Эффективность цикла охлаждения холодильной машины

Отображение на диаграмме: C1-L - потеря давления при всасывании M-D1 - потеря давления при выходе HD-HC1 - теоретическое изменение энтальпии (теплосодержания) при сжатии HD1-HC1 - реальное изменение энтальпии (теплосодержания) при сжатии C1D - теоретическое сжатие LM - реальное сжатие Для выбора лучшего из циклов охлаждения необходимо оценивать их эффективность. Обычно показателем эффективности цикла холодильной машины служит КПД или коэффициент термической (термодинамической) эффективности. Коэффициент термической эффективности - это: - отношение изменения энтальпии хладагента в испарителе (НС-НВ) к изменению энтальпии в процессе сжатия (HD-HC). - или: соотношение мощности охлаждения и электрической мощности, которую потребляет компрессор холодильной машины.

Например, если коэффициент термической эффективности какой-либо холодильной машины равен 2, то на каждый кВт потребляемой электроэнергии эта машина производит 2 кВт холода.

Принцип работы кондиционера

Итак, в основе работы кондиционера лежит перемещение тепла сжиженным газом, который называют хладагентом, в процессе перехода его из жидкости в пар и обратно. Т.о. процесс работы кондиционера практически ничем не отличается от процесса работы обычного холодильника. Температура кипения хладагента намного ниже температуры кипения воды. Например, температура кипения наиболее часто используемого хладагента - фреона R-22 составляет 5-10°С, в то время как вода кипит при температуре 100°С.

Рассмотрим цикл работы кондиционера в режиме охлаждения. Благодаря работе компрессора, размещенного в наружном блоке, во внутреннем блоке создается пониженное давление. Температура хладагента в этот момент равна 5-10°С, поэтому он начинает кипеть и переходит в пар. Необходимая для этого энергия поступает от теплого воздуха помещения, отдающего часть своего тепла хладагенту. Охлажденный таким образом воздух возвращается вентилятором внутреннего блока обратно в помещение.

В то же время парообразный хладагент, проходя через компрессор наружного блока, сжимается под воздействием высокого давления и температура его увеличивается до 50-60°С. Далее горячий пар охлаждается в наружном блоке и снова превращается в жидкость, отдавая тепло окружающему воздуху при помощи вентилятора наружного блока. И даже если температура окружающей среды достигает 40-45°, она все же ниже температуры хладагента. После конденсатора жидкий хладагент пропускается через капиллярную трубку. Давление при этом резко падает и температура хладагента вновь опускается до 5-10°С, в результате чего жидкость снова начинает кипеть в испарителе, поглощая тепло из охлаждаемого помещения.

Таким образом, при работе кондиционера происходит перенос тепла из среды, в которой находится испаритель (внутреннее помещение) в ту среду, где находится конденсатор (улица).

Конструкция кондиционера

1.Компрессоры: принцип работы и типы

Один из главных элементов любой холодильной машины - это компрессор.

Компрессор всасывает пар хладагента, имеющий низкие температуру и давление, затем сжимает его, повышая температуру (до 70 - 90°С) и давление (до 15 - 25 атм.), а затем направляет парообразный хладагент к конденсатору.

Основные характеристики компрессора - степень компрессии (сжатия) и объем хладагента, который он может нагнетать. Степень сжатия - это отношение максимального выходного давления паров хладагента к максимальному входному.

В холодильных машинах используют компрессоры двух типов:

1. поршневые - с возвратно-поступательным движением поршней в цилиндрах;

2. ротационные, винтовые и спиральные- с вращательным движением рабочих частей.

Поршневые компрессоры используются чаще всего в машинах большой мощности. Принцип их работы показана на схеме. При движении поршня (3) вверх по цилиндру компрессора (4) хладагент сжимается. Поршень перемещается электродвигателем через коленчатый вал (6) и шатун (5). Под действием давления пара открываются и закрываются всасывающие и выпускные клапаны компрессора холодильной машины. На схеме 1 показана фаза всасывания хладагента в компрессор. Поршень начинает опускаться вниз от верхней точки, при этом в камере компрессора создается разрежение и открывается впускной клапан (12). Парообразный хладагент низкой температуры и низкого давления попадает в рабочее пространство компрессора. На схеме 2 показана фаза сжатия пара и его выхода из компрессора. Поршень поднимается вверх и сжимает пар. При этом открывается выпускной клапан компрессора (1) и пар под высоким давлением выходит из компрессора. Основные модификации поршневых компрессоров(отличаются конструкцией, типом двигателя и назначением):

1. герметичные компрессоры;

2. полугерметичные компрессоры;

3. открытые компрессоры.

Герметичные компрессоры:

Используются в холодильных машинах небольшой мощности (1.5 - 35 кВт). Электродвигатель расположен внутри герметичного корпуса компрессора. Охлаждение электродвигателя производится самими всасываемым хладагентом.

Полугерметичные компрессоры:

Используются в холодильных машинах средней мощности (30 - 300 кВт). В полугерметичных компрессорах электродвигатель и компрессор соединены напрямую и размещены в одном разборном контейнере. Преимущество этого типа компрессоров в том, что при повреждениях можно вынуть двигатель, чтобы ремонтировать клапаны, поршень и др. части компрессора. Охлаждение электродвигателя производится самими всасываемым хладагентом.

Открытые компрессоры:

Имеют внешний электродвигатель, выведенный за пределы корпуса, и соединенный с компрессором напрямую или через трансмиссию.

Мощность многих холодильных установок может плавно регулироваться с помощью инверторов - специальных устройств, изменяющих скорость вращения компрессора.

В полугерметичных компрессорах возможен и другой способ регулировки мощности - перепуском пара с выхода на вход либо закрытием част всасывающих клапанов.

Основные недостатки поршневых компрессоров: - пульсации давления паров хладагента на выходе, приводящие к высокому уровню шума. - большие нагрузки при пуске, требующие большого запаса мощности и приводящие к износу компрессора.

Ротационные компрессоры вращения (наиболее часто применяемые)

Принцип работы ротационных компрессоров вращения основан на всасывании и сжатии газа при вращении пластин. Их преимущество перед поршневыми компрессорами состоит в низких пульсациях давления и уменьшении тока при запуске. Существует две модификации ротационных компрессоров:

1. со стационарными пластинами;

2. с вращающимися пластинами.

Компрессор со стационарными пластинами

В компрессоре со стационарными пластинами хладагент сжимается при помощи эксцентрика, установленного на ротор двигателя. При вращении ротора эксцентрик катится по внутренней поверхности цилиндра компрессора, и находящийся перед ним пар хладагента сжимается, а затем выталкивается через выпускной клапан компрессора. Пластины разделяют области высокого и низкого давления паров хладагента внутри цилиндра компрессора. 1.Пар заполняет имеющееся пространство 2.Начинается сжатие пара внутри компрессора и всасывание новой порции хладагента 3.Сжатие и всасывание продолжается 4.Сжатие завершено, пар окончательно заполнил пространство внутри цилиндра компрессора.

Компрессор с вращающимися пластинами

В компрессоре с вращающимися пластинами хладагент сжимается при помощи пластин, закрепленных на вращающемся роторе. Ось ротора смещена относительно оси цилиндра компрессора. Края пластин плотно прилегают к поверхности цилиндра, разделяя области высокого и низкого давления. На схеме показан цикл всасывания и сжатия пара. Пар заполняет имеющееся пространство Начинается сжатие пара внутри компрессора и всасывание новой порции хладагента Сжатие и всасывание завершается. Начинается новый цикл всасывания и сжатия. Компрессора, на одном валу которых расположено два ротора, называют двуроторными.

Спиральные компрессоры SCROLL

Спиральные компрессоры применяются в холодильных машинах малой и средней мощности.

Такой компрессор состоит из двух стальных спиралей. Они вставлены одна в другую и расширяются от центра к краю цилиндра компрессора. Внутренняя спираль неподвижно закреплена, а внешняя вращается вокруг нее.

Спирали имеют особый профиль (эвольвента), позволяющий перекатываться без проскальзывания. Подвижная спираль компрессора установлена на эксцентрике и перекатывается по внутренней поверхности другой спирали. При этом точка касания спиралей постепенно перемещается от края к центру. Пары хладагента, находящиеся перед линией касания, сжимаются, и выталкиваются в центральное отверстие в крышке компрессора. Точки касания расположены на каждом витке внутренней спирали, поэтому пары сжимаются более плавно, меньшими порциями, чем в других типах компрессоров. В результате нагрузка на электродвигатель компрессора снижается, особенно в момент пуска компрессора.

Пары хладагента поступают через входное отверстие в цилиндрической части корпуса, охлаждают двигатель, затем сжимаются между спиралей и выходят через выпускное отверстие в верхней части корпуса компрессора.

Недостатки спиральных компрессоров:

1. Сложность изготовления и, как следствие, высокая цена;

2. необходимо очень точное прилегание спиралей и герметичность по их торцам.

Винтовые компрессоры (применяются в мощных машинах (для информации))

Винтовые компрессоры применяются в холодильных машинах большой мощности (150 - 3500 кВт). Существуют две модификации этого типа: - с одинарным винтом - с двойным винтом

Винтовой компрессор с одинарным винтом:

Модели с одинарным винтом имеют одну или две шестерни-сателлита, подсоединенные к ротору с боков.

Сжатие паров хладагента происходит с помощью вращающихся в разные стороны роторов. Их вращение обеспечивает центральный ротор в виде винта.

Пары хладагента поступают через входное отверстие компрессора, охлаждают двигатель, затем попадают во внешний сектор вращающихся шестеренок роторов, сжимаются и выходят через скользящий клапан в выпускное отверстие.

Винты компрессора должны прилегать герметично, поэтому используется смазывающее масло. Впоследствии масло отделяется от хладагента в специальном сепараторе компрессора.

Винтовой компрессор с двойным винтом:

Модели с двойным винтом отличаются использованием двух роторов - основного и приводного.

Винтовые компрессоры не имеют впускных и выпускных клапанов. Всасывание хладагента постоянно происходит с одной стороны компрессора, а его выпускание - с другой стороны. При таком способе сжатия паров уровень шума гораздо ниже, чем у поршневых компрессоров.

Винтовые компрессоры позволяют плавно регулировать мощность холодильной машины с помощью изменения частоты оборотов двигателя.

2.Теплообменник

Кондиционер содержит в себе внешний и внутренний теплообменники. Их функция - осуществлять теплообмен между хладагентом и воздухом окружающей среды. Во время охлаждения внутренний теплообменник называется испарителем, а внешний конденсатором. Во время нагрева - наоборот. Испаритель - поглощает тепло из помещения и понижает его температуру. Конденсатор - заставляет хладагент выделять тепло в окружающую среду и конденсирует хладагент в жидкость.

Теплообменник состоит из теплообменных пластин и медных трубок. Пластины на медных трубках усиливают эффект теплообмена. Движимый вентилятором воздух проходит через поверхность теплообменника, который заставляет хладагент выделять тепло в окружающую среду.

Основные неполадки во время работы теплообменника связаны с тем, что пыль забивает теплообменные каналы, это серьезно влияет на работу теплообменника. Здесь важно регулярно прочищать теплообменник вручную или, используя пылесос или сжатый воздух.

3.Терморегулирующий вентиль

Для того чтобы жидкий хладагент мог испаряться, необходимо снизить его давление. Для этого на выходном отверстии конденсатора устанавливается препятствие, ограничивающее объем проходящего через него фреона. Как правило для этого используется длинная тонкая трубка, называемая капиллярной трубкой. После прохождения жидкого хладагента через капиллярную трубку его давление падает и он попадает в испаритель.

4.Четырех ходовой клапан

Четырех ходовой реверсивный клапан предназначен для изменения направления движения хладагента. Во время работы в режиме "охлаждение" газ с высокой температурой и давлением поступает во внешний теплообменник через клапан. Во время работы в режиме "нагрев" клапан направляет газ с высокой температурой и давлением во внутренний теплообменник. Состоит из основного и распределительного клапанов.

Принцип работы кондиционера на тепло

Летом поток воздуха из внешнего блока кондиционера теплый, таким образом, логично предположить, что, меняя внутренний и внешний блоки местами, кондиционер можно использовать на обогрев зимой. Однако это нецелесообразно. Вместо того чтобы менять внутренний и внешний блоки местами используют деталь, называемую четырехходовый реверсивный клапан, для изменения направления движения потока хладагента. Данный метод, названный обогрев в режиме теплового насоса, основан на принципе забора теплоты из воздуха вне помещения и ее переноса в воздух, находящийся внутри помещения.

Если температура на улице всего 7оС, то температура, при которой происходит испарение хладагента во внешнем теплообменнике, все равно ниже (от 0 до 3оС). Такой градиент температур (4…7оС) позволяет обирать теплоту из воздуха снаружи и передавать ее внутрь помещения.

Однако чем ниже опускается температура на улице, тем меньше становится градиент температур и тем труднее отобрать теплоту из воздуха. Другими словами, мощность обогрева падает по мере понижения температуры на улице.

Когда температура на улице падает до 5оС, температура испарения внешнего теплообменника падает ниже 0оС. В результате содержащаяся в воздухе влага осаждается на теплообменник в виде инея. Если этот иней не удалять, то его будет накапливаться все больше и больше, в результате чего будет остановлен поток воздуха через теплообменник и, следовательно, перестанет осуществляться отбор теплоты из уличного воздуха. Чтобы этого не произошло, необходимо своевременно счищать иней с теплообменника. Для этого в процессе обогрева рабочий цикл переключается с обогрева на охлаждение и, теплота, отдаваемая газообразным хладагентом, способствует устранению инея. Данный процесс во многих каталогах называют «разморозка обратным циклом».

Особенности работы кондиционера в условиях низких температур

Производители бытовых кондиционеров с реверсивным циклом в технической документации на товар, как правило, указывают температурный диапазон, в котором можно эксплуатировать кондиционер. Нижняя граница этого диапазона редко опускается до температуры ниже -5°С для режима "холод" и 0°С для режима "тепло". Что произойдет с кондиционером, если пренебречь этим ограничением? Что необходимо сделать, чтобы кондиционер можно было эксплуатировать при более низких температурах, без риска вывести его из строя? Эти вопросы являются особенно актуальными в условиях зимы и поэтому требуют ответа.

Если следовать рекомендациям производителя, то лучший способ эксплуатации кондиционера в холодное время года при отрицательных температурах наружного воздуха - это его консервация.

Консервация кондиционера на зиму предусматривает следующие мероприятия (как правило данные мероприятия никто не выполняет).

1. Конденсация хладагента в наружный блок, которая предусматривает выполнение следующих операций:

1. подключение манометрического коллектора к сервисному порту;

2. включение кондиционера на "холод";

3. запирание жидкостного вентиля компрессорно-конденсаторного блока кондиционера;

4. запирание газового вентиля при давлении всасывания ниже атмосферного;

5. отключение манометрического коллектора. Это позволит избежать потерь хладагента через неплотности наружной фреоновой магистрали.

2. Отключение или блокировка цепей запуска компрессора, исключающая ошибочный запуск компрессора. 3. Ограждение компрессорно-конденсаторного блока кондиционера с целью исключить его повреждение льдом или падающими сосульками (при необходимости).

Что же делать, если без кондиционера зимой не обойтись? Как уменьшить риск серьезной поломки кондиционера?

Выясним, что же происходит внутри кондиционера при низких температурах окружающего воздуха. Известно, что бытовые кондиционеры не производят холод или тепло, они лишь "перекачивают" тепло из одного термоизолированного объема в другой, то есть - по принципу действия - это "тепловые насосы". Для переноса тепла используются специальные вещества - хладагенты. Обмен теплом между хладагентом и окружающим воздухом происходит через воздушные теплообменники.

Схематически это выглядит так:

1. тепло из воздуха в одном термоизолированном объеме через теплообменник поглощается хладагентом;

2. хладагент с помощью компрессора перекачивается в другой теплообменник;

3. тепло, аккумулированное хладагентом через теплообменник, сбрасывается в воздух.

Производительность воздушного теплообменника или количество тепла, которое может отдать или получить хладагент через теплообменник, зависит от конструкции и температуры воздуха, проходящего через него. Поэтому суть основной проблемы, ограничивающей использование бытового кондиционера с реверсивным циклом зимой, - изменение производительности теплообменника компрессорно-конденсаторного блока при снижении температуры окружающего воздуха. Причем при работе на "холод" теплообменник оказывается переразмеренным (слишком большим), а при работе на "тепло" - недоразмеренным (слишком маленьким).

При работе кондиционера в режиме "холод" возникают также и дополнительные проблемы:

1. снижение производительности холодильной машины;

2. увеличение продолжительности переходного режима работы холодильной машины (кондиционера);

3. "натекание" жидкого хладагента в картер компрессора;

4. проблема запуска компрессоров при низких температурах окружающего воздуха;

5. проблема отвода дренажной воды.

Остановимся на отрицательных последствиях указанных проблем. А именно:

1. снижение холодопроизводительности кондиционера;

2. обмерзание внутреннего блока кондиционера и, как следствие, еще большее снижение производительности, риск гидроудара и повреждения компрессора;

3. нарушение работы системы отвода конденсата (конденсат по покрытому льдом теплообменнику стекает мимо дренажной ванны на вентилятор и выбрасывается в помещение);

4. ухудшение охлаждения электродвигателя компрессора, периодическое срабатывание тепловой защиты, риск теплового пробоя изоляции;

5. чрезмерное повышение температуры нагнетания компрессора, риск повреждения пластмассовых деталей четырехходового вентиля;

6. риск гидравлического удара при пуске компрессора из-за вскипания хладагента, натекшего в компрессор;

7. замерзание дренажной магистрали.

К счастью, перечисленные проблемы, возникающие при работе кондиционера на "холод", имеют решение. Это использование зимнего комплекта кондиционера.

В состав зимнего комплекта входит:

1. Замедлитель скорости вращения вентилятора - вариатор. Он решает задачу снижения производительности теплообменника компрессорно-конденсаторного блока путем уменьшения потока воздуха, проходящего через него. Чувствительным элементом замедлителя является датчик, контролирующий температуру конденсации. Исполнительным элементом - регулятор скорости вращения вентилятора обдувающего теплообменник. Замедлитель реализует функцию поддержания заданной температуры конденсации. Попутно решаются проблемы снижения производительности кондиционера, обмерзания внутреннего блока и другие, связанные с переразмеренностью теплообменника компрессорно-конденсаторного блока.

2. Нагреватель картера компрессора. Он решает проблемы пуска холодного компрессора, препятствуя его повреждению. Таким образом, устанавливается замедлитель

Механизм защиты следующий: при остановке компрессора включается нагреватель картера, установленный на компрессоре. Даже небольшая разница температур компрессора и остальных деталей наружного блока, создаваемая нагревателем картера, исключает натекание хладагента в картер. Масло не загустевает, вскипание хладагента при пуске компрессора не происходит.

1. Дренажный нагреватель. Он осуществляет отвод конденсата из кондиционера, если дренаж выведен наружу. В настоящее время используют несколько типов дренажных нагревателей. По способу установки их можно разделить на 2 группы: 1 - дренажные нагреватели, устанавливаемые внутрь дренажной магистрали; 2 - дренажные нагреватели, устанавливаемые снаружи дренажной магистрали.

Каковы же проблемы, возникающие при работе кондиционера с реверсивным циклом на "тепло" при отрицательных температурах?

Заметим, что существует два источника тепла, которое "перекачивает" кондиционер в помещение. Во-первых, это тепло, которое забирается из наружного воздуха. Во-вторых, это теплота работы сжатия компрессора и теплота, выделяемая электродвигателем компрессора.

Первая составляющая сильно зависит от температуры наружного воздуха и по сути определяет все негативные явления происходящие в кондиционере при низких температурах наружного воздуха. Для того чтобы тепло наружного воздуха перетекало в нужном направлении, температура фазового перехода хладагента (испарения) должна соответствовать определенной величине, которая является характеристикой теплообменника и называется полным перепадом.

Что происходит в кондиционере, работающем на "тепло", при температурах, близких к 0°С?

Температура фазового перехода для нормального процесса переноса тепла устанавливается ниже температуры окружающего воздуха на величину полного перепада, которая для наружных блоков бытовых кондиционеров составляет 5-15°С. То есть уже при температуре окружающего воздуха +5°С температура фазового перехода (испарения), даже для хорошего теплообменника с малым перепадом, отрицательная. Это приводит к тому, что теплообменник начинает покрываться инеем, ухудшается теплообмен с воздухом, растет полный температурный перепад, температура испарения падает. Поскольку производительность кондиционера практически пропорционально зависит от давления (температуры) испарения, она также падает.

Мощности "заросшего" инеем теплообменника недостаточно для испарения поступающего в него жидкого хладагента, и он начинает поступать на всасывание компрессора.

Какие последствия для кондиционера это может вызвать?

1. Система оттаивания наружного блока, периодически включающаяся в работу, приводит к образованию льда внутри компрессорно-конденсаторного блока кондиционера и, в свою очередь, к блокировке или разрушению лопастей вентилятора.

2. Жидкий хладагент, не испарившийся в теплообменнике, попадает в магистраль всасывания, затем в отделитель жидкости, далее внутрь компрессора, вызывая гидравлический удар.

3. Перегрев, а затем (при попадании жидкого хладагента внутрь корпуса компрессора) обмерзание компрессора.

Причина перечисленных последствий - слишком низкая производительность теплообменника компрессорно-конденсаторного блока кондиционера при снижении температуры наружного воздуха. Действенных методов повышения этой производительности, к сожалению, нет. Последствия, как правило, катастрофические. Поэтому включать кондиционер на "тепло" при отрицательных температурах окружающего воздуха категорически нельзя.

Подводя итог, можно сказать:

1. Лучший способ эксплуатации кондиционера зимой - консервация;

2. При необходимости можно эксплуатировать кондиционер, но только в режиме "холод" и при условии оборудования его зимним комплектом.



Инверторные кондиционеры

Активное развитие рынка кондиционеров приводит к быстрому внедрению любых новшеств, особенно позволяющих сделать кондиционер более эффективным и экономичным. Особенно большие перспективы в этом направлении открылись с появлением сплит-систем инверторного типа. Их основное отличие от традиционных моделей заключается в возможности плавно регулировать число оборотов двигателя компрессора, а, следовательно, - мощность кондиционера. Что же это дает?

В обычной (классической) сплит-системе двигатель компрессора имеет только два режима: включен и выключен (позиционная регулировка мощности). Поэтому традиционный кондиционер работает короткими импульсами: включается на полную мощность, доводит температуру до оптимальной и переходит в режим ожидания пока она снова не изменится в ту или другую сторону.

Несколько иначе действует кондиционер с инверторным управлением, мощность которого может плавно регулироваться. После того, как температура в помещении достигла заданного на пульте значения такой кондиционер не выключается, а снижает обороты компрессора и поддерживает температуру на заданном уровне. Такая схема работы позволяет экономить электричество - от 23 до 30% в зависимости от марки кондиционера. Более того, некоторые современные модели при определенных режимах работы позволяют сберечь до 30% энергии!

При этом большую часть времени кондиционер работает на малой скорости вентилятора внутреннего блока, а, следовательно, уровень шума минимален. К тому же отсутствуют скачки звукового давления, происходящие из-за переключения скоростей вентилятора, особенно чувствительные при пуске. Также на уровень шума влияет отсутствие потрескивания теплообменника при постоянных включениях-выключениях компрессора (т.е. при остывании-нагревании). Отсутствие частых включений на полную мощность уменьшает и риск простуды, ведь большую часть времени воздушный поток минимален.

Ко всему прочему при равномерной постоянной работе главный узел кондиционера - компрессор служит дольше. По интенсивности износа каждый пуск стоит как минимум получаса непрерывной нагрузки, а потому инверторный кондиционер служит дольше. Неудивительно, что бережливые японцы проявили к этим сплит-системам самый живой интерес, ведь местные цены на электричество - повод для харакири.

Если в 1986 году доля инверторов не превышала 25% от общего числа продаваемых в Японии кондиционеров, то уже в 1998 году они составляли основу рынка. По сведениям Министерства Международной Торговли и Индустрии (MITI) из 7,2 млн. бытовых кондиционеров, проданных в Японии 5,7 миллиона или 80% пришлось на инверторные системы. По прогнозам специалистов их доля будет увеличиваться и дальше, прежде всего за счет активного внедрения подобных технологий на мощных полупромышленных моделях. К тому же в Японии ценовая разница между традиционной и инверторной моделью сократилась до минимума и сегодня не превышает $100.

Правда, в остальном мире к экономии электроэнергии относятся не столь трепетно, а потому до самого последнего времени инвертора находили спрос в основном у себя на родине. Положение стало меняться к середине 90-ых годов, когда спрос на эту технику стал ощущаться в других промышленно развитых странах, прежде всего в Европе, в Южной Корее, в Австралии. Предлагается подобное оборудование и у нас.

Впервые поставки бытовых инверторных кондиционеров на российский рынок начались еще 1994 году благодаря компании Fujitsu General, однако, это событие прошло почти незамеченным. Год спустя активную пропаганду этой техники в нашей стране развернула компания Sharp. Еще через два года, в 1997 году в России появились инверторные сплит и мультисплит-системы Hitachi и Mitsubishi Electric, и, наконец, подобную технику предложили сразу четыре компании: Daikin, Airwell, CHOFU и Panasonic, анонсировали инверторные модели Mitsubishi Heavy и Sanyo.

Таким образом, предложение инверторных сплит и мультисплит-систем приобрело массовый характер, правда их реальная доля в общем объеме продаж пока не превышает 20 %.

А это однозначно говорит о том, что устойчивый спрос на эту технику появился и за пределами Японии, а, следовательно, ее более широкое распространение - вопрос времени.

Итак, подытожив можно выделить следующие плюсы инверторных кондиционеров:

1. плавная микро-регулировка приводит к стабильности комнатной температуры без ее неприятных резких колебаний (т.е. нет риска простудиться);

2. снижение на 25…30% энергопотребления, т.к. кондиционер основное время работает на экономичном режиме;

3. работа на постоянном токе;

4. большая долговечность компрессора за счет отсутствия его постоянных включений-выключений;

5. работа при больших отрицательных температурах (до - 15оС);

6. более тихая работа внутренних и внешних блоков;

7. быстрое достижение заданной температуры;

8. более высокий коэффециент термической эффективности;

9. эффективная работа при падении напряжения в сети;

10. концентрация ноу-хау в инверторной гамме кондиционеров;

11. отсутствие скачков напряжения в сети при постоянных включениях-выключениях компрессора;

12. меньше шансов сгорания обмотки привода компрессора.

Компрессор (мотор-компрессор) --компрессор является «сердцем» компрессионного холодильника. Он осуществляет циркуляцию хладагента в герметичной системе компрессионного холодильного агрегата. Хладагент позволяет равномерно распределять потоки охлажденного воздуха. Процесс замораживания проходит одновременно по всему внутреннему пространству холодильной или морозильной камеры. Компрессор отвечает за работу всего холодильного агрегата. Ремонт компрессора является наиболее дорогостоящим мероприятием в процессе эксплуатации холодильника или морозильника. Мотор-компрессор располагается в герметичном кожухе вместе с электродвигателем.

Сердцем любого компрессионного холодильника и морозильника является мотор-компрессор. Пока работает «сердце», живет и холодильный прибор. Современный мотор-компрессор представляет собой герметичный кожух с компрессором и электродвигателем или другим приводным механизмом внутри. Для упрощения вместо термина «мотор-компрессор» часто используют термин «компрессор». Подавляющее большинство холодильников оборудовано поршневыми компрессорами и лишь незначительное количество импортных моделей имеет ротационные компрессоры. Большинство поршневых компрессоров работает от асинхронных электродвигателей с вертикальным валом и имеет внутреннюю подвеску: компрессор в сборе с электродвигателем подвешен на пружинах внутри герметичного кожуха. Ротационные компрессоры приводятся от электродвигателя с горизонтальным валом и имеют наружную подвеску: компрессор в сборе со статором электродвигателя жестко запрессован в кожух, который через пружины крепится к раме. Поршневые мотор-компрессоры прошлых лет имели привод от электродвигателя с горизонтальным валом и наружную подвеску. Статор электродвигателя с прикрепленным к нему поршневым компрессором был жестко запрессован в кожух, который устанавливали на пружинах на раме в основании шкафа холодильника. Все вибрации компрессора передавались на кожух, затем на раму и шкаф. Наружная подвеска компрессора была основной причиной повышенного шума холодильника.

Поршневые компрессоры бывают кривошипно-шатунными и кривошипно-кулисными с приводом от электродвигателя и «линейными» с магнитным приводом. В компрессорах первого и второго типа вращательное движение вала электродвигателя преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма либо кривошипно-кулисного. В «линейном» компрессоре нет вращающегося вала и преобразующих механизмов. Возвратно-поступательные движения поршня происходят под действием электромагнитных сил приводного механизма. По результатам многолетней эксплуатации огромного количества бытовых холодильников при малых нагрузках кривошипно-шатунный и кривошипно-кулисный компрессоры работают одинаково надежно и долговечно. При больших нагрузках предпочтение отдают кривошипно-шатунным компрессорам, в которых коленчатый вал имеет 2 точки опоры и поэтому может выдерживать без деформации более высокие нагрузки и более продолжительное время, чем консольный вал с одной точкой опоры в кривошипно-кулисном механизме. Надежность и долговечность «линейных» компрессоров, впервые появившихся на российском рынке в 2005 г. в импортных холодильниках, подтверждается результатами исследований зарубежных фирм. Благодаря меньшим затратам на изготовление кулисные компрессоры применяют на относительно небольших холодильниках и больших моделях комбинированных холодильников-морозильников с 2 компрессорами. Поршневые мотор-компрессоры с кривошипно-шатунным механизмом устанавливают на любые типы холодильников и морозильников, в том числе и на большие однокомпрессорные холодильники. «Линейные» компрессоры рекомендуют устанавливать на холодильники большого объема.

Ротационные компрессоры не имеют поршней. Ротор с подвижной пластиной, разделяющей камеры всасывания и нагнетания, вращается внутри полости эллиптической формы. Камеры всасывания и нагнетания соединены с соответствующими трубопроводами. При вращении ротора перед пластиной создается повышенное давление, а позади нее разрежение и таким образом обеспечивается циркуляция хладагента в системе охлаждения. При равной холодопроизводительности размеры ротационного мотор-компрессора значительно меньше, чем поршневого. Это позволяет существенно увеличить полезный объем холодильника при неизменных габаритах. Ротационные и «линейные» компрессоры для бытовых холодильников в странах бывшего СССР серийно не изготавливают. Поршневые мотор-компрессоры с кривошипно-кулисным механизмом изготавливает по японской лицензии Красноярский завод холодильников «Бирюса». Производственные мощности завода превышают 1 млн. шт. в год. Красноярские компрессоры устанавливают на холодильники «Бирюса», «Саратов» и модели Зеленодольского завода («ПОЗИС», «Мир», «Свияга»), а также на «Стинолы» Липецкого завода и другие марки холодильников. После покупки акций итальянским концерном MERLONI Липецкий завод начал выпускать холодильники под маркой «Indesit» в дополнение к «Стинолам», а в 2004 г. добавилась еще одна марка «Ariston». На холодильники марки «Стинол» устанавливают отечественные и импортные мотор-компрессоры, а на «Indesit» и «Ariston» только импортные из стран дальнего зарубежья. По данным ремонтных организаций завод импортирует мотор-компрессоры из Италии, Турции, стран юго-восточной Азии и Бразилии. По заявлениям представителей завода с 2004 г. руководство ориентируется на мотор-компрессоры «Danfoss» (Дания). Кулисные мотор-компрессоры, аналогичные красноярским, по японской лицензии изготавливают в Белоруссии в г. Барановичи. Барановичский станкостроительный завод, являющийся дочерним предприятием минского АО «Атлант», поставляет мотор-компрессоры не только для головного завода, но и для комплектации холодильников «Стинол», «Смоленск», «Саратов», «Ока», «Орск» и других. В 2003 г. на заводах АО «Атлант» изготовлено 1970 тыс.шт. мотор-компрессоров и 897 тыс.шт. холодильников.

Кривошипно-шатуннные мотор-компрессоры по итальянской лицензии изготавливают на Донецком заводе, входящем в АО «Норд». Это крупнейший изготовитель бытовых холодильников на Украине. Проектные мощности завода компрессоров около 1 млн. шт. в год. Объемы производства мотор-компрессоров на других заводах России и государств Ближнего Зарубежья очень небольшие и не оказывают существенного влияния на рынок бытовых холодильников. Импорт мотор-компрессоров в РФ с 1996 по 2001 г.г. вырос в 5 раз. Доля используемых импортных мотор-компрессоров на российском рынке с 1998 по 2000 г.г. увеличилась с 39 % до 74 %. Поршневые мотор-компрессоры с кривошипно-кулисным механизмом изготавливают в Японии, Корее, Тайване, Италии и Китае, а с кривошипно-шатунным в Америке, Англии, Бразилии, Италии, Германии, Швеции, Югославии и Франции. Лидером в производстве кривошипно-шатунных компрессоров считают американскую фирму TECUMSEH, по документации которой работают многие заводы в Европе и на других континентах, в том числе L`UNITE GERMETIQUE во Франции. Самыми большими мощностями по производству мотор-компрессоров всех типов в Европе располагают итальянские заводы. Итальянский концерн EMBRACO, включающий в себя фирму Aspera, заводы в Испании, Италии, Бразилии и Китае, производит более 20 млн. шт. мотор-компрессоров различного назначения. Заводы концерна ELECTROLUX работают в Италии (марка мотор-компрессоров - ZEM), в Австрии (Verdichter), в Испании (Unite Germetique), в США (Kelvinator). Концерну принадлежат марки холодильников: AEG (Германия), ELECTROLUX (Швеция), Rosenlev (Финляндия), Zanussi (Италия). Мощности заводов мотор-компрессоров превышают собственные потребности для комплектации холодильников и составляют около 12 млн.шт. в год. Это позволяет концерну поставлять мотор-компрессоры на комплектацию холодильников чужих марок. Высокий престиж марки привлекает к мотор-компрессорам ELECTROLUX внимание изготовителей дорогих холодильников MIELE и популярных моделей VESTFROST.

Хорошей репутацией пользуются мотор-компрессоры датской фирмы Danfoss, устанавливаемые на известные марки европейских холодильников BOSCH, SIEMENS и VESTFROST. Эти мотор-компрессоры стремятся получить многие изготовители холодильников, в том числе Snaige (Литва), российские и белорусские заводы при поставках продукции на экспорт. На холодильниках BOSCH и SIEMENS помимо датских применяются мотор-компрессоры EMBRACO - Aspera (Испания), и Matsushita (Сингапур). На холодильники Liebherr (Германия) устанавливают австрийские, итальянские и бразильские мотор-компрессоры концерна EMBRACO. Итальянские мотор-компрессоры устанавливают не только на холодильники концернов A. Merloni S.p.A (марки Ardo, Ariston, Indesit, Scholtes, и "Стинол"), Candy (марки Candy, Iberna, Kelvinator, Rosieres, Zerowatt) и других итальянских компаний (Bompani, OCEAN, Sangiorgio, Siltal), но и на немецкие Kaiser и Bauknecht, финские Asko. В то же время концерн Merloni, владеющий собственным производством мотор-компрессоров, на некоторых моделях своих холодильников использует мотор-компрессоры Danfoss, а на отдельные модели ELECTROLUX устанавливают «линейные» компрессоры LG. На холодильники марок Kelvinator, Philips и Whirlpool устанавливают итальянские и американские мотор-компрессоры. На французские холодильники марок Brandt и Thomson и на Gorenje из Словении устанавливают мотор-компрессоры TECUMSEH EUROPE / L`UNITE GERMETIQUE. Корейские холодильники LG и SAMSUNG оборудуют корейскими мотор-компрессорами, американские AMANA, GENERAL ELECTRIC, MAYTAG - американскими, японские SHARP - японскими. Все ведущие производители компрессоров для бытовой техники работают над созданием более экономичных, менее шумных и экологически чистых компрессоров, в том числе с переменными оборотами вала и «линейными».

Внедрение компрессоров с переменными оборотами вала стимулирует возможность получения экономии электроэнергии при эксплуатации холодильника за счет работы компрессора с оптимальными скоростями вращения. Горизонтальные мотор-компрессоры первого поколения имели скорости вращения вала около 1500 об/мин. На вертикальных мотор-компрессорах второго поколения скорости вращения вала были увеличены до 3000 об/мин с целью повышения холодопроизводительности при тех же размерах поршневой группы. В последние годы установлено, что максимальная эффективность работы поршневого мотор-компрессора в бытовом холодильнике при средней нагрузке достигается при скорости вращения вала около 2000 об/мин. На преобразование вращательного движения вала электродвигателя в возвратно-поступательное движение поршня в кривошипно-шатунном и кулисном мотор-компрессоре теряется около 20% энергии. В «линейном» мотор-компрессоре нет вращающегося вала и соединений движущихся деталей. Это обеспечивает экономию расхода электроэнергии и снижение уровня шума. В мотор-компрессоре с переменными скоростями вращения вала электродвигателя для синхронизации оборотов при изменении температуры окружающего воздуха или загрузки камеры продуктами требуется обратный преобразователь частоты (инвертер). В «линейном» компрессоре холодопроизводительность контролирует электронная цифровая система управления, обеспечивающая высокую эффективность независимо от изменения нагрузки (от наличия продуктов в холодильнике или изменения внешней температуры). В холодильниках с «линейным» компрессором и естественным охлаждением потребление электроэнергии сокращается более чем на 40%, а в моделях с принудительной циркуляцией воздуха на 30 %. Разработка «линейного» компрессора продолжалась 8 лет, в ней принимали участие LG Electronics (Ю.Корея), Matsushita (Япония), Electrolux (Швеция), Embaco (Бразилия), а всего более 60 исследователей.

LG Electronics первой в мире использовала «линейный» компрессор в бытовом холодильнике и обеспечила себе серьезное конкурентное преимущество на рынке. Компания LG вложила 51 миллион долларов для развития линейного компрессора, попутно зарегистрировав 910 патентов. LG Electronics планирует установку «линейных» компрессоров на крупногабаритные модели своих холодильников и экспорт в США и Европу до одного миллиона компрессоров в год. В 2005 г. компрессоры LG устанавливают на отдельные модели холодильников Electrolux и Liebherr. На российском рынке присутствуют холодильные мотор-компрессоры, работающие на различных хладагентах: R 12, R 134а, R 600а и смесях газов, известных под марками: С-1, С-2, Экохол-3. Барановичский завод выпускает и универсальные модификации мотор-компрессоров для работы на разных хладагентах. В 2005 г. российский рынок дополнили японские, корейские и европейские модели холодильников с «линейными» компрессорами. Заводы холодильников, располагающие компрессорным производством, используют преимущественно собственные мотор-компрессоры. Однако, при поставках на экспорт страна импортер может диктовать свои особые условия, в том числе потребовать комплектации холодильников мотор-компрессорами других марок. Особыми условиями поставки являются требования по используемому хладагенту и отсутствию радиопомех, влияющие на конструктивное исполнение мотор-компрессора. Радиопомехи не создают мотор-компрессоры с позисторным запуском электродвигателя, в которых отсутствуют электрические контакты. В мировой практике заводы холодильников очень часто не имеют собственного производства мотор-компрессоров и работают в кооперации с заводами-поставщиками. Мотор-компрессоры разных изготовителей, как правило, имеют унифицированные присоединительные размеры. Это позволяет устанавливать мотор-компрессоры одной марки на холодильники разных марок. С другой стороны на холодильники одной модели по разным причинам могут устанавливать мотор-компрессоры разных марок.

Для покупателя холодильника марка мотор-компрессора не столь важна, как предоставляемые изготовителем или продавцом гарантии. На мотор-компрессоры в составе холодильных приборов, как правило, распространяется гарантия на сам холодильник или морозильник. Гарантии на бытовые холодильники на российском рынке от 1 года до 5 лет. Имеются примеры, когда гарантия на мотор-компрессор превышает гарантию на холодильник, но не наоборот. При гарантии 5-7 лет можно не переживать за марку мотор-компрессора. Больше оснований для переживаний должно быть при покупке холодильника престижной марки с очень коротким сроком гарантии. Гарантия на мотор-компрессоры, поставляемые в запасные части, как правило, не более 1 года. Это объясняется тем, что ремонт производится с использованием менее совершенного оборудования и при ремонтах возможны отклонения от технологического процесса. Цены мотор-компрессоров при массовых поставках на серийные холодильники значительно ниже, чем при поставках в запчасти. Высокопроизводительные технологии при массовых поставках обеспечивают минимальные затраты на изготовление. В этом основная причина специализации компрессорного производства и кооперации с производством холодильников. Для организации собственного производства мотор-компрессоров на одной технологической линии (номинальная производительность около 1 млн. шт. в год) заводу холодильников в начале XXI века требуется около $80 млн. Мотор-компрессоры в РФ, как правило, не ремонтируют, но пуско-защитная аппаратура может заменяться. Пусковые и защитные реле на мотор-компроессорах одной марки, как правило, взаимозаменяемые. На разных марках мотор-компрессоров эти приборы могут быть невзаимозаменяемыми. Информация о взаимозаменяемости мотор-компрессоров и пуско- защитной аппаратуры, а также о возможности использования разных хладагентов имеет большое значение для тех, кто ремонтирует холодильные приборы.

1. Холодильный агрегат

Холодильный агрегат бытового холодильника состоит из мотор-компрессора, испарителя, конденсатора, системы трубопроводов и фильтра-осушителя.

В наиболее распространенных бытовых холодильниках компрессор установлен внизу, под шкафом, конденсатор -- на задней стенке, а испаритель образует небольшое морозильное отделение в верхней части камеры. Иногда применяется иная компоновка: компрессор устанавливают на шкафу, горизонтальный и частично наклонный конденсатор-- над ним, а испаритель, как и в предыдущем случае, -- в верхней части камеры, т.е. под компрессором.

В напольных холодильниках различают три типа агрегатов: агрегаты с испарителем, который устанавливают через люк задней стенки шкафа; агрегаты с испарителем, который монтируют через дверной проем; несъемные холодильные агрегаты, установленные в шкаф и залитые пенополиуретаном.

В бытовых холодильниках отечественного производства применяют одноцилиндровые поршневые непрямоточные компрессоры трех типов: ДХ, ФГ и ХКВ, работающие на хладоне-12 и озонобезопасных хладагентах.

Компрессор ДХ имеет кривошипно-шатунный механизм, горизонтальный вал с частотой вращения 1500 об/мин и наружную подвеску, а компрессоры ФГ и ХКВ -- кривошипно-кулисный механизм с вертикальным валом с частотой вращения 3000 об/мин и внутреннюю подвеску.

Мотор-компрессоры типов ДХ и ФГ можно внешне отличить по подвеске.

В мотор-компрессоре ДХ компрессор и двигатель закреплены жестко в кожухе, подвешенном (или опирающемся) на раме и пружинах.

Компрессор и двигатель мотор-компрессора ФГ подвешены на пружинах внутри кожуха, а кожух жестко закреплен на раме. Кроме внешнего различия (по подвеске) эти компрессоры и двигатели отличаются также своей конструкцией.

Пуск и защиту электродвигателя компрессора осуществляют с помощью пускозащитного реле.



Таблица 1. Технические характеристики компрессоров бытовых холодильников

	ДХ-1010	ДХ2-1010	ФГ-0,100	ФГ-0,225
Холодопроизводительность, Вт	165	140	116	145
Потребляемая мощность, Вт	180	160	135	150
Частота вращения вала, об/мин	1450	1450	3000	3000
Диаметр цилиндра, мм	27	27	21	23
Ход поршня, мм	16	14	14,2	14,2
Масса компрессора, кг	14	14	9	9,5
Масса масла, г	430	430	350	350

Компрессор и электродвигатель агрегата соединены общим валом и заключены в герметичный кожух.

Компрессор обеспечивает циркуляцию холодильного агента в системе агрегата. Он определяет работоспособность холодильника, его экономичность и производительность. В бытовых холодильниках установлен одноцилиндровый компрессор поршневого типа, который приводится в движение электродвигателем.

Компрессор с кривошипно-шатунным механизмом имеет чугунный корпус 9. В верхней части корпуса находится цилиндр, по обе стороны которого внизу расположены подшипники коленчатого вала. Внутри цилиндра расположен стальной поршень 25, который с помощью чугунного шатуна 26 соединен с шейкой коленчатого вала 6. Крышка 27 нижней головки шатуна съемная, без вкладышей. В шатуне закреплен поршневой палец 37. Фиксатор 36 поршневого пальца обеспечивает надежное соединение пальца с верхней головкой шатуна и бесшумность в работе.

В верхней части поршня имеются две канавки, заполняющиеся при работе маслом и обеспечивающие компрессию в цилиндре. К верхнему торцу цилиндра четырьмя винтами привернута головка 12, собранная с клапанным устройством и глушителями. Головка цилиндра в сборе с глушителями состоит из нагнетательного клапана, седла клапана и глушителя нагнетания и всасывания. Корпус головки стальной, он состоит из двух камер.

Верхняя камера всасывания с двумя всасывающими трубками и глушителем может соединяться с цилиндром через отверстия, расположенные по окружности в дне камеры, закрытые снизу всасывающим клапаном. Нижняя камера нагнетания с нагнетательной трубкой и глушителем может соединяться с цилиндром через отверстия, расположенные по окружности в седле и закрытые нагнетательным клапаном. Седло запрессовано в корпус головки и вместе с нагнетательным клапаном склепано в центре с корпусом. Оба клапана пластинчатые, стальные.

Клапаны компрессора работают следующим образом. При движении поршня вниз всасывающий клапан, прижатый по окружности к кромке седла, отходит от нее вследствие образующегося в цилиндре разрежения. Пары хладона из кожуха компрессора через всасывающие трубки и глушитель попадают в камеру всасывания, откуда через отверстия в корпусе головки поступают в цилиндр. При обратном движении поршня всасывающий клапан препятствует выходу хладона в камеру нагнетания. Сжатые пары хладона через отверстия в седле, приподняв по всей окружности нагнетательный клапан, поступают в камеру нагнетания, а оттуда через нагнетательный патрубок и глушитель в нагнетательную трубку. Смазка трущихся деталей компрессора осуществляется рефрижераторным маслом, залитым в кожух компрессора при помощи ротационного насоса, расположенного в корпусе компрессора. Кожух представляет собой цилиндр, закрытый с обеих сторон наглухо приваренными крышками. Внутри кожуха имеется кольцевой выступ, по одну сторону которого запрессован компрессор, по другую -- статор электродвигателя.

Корпус компрессора и статор электродвигателя скреплены между собой четырьмя стяжными болтами. В одну из крышек (со стороны статора) впаяны проходные контакты, через которые подается напряжение на электродвигатель, а также штуцер (или трубка) для заполнения агрегата маслом и хладоном. Для уменьшения шума во время работы холодильника кожух мотор-компрессора подвешен на пружинах к раме холодильного агрегата.

Кривошипно-шатунный компрессор морально устарел и заменяется высокооборотным (частота вращения 3000 об/мин) компрессором кривошипно-кулисного типа с внутренней подвеской. К достоинствам этих компрессоров следует отнести меньшую массу и габариты, лучшие показатели по теплоэнергетическим характеристикам, низкий уровень звука и вибраций.

Кривошипно-кулисный мотор-компрессор с вертикальным расположением вала подвешен на пружинах 23 (рис. 3) внутри герметичного кожуха 1. В зависимости от конструкции подвески пружины работают на сжатие или растяжение и служат для гашения колебаний, возникающих при работе компрессора. Пружины крепятся на кронштейнах, находящихся в верхней части кожуха, и ввинчиваются в отверстия специальных приливов на корпусе 6.