Jak funguje chladnička: konstrukce a princip fungování základních typů chladniček

Jasná představa o konstrukci a procesech probíhajících uvnitř chladicí jednotky pomáhá prodloužit životnost zařízení. Pochopit princip fungování chladničky není složité. U každého modelu spočívá ve vytvoření chladného prostředí absorpcí tepla ve vnitřní části objektu a jeho následným odvodem mimo zařízení.

Vše o tom, jak fungují chladničky s různým principem činnosti, se dozvíte z námi předloženého článku. Povíme vám o zvláštnostech konstrukce a souvisejících pravidlech provozu. Naše rady vám pomohou ochránit chladicí stroje před předčasnými poruchami a ušetří vás nutnosti opravovat.

Princip fungování hlavních typů chladniček

Chladicí zařízení se používá v mnoha oblastech činnosti. Bez něj se neobejdeme v domácnosti a nelze si představit plnohodnotný provoz výrobních dílen v podnicích, obchodních prostor a stravovacích zařízení.

V závislosti na účelu a oblasti použití rozlišujeme několik hlavních typů zařízení: absorpční, vířivé, termoelektrické a kompresorové.

Kompresorový typ je nejrozšířenější, proto se mu budeme podrobně věnovat v následující části. Nyní si označme hlavní rozdíly mezi všemi 4 konstrukcemi.

Fungování absorpční techniky

V systému absorpčních zařízení cirkulují dvě látky – chladivo a absorbent. Funkci chladiva obvykle plní čpavek, méně často – acetylen, methanol, freon, roztok bromidu lithného.

Absorbent je kapalina, která má dostatečnou absorpční schopnost. Může to být kyselina sírová, voda atd.

Celý provoz zařízení je založen na principu absorpce, což znamená pohlcování jedné látky druhou. Konstrukce se skládá z několika hlavních částí – výparníku, absorbéru, kondenzátoru, regulačních ventilů, generátoru, čerpadla.

Prvky systému jsou spojeny trubicemi, pomocí kterých vzniká jeden uzavřený okruh. Chlazení komor probíhá díky tepelné energii.

Proces probíhá následujícím způsobem:

• Chladicí médium rozpuštěné v kapalině proniká do výparníku;
• Z koncentrovaného roztoku se uvolňují páry amoniaku vroucí při 33 stupních, které ochlazují objekt;
• Látka přechází do absorbéru, kde je opět pohlcována absorbentem;
• Čerpadlo přečerpává roztok do generátoru, který je ohříván určitým zdrojem tepla;
• Látka se vaří a uvolněné amoniakové páry odcházejí do kondenzátoru;
• Chladivo se ochlazuje a přeměňuje se na kapalinu;
• Pracovní látka prochází regulačním ventilem, stlačuje se a odesílá se do výparníku.

V důsledku toho amoniak cirkulující v uzavřeném okruhu odebírá teplo z chlazené komory, když vstupuje do výparníku, a odevzdává ho do vnějšího prostředí, když se nachází v kondenzátoru. Cykly se nepřetržitě opakují.

Jelikož jednotku nelze vypnout, není příliš úsporná a vyznačuje se zvýšenou spotřebou energie. Pokud takové zařízení selže, pravděpodobně se jej nepodaří opravit.

Závislost absorpčních zařízení na výkyvech napětí, proudu a dalších parametrech elektrické sítě je minimální. Kompaktní rozměry umožňují snadnou instalaci na libovolném vhodném místě.

V konstrukci těchto zařízení nejsou žádné objemné pohyblivé a třecí prvky, proto mají nízkou hlučnost. Zařízení jsou vhodná pro budovy, jejichž elektrická síť je vystavena neustálým špičkovým zatížením, a pro místa bez stálého napájení elektřinou.

Princip absorpce se uplatňuje v průmyslových chladicích zařízeních, malých chladničkách do automobilů a kanceláří. Někdy se vyskytuje u jednotlivých domácích modelů pracujících na zemní plyn.

Princip činnosti termoelektrických modelů

Snížení teploty v komoře termoelektrické chladničky je dosaženo pomocí speciálního systému, který odvádí teplo na základě Peltierova jevu. Ten spočívá v pohlcování tepla v oblasti spoje dvou různých vodičů při průchodu elektrického proudu.

Konstrukce chladniček se skládá z termoelektrických prvků ve tvaru krychle vyrobených z kovů. Jsou spojeny jedním elektrickým obvodem. Spolu s pohybem proudu z jednoho prvku do druhého se přenáší i teplo.

Hliníková deska pohlcuje teplo z vnitřního prostoru a poté ho předává krychlovým pracovním dílům, která jej následně přesměrují ke stabilizátoru. Tam je díky ventilátoru vyvrženo ven. Na tomto principu fungují přenosné mini-chladničky a tašky s chladicím účinkem.

U většiny modelů termoelektrických chladicích zařízení lze přepólováním napájení získat nejen chlad, ale také teplo – až 60 stupňů Celsia. Tato funkce se používá k ohřevu potravin.

Toto zařízení se používá při kempování, v oblasti vybavení osobních automobilů, jachet a motorových člunů, často se instaluje na chatách a na dalších místech, kde lze zařízení napájet síťovým napětím 12 V.

V termoelektrických výrobcích je zabudován speciální nouzový mechanismus, který je vypne v případě přehřátí pracovních částí nebo selhání ventilačního systému.

Mezi výhody tohoto způsobu provozu patří vysoká spolehlivost a poměrně nízká hlučnost při provozu zařízení. Mezi nevýhody patří vysoká cena a citlivost na vnější teploty.

Zvláštnosti zařízení s vířivými chladiči

V přístrojích této kategorie je přítomen kompresor. Stlačuje vzduch, který se následně rozpiná v instalovaných blocích vířivých chladičů. Objekt se chladí v důsledku prudkého rozpinání stlačeného vzduchu.

Vířivá zařízení jsou trvanlivá a bezpečná: nepotřebují elektřinu, nemají pohyblivé části a neobsahují nebezpečné chemické látky ve vnitřní konstrukci.

Metoda vířivých chladičů se nerozšířila a omezila se pouze na testovací vzorky. Je to způsobeno velkou spotřebou vzduchu, velmi hlučným provozem a relativně nízkým chladicím výkonem. Někdy se zařízení používají v průmyslových podnicích.

Přehled kompresorové techniky

Kompresorové chladničky jsou nejrozšířenějším typem zařízení v domácnostech. Jsou téměř v každé domácnosti – spotřebovávají relativně málo energie a jsou bezpečné při provozu. Ty nejúspěšnější modely od spolehlivých výrobců slouží svým majitelům více než 10 let. Podívejme se na jejich strukturu a principy, na kterých pracují.

Zvláštnosti vnitřní konstrukce

Klasická domácí chladnička je vertikálně orientovaná skříň vybavená jedněmi nebo dvojimi dveřmi. Její tělo je vyrobeno z tuhého ocelového plechu o tloušťce asi 0,6 mm nebo z pevného plastu, který snižuje hmotnost nosné konstrukce.

Pro kvalitní utěsnění výrobku se používá pasta s vysokým obsahem chlorvinylové pryskyřice. Povrch se napenetruje a pokryje kvalitním smaltem ze stříkacích pistolí. Při výrobě vnitřních kovových oddělení se používá tzv. metoda lisování, plastové skříně se vyrábějí metodou vakuového tváření.

Dveře zařízení se skládají z ocelových plechů. Po okrajích je vloženo husté gumové těsnění, které nepropouští vnější vzduch. U některých modifikací jsou zabudovány magnetické zámky.

Mezi vnitřní a vnější stěnou výrobku se nutně vkládá vrstva tepelné izolace, která chrání komoru před teplem pronikajícím z okolního prostředí a zabraňuje ztrátě vznikajícího chladu. K tomuto účelu se dobře hodí minerální nebo skleněná plsť, polystyren, polyuretanová pěna.

Vnitřní prostor se tradičně dělí na dvě funkční zóny: chladicí a mrazicí.

Podle formy uspořádání rozlišujeme:

• jednokomorové;
• dvoukomorové;
• vícekomorové přístroje.

Do samostatného typu jsou vyčleněny agregáty Side-by-Side, zahrnující dvě, tři nebo čtyři komory.

Jednokomorové agregáty jsou vybaveny jedněmi dveřmi. V horní části zařízení je umístěn mrazicí oddíl s vlastními dvířky s sklopným nebo otevíracím mechanismem, v dolní části je chladicí oddíl s výškově nastavitelnými policemi.

V komorách je instalováno osvětlovací zařízení s LED diodou nebo běžnou žárovkou, aby bylo vidět, co se vlastně v lednici nachází.

Přístroje vyrobené typu «side by side» jsou mnohem objemnější a širší než jejich sourozenci. Oba oddíly v nich zabírají prostor po celé výšce zařízení. Jsou umístěny paralelně vedle sebe.

U dvoukomorových agregátů jsou vnitřní skříně izolovány a každá je oddělena vlastními dveřmi. Uspořádání oddílů v nich může být evropské nebo asijské. První varianta předpokládá spodní umístění mrazicího oddílu, druhá horní.

Součásti konstrukce

Chladicí zařízení kompresorového typu nevytvářejí chlad. Ochlazují objekt tím, že absorbují vnitřní teplo a odvádějí ho ven.

Proces tvorby chladu probíhá za účasti následujících součástí:

• chladicí médium;
• kondenzátor;
• výparník;
• kompresorové zařízení;
• termoregulační ventil.

Jako chladivo, kterým se plní systém lednice, se používají různé druhy freonu – směsi plynů s vysokou tekutostí a poměrně nízkými teplotami varu/odpařování. Směs se pohybuje v uzavřeném okruhu a přenáší teplo v různých částech cyklu.

Ve většině případů používají výrobci jako pracovní prvek pro domácí chladicí stroje Freon 12. Tento bezbarvý plyn s nepatrným specifickým zápachem není pro člověka toxický a neovlivňuje chuť ani vlastnosti potravin uložených v komorách.

Kompresor – centrální část konstrukce každé lednice. Je to invertorové nebo lineární zařízení, které vyvolává nucenou cirkulaci plynu v systému a zvyšuje tlak. Jednoduše řečeno, kompresor lednice stlačuje páry freonu a nutí je pohybovat se požadovaným směrem.

Zařízení může být vybaveno jedním nebo dvěma kompresory. Vibrace vznikající při provozu jsou pohlcovány vnějším nebo vnitřním zavěšením. U modelů s dvojicí kompresorů je za každou komoru zodpovědné samostatné zařízení.

Klasifikace kompresorů zahrnuje dva podtypy:

1. Dynamický. Nutí chladivo pohybovat se pomocí síly pohybu lopatek odstředivého nebo axiálního ventilátoru. Má jednoduchou konstrukci, ale kvůli nízké účinnosti a rychlému opotřebení působením točivého momentu se v domácích zařízeních používá zřídka.
2. Objemový. Stlačuje pracovní látku pomocí speciálního mechanického zařízení, které je spouštěno elektromotorem. Může být pístový nebo rotační. Většinou se v chladničkách instalují právě tyto kompresory.

Pístové zařízení je představeno jako elektromotor s vertikálním hřídelem, uzavřený v celistvém kovovém plášti. Když startovací relé připojí napájení, aktivuje klikový hřídel a píst, který je na něm upevněn, se začne pohybovat.

Do provozu se zapojuje systém otevíracích a zavíracích ventilů. V důsledku toho jsou páry freonu odsávány z výparníku a vháněny do kondenzátoru.

Při poruchách pístového kompresoru je oprava možná pouze za použití specializovaného profesionálního vybavení. Jakákoli demontáž v domácím prostředí hrozí ztrátou těsnosti a nemožností dalšího provozu.

U rotačních mechanismů je potřebný tlak udržován dvěma rotory pohybujícími se proti sobě. Freon vstupuje do horního kapsy umístěného na začátku hřídelů, je stlačován a vystupuje spodním otvorem malého průměru. Pro snížení tření je do prostoru mezi hřídeli vstřikován olej.

Kondenzátory jsou provedeny ve formě mřížky-spirály, která je upevněna na zadní nebo boční stěně zařízení.

Mají různou konstrukci, ale vždy plní jeden úkol: ochlazování horkých par na stanovené hodnoty teploty kondenzací látky a rozptylováním tepla do místnosti. Mohou být deskové nebo žebro-trubkové.

Výparník se skládá z tenkého hliníkového potrubí a svařených ocelových plátků. Je v kontaktu s vnitřními oddíly chladničky, účinně odvádí absorbované teplo ze zařízení a výrazně snižuje teplotu ve skříních.

Termoregulační ventil je potřebný k udržování tlaku pracovní látky na určité úrovni. Hlavní součásti agregátu jsou vzájemně propojeny systémem trubek, tvořících hermeticky uzavřený kruh.

Posloupnost pracovního cyklu

Optimální teplota pro dlouhodobé skladování potravin v kompresních přístrojích se vytváří během pracovních cyklů, které probíhají jeden po druhém.

Probíhají následujícím způsobem:

• Při připojení přístroje k elektrické síti se spustí kompresor, který stlačuje páry freonu, čímž synchronně zvyšuje jejich tlak a teplotu;
• Působením přetlaku se horké pracovní médium v plynném skupenství dostává do nádoby kondenzátoru;
• Při pohybu dlouhou kovovou trubicí pára vypouští nahromaděné teplo do okolí, pomalu chladne na pokojovou teplotu a přeměňuje se na kapalinu;
• Kapalné pracovní médium prochází přes filtr-sušič, který pohlcuje přebytečnou vlhkost;
• Chladivo proniká úzkou kapilární trubicí, na jejímž výstupu klesá jeho tlak;
• Látka chladne a přeměňuje se na plyn;
• Ochlazená pára se dostává do výparníku a při průchodu jeho kanály odebírá teplo z vnitřních oddílů chladicího zařízení;
• Teplota freonu se zvyšuje a ten je opět odeslán do kompresoru.

Pokud bychom měli jednoduše popsat, jak funguje kompresorová lednička, proces vypadá takto: kompresor čerpá chladivo v uzavřeném okruhu. Freon pak mění své skupenství díky speciálním zařízením, sbírá teplo uvnitř a přenáší ho ven.

Pracovní cyklus v systému se opakuje, dokud není dosaženo teplotních hodnot nastavených systémovými programy, a obnovuje se znovu, když je zaznamenán jejich nárůst.

Po ochlazení na požadované parametry termoregulátor zastaví motor, čímž přeruší elektrický obvod.

Když teplota v komorách začíná stoupat, kontakty se opět sepnou a elektromotor kompresoru je uveden do činnosti ochranným-startovacím relé. Právě proto se během provozu ledničky neustále objevuje a zase utichá hučení motoru.

Doporučení pro provoz a údržbu

Na provozu zařízení není nic složitého: funguje v automatickém režimu nepřetržitě. Jediné, co je třeba udělat při prvním zapnutí a pravidelně upravovat během provozu, je nastavit optimální teplotní režim pro konkrétní okolnosti.

Požadovaná teplota se nastavuje termoregulátorem. V elektromechanickém systému se hodnoty nastavují odhadem nebo podle doporučení uvedených v návodu výrobce. Přitom je třeba brát v úvahu typ a množství potravin skladovaných v ledničce.

Rukojeť regulátoru je zpravidla kulatý mechanismus s několika stupni, nebo v modernějších a dražších modelech lze ovládání provádět pomocí dotykového panelu.

Pro vyhodnocení stupně zmrazení odborníci radí nejprve nastavit regulátor do střední polohy a po nějaké době, pokud je to nutné, ho pootočit doprava nebo doleva.

Každá značka na takové rukojeti odpovídá určitému teplotnímu režimu: čím větší dělení, tím nižší teplota. Elektronická jednotka umožňuje nastavit teplotu s maximální přesností na 1 stupeň pomocí otočného regulátoru nebo tlačítek.

Například nastavit v mrazicím oddílu hodnotu -14 stupňů. Všechny zadané parametry se zobrazí na digitálním displeji.

Pro co nejdelší životnost domácí chladničky je třeba nejen rozumět jejímu uspořádání, ale také se o ni správně starat. Nedostatek řádné údržby a nesprávné používání může vést k rychlému opotřebení důležitých součástí a nedostatečné funkčnosti.

Nežádoucím následkům se lze vyhnout dodržováním několika pravidel:

1. Pravidelně čistěte kondenzátor od nečistot, prachu a pavučin u modelů s otevřenou kovovou mřížkou na zadní stěně. K tomu použijte běžný mírně navlhčený hadr nebo vysavač s malým nástavcem.
2. Správně nainstalujte spotřebič. Dbejte na to, aby vzdálenost mezi kondenzátorem a stěnou místnosti byla alespoň 10 cm. Toto opatření pomůže zajistit nerušenou cirkulaci vzduchu.
3. Včas odmrazujte, aby se na stěnách komor netvořila nadměrná vrstva ledu. Při odstraňování ledových krust je zakázáno používat nože a jiné ostré předměty, které by mohly snadno poškodit a zničit výparník.

Je také třeba mít na paměti, že chladničku nelze umístit v blízkosti topných zařízení ani na místa, kde by mohla být vystavena přímému slunečnímu záření. Nadměrný vliv vnějšího tepla negativně ovlivňuje činnost hlavních součástí a celkový výkon spotřebiče.

Pro čištění částí výrobku z nerezové oceli jsou vhodné pouze speciální prostředky doporučené výrobcem v návodu k použití.

Pokud plánujete přepravu z místa na místo, je nejlepší dopravovat zařízení v nákladním automobilu s vysokou dodávkou a zajistit ho v přísně svislé poloze.

Tím lze předejít poruchám, úniku oleje z kompresoru, který by se dostal přímo do okruhu cirkulace chladicího média.

Závěry a užitečné video k tématu

Video #1. Jak funguje chladicí agregát:

Video #2. Podrobné vysvětlení konstrukce kompresních chladniček:

Video #3. Informace o provozu absorpčních zařízení:

Dokud chladicí zařízení funguje bezchybně, spotřebitelé se o jeho konstrukci zajímají jen zřídka. Těmito znalostmi bychom však neměli pohrdat. Jsou velmi cenné, protože umožňují rychle určit příčinu poruchy a odhalit problémové místo, čímž se předejde vážným závadám.

Prosím, zanechávejte komentáře, umísťujte tematické fotografie, pokládejte dotazy k tématu článku v bloku níže. Povězte nám, jak jste se probírali konstrukcí vlastní chladničky. Podělte se o to, jak jste v praxi využili znalosti o konstrukci chladicího stroje.