Холодильная машина предназначена для забора тепла (энергии) от охлаждаемого тела. Но по закону сохранения энергии, тепло просто так никуда не исчезнет, следовательно, взятую энергию необходимо перенести (отдать).
Процесс охлаждения основан на физическом яв лении поглощения тепла при кипении (испарении) жидкости (жидкого хладагента). предназначен для отсасывания газа из испарителя и сжатия, нагнетания его в конденсатор. При сжатии и нагревании паров хладагента мы сообщаем им энергию (или тепло), охлаждая и расширяя, мы отбираем энергию. Это основной принцип, на основе которого происходит перенос тепла и работает холодильная установка. В холодильном оборудовании для переноса тепла применяют хладагенты.
Холодильный компрессор 1 отсасывает газообразный хладагент (фреон) из (теплообменник или возду-хоохладитель) 3, сжимает его и нагнетает в 2 (воздушный или водяной). В конденсаторе 2 хладагент конденсируется (охлаждается потоком воздуха от вентилятора или потоком воды) и переходит в жидкое состояние. Из конденсатора 2 жид-кий хладагент (фреон) попадает в ресивер 4, где происходит его накопление. Также ресивер необходим для постоянного поддержания необходимого уровня хладагента. Ресивер оснащен запорными вентилями 19 на входе и выходе. Из ресивера хладагент поступает в фильтр-осушитель 9, где происходит удаление остатков влаги, приме-сей и загрязнений, после этого проходит через смотровое стекло с индикатором влажности 12, соленоид-ный вентиль 7 и дросселируется терморегулирующим вентилем 17 в испаритель 3.
Терморегулирующий вентиль применяется для регулирования подачи хладагента в испаритель
В испарителе хладагент кипит, забирая тепло от объекта охлаждения. Пары хладагента из испа-рителя через фильтр на всасывающей магистрали 11, где происходит очис-тка их от загрязнений, и отделитель жидкости 5 поступают в компрессор 1. Затем цикл работы холо-дильной машины повторяется.
Отделитель жидкости 5 предотвращает попадание жидкого хладагента в компрессор.
Для обеспечения гарантированного возврата масла в картер компрес-сора на выходе из компрессора устанавливаться маслоотделитель 6. При этом масло через запорный вентиль 24, фильтр 10 и смотровое стекло 13 по линии возврата масла поступает в компрессор.
Виброизоляторы 25, 26 на всасывающей и нагнетательной магистралях обес-печивают гашение вибраций при работе компрессора и препятствуют их распространению по холо-дильному контуру.
Компрессор оснащён картерным нагревателем 21 и двумя запорными вентилями 20.
Картерный нагреватель 21 необходим для выпаривания хладагента из масла, предотвращения конденсации хладагента в картере компрессора во время его стоянки и поддержания необходи-мой температуры масла.
В холодильных машинах с полугерметичными , у которых в системе смазки используется масляный насос, применяется реле контроля давления масла 18. Это реле предназначено для аварийного отключения компрессора в случае снижения давления масла в системе смазки.
В случае установки агрегата на улице он должен быть допол-нительно укомплектован гидравлическим регулятором давления конденсации, для обеспечения стабильной работы в зимних условиях и поддержания необходимого давления конденсации в холодное время года.
Реле высокого давления 14 управляют включением/выключением вентиляторов конденсатора, для поддержания необходимого давления конденсации.
Реле низкого давления 15 управляет включением/выключением компрессора.
Аварийное реле высокого и низкого давлений 16 предназначено для аварийного отключения компрессора в случае пониженного или повышенного давления.
Четкое представление об устройстве и о процессах, происходящих внутри холодильного агрегата, помогает продлить срок службы оборудования. Понять принцип работы холодильника несложно. В любой модели он заключается в образовании холодной среды путем поглощения тепла во внутренней части объекта и его последующего выноса за пределы прибора.
Все о том, как работают холодильники с разным принципом действия, вы узнаете из представленной нами статьи. Мы расскажем об особенностях устройства и связанных с ним правилах эксплуатации. Наши советы помогут защитить холодильные машины от преждевременных поломок, а вас избавят от необходимости ремонтировать.
Холодильное оборудование используется во многих сферах деятельности. Без него не обойтись в быту и невозможно представить полноценную работу производственных цехов на предприятиях, торговых площадок, заведений общественного питания.
В зависимости от целевого предназначения и области применения различают несколько основных типов приборов: абсорбционные, вихревые, термоэлектрические и компрессорные.
Компрессорный тип наиболее распространен, поэтому его подробно рассмотрим более подробно в следующем разделе. Сейчас же давайте обозначим основные различия между всеми 4-мя конструкциями.
Функционирование абсорбционной техники
В системе установок абсорбционного типа циркулируют два вещества – хладагент и абсорбент. Функции хладагента обычно выполняет аммиак, реже – ацетилен, метанол, фреон, раствор бромистого лития.
Абсорбент представляет собой жидкость, которая обладает достаточной поглотительной способностью. Это может быть серная кислота, вода и др.
Вся работа оборудования построена на принципе абсорбции, подразумевающем поглощение одного вещества другим. Конструкция состоит из нескольких ведущих узлов – испарителя, абсорбера, конденсатора, регулирующих вентилей, генератора, насоса
Элементы системы соединены трубками, с помощью которых образуется единый замкнутый контур. Охлаждение камер происходит за счет тепловой энергии.
Процесс осуществляется следующим образом:
- холодильный агент, растворенный в жидкости, проникает в испаритель;
- из концентрированного раствора выделяются кипящие при 33 градусах пары аммиака, охлаждающие объект;
- вещество переходит в абсорбер, где снова поглощается абсорбентом;
- насос перекачивает раствор в генератор, обогреваемый определенным источником тепла;
- вещество закипает и выделяемые аммиачные пары уходят в конденсатор;
- хладагент остывает и преобразовывается в жидкость;
- рабочее тело проходит сквозь регулирующий вентиль, сжимается и отправляется в испаритель.
В результате аммиак, циркулирующий в замкнутом контуре, забирает тепло из охлаждаемой камеры, поступая в испаритель. И отдает его во внешнюю среду, находясь в конденсаторе. Циклы воспроизводятся безостановочно.
Так как агрегат нельзя выключить, он не очень-то экономен и отличается повышенным расходом энергии. Если такое оборудование выходит из строя, отремонтировать его, скорее всего, не получится.
Зависимость абсорбционных приборов от перепадов напряжения, тока и других параметров электросети минимальна. Компактные размеры позволяют с легкостью устанавливать их на любом удобном участке
В конструкции приспособлений нет громоздких движущихся и трущихся элементов, поэтому у них низкий уровень шума. Устройства актуальны для зданий, электрическая сеть которых подвергается постоянным пиковым нагрузкам, и мест, где отсутствует постоянное электроснабжение.
Принцип абсорбции реализуется в промышленных холодильных установках, небольших холодильниках для автомобилей и офисных помещений. Иногда он встречается в отдельных бытовых моделях, функционирующих на природном газу.
Принцип действия термоэлектрических моделей
Снижение температуры в камере термоэлектрического холодильника достигается с помощью специальной системы, которая выкачивает тепло согласно эффекту Пельтье. Он подразумевает поглощение теплоты в области соединения двух разных проводников в момент прохождения через нее электротока.
Конструкция холодильников состоит из термоэлектрических элементов в форме куба, изготовленных из металлов. Они объединяются одной электрической схемой. Вместе с передвижением тока из одного элемента в другой перемещается и тепло.
Алюминиевая пластина поглощает его из внутреннего отсека, а затем передает кубическим рабочим деталям, которые, в свою очередь, выполняют перенаправление к стабилизатору. Там благодаря вентилятору, оно выбрасывается наружу. По такому принципу работают переносные и сумки с охлаждающим эффектом.
В большинстве моделей термоэлектрических холодильных приборов при переключении полярности питания можно получать не только холод, но и тепло – до 60 градусов Цельсия. Эта функция применяется для подогрева продуктов
Данное оборудование используется в кемпинге, в сфере обустройства легковых автомобилей, яхт и моторных лодок, часто ставится на дачах и в других местах, где можно обеспечить устройство электропитанием с напряжением в сети 12 В.
В термоэлектрических изделиях предусмотрен специальный аварийный механизм, который отключает их в случае перегрева рабочих деталей или отказа системы вентиляции.
К преимуществам подобного метода работы относятся высокая надежность и довольно низкий уровень шума при эксплуатации приборов. В числе недостатков – дороговизна, чувствительность к внешним температурам.
Особенности оборудования на вихревых охладителях
В приборах этой категории присутствует компрессор. Он сжимает воздух, который в дальнейшем расширяется в установленных блоках вихревых охладителей. Объект охлаждается вследствие резкого расширения сжатого воздуха.
Вихревые приспособления долговечные и безопасные: они не нуждаются в электричестве, не имеют движущихся элементов, не содержат опасных химических составов во внутренней системе конструкции
Широкого распространения метод вихревых охладителей не получил, а ограничился лишь тестовыми образцами. Это объясняется большим расходом воздуха, очень шумной работой и относительно низкой холодопроизводительностью. Иногда устройства применяют на промышленных предприятиях.
Обзор компрессорной техники
Компрессорные холодильники – наиболее распространенный тип оборудования в быту. Они есть почти в каждом доме - потребляют не слишком много энергоресурсов и безопасны в эксплуатации. Самые удачные модели надежных производителей служат своим владельцам более 10 лет. Рассмотрим их строение и принципы, по которым они работают.
Особенности внутреннего устройства
Классический бытовой холодильник – это вертикально ориентированный шкаф, оснащенный одной или двумя дверцами. Его корпус изготавливается из жесткой листовой стали толщиной около 0,6 мм либо прочного пластика, облегчающего вес несущей конструкции.
Для качественной герметизации изделия применяют пасту с высоким содержанием хлорвиниловой смолы. Поверхность грунтуется и покрывается качественной эмалью из краскопультов. В производстве внутренних металлических отделений задействуют так называемый способ штамповки, пластиковые шкафы делают по методу вакуумного формования.
Двери прибора состоят из стальных листов. По краям вставляется плотный резиновый уплотнитель, не пропускающий внешний воздух. В некоторые модификации встраивают магнитные затворы
Между внутренней и наружной стенкой изделия обязательно прокладывают слой теплоизоляции, который защищает камеру от тепла, пытающегося проникнуть из окружающей среды, и предотвращают потерю образующегося внутри холода. Для этих целей хорошо подходит минеральный или стеклянный войлок, пенополистирол, пенополиуретан.
Внутреннее пространство традиционно подразделяется на две функциональные зоны: холодильную и морозильную.
По форме компоновки различают:
- одно-;
- двух-;
- многокамерные приборы.
В отдельный вид выделены , включающие две, три или четыре камеры.
Однокамерные агрегаты снабжены одной дверью. В верхней части оборудования размещен морозильный отсек с собственной дверцей с откидным или открывающимся механизмом, в нижней – холодильный отдел с регулируемыми по высоте полками.
В камерах устанавливается осветительная аппаратура со светодиодом или обычной лампой накаливания для того, чтобы видеть, что, собственно, в холодильнике лежит.
Приборы, сделанные по типу «бок о бок», гораздо объемнее и шире собратьев. Оба отсека в них занимают пространство по всей высоте оборудования. Они расположены параллельно друг другу
В двухкамерных агрегатах внутренние шкафы изолированы и отделены каждый своей дверью. Расположение отделов в них может быть европейским и азиатским. Первый вариант предполагает нижнюю компоновку морозильной камеры, второй – верхнюю.
Составляющие элементы конструкции
Холодильные установки компрессорного типа не производят холод. Они охлаждают объект, вбирая внутреннее тепло и переправляя его наружу.
Процедура образования холода протекает с участием следующих узлов:
- охладительный агент;
- конденсатор;
- испарительный радиатор;
- компрессорный аппарат;
- терморегулирующий вентиль.
В роли хладагента, которым заполняют систему холодильника, выступают различные марки фреона – смеси газов с высоким уровнем текучести и довольно низкими показателями температуры кипения/испарения. Смесь передвигается по замкнутому контуру, перенося тепло по различным участкам цикла.
В большинстве случаев в качестве рабочего элемента для домашних холодильных машин производители применяют Фреон 12. Этот бесцветный газ с едва ощутимым специфическим запахом не ядовит для человека и не влияет на вкус и свойства продуктов, хранящихся в камерах
Компрессор – центральная часть конструкции любого холодильника. Это инверторный или линейный агрегат, провоцирующий принудительную циркуляцию газа в системе, нагнетая давление. Проще говоря, сжимает пары фреона и заставляет их двигаться в нужном направлении.
Техника может быть оснащена одним или двумя компрессорами. Вибрации, возникающие при работе, поглощает внешняя либо внутренняя подвеска. В моделях с парой компрессоров за каждую камеру отвечает отдельное устройство.
Классификацией компрессоров предусмотрено два подтипа:
- Динамический . Вынуждает хладагент передвигаться за счет силы движения лопастей центробежного или осевого вентилятора. Имеет простое строение, но из-за низкого КПД и быстрого износа под действием крутящего момента в бытовом оборудовании используется редко.
- Объемный . Сжимает рабочее тело при помощи специального механического устройства, которое запускается электродвигателем. Бывает поршневым и роторным. В основном в холодильниках устанавливаются именно такие компрессоры.
Поршневой аппарат представлен в виде электромотора с вертикальным валом, заключенного в цельный металлический кожух. Когда пусковое реле подсоединяет питание, он активизирует коленчатый вал, а поршень, закрепленный на нем, начинает двигаться.
К работе подключается система открывающихся и закрывающихся клапанов. В итоге фреоновые пары вытягиваются из испарителя и нагнетаются в конденсатор.
При поломках поршневого компрессора ремонт возможен только при условии применения специализированного профессионального оборудования. Любая разборка в бытовой обстановке чревата потерей герметичности и невозможностью дальнейшей эксплуатации
В роторных механизмах необходимое давление поддерживается двумя роторами, движущимися навстречу друг другу. Фреон попадает в верхний карман, расположенный в начале валов, сжимается и выходит через нижнее отверстие небольшого диаметра. Для уменьшения трения в пространство между валами вводится масло.
Конденсаторы выполняются в виде решетки-змеевика, которую закрепляют на задней либо боковой стенке оборудования.
Они имеют разную конструкцию, но всегда отвечают за одну задачу: охлаждение горячих газовых паров до заданных значений температуры путем конденсации вещества и рассеивания тепла в помещении. Бывают щитовыми или ребристо-трубчатыми.
Испаритель состоит из тонкого алюминиевого трубопровода, спаянных стальных пластинок. Он контактирует с внутренними отсеками холодильника, эффективно отводит поглощенное тепло из прибора и существенно понижает температуру в шкафах
Терморегулирующий вентиль нужен для того, чтобы поддерживать давление рабочего тела на определенном уровне. Крупные узлы агрегата связывают между собой системой трубок, образующих герметичное замкнутое кольцо.
Последовательность рабочего цикла
Оптимальная температура для долговременного хранения провизии в компрессионных приборах создается в ходе рабочих циклов, осуществляющихся один за другим.
Протекают они следующим образом:
- при подключении аппарата к электросети запускается компрессор, сжимающий пары фреона, синхронно повышая их давление и температуру;
- под силой действия избыточного давления горячее рабочее тело, находящееся в газовом агрегатном состоянии, попадает в емкость конденсатора;
- передвигаясь по длинной металлической трубке, пар выбрасывает накопленное тепло во внешнюю среду, плавно остывает до комнатных температурных значений и превращается в жидкость;
- жидкое рабочее тело проходит через фильтр-осушитель, поглощающий лишнюю влагу;
- хладагент проникает сквозь узкую капиллярную трубку, на выходе из которой снижается его давление;
- вещество остывает и преобразовывается в газ;
- охлажденный пар добирается до испарителя и, проходя по его каналам, забирает тепло из внутренних отделений холодильного агрегата;
- температура фреона повышается, и он опять отправляется в компрессор.
Если говорить простыми словами о том, как работает компрессорный холодильник, то процесс выглядит так: компрессор перегоняет хладагент по замкнутому кругу. Фреон, в свою очередь, меняет агрегатное состояние благодаря специальным приспособлениям, собирает тепло внутри и переносит его наружу.
Рабочий цикл в системе повторяется до тех пор, пока не будут достигнуты температурные значения, заданные системными программами, и возобновляется вновь, когда фиксируется их повышение
После охлаждения до нужных параметров терморегулятор останавливает мотор, размыкая электрическую цепь.
Когда температура в камерах начинает повышаться, контакты замыкаются вновь, а электродвигатель компрессора приводится в действие . Именно поэтому в процессе работы холодильника постоянно то появляется, то опять затихает гул мотора.
В эксплуатации оборудования нет ничего сложного: оно функционирует в автоматическом режиме круглосуточно. Единственное, что необходимо сделать при первом включении и периодически корректировать в процессе работы, – установить оптимальный в конкретных обстоятельствах температурный режим.
Нужная температура задается . В электромеханической системе значения выставляются на глаз или с учетом рекомендаций, указанных в инструкции производителя. При этом следует брать во внимание тип и количество продуктов, хранящихся в холодильнике.
Ручка регулятора, как правило, представляет собой круглый механизм с несколькими делениями, либо, в моделях посовременнее и подороже, управление можно осуществлять с помощью сенсорной панели.
Для того чтобы оценить степень заморозки, специалисты советуют поначалу поставить регулятор в среднее положение, а спустя некоторое время при необходимости подкрутить его вправо или влево
Каждая отметка на такой ручке соответствует определенному температурному режиму: чем больше деление, тем ниже температура. Электронный блок же позволяет задать температуру с максимальной точностью до 1 градуса с помощью поворотного регулятора или кнопок.
Например, установить в морозильном отсеке значение -14 градусов. Все введенные параметры будут отображаться на цифровом дисплее.
Чтобы максимально продлить жизнь домашнему холодильнику, следует не только разбираться в его устройстве, но и грамотно за ним ухаживать. Отсутствие должного сервиса и неправильная эксплуатация может привести к быстрому изнашиванию важных деталей и неполноценному функционированию.
Избежать нежелательных последствий можно, придерживаясь ряда правил:
- Регулярно чистить конденсатор от грязи, пыли и паутины в моделях с открытой металлической решеткой на задней стенке. Для этого нужно использовать обычную слегка увлажненную тряпку или пылесос с маленькой насадкой.
- Правильно установить технику . Следить за тем, чтобы расстояние между конденсатором и стеной комнаты было не меньше 10 см. Такая мера поможет обеспечить беспрепятственную циркуляцию воздушных масс.
- Своевременно размораживать , не допуская образования чрезмерного слоя снега на стенках камер. При этом для устранения ледовых корок запрещено пускать в ход ножи и другие острые предметы, которые могут легко повредить и вывести из строя испаритель.
Также нужно учитывать, что холодильник нельзя ставить рядом с нагревательными приборами и в местах, где возможен прямой контакт с солнечными лучами. Избыточное влияние внешнего тепла плохо сказывается на работе основных узлов и общей производительности прибора.
Для чистки фрагментов изделия, выполненных из нержавеющей стали, подходят только специальные средства, рекомендованные производителем в инструкции к прибору
Если планируется перевозка с места на место, то лучше всего транспортировать оборудование в грузовом автомобиле с высоким фургоном, фиксируя его в строго вертикальном положении.
Таким образом, можно предотвратить поломки, вытекание масла из компрессора, попадающего непосредственно в контур циркуляции охлаждающего агента.
Выводы и полезное видео по теме
Видео #1. Как работает холодильный агрегат:
Видео #2. Подробное разъяснение устройства компрессионных холодильников:
Видео #3. Информация о работе абсорбционных машин:
Пока холодильное оборудование исправно работает, потребители редко интересуются его устройством. Однако этими знаниями не стоит пренебрегать. Они очень ценны, поскольку позволяют быстро определить причину поломки и обнаружить проблемное место, предотвратив серьезные неисправности.
Оставляйте, пожалуйста, комментарии, размещайте тематические фотоснимки, задавайте вопросы по теме статьи в расположенном ниже блоке. Расскажите о том, как разбирались в устройстве собственного холодильника. Поделитесь, как на практике применили знания о конструкции холодильной машины.
Основные понятия, связанные с работой холодильной машины
Охлаждение в кондиционерах производится за счет поглощения тепла при кипении жидкости. Когда мы говорим о кипящей жидкости, мы, естественно, думаем, что она горячая. Однако это не совсем верно.
Во-первых, температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения, и наоборот: чем ниже давление, тем ниже температура кипения. При нормальном атмосферном давлении, равном 760 мм рт.ст. (1 атм), вода кипит при плюс 100°С, но если давление пониженное, как например в горах на высоте 7000-8000 м, вода начнет кипеть уже при температуре плюс 40-60°С.
Во-вторых, при одинаковых условиях разные жидкости имеют различные температуры кипения.
Например, фреон R-22, широко используемый в холодильной технике, при нормальном атмосферном давлении имеет температуру кипения минус 4°,8°С.
Если жидкий фреон находится в открытом сосуде, то есть при атмосферном давлении и температуре окружающей среды, то он немедленно вскипает, поглощая при этом большое количество тепла из окружающей среды или любого материала, с которым находится в контакте. В холодильной машине фреон кипит не в открытом сосуде, а в специальном теплообменнике, называемом испарителем. При этом кипящий в трубках испарителя фреон активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную, как правило, оребренную поверхность трубок.
Рассмотрим процесс конденсации паров жидкости на примере фреона R-22. Температура конденсации паров фреона, так же, как и температура кипения, зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура конденсации. Так, например, конденсация паров фреона R-22 при давлении 23 атм начинается уже при температуре плюс 55°С. Процесс конденсации фреоновых паров, как и любой другой жидкости, сопровождается выделением большого количества тепла в окружающую среду или, применительно к холодильной машине, передачей этого тепла потоку воздуха или жидкости в специальном теплообменнике, называемом конденсатором.
Естественно, чтобы процесс кипения фреона в испарителе и охлаждения воздуха, а также процесс конденсации и отвод тепла в конденсаторе были непрерывными, необходимо постоянно “подливать” в испаритель жидкий фреон, а в конденсатор постоянно подавать пары фреона. Такой непрерывный процесс (цикл) осуществляется в холодильной машине.
Наиболее обширный класс холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (капиллярная трубка), соединенные трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор. Кроме обеспечения циркуляции, компрессор поддерживает в конденсаторе (на линии нагнетания) высокое давление порядка 20-23 атм.
Теперь, когда рассмотрены основные понятия, связанные с работой холодильной машины, перейдем к более подробному рассмотрению схемы компрессионного цикла охлаждения, конструктивному исполнению и функциональному назначению отдельных узлов и элементов.
Рис. 1. Схема компрессионного цикла охлаждения
Кондиционер – это та же холодильная машина, предназначенная для тепловлажностной обработки воздушного потока. Кроме того, кондиционер обладает существенно большими возможностями, более сложной конструкцией и многочисленными дополнительными опциями. Обработка воздуха предполагает придание ему определенных кондиций, таких как температура и влажность, а также направление движения и подвижность (скорость движения). Остановимся на принципе работы и физических процессах, происходящих в холодильной машине (кондиционере). Охлаждение в кондиционере обеспечивается непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре, а конденсация – при высоком давлении и высокой температуре. Принципиальная схема компрессионного цикла охлаждения показана на рис. 1.
Начнем рассмотрение работы цикла с выхода испарителя (участок 1-1). Здесь хладагент находится в парообразном состоянии с низким давлением и температурой.
Парообразный хладагент всасывается компрессором, который повышает его давление до 15-25 атм и температуру до плюс 70-90°С (участок 2-2).
Далее в конденсаторе горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, то есть переходит в жидкую фазу. Конденсатор может быть либо с воздушным, либо с водяным охлаждением в зависимости от типа холодильной системы.
На выходе из конденсатора (точка 3) хладагент находится в жидком состоянии при высоком давлении. Размеры конденсатора выбираются таким образом, чтобы газ полностью сконденсировался внутри конденсатора. Поэтому температура жидкости на выходе из конденсатора оказывается несколько ниже температуры конденсации. Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением обычно составляет примерно плюс 4-7°С.
При этом температура конденсации примерно на 10-20°С выше температуры атмосферного воздуха.
Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и давлении поступает в регулятор потока, где давление смеси резко уменьшается, часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости (точка 4).
Жидкость кипит в испарителе, отбирая тепло от окружающего воздуха, и вновь переходит в парообразное состояние.
Размеры испарителя выбираются таким образом, чтобы жидкость полностью испарилась внутри испарителя. Поэтому температура пара на выходе из испарителя оказывается выше температуры кипения, происходит так называемый перегрев хладагента в испарителе. В этом случае даже самые маленькие капельки хладагента испаряются и в компрессор не попадает жидкость. Следует отметить, что в случае попадания жидкого хладагента в компрессор, так называемого “гидравлического удара”, возможны повреждения и поломки клапанов и других деталей компрессора.
Перегретый пар выходит из испарителя (точка 1), и цикл возобновляется.
Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому контуру, меняя свое агрегатное состояние с жидкого на парообразное и наоборот.
Все компрессионные циклы холодильных машин включают два определенных уровня давления. Граница между ними проходит через нагнетательный клапан на выходе компрессора с одной стороны и выход из регулятора потока (из капиллярной трубки) с другой стороны.
Нагнетательный клапан компрессора и выходное отверстие регулятора потока являются разделительными точками между сторонами высокого и низкого давлений в холодильной машине.
На стороне высокого давления находятся все элементы, работающие при давлении конденсации.
На стороне низкого давления находятся все элементы, работающие при давлении испарения.
Несмотря на то, что существует много типов компрессионных холодильных машин, принципиальная схема цикла в них практически одинакова.
Теоретический и реальный цикл охлаждения.
Цикл охлаждения можно представить графически в виде диаграммы зависимости абсолютного давления и теплосодержания (энтальпии). На диаграмме (рис. 2) представлена характерная кривая отображающая процесс насыщения хладагента.
Левая часть кривой соответствует состоянию насыщенной жидкости, правая часть – состоянию насыщенного пара. Две кривые соединяются в центре в так называемой “критической точке”, где хладагент может находиться как в жидком, так и в парообразном состоянии. Зоны слева и справа от кривой соответствуют переохлажденной жидкости и перегретому пару. Внутри кривой линии помещается зона, соответствующая состоянию смеси жидкости и пара.
Рассмотрим схему теоретического (идеального) цикла охлаждения с тем, чтобы лучше понять действующие факторы (рис. 3).
Рассмотрим наиболее характерные процессы, происходящие в компрессионном цикле охлаждения.
Сжатие пара в компрессоре.
Холодный парообразный насыщенный хладагент поступает в компрессор (точка С`). В процессе сжатия повышаются его давление и температура (точка D). Теплосодержание также повышается на величину, определяемую отрезком НС`-HD, то есть проекцией линии C`-D на горизонтальную ось.
Конденсация.
В конце цикла сжатия (точка D) горячий пар поступает в конденсатор, где начинается его конденсация и переход из состояния горячего пара в состояние горячей жидкости. Этот переход в новое состояние происходит при неизменных давлении и температуре. Следует отметить, что, хотя температура смеси остается практически неизменной, теплосодержание уменьшается за счет отвода тепла от конденсатора и превращения пара в жидкость, поэтому он отображается на диаграмме в виде прямой, параллельной горизонтальной оси.
Процесс в конденсаторе происходит в три стадии: снятие перегрева (D-E ), собственно конденсация (Е-А) и переохлаждение жидкости (А-А`).
Рассмотрим кратко каждый этап.
Снятие перегрева (D-E ).
Это первая фаза, происходящая в конденсаторе, и в течение ее температура охлаждаемого пара снижается до температуры насыщения или конденсации. На этом этапе происходит лишь отъем излишнего тепла и не происходит изменение агрегатного состояния хладагента.
На этом участке снимается примерно 10-20% общего теплосъема в конденсаторе.
Конденсация (Е-А).
Температура конденсации охлаждаемого пара и образующейся жидкости сохраняется постоянной на протяжении всей этой фазы. Происходит изменение агрегатного состояния хладагента с переходом насыщенного пара в состояние насыщенной жидкости. На этом участке снимается 60-80% теплосъема.
Переохлаждение жидкости (А-А`).
На этой фазе хладагент, находящийся в жидком состоянии, подвергается дальнейшему охлаждению, в результате чего его температура понижается. Получается переохлажденная жидкость (по отношению к состоянию насыщенной жидкости) без изменения агрегатного состояния.
Переохлаждение хладагента дает значительные энергетические преимущества: при нормальном функционировании понижение температуры хладагента на один градус соответствует повышению мощности холодильной машины примерно на 1% при том же уровне энергопотребления.
Количество тепла, выделяемого в конденсаторе.
Участок D-A` соответствует изменению теплосодержания хладагента в конденсаторе и характеризует количество тепла, выделяемого в конденсаторе.
Регулятор потока (А`-B).
Переохлажденная жидкость с параметрами в точке А` поступает на регулятор потока (капиллярную трубку или терморегулирующий расширительный клапан), где происходит резкое снижение давления. Если давление за регулятором потока становится достаточно низким, то кипение хладагента может происходить непосредственно за регулятором, достигая параметров точки В.
Испарение жидкости в испарителе (В-C).
Смесь жидкости и пара (точка В) поступает в испаритель, где она поглощает тепло от окружающей среды (потока воздуха) и переходит полностью в парообразное состояние (точка С). Процесс идет при постоянной температуре, но с увеличением теплосодержания.
Как уже говорилось выше, парообразный хладагент несколько перегревается на выходе испарителя. Главная задача фазы перегрева (С-С`) – обеспечение полного испарения остающихся капель жидкости, чтобы в компрессор поступал только парообразный хладагент. Для этого требуется повышение площади теплообменной поверхности испарителя на 2-3% на каждые 0,5°С перегрева. Поскольку обычно перегрев соответствуют 5-8°С, то увеличение площади поверхности испарителя может составлять около 20%, что безусловно оправдано, так как увеличивает эффективность охлаждения.
Количество тепла, поглощаемого испарителем.
Участок HB-НС` соответствует изменению теплосодержания хладагента в испарителе и характеризует количество тепла, поглощаемого испарителем.
Реальный цикл охлаждения.
C`L: потеря давления при всасывании
MD: потеря давления при выходе
HDHC`: теоретический термический эквивалент сжатия
HD`HC`: реальный термический эквивалент сжатия
C`D: теоретическое сжатие
LM: реальное сжатие
В действительности в результате потерь давления, возникающих на линии всасывания и нагнетания, а также в клапанах компрессора, цикл охлаждения отображается на диаграмме несколько иным образом (рис. 4).
Из-за потерь давления на входе (участок C`-L) компрессор должен производить всасывание при давлении ниже давления испарения.
С другой стороны, из-за потерь давления на выходе (участок М-D`), компрессор должен сжимать парообразный хладагент до давлений выше давления конденсации.
Необходимость компенсации потерь увеличивает работу сжатия и снижает эффективность цикла.
Помимо потерь давления в трубопроводах и клапанах, на отклонение реального цикла от теоретического влияют также потери в процессе сжатия.
Во-первых, процесс сжатия в компрессоре отличается от адиабатического, поэтому реальная работа сжатия оказывается выше теоретической, что также ведет к энергетическим потерям.
Во-вторых, в компрессоре имеются чисто механические потери, приводящие к увеличению потребной мощности электродвигателя компрессора и увеличению работы сжатия.
В третьих, из-за того, что давление в цилиндре компрессора в конце цикла всасывания всегда ниже давления пара перед компрессором (давления испарения), также уменьшается производительность компрессора. Кроме того, в компрессоре всегда имеется объем, не участвующий в процессе сжатия, например, объем под головкой цилиндра.
Оценка эффективности цикла охлаждения
Эффективность цикла охлаждения обычно оценивается коэффициентом полезного действия или коэффициентом термической (термодинамической) эффективности.
Коэффициент эффективности может быть вычислен как соотношение изменения теплосодержания хладагента в испарителе (НС-НВ) к изменению теплосодержания хладагента в процессе сжатия (НD-НС).
Фактически он представляет собой соотношение холодильной мощности и электрической мощности, потребляемой компрессором.
Причем он не является показателем производительности холодильной машины, а представляет собой сравнительный параметр при оценке эффективности процесса передачи энергии. Так, например, если холодильная машина имеет коэффициент термической эффективности, равный 2,5, то это означает, что на каждую единицу электроэнергии, потребляемую холодильной машиной, производится 2,5 единицы холода.
Принцип действия холодильной установки
Для получения искусственного холода в технике используется свойство жидкости изменять свою температуру кипения в зависимости от давления.
Чтобы превратить жидкость в пар, к ней необходимо подвести некоторое количество тепла. Наоборот, превращение пара в жидкость (процесс конденсации) совершается при отнятии тепла от пара.
Холодильная установка состоит из четырех основных частей: компрессора, конденсатора, регулирующего вентиля и воздухоохладителя (испарителя), соединенных последовательно между собой трубопроводами.
В этой схеме по замкнутому контуру циркулирует холодильный агент - вещество, способное кипеть при низких температурах, зависящих от давления паров в воздухоохладителе. Чем ниже это давление, тем ниже и температура кипения. Процесс-кипения холодильного агента сопровождается отнятием тепла от окружающей среды, в которой находится воздухоохладитель, вследствие чего эта среда охлаждается.
Образующиеся в воздухоохладителе пары холодильного агента отсасываются компрессором, сжимаются в нем и нагнетаются в конденсатор. В процессе сжатия давление и температура паров холодильного агента повышается. Таким образом, компрессор создает, с одной стороны, пониженное давление в воздухоохладителе, необходимое для кипения холодильного агента при низкой температуре, и, с другой, повышенное давление нагнетания, при котором возможен переход холодильного агента из компрессора в конденсатор.
В конденсаторе происходит конденсация горячих паров холодильного агента, т. е. превращение их в жидкость. Конденсация паров осуществляется в результате отнятия от них тепла воздухом, охлаждающим конденсатор.
Для получения холода необходимо, чтобы температура кипения (испарения) холодильного агента была ниже температуры охлаждаемой среды.
Холодильная установка АР-3 представляет собой единый агрегат, смонтированный на каркасе с теплоизоляционной стенкой, отделяющей испарительную часть (воздухоохладитель) oт остального оборудования. Испарительная часть входит-в проем, сделанный в передней стенке грузового помещения. Наружный воздух засасывается через конденсатор осевым вентилятором внутрь машинного отделения.
На одном валу с вентилятором конденсатора расположен-вентилятор воздухоохладителя, осуществляющий циркуляцию-воздуха в грузовом помещении.
Таким образом, в холодильной установке АР-3 имеются две-независимые воздушные системы:
— система циркуляции охлажденного воздуха в грузовом помещении (воздух с пола грузового помещения через направляющий воздуховод засасывается осевым вентилятором в воздухоохладитель, охлаждается и выбрасывается под потолок-грузового помещения);
— система охлаждения конденсатора.
Осевым вентилятором, расположенным внутри машинного отделения, воздух засасывается из окружающей среды через-жалюзи лобовой панели кузова, поступает на конденсатор, охлаждает его и выбрасывается наружу через жалюзи, установленные на боковых дверях машинного отделения.
Для охлаждения карбюраторного двигателя воздух забирается через специальное окно в передней стенке кузова и> выбрасывается внутрь -машинного отделения. Нагретый воздух из машинного отделения выходит наружу через жалюзи боковых дверей.
Щит управления и все приборы автоматики, а также измерительные приборы расположены с левой (по ходу автомобиля) стороны холодильной установки и имеют свободный доступ.
Топливо к карбюраторному двигателю подается из бака, укрепленного в верхней части установки.
Холодильная установка представляет собой замкнутую герметическую систему, состоящую из четырех основных частей: воздухоохладителя, фреонового компрессора, конденсатора и-терморегулирующего вентиля, последовательно соединенных трубопроводами. Эта система заполнена холодильным агентом фреоном-12, который непрерывно циркулирует в ней, переходя1 из одной части в другую.
Компрессор засасывает из воздухоохладителя 8 образовавшиеся при кипении пары фреона, сжимает их до давления конденсации. Одновременно с повышением давления па«-ров повышается и их температура до 70-80 °С. Нагретые пары фреона из компрессора нагнетаются по трубопроводу в конденсатор. В конденсаторе происходит конденсация паров фреона, т. е. превращение их в жидкость. Конденсация паров осуществляется в результате отнятия от них. тепла воздухом, обдувающим наружную поверхность конденсатора.
Жидкий фреон из конденсатора поступает в ресивер (запасную емкость). Из ресивера жидкий фреон направляется в теплообменник, где, проходя по змеевикам, переохлаждается за счет теплообмена с холодными парами фреона, движущимися навстречу из воздухоохладителя. Затем жидкий фреон попадает в фильтр-осушитель, где очищается от влаги и загрязнений влагопоглощающим веществом - силикагелем.
Рис. 2. Холодильная
1 - щит управления; 2 - щит приборов; 3 - блок вентиляторов; 4 - конден 5 - фильтр-осушитель; 9- теплообменник; 10- теплоизоляционная стенка; 1ый двигатель УД-2; 15 - реле-регулятор РР24-Г; 16 - терморегулирующий прессор ФВ-6; 19 - электродвигатель А-51-2;
Из фильтра-осушителя жидкий фреон направляется в тер-морегулирующий вентиль, который служит для регулирования количества фреона, поступающего в воздухоохладитель (испаритель).
В терморегулирующем вентиле, проходя через отверстие малого диаметра, фреон дросселируется, т. е. резко понижает свое давление. При этом давление его понижается от давления конденсации до давления испарения.
Понижение давления приводит к понижению температуры фреона. Фреон в виде парожидкостной смеси поступает через распределитель жидкости в воздухоохладитель, и цикл повторяется.
Фреон, протекая по трубкам воздухоохладителя при низком давлении, интенсивно кипит и, испаряясь, переходит из жидкого состояния в парообразное.
Тепло, необходимое для испарения (скрытая теплота парообразования), воспринимается фреоном через стенки воздухо-охладителя от воздуха грузового помещения, продуваемого вентилятором через ребристую поверхность воздухоохладителя.
Рис. 3. Схема потоков воздуха в холодильной установке: А-поток воздуха для охлаждения конденсатора; Б - поток воздуха для охлаждения карбюраторного двигателя
При этих условиях температура воздуха грузового помещения понижается и продукты, находящиеся в грузовом помещении, передавая свое тепло более холодному воздуху, охлаждаются.
Терморегулирующий вентиль разделяет фреоновую систему на две части: магистраль высокого давления (давление нагнетания или конденсации) - от нагнетательной полости компрессора до терморегулирующего вентиля и магистраль низкого давления (давление всасывания или испарения) - от терморегулирующего вентиля до всасывающей полости компрессора.
Из воздухоохладителя пары фреона по всасывающему трубопроводу отсасываются компрессором и подаются в теплообменник, где они, проходя через межтрубное пространство, перегреваются жидким фреоном, проходящим по змеевику. Затем пары фреона попадают в компрессор, и далее описанный процесс циркуляции фреона в холодильной установке происходит по замкнутому циклу.
В конденсаторе фреон, превращаясь из пара в жидкость, отдает тепло продуваемому воздуху из окружающей атмосферы, а в воздухоохладителе, превращаясь из жидкости в пар, поглощает тепло воздуха грузового помещения, понижая тем самым температуру в грузовом помещении.
Таким образом, в холодильной установке совершается циркуляция холодильного агента - фреона-12, который сам не расходуется, а на получение холода затрачивается лишь механическая энергия компрессора, приводимого в действие карбюраторным или электрическим двигателем.
Мощность холодильной установки определяется холодопроизводительностью за час работы и измеряется количеством тепла (килокалорий в час), которое холодильная установка может отнять в течение часа от охлаждаемой среды, в данном случае от грузового помещения рефрижератора.
Компрессор холодильной установки приводится во вращение через клино-ременную передачу карбюраторным двигателем, а при работе от электрической сети-электродвигателем.
Со шкива компрессора движение передается также клиновым ремнем на генератор постоянного тока и вал вентиляторов, создающих потоки воздуха через конденсатор и воздухоохладитель.
Температура (от -15° до +4 °С) в грузовом помещении кузова поддерживается автоматически при помощи двухпозиционного термореле ТДДА .
Когда в грузовом помещении кузова требуется поддерживать положительную температуру, холодопроизводительность установки можно резко уменьшить при помощи регулирующего крана на всасывающем трубопроводе. При этом золотник крана должен быть повернут до упора по часовой стрелке.
Промышленное холодильное оборудование получило весьма широкое распространение в самых различных сферах производства. Основной областью применения агрегатов и установок, принадлежащих к данному классу, является поддержание определенных температурных режимов, необходимых для длительного хранения самых различных товаров, материалов и веществ. Они используются для охлаждения жидкостей, а также продовольственных товаров, химического сырья, технологических смесей и т.д.
Основные характеристики промышленного холодильного оборудования
Применяемые в промышленности, способно создавать рабочие температуры от -150 до +10С. Агрегаты, относящиеся к данному классу, адаптированы для работы в достаточно жестких условиях и обладают высокой степенью надежности комплектующих.
Промышленные холодильные машины работают по принципу теплового насоса, перенося энергию от теплоотдатчика к теплоприемнику. В роли первого в подавляющем большинстве случаев выступает окружающая среда, а принимающим объектом является хладагент. Последние принадлежит к классу веществ, которые способны закипать при давлении 1 атм, и температуре, значительно отличающейся от показателя внешней среды.
Промышленное холодильное оборудование состоит из 8 основных компонентов:
- компрессор;
- испаритель;
- регулятор потока;
- вентилятор;
- соленоидный клапан;
- реверсивный клапан;
Конденсатор осуществляет всасывание паров вещества, выступающего в роли хладагента, где осуществляется повышение его давления и температуры. После этого хладагент поступает в компрессорный блок, наиболее важными параметрами которого являются сжатие и рабочий объем. Конденсатор охлаждает нагретые пары хладагента, за счет чего и происходит передача тепловой энергии в окружающую среду. Испаритель является компонентом, через который проходит охлаждаемая среда и парообразный хладагент.
Промышленные холодильные машины и установки применяются для охлаждения достаточно больших объемов, которые используются складами, овощебазами, линями заморозки, морозильными туннелями, а также больших и сложных систем кондиционирования. В частности такое холодильное оборудование наиболее часто используется для промышленных нужд в цехах переработки пищевой продукции (мяса, птицы, рыбы, молока и т.д.)
Классификация промышленных установок
Все промышленные холодильные установки разделяется на компрессионные и абсорбционные. В первом случае холодильное оборудование представляет собой пароконденсационную машину, которая осуществляет сжатие хладагента посредством компрессорных или турбокомпрессорных блоков. Такие системы используют фреон, либо аммиак, как наиболее эффективные с позиции температуропоглощения вещества.
Абсорбционные установки конденсируют парообразный хладагент при помощи твердого или жидкого вещества-абсорбента, из которого осуществляется испарение рабочего вещества при нагреве за счет более высокого парциального давления. Данные агрегаты бывают непрерывно и периодические действующие, при чем первый тип агрегатов разделяется на насосные и диффузионные.
Холодильное оборудование компрессорного типа различается по типу исполнения компрессора на открытые, полугерметичные и герметичные агрегаты. В зависимости от способа охлаждения конденсаторного блока машины оснащаются системами водяного или воздушного охлаждения. Абсорбционные агрегаты используют в процессе работы большее количество воды и обладают значительными габаритами и весом. Они обладают рядом достоинств по сравнению с компрессорными холодильными установками, в частности, простотой конструкции, более высокой надежностью компонентов, а также возможностью использовать недорогие источники тепла и бесшумностью в работе.
В зависимости от мощности промышленного холодильного оборудования рассчитывается величина возможных выбросов тепловой энергии. Это тепло может быть использовано в 3 направлениях:
- в окружающую среду. Передача тепла осуществляется посредством выносного компрессора.
- в производственное помещение. В данном случае выделяемая тепловая энергия позволяет экономить финансовые средства, необходимые на отопление.
- рекуперация энергии. Выделенное тепло переводится в место, где в нем есть наибольшая потребность.
Основные виды промышленного холодильного оборудования
При выборе промышленного холодильного оборудования необходимо ориентироваться на основные технические параметры предложенных моделей. Следует обратить особое внимание на максимальную величину тепловыделения, а также его динамику на протяжении производственной смены. Кроме того, важно учитывать показатель гидравлического сопротивления узлов и компонентов системы. Необходимо определиться с направлением отвода тепла, а также принять решение о возможности дублирования всей холодильной системы.
На сегодняшний день наиболее часто в промышленности используется холодильное оборудование следующих видов:
- . Данный вид агрегатов применяется в мясном, колбасном, рыбном и хлебобулочном производстве.
- шкафы и камеры шоковой заморозки. Оборудование этого типа применяется на предприятиях, занимающихся производством рыбной, мысной и овощной продукции, а также переработкой и хранением фруктов, ягод и т.д.
- пищевые чиллеры. Данный вид холодильных машин отлично подходит для охлаждения различных жидкостей и отдельных категорий пищевых продуктов;
- чиллеры для охлаждения пластмасс. Такие агрегаты применяются для охлаждения сырьевых полимеров и готовых изделий.
- отделители жидкости и ресиверы и коллекторы;
- морозильные туннели. Данный вид оборудования применяется для заморозки штучных, расфасованных и упакованных товаров в больших количествах.
Рецепты постного печенья: овсяного, лимонного, морковного, имбирного, кофейного, медового, с маком
Толкование сна браслет в соннике миллера
Увольнение переводом на другую должность, к другому работодателю или компанию
Что представляет собой пролонгация кредита
История происхождения и толкование имени ю