domowych grozi utratą szczelności i uniemożliwieniem dalszej eksploatacji.

W mechanizmach rotacyjnych wymagane ciśnienie jest utrzymywane przez dwa rotory poruszające się ku sobie. Freon trafia do górnej kieszeni znajdującej się na początku wałów, jest sprężany i wychodzi przez dolny otwór o małej średnicy. Aby zmniejszyć tarcie, w przestrzeń między wałami wprowadza się olej.

Skraplacze są wykonane w formie kratownicy-wężownicy, którą mocuje się na tylnej lub bocznej ścianie urządzenia.

Mają różną konstrukcję, ale zawsze odpowiadają za jedno zadanie: schładzanie gorących par gazowych do zadanych wartości temperatury poprzez kondensację substancji i rozpraszanie ciepła w pomieszczeniu. Występują w wersji płytowej lub żebrowo-rurowej.

Parownik składa się z cienkiego aluminiowego przewodu rurowego oraz lutowanych stalowych płytek. Ma kontakt z wewnętrznymi komorami lodówki, skutecznie odprowadza pochłonięte ciepło z urządzenia i znacznie obniża temperaturę w szafach.

Zawór termoregulacyjny jest potrzebny do utrzymywania ciśnienia czynnika roboczego na określonym poziomie. Duże zespoły agregatu są połączone ze sobą systemem rurek tworzących szczelny zamknięty pierścień.

Kolejność cyklu roboczego

Optymalna temperatura do długotrwałego przechowywania zapasów w urządzeniach kompresyjnych jest wytwarzana podczas cykli roboczych, które następują jeden po drugim.

Przebiegają one w następujący sposób:

• po podłączeniu urządzenia do sieci elektrycznej uruchamia się kompresor, sprężający pary freonu, synchronicznie podnosząc ich ciśnienie i temperaturę;
• pod działaniem nadciśnienia gorący czynnik roboczy, znajdujący się w stanie gazowym, trafia do zbiornika kondensatora;
• przemieszczając się po długiej metalowej rurce, para oddaje nagromadzone ciepło do otoczenia, stopniowo schładza się do temperatury pokojowej i zamienia się w ciecz;
• ciekły czynnik roboczy przechodzi przez filtr-osuszacz, który pochłania nadmiar wilgoci;
• czynnik chłodniczy przenika przez wąską rurkę kapilarną, na wyjściu z której spada jego ciśnienie;
• substancja ochładza się i zamienia w gaz;
• schłodzona para dociera do parownika i, przechodząc przez jego kanały, pobiera ciepło z wewnętrznych komór agregatu chłodniczego;
• temperatura freonu wzrasta, a on ponownie trafia do kompresora.

Mówiąc prostymi słowami o tym, jak działa lodówka kompresorowa, proces wygląda następująco: kompresor tłoczy czynnik chłodniczy w obiegu zamkniętym. Freon z kolei zmienia stan skupienia dzięki specjalnym urządzeniom, zbiera ciepło wewnątrz i przenosi je na zewnątrz.

Cykl roboczy w systemie powtarza się, dopóki nie zostaną osiągnięte wartości temperatury zadane przez programy systemowe, i wznawiany jest ponownie, gdy odnotowany zostanie ich wzrost.

Po schłodzeniu do wymaganych parametrów termoregulator zatrzymuje silnik, rozwierając obwód elektryczny.

Gdy temperatura w komorach zaczyna wzrastać, styki zwierają się ponownie, a silnik elektryczny kompresora jest uruchamiany przez przekaźnik ochronno-rozruchowy. Dlatego właśnie podczas pracy lodówki stale pojawia się i znika dźwięk silnika.

Zalecenia dotyczące eksploatacji i pielęgnacji

W eksploatacji urządzenia nie ma niczego skomplikowanego: działa ono w trybie automatycznym przez całą dobę. Jedyne, co należy zrobić przy pierwszym włączeniu i okresowo korygować w trakcie pracy, to ustawić optymalny w danych okolicznościach reżim temperaturowy.

Wymagana temperatura jest ustawiana za pomocą termoregulatora. W systemie elektromechanicznym wartości ustawia się na oko lub biorąc pod uwagę zalecenia podane w instrukcji producenta. Należy przy tym uwzględniać rodzaj i ilość produktów przechowywanych w lodówce.

Pokrętło regulatora z reguły jest okrągłym mechanizmem z kilkoma podziałkami, albo w modelach nowszych i droższych sterowanie można wykonywać za pomocą panelu dotykowego.

Aby ocenić stopień zamrożenia, specjaliści radzą na początku ustawić regulator w pozycji środkowej, a po pewnym czasie, w razie potrzeby, przekręcić go w prawo lub w lewo

Każde oznaczenie na takim pokrętle odpowiada określonemu trybowi temperatury: im większy podział, tym niższa temperatura. Natomiast moduł elektroniczny pozwala ustawić temperaturę z maksymalną dokładnością do 1 stopnia za pomocą pokrętła obrotowego lub przycisków.

Na przykład ustawić w komorze zamrażarki wartość -14 stopni. Wszystkie wprowadzone parametry będą wyświetlane na cyfrowym wyświetlaczu.

Aby maksymalnie przedłużyć żywotność domowej lodówki, należy nie tylko rozumieć jej budowę, ale także odpowiednio o nią dbać. Brak właściwej obsługi i niewłaściwe użytkowanie może prowadzić do szybkiego zużycia ważnych elementów i nieprawidłowego działania.

Niepożądanym skutkom można zapobiec, przestrzegając kilku zasad:

1. Należy regularnie czyścić skraplacz z brudu, kurzu i pajęczyn w modelach z otwartą metalową kratką na tylnej ścianie. Do tego należy używać zwykłej, lekko wilgotnej szmatki lub odkurzacza z małą końcówką.
2. Należy prawidłowo zainstalować urządzenie. Należy zadbać, aby odległość między skraplaczem a ścianą pomieszczenia wynosiła co najmniej 10 cm. Taki środek pomoże zapewnić swobodną cyrkulację mas powietrza.
3. Należy terminowo rozmrażać, nie dopuszczając do powstania nadmiernej warstwy śniegu na ściankach komór. Przy tym, do usuwania lodowych skorup zabrania się używania noży i innych ostrych przedmiotów, które mogą łatwo uszkodzić i zniszczyć parownik.

Należy również pamiętać, że lodówki nie wolno stawiać w pobliżu urządzeń grzewczych ani w miejscach, gdzie możliwy jest bezpośredni kontakt z promieniami słonecznymi. Nadmierny wpływ ciepła zewnętrznego niekorzystnie wpływa na pracę głównych podzespołów i ogólną wydajność urządzenia.

Do czyszczenia elementów wykonanych ze stali nierdzewnej nadają się wyłącznie specjalne środki zalecane przez producenta w instrukcji obsługi urządzenia

Jeśli planowany jest transport z miejsca na miejsce, najlepiej przewozić urządzenie samochodem ciężarowym z wysoką zabudową, mocując je w ściśle pionowej pozycji.

W ten sposób można zapobiec awariom, wyciekowi oleju z kompresora, który przedostaje się bezpośrednio do obiegu czynnika chłodniczego.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Wideo #1. Jak działa agregat chłodniczy:

Wideo #2. Szczegółowe wyjaśnienie budowy lodówek kompresyjnych:

Wideo #3. Informacje o działaniu mas absorpcyjnych:

Póki chłodnicze urządzenie działa poprawnie, konsumenci rzadko interesują się jego budową. Nie należy jednak lekceważyć tej wiedzy. Jest bardzo cenna, ponieważ pozwala szybko zidentyfikować przyczynę awarii i wykryć problematyczne miejsce, zapobiegając poważnym usterkom.

Proszę zostawiać komentarze, zamieszczać zdjęcia tematyczne, zadawać pytania dotyczące artykułu w poniższym bloku. Proszę opowiedzieć o tym, jak rozumieli Państwo budowę własnej lodówki. Proszę podzielić się, jak w praktyce wykorzystali Państwo wiedzę o konstrukcji urządzenia chłodniczego.