Jak funguje chladnička: princip, zařízení, schéma

Měl by každý z nás vědět, jak funguje lednička? Na jednu stranu jsou podrobné technické informace pro běžného uživatele zbytečné. Pokud se však při provozu jednotky začnou vyskytovat problémy, znalost principů provozu chladicích zařízení pro domácnost pomůže rychle určit místo poruchy a její možnou příčinu.

Znalost toho, jak má chladnička fungovat, je nezbytná pro zajištění normálních provozních podmínek zařízení. Povědomí uživatelů o tomto problému pomůže vyhnout se vážným poruchám.

Typy zařízení

Všechny chladničky pro domácnost lze rozdělit do tří hlavních tříd:

• kompresor;
• vstřebávání;
• termoelektrický (pracuje podle Peltierova systému).

Konstrukce a princip fungování každého typu chladničky se výrazně liší.

Jak funguje kompresorová chladnička?

Toto jsou nejběžnější modely. Jednotka má tři hlavní pracovní jednotky:

• kompresor – vytváří tlakový rozdíl;
• výparník – odebírá teplo z vnitřního prostoru;
• kondenzátor – předává toto teplo ven.

Typy kompresorů a jak funguje chladnička s každou z jejich možností – tento problém bude popsán níže.

Výparník je vyroben z oceli nebo hliníku a může být otevřený (u starších nebo kompaktních jednokomorových modelů) nebo uzavřený, samoodmrazovací (umístěný na zadní stěně jednotky, oddělený od přihrádek a vyplněný izolační pěnou). Zařízení může mít formu válce s vnitřními trubkami nebo deskami navlečenými na trubce.

Kondenzátor je obvykle umístěn v zadní části chladničky (u některých modelů na boku). Je vyrobena ve formě cívky a je navíc vybavena četnými propojkami mezi sousedními sekcemi trubice – pro ještě intenzivnější chlazení.

Mezi výparníkem a kondenzátorem je umístěna měděná kapilára. Rozlišuje zóny nízkého a vysokého tlaku a je potřebný k rychlému dodání freonového toku požadovaného tlaku a tím ke snížení odporu síly pístu vůči elektromotoru.

Další konstrukční prvky

Pro udržení nízké vlhkosti v chladničce je zapotřebí filtrdehydrátor. Zařízení je umístěno mezi kondenzátorem a kapilárou a vypadá jako sud s adsorpční látkou uvnitř.

Ucpaný filtrdehydrátor vede k:

• zvýšení teploty v komorách;
• žádné vypínání motoru – jednotka pracuje nepřetržitě;
• zadní stěna chladničky je velmi horká.

Aby se tomu zabránilo, je zařízení pravidelně kontrolováno a v případě potřeby nahrazeno novým.

Termostatický ventil upravuje objem freonu opouštějícího výparník do kapiláry. Tato jednotka umožňuje upravit celkovou úroveň tlaku v potrubí. Vypadá jako ventil s pružnou kovovou membránou. Membrána je navržena tak, aby reagovala na změny tlaku v systému a pohybovala k ní připojenou odpruženou tyčí. Ten se pohybuje tam a zpět v kuželovém kanálku a mění svou plochu průřezu, čímž se zvyšuje nebo snižuje množství freonu procházející kanálem.

Termostat (může být mechanický nebo elektronický) reguluje teplotu v hlavním (a někdy i v mrazicím) oddílu. Jeho hlavní jednotkou je vlnovcová trubice naplněná chladivem připojená k výparníku. Když teplota v komoře dosáhne horní přípustné hranice, toto čidlo signalizuje kompresoru, aby začal pracovat. A naopak – po vychladnutí komory do požadovaného stavu se kompresor vypne.

Popis práce

Tato technika funguje na základě druhého termodynamického zákona. Hlavní pracovní látkou je chladivo – je to chladivo, které předává teplo z výparníku do kondenzátoru. Chladivo vstupuje do kompresoru ve formě páry, kde je za současného zvýšení teploty stlačováno a pod vysokým tlakem posíláno do kondenzátoru. V kondenzátoru se látka ochlazuje, mění se v kapalinu a uvolňuje přebytečné teplo do okolí. Toto teplo je odváděno především přirozeně – konvekcí a tepelným sáláním. U chladicích zařízení pro domácnost není zajištěno nucené chlazení kondenzátoru.

Typy kompresorů v moderních chladničkách

Nejoblíbenějším typem kompresorů, které jsou vybaveny moderními chladničkami, jsou pístové. Jejich píst je poháněn přes ojnici-kliku nebo jiný podobný mechanismus konvenčním elektromotorem. Modernějším řešením jsou elektromagnetické kompresory pístového typu. Jejich konstrukčním znakem je přítomnost elektromagnetické cívky kolem válce. Cívka vytváří elektromagnetické pole a začíná postupně pohybovat pístem.

Pístové kompresory mají mnoho výhod:

• vytvořit vysoký tlak a tím zajistit výrazný teplotní rozdíl mezi výparníkem a kondenzátorem;
• má velmi jednoduchý design bez zvláštních požadavků na vysokou přesnost výroby dílů;
• jsou levné.

Mezi nevýhody kompresorů s písty:

• nedostatečná rovnováha a v důsledku toho vysoká hladina hluku a vibrací;
• značný počet pohyblivých částí;
• rychlé opotřebení a snížená životnost.

Důležitou nevýhodou zařízení je riziko poruchy při restartu, pokud kompresor spustíte během prvních sekund po zastavení. V tomto okamžiku zůstává ve válci vysoký tlak a při zapnutí jednotky se na motoru vytvoří kritické zatížení, které může způsobit poškození motoru. Aby se tomu zabránilo, lze pístový kompresor znovu zapnout až po několika minutách klidu (5-10 minut) – během této doby se hladina tlaku v systému vyrovná. Moderní modely chladniček jsou vybaveny vestavěnou automatickou ochranou proti rychlému restartu, doporučuje se zapnout staré zařízení pomocí časového relé s nastavením zpoždění startu nejméně 5 minut.

Druhou velkou kategorií kompresorů jsou rotační, neboli rotační. Tlak v nich vzniká díky neustále se měnící mezeře mezi skříní a rotujícím rotorem. Rotor může mít různé konstrukce. Stává se to:

• výstřední;
• houpání;
• s pohyblivými okvětními lístky.

Ale princip fungování takových zařízení je stejný.

Rotační kompresory jsou kompaktní, poměrně tiché a mají zvýšenou životnost díky malému počtu pohyblivých částí. Jsou však velmi náročné na výrobu a nevytvářejí dostatečně vysoký tlak ve srovnání s jejich pístovými protějšky. Zařízení se aktivně používají k vybavení klasických ledniček, které nejsou určeny k vytváření velmi nízkých teplot.

Jiné třídy kompresorů – šroubové, odstředivé, vačkové a další – se v chladničkách pro domácnost prakticky neinstalují.

Existuje další klasifikace kompresorů – klasické a invertorové. Jeden nebo druhý může být buď pístový nebo rotační model. U klasických kompresorů (nazývaných také konvenční nebo neinvertorové) se motor otáčí konstantní rychlostí. Pro udržení specifikovaných teplotních parametrů v zařízení se motor periodicky zastavuje a znovu startuje. Konstrukce invertorových kompresorů zahrnuje invertor – frekvenční měnič. Motor v takových modelech je připojen přes tuto jednotku, která upravuje indikátory frekvence a tím mění rychlost otáčení motoru, přičemž udržuje nastavenou teplotu. Modely invertorových kompresorů jsou dražší, ale jsou účinnější, ekonomičtější a spolehlivější.

Chladničky s dynamickým způsobem vstřikování chladiva stojí stranou. V nich je kompresor axiální nebo odstředivý ventilátor – je to ten, který pohání chladivo podél pracovní linky.

Chladiva

Chladiva v domácích ledničkách jsou obvykle speciální směsi uhlovodíků – freonů. Pro každé provozní podmínky zařízení musí být použito jeho vlastní složení, ale nejčastěji výrobci nabízejí některé univerzální možnosti.

Hlavním parametrem chladiva je jeho bod varu. Čím nižší je, tím nižší teploty lze v chladničce dosáhnout. Není však možné jednoduše nahradit jednu pracovní látku jinou, vroucí při nižších teplotách. Čím nižší je bod varu freonu, tím větší je tlak potřebný k jeho kondenzaci a kompresor ho ne vždy dokáže vytvořit. Při doplňování chladiva by se proto mělo přidávat pouze identické složení a při úplné výměně použít stejné nebo použít analog s podobnými vlastnostmi.

Nejčastěji používaná chladiva v domácích chladničkách jsou:

• Freon R22 s bodem varu téměř -41°C. Nyní se tato látka používá mnohem méně často (a v některých zemích je zcela zakázána), protože se ukázalo, že poškozuje životní prostředí (ničí ozonovou vrstvu).
• Byl nahrazen R407C a R410A s bodem varu pod -51°C, šetrnější k životnímu prostředí, ale vyžadující vyšší tlak pro kondenzaci a tudíž zvyšující náklady na zařízení. Pokud navíc prosakují (40 % složení R410A a 5-10 % R407C), není již doplňování ledniček možné – musí se doplnit celá linka.
• Tetrafluorethan R134 se používá pouze v nejjednodušších chladicích zařízeních bez mrazicích přihrádek, protože má bod varu těsně pod -26°C. Látka nepoškozuje ozónovou vrstvu, ale zvyšuje skleníkový efekt, takže ji nelze nazvat absolutně neškodnou.
• Isobutan R600a se vyznačuje nízkým kondenzačním tlakem a zároveň vysokým měrným výparným teplem. Vře však pouze při -12°C, takže lednice jím naplněné nelze v zimě používat venku

Dalším důležitým detailem je, že každé chladivo vyžaduje použití určitého typu oleje pro zpracování komponent kompresoru. Použití jiných typů maziv může poškodit kompresor.

Vlastnosti ledniček

Chladničky mohou mít různý počet komor – od jedné do čtyř a dokonce i více. Nejběžnější modely jsou jedno- a dvoukomorové. Strukturou jsou velmi podobné, ale princip fungování je poněkud odlišný. U starších dvoukomorových modelů (většinou je mraznička umístěna nahoře) je výparník společný pro spodní i horní komoru. Pokud tedy při odmrazování mrazničky mechanicky poškodíte výparník, celá jednotka se rozbije. Totéž platí pro modely s jednou komorou (není zde mrazák nebo je umístěn uvnitř hlavní komory).

Nové dvoukomorové chladničky se spodním mrazákem mají dva výparníky od sebe izolované. Umístění mrazicího oddílu ve spodní části jednotky umožňuje vybavit ji zónou s nulovou teplotou – zónou čerstvosti. Nachází se úplně dole v hlavní přihrádce. Toto provedení také umožňuje přidat k jednotce třetí – „nulovou“ komoru.

Novější modely chladniček se dvěma oddíly mohou mít jeden nebo dva samostatné kompresory. Ve druhém případě je za cirkulaci chladiva v hlavním a mrazicím prostoru zodpovědný jeho vlastní kompresor.

Modely No Frost a s kapkovým odmrazováním

Technologie No Frost umožňuje snížit frekvenci odmrazování chladničky na jednou ročně – pouze za účelem mytí jednotky. Vlhkost je účinně odstraněna ze systému, což zabraňuje tvorbě velkého množství ledu a námrazy v komoře. Výparník je umístěn v mrazicím oddílu a chlad, který produkuje, je ventilátorem směrován do hlavního oddílu. V hlavní komoře naproti každé polici jsou otvory – skrz ně do komory vstupuje proud studeného vzduchu. Poté, co je část vzduchu rovnoměrně distribuována v oddílu, spustí se cyklus klidového odmrazování. Výparník je vybaven topným článkem, který se zapne a způsobí roztání ledu, který se podařilo vytvořit.

Technologie No Frost má také nevýhody. Jeho přítomnost poněkud komplikuje konstrukci zařízení a spotřeba energie se znatelně zvyšuje.

Další oblíbenou technologií odmrazování chladničky je odkapávání (také nazývané „pláč“ a přímé chlazení). Zařízení je navrženo a konfigurováno tak, aby byl výparník během provozu pokryt ledem. Když je kompresor vypnutý, taví a vlhkost proudí podél vnitřních stěn jednotky do vypouštěcího otvoru.

Technologie „Fast zmrazení“ (super mrazení)

Tato možnost je implementována v mnoha moderních dvoukomorových chladničkách. Když je aktivován (zapíná se ručně), kompresor začne pracovat bez zastavení a zajišťuje, že produkty vložené do mrazničky jsou zcela zmrazené jak venku, tak uvnitř. Nedochází k automatickému vypínání režimu, je nutné jej také vypnout ručně, nejpozději do 72 hodin po aktivaci. Nejnovější modely jednotek dokážou supermražení vypnout samostatně – na základě signálů ze speciálních termoelektrických senzorů.

Jak funguje absorpční chladicí stroj?

Absorpční lednice funguje jinak. Jeho chladivem je převážně čpavek a stejně jako u kompresorových modelů ochlazuje pracovní komoru, ale její cirkulaci zajišťuje zcela jiný proces – nejprve se smísí s vodíkem nebo jiným plynem a poté se absorbuje (rozpustí) ve vodě. . Princip fungování tohoto typu chladničky je následující:

• Termosifonová trubice, hlavní pracovní prvek systému, obsahuje vroucí roztok čpavku. Pro udržení varu je termosifon ohříván zvenčí topným tělesem.
• V určitém okamžiku vroucí roztok expanduje, jeho hladina v termosifonu stoupá a část kompozice se nalije do sousedního oddělení – separátoru.
• V separátoru se odděluje část par čpavku z celkového objemu kapaliny, která proudí do nádoby absorbéru s vodou.
• Páry čpavku jsou posílány do kondenzátoru, kde jejich teplota klesá a mění se v kapalinu. Amoniak, který dostal kapalné skupenství agregace, vstupuje do výparníku naplněného vodíkem, kde se látky nejprve smísí a poté se část amoniaku odpaří a zároveň odebírá teplo z okolního prostoru.
• Zbytek směsi se přivádí do absorbéru, kde se oddělí jeho složky: amoniak se rozpustí a vodík je vytlačen do horní části nádrže a jde do výparníku, kde bude „čekat“ na další dávku chladiva. .
• Amoniak rozpuštěný ve vodě vstupuje do zahřátého termosifonu. Cyklus se opakuje.

Aby zařízení fungovalo tepelně efektivně, jsou všechny jeho součásti uzavřeny v tepelně izolačním plášti.

Mezi výhody takové lednice patří její tichý chod, jednoduchost konstrukce, absence mechanických pohyblivých částí a schopnost termosifon jakkoli ohřívat, včetně přímého spalování paliva.

Ale tento typ jednotky má také několik nevýhod. Je méně účinný než analogy kompresoru, je citlivý na oxidační a korozní procesy a musí být umístěn přísně svisle. Proto se takové zařízení nepoužívá v moderních bytech, ale je v poptávce tam, kde není stálý zdroj dodávek energie. Nejčastěji se s ním můžeme setkat v „domech na kolech“: při cestování jednotky jezdí na plyn a při parkování v kempech na elektřinu.

Peltierův systém: princip fungování termoelektrických chladniček

Peltierův jev je chápán jako termoelektrický jev, kdy při průchodu elektrického proudu spojem (bodem dotyku) dvou vodičů z různých materiálů dochází také k přenosu tepelné energie. První (ve směru toku proudu) vodič se ochladí a druhý se okamžitě zahřeje. K ohřevu dochází jak vlivem tepla z prvního vodiče, tak vlivem elektrické energie protékajícího elektrického proudu.

Provoz řady chladicích zařízení je založen na tomto principu:

• Chladící tašky;
• skříně na skladování vína;
• Chladiče na pitnou vodu;
• autochladničky.

Zařízení je tiché, spolehlivé, ale poměrně drahé a jeho teplotní režim výrazně závisí na okolní teplotě.

Abychom to shrnuli

Na provozu chladicího zařízení není nic složitého. Pokud znáte typy chladniček a obecně rozumíte principům jejich fungování, můžete předejít poruchám zařízení a ušetřit na účtech za elektřinu.

Reference

• Jak funguje chlazení? (Elektronický zdroj) // DNS Club, odkaz 2019
• Jak funguje chladnička: principy, cykly, režimy. (Elektronický zdroj) // BytTechService Company, odkaz 2020
• Lednička – jak funguje a principy jejího fungování. (Elektronický zdroj) // Ozon Club, odkaz 2022
• Princip fungování a struktura domácí chladničky. (Elektronický zdroj) // Construction.Repair.Household.Comfort, odkaz 2021