Холодильные машины

Применяются несколько типов холодильных машин:

— воздушные холодильные машины;

— паровые компрессорные холодильные машины;

— абсорбционные холодильные машины.

Холодильный коэффициент теоретического цикла воздушной холодильной машины равен

, (3.7)

Рис.3.4-Схема воздушной холодильной машины

Паровая компрессорная холодильная машина. Рабочим телом такой машины являются низкокипящие тела: аммиак, фреоны и др. При атмосферном давлении температура их кипения ниже 0 0 С. Компрессор 1 сжимает пары рабочего тела, которые затем поступают в конденсатор 2, где отдают теплоту при постоянном давлении. Пары при этом конденсируются, превращаясь в жидкость за счет охлаждения водой. Далее жидкость проходит через дроссельный клапан 4, где расширяясь, превращается в пар. Затем рабочее тело виде пара поступает в охлаждаемую камеру 3 (испаритель), где при постоянных давлении и температуре насыщенный пар превращается в нагретый, отнимая теплоту от охлаждаемого тела. Далее пар подается в компрессор и цикл повторяется.

Холодильный коэффициент машины равен

. (3.8)

где q₂ – количество теплоты, отнимаемое от охлаждающего тела, ;

l – затраченная работа, ;

i₁ и i₂ – энтальпия рабочего тела на входе и выходе из компрессора, ;

Рис.3.5-Схема паровой компрессорной холодильной машины

Паровая компрессорная холодильная машина имеет более высокий КПД, чем воздушная.

Абсорбционная холодильная машина. В основу принципа действия абсорбционной холодильной машины положено свойство растворов изменять температуру кипения в зависимости от концентрации. В этих машинах в качестве рабочего тела используется водно-аммиачный раствор, температура которого снижается с повышением концентрации аммиака в растворе (рис.3.12.).

1 – генератор; 2 – конденсатор; 3 – редукционный вентиль;

4 – испаритель; 5 – абсорбер; 6 – насос.

Рис.3.6-Схема абсорбционной холодильной машины

Образовавшиеся в испарителе пары аммиака направляются в абсорбер 5, где поглощаются слабым водно-аммиачным раствором. Здесь использовано свойство слабого аммиачного раствора поглощать холодные пары аммиака. В абсорбер 5 из генератора 1 поступает слабый раствор аммиака, который по мере поглощения паров NH₃ понижает свою концентрацию, а также давление паров р_х и температуру t₅. Насыщенный раствор аммиака насосом 6 перекачивается в генератор 1. В генераторе 1, благодаря подводу извне теплоты Q_ген, происходит кипение раствора при давлении р_к с выделением почти чистого аммиака NH₃. По мере отгонки аммиака раствор обедняется и отводится через редукционный вентиль в абсорбер 5. Выделенные пары аммиака поступают в конденсатор 2, где сжижаются путем отвода теплоты Q_k. Перекачивающий насос 6 повышает давление раствора от Р_х до Р_к. Теплота растворения аммиака в абсорбере Q_a отводится охлаждающей водой или воздухом.

Эффективность работы абсорбционной холодильной установки оценивается коэффициентом использования тепла

, (3.9)

где q_x – холодопроизводительность, т. е. тепло, отбираемое в испарителе;

q₁ – количество тепла, подведенное греющим паром в генераторе;

q_H – затраты тепла на работу насоса.

Абсорбционная холодильная машина имеет ряд преимуществ, благодаря которым они получили широкое распространение: простота обслуживания, невысокая стоимость, возможность использования отработанного тепла. К недостаткам относятся низкий КПД, большой расход воды.

Источник

Холодильные машины и установки. Устройство, виды, принцип действия холодильных машин.

1. Общие сведения о холодильных машинах

Холодильная установка может состоять из одной или нескольких холодильных машин, укомплектованных вспомогательным оборудованием: системой энерго- и водоснабжения, контрольно-измерительными приборами, приборами регулирования и управления, а также системой теплообмена с охлаждаемым объектом. Холодильная установка может быть установлена в помещении, на открытом воздухе, на транспорте и в разных устройствах, в которых надо поддерживать заданную пониженную температуру и удалять излишнюю влагу воздуха.

Система теплообмена с охлаждаемым объектом может быть с непосредственным охлаждением холодильным агентом, по замкнутой системе, по разомкнутой, как при охлаждении сухим льдом, или воздухом в воздушной холодильной машине. Замкнутая система может также быть с промежуточным хладагентом, который переносит холод от холодильной установки к охлаждаемому объекту.

Каждая разновидность холодильных установок и машин имеет свои особенности, по которым выбирается их область применения. В настоящее время холодильные машины и установки применяются во многих областях народного хозяйства и в быту.

2. Термодинамические циклы холодильных установок

Перенос теплоты от менее нагретого к более нагретому источнику становится возможным в случае организации какого-либо компенсирующего процесса. В связи с этим циклы холодильных установок всегда реализуются в результате затрат энергии.

В обратных циклах количество отводимой от рабочего тела теплоты всегда больше количества подводимой теплоты, а суммарная работа сжатия больше суммарной работы расширения. Благодаря этому установки, работающие по подобным циклам, являются потребителями энергии. Такие идеальные термодинамические циклы холодильных установок уже рассмотрены выше в пункте 10 темы 3. Холодильные установки различаются применяемым рабочим телом и принципом действия. Передача теплоты от «холодного» источника «горячему» может осуществляться за счет затраты работы или же затрат теплоты.

2.1. Воздушные холодильные установки

В воздушных холодильных установках в качестве рабочего тела используется воздух, а передача теплоты от «холодного» источника «горячему» осуществляется за счет затраты механической энергии. Необходимое для охлаждения холодильной камеры понижение температуры воздуха достигается в этих установках в результате быстрого его расширения, при котором время на теплообмен ограничено, и работа в основном совершается за счет внутренней энергии, в связи, с чем температура рабочего тела падает. Схема воздушной холодильной установки показана на рис 7.14

2.2. Парокомпрессорные холодильные установки

В парокомпрессорных холодильных установках (ПКХУ) в качестве рабочего тела применяют легкокипящие жидкости (табл. 1), что позволяет реализовать процессы подвода и отвода теплоты по изотермам. Для этого используются процессы кипения и конденсации рабочего тела (хладагента) при постоянных значениях давлений.

Температура кипения tкип при давлении р = 0,1 МПа, °С

Критическая температура, °С

Температура замерзания, tзам, °С

Скрытая теплота парообразования при tкип, кДж/кг

Источник

Как работает холодильное оборудование?

Содержание

Содержание

Вы никогда не задумывались, почему в холодильнике — холодно, и что общего у морозильного шкафа и кондиционера? В этом материале разбираемся, как работает холодильное оборудование.

Замечали, что, когда вы выходите из душа, вам всегда прохладно? Дело в том, что влага при испарении поглощает тепло. А при конденсации, наоборот, тепло выделяется. На этих явлениях и основан принцип действия паровых компрессорных холодильных машин– в них по замкнутому кругу двигается специальная жидкость (хладагент). Хладагент испаряется в испарителе и конденсируется в конденсаторе. При этом испаритель охлаждается, а конденсатор греется.

Чтобы хладагент испарялся и конденсировался в нужных местах, в холодильном контуре должны присутствовать еще два элемента – компрессор и дросселирующее устройство.

Компрессор сжимает газообразный хладагент в конденсаторе, где он под действием высокого давления переходит в жидкую форму, выделяя тепло. А дросселирующее устройство (капиллярная трубка или терморегулирующий вентиль) затрудняет движение хладагента и поддерживает высокое давление в конденсаторе. После дросселя давление в контуре намного ниже, и попавший туда хладагент начинает испаряться внутри испарителя, поглощая тепло. Далее он, уже в газообразном виде, снова попадает в компрессор, и цикл повторяется.

Многие холодильные установки комплектуются дополнительными элементами.

Фильтр-осушитель устанавливается перед дросселирующим устройством. Его задачей является извлечение из хладагента воды и механических частиц. При его отсутствии капилляр может засориться или замерзнуть.

Терморегулятор (термостат) выключает компрессор при достижении необходимой температуры.

Ресивер повышает эффективность холодильной установки. Без терморегулирущего вентиля (с капиллярной трубкой) скорость выработки холода является постоянной. И, если она будет слишком большой, компрессор будет часто включаться–выключаться, а если слишком маленькой — охлаждение будет идти слишком долго. Использование ТРВ позволяет изменять скорость охлаждения в больших пределах, но требует наличия ресивера для компенсирования колебаний расхода хладагента.

Различные датчики температуры и давления, управляемые электроникой регуляторы давления и клапаны используются для повышения эффективности устройства и поддержания специфических режимов работы.

Из холода в жар

Чаще всего холодильная машина используется именно для охлаждения — испаритель расположен в охлаждаемом объеме, а конденсатор вынесен в окружающую среду. Так работают кондиционеры, холодильники и морозильники. Но холодильный контур не только поглощает тепло на испарителе, но и выделяет его на конденсаторе. Нельзя ли использовать холодильную машину «наоборот» — для обогрева, расположив конденсатор в обогреваемом помещении, а испаритель вынеся наружу?

Еще как можно. Холодильная машина использует электроэнергию не для непосредственного нагрева (как ТЭН), а для переноса тепла, поэтому эффективность ее выше, чем у обычного электронагревателя. Многие современные кондиционеры могут работать «наоборот», используя теплообменник внутреннего блока как конденсатор, а теплообменник внешнего блока – как испаритель. В таком режиме на 1 кВт потребленной мощности кондиционер может произвести 2–6 кВт тепла. Греть комнату кондиционером может быть значительно выгоднее, чем электрообогревателем!

В местах с более холодным климатом в последнее время все большую популярность получают тепловые насосы – паровые компрессорные холодильные машины, у которых испаритель помещен под землю на глубину, большую глубины промерзания. Поскольку там всегда сохраняется положительная температура, эффективность теплового насоса не зависит от времени года. Такие устройства намного экономичнее электрических обогревателей и могут использоваться для отопления жилища круглый год при любой температуре. К сожалению, высокая стоимость тепловых насосов пока препятствует их популярности.

Виды компрессоров

Поршневые компрессоры устанавливаются в основном в холодильниках и морозильниках. В большинстве моделей поршень приводится в движение обычным электродвигателем, двигающим поршень через шатунно-кривошипный, кулачковый или кулисный механизм.

Существуют также электромагнитные (линейные) поршневые компрессоры. В них цилиндр расположен внутри катушки, создающей электромагнитное поле, которое приводит в движение поршень.

Поршневые компрессоры способны создавать высокое давление, обеспечивая большой перепад температур на испарителе и конденсаторе. Кроме того, обычный поршневой компрессор имеет достаточно простую конструкцию, не требующую высокой точности изготовления деталей, соответственно стоят они недорого. Однако недостатков у поршневых компрессоров тоже хватает:

Поэтому поршневой компрессор можно повторно запускать только через несколько минут после остановки, когда давление в системе выровняется. Защитой от повторного пуска снабжены далеко не все модели, поэтому холодильное оборудование рекомендуется подключать через реле времени с задержкой включения в 5–10 минут.

Ротационные компрессоры (иногда называемые роторными) создают давление за счет изменяющегося зазора между вращающимся ротором и корпусом компрессора.

Существуют различные модификации этого вида компрессоров — с эксцентричным ротором, с подвижными лепестками, с качающимся ротором, спиральный и т. п.

Все они обладают небольшими габаритами, низким уровнем шума и увеличенным ресурсом за счет снижения количества подвижных деталей. К недостаткам этого вида можно отнести сложность изготовления (ротор и корпус должны быть изготовлены с высокой точностью) и низкое максимальное давление. Такие компрессоры чаще используются в климатической технике, для которой не требуется создавать очень низкую температуру.

Ротационными и поршневыми список компрессоров не исчерпывается — существуют еще центробежные, винтовые, кулачковые и другие. Но в бытовой технике они используются реже.

Вне зависимости от вида компрессор может быть неинверторным (стандартным) или инверторным. У обычных компрессоров скорость вращения двигателя постоянна, для поддержания заданной температуры он периодически включается и выключается. В инверторных компрессорах двигатель подключен через частотный преобразователь (инвертор), с помощью изменения частоты напряжения меняющий скорость вращения электродвигателя. Такой компрессор поддерживает заданную температуру выставлением нужной скорости вращения. Инверторные компрессоры дороже, но экономичнее, эффективнее и имеют больший ресурс.

Типы хладагентов

Чем ниже температура кипения хладагента, тем более низкую температуру можно получить на испарителе холодильной машины. Однако, понизить температуру в морозильнике, просто поменяв фреон на более «холодный», скорее всего, не выйдет — хладагенты с низкой температурой кипения требуют большего давления для конденсации. Компрессор, рассчитанный на фреон с высокой температурой кипения, просто не сможет создать такое давление. Поэтому при замене хладагента следует придерживаться рекомендаций из инструкции, и не заправлять хладагент с характеристиками, сильно отличающимися от рекомендованных.

В бытовых устройствах чаще всего используются следующие хладагенты:

Фреон R22 (хладон 22, хлордифторметан) до недавних пор часто использовался в холодильных и морозильных установках. Обладает достаточно низкой температурой кипения (-40,8°С), при утечке возможна дозаправка системы. Однако из-за вреда, наносимого окружающей среде (разрушение озонового слоя) R22 в последнее время используется редко, а во многих странах вообще запрещен.

R600a (изобутан) все чаще используется в холодильной технике вместо менее экологичного R134. Его преимуществами являются низкое давление конденсации и высокая удельная теплота парообразования – холодильники, использующие этот фреон, дешевле и экономичнее. Однако из-за высокой температуры кипения (-12°С) заправленную им технику нельзя использовать на улице при отрицательных температурах.

Следует также помнить о том, что каждый тип фреона требует использования определенного вида масла для смазки деталей компрессора. Обычно тип (а иногда и марка масла) приводятся в сопроводительной документации к фреону. Использование других масел может привести к поломке компрессора.

Как видно, ничего сложного в холодильной технике нет, а понимание принципов ее работы может значительно продлить жизнь технике, позволить сэкономить на электроэнергии и уберечь от неправильных действий, могущих привести к поломке прибора.

Источник

Холодильные машины

Холодильные машины предназначены для отвода тепла в целях поддержания на объекте температуры ниже, чем в окружающей среде. Подобное оборудование способно работать в очень широком диапазоне температур – +10…-80 градусов. В основе работы этих установок лежит принцип теплового насоса – они забирают тепло от объекта, затрачивая на охлаждение некоторую энергию.

Парокомпрессионные холодильные установки, оснащенные испарителем, конденсатором и компрессором, сегодня используются наиболее широко. Благодаря высокой герметичности они обладают достаточно высокой производительностью и низкими потерями потребляемой энергии.

Особенностью пароэжекторных холодильных машин является использование в качестве хладагента воды. Агрегат способен создавать пониженное давление, в результате чего жидкость в испарителе охлаждается. Пар из испарителя поступает в конденсатор, где превращается в жидкость, отдавая окружающей среде свое тепло. В охлаждаемую воду добавляется жидкость из конденсатора, которая подается в испаритель.

Производство

Особенности холодильных машин

Холодильные машины различных типов, отличающиеся устройством и принципом действия, имеют свои характерные особенности, благодаря которым они могут удовлетворять тем или иным требованиям, потребителей искусственного холода.

Прежде всего он исходит из того, какой температурный уровень должна создать и поддерживать холодильная установка и сколько теплоты необходимо отвести от охлаждаемого объекта. Эти критерии несколько ограничивают возможность выбора. Например, если требуется температура порядка —50 С, то одноступенчатые агрегаты ее не могут создать и их придется исключить из рассмотрения. Если от охлаждаемого объекта надо отводить очень много теплоты, то, скорее всего, выбор придется остановить на установке с винтовым или центробежным компрессором, который в данном случае имеют преимущества перед поршневым компрессором.

Следующий критерий выбора — затраты на приобретение, установку и эксплуатацию. Они складываются из капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

Капитальные, т.е единовременные, затраты складываются из стоимости самой машины, стоимости помещения (или его части), где она будет стоять, фундамента (если он необходим), затрат на перевозку, монтаж, различные вспомогательные приспособления и материалы.

Эксплуатационные, т.е текущие, расходы включают прежде всего плату за энергию (любая установка для своей работы непременно требует подвода энергии) и охлаждающую воду (последние затраты исключаются при воздушном охлаждении, как, например, в домашнем холодильнике).

Плата за энергию связана с одной из важнейших характеристик холодильной машины — холодильным коэффициентом, показывающим, сколько джоулей теплоты можно отвести от охлаждаемого объекта, затратив один джоуль энергии. По этому коэффициенту судят об энергетической эффективности. Чем больше коэффициент, тем выше энергетическая эффективность. Поэтому при прочих равных условиях предпочтение отдают холодильному агрегату с наибольшим холодильным коэффициентом.

В эксплуатационные расходы входят еще затраты на содержание обслуживающего персонала и некоторые другие. Важными критериями выбора являются также ее надежность, определяемая показателями безотказности, долговечности и ремонтопригодности, степень автоматизации, уровень вибпааии и шума и ряд других, в числе которых — внешний вид (дизайн).

Насколько холодильная машина удовлетворяет требованиям потребителя, оценивают по указываемым в каталогах, рекламных проспектах и различных технических документах ее показателям, таким как холодопроизводительность, потребляемая мощность, расход охлаждающей воды, степень автоматизации, наработка на отказ, ресурс работы, масса, габаритные размеры, цена, вид поставки (единым агрегатом, отдельными блоками или «россыпью») и др.

Некоторым типам, которые соответствуют большинству требований потребителей, отдается предпочтение, другие используются довольно редко. Распространенность того или иного типа установки зависит не только от показателей, интересующих потребителей, но и от показателей, важных для изготовителей. К таким показателям относятся удельная трудоемкость изготовления, технологичность, степень унификации и стандартизации и др.

Виды пароэжекторных холодильных машин

Пароэжекторные холодильные машины обладают примерно теми же достоинствами, что и абсорбционные. Недостатки: большой шум при работе эжектора, еще более низкая, чем у абсорбционных машин, энергетическая эффективность, возможность охлаждать объект лишь до нескольких градусов выше нуля из-за использования воды в качестве хладагента. Вследствие этих недостатков имеют довольно ограниченную область применения. Их используют там, где важна простота эксплуатации и надежность, а повышенными энергетическими потерями можно пренебречь.

Обязательным условием для работы пароэжекторных установок является наличие значительного количества водяного пара давлением 0,7…1,0 МПа. Если для его получения сооружать специально паровой котел,то пропадет преимущество простоты и дешевизны паро-эжекторной машины. Поэтому их эксплуатируют, как правило, только там,где уже имеется источник водяного пара нужных параметров, причем в избытке, чтобы его хватало и для основного объекта. Такие условия имеются, например, на судах с крупными паротурбинными установками. В основном же пароэжекторные машины распространены на больших строительных объектах, где есть собственная котельная и имеется нужда в холоде.

Воздушные вихревые охлаждающие устройства чрезвычайно просты по конструкции. Они могут работать там, где есть источник сжатого воздуха — пневмома-гистраль, компрессорная станция — и где нужно простыми средствами получить относительно небольшое количество холода, примерно до 3 кВт. Вихревые охлаждающие устройства высоконадежны, безопасны в работе, но характеризуются высоким уровнем энергетических потерь, что сдерживает их широкое распространение.

Термоэлектрические охлаждающие устройства также высоконадежны, безопасны (при надлежащем качестве выполнения электрической части), просты в эксплуатации, малошумны (отсутствуют движущиеся части, кроме вентиляторов). Их характерная особенность — возможность очень просто переходить от режима охлаждения к режиму нагрева. Несмотря на указанные достоинства, из-за двух факторов — высокой стоимости полупроводниковых термоэлектрических батарей и сравнительно низкой энергетической эффективности — термоэлектрические охлаждающие устройства имеют весьма ограниченное применение.

Виды абсорбционных холодильных машин

Второй распространенный тип холодильных машин — абсорбционные. Их основная особенность состоит в том, что они потребляют не механическую, а тепловую энергию. Отсюда вытекают их достоинства и недостатки.

Абсорбционные машины просты по конструкции (кроме насосов для перекачки жидкости, в них нет других движущихся механизмов), дешевы в изготовлении, надежны, малошумны. Их можно размещать вне помещений: на открытых площадках под легкими навесами для защиты от осадков. Главный недостаток — невысокая энергетическая эффективность. Для выработки одинакового количества холода абсорбционным холодильным машинам требуется больше энергии, чем парокомпрессионным.

Это хорошо видно на примере домашних холодильников — абсорбционный «накручивает» за месяц на электросчетчике заметно больше киловатт-часов, чем компрессионный. Но это внешняя сторона. Сущность же заключается в том, что в агрегате домашнего холодильника абсорбционного типа, питающегося от электросети, потребляемая электрическая энергия превращается в тепловую энергию, которая затем обеспечивает выработку холода.

В крупных промышленных установках использовать электроэнергию необязательно. Тепловую энергию для обогрева генератора пара можно получать, сжигая газ или мазут, применяя горячий водяной пар и даже нагретую не до кипения воду. Затраты на производство тепловой энергии в этом случае меньше, чем при использовании электроэнергии, и может оказаться, что в целом (при благоприятном стечении различных обстоятельств) эксплуатация абсорбционной холодильной машины обойдется не дороже, чем эксплуатация парокомпрессионной. Если же на объекте имеются избыточные тепловые ресурсы в виде пара или горячей жидкости (тепло которых иногда даже «сбрасывают» в окружающую среду), то абсорбционные машины становятся выгоднее парокомпрессионных. Именно в таких случаях главным образом и используют абсорбционные машины.

На практике применяют две разновидности абсорбционных машин — водоаммиачные и бромистолитиевые. Они работают на двух-компонентном рабочем веществе.

В водоаммиачных машинах хладагентом служит аммиак, а абсорбентом — вода, в бромистолитиевых машинах — соответственно вода и бромистый литий. В бромистолитиевых машинах в испарителе кипит вода, поэтому с помощью этих машин можно получать температуры не ниже О °С, в противном случае вода замерзает.

Парокомпрессионные холодильные машины

Наибольшее распространение в области умеренного холода получили парокомпрессионные холодильные машины. Именно они составляют наибольшую (можно сказать подавляющую) часть парка всех работающих в мире установок. У них по сравнению с машинами других типов более высокий (при прочих равных условиях) холодильный коэффициент и наименьший расход энергии при эксплуатации.

В их составе применяются компрессоры различных типов (их конструкции будут рассмотрены в следующих статьях). Поршневые компрессоры имеют высокий коэффициент, однако для них характерна большая, чем для компрессоров других типов, вибрация и они менее надежны из-за наличия клапанов, которые гораздо чаще других детален выходят из строя. Поршневые очень хороши в машинах малой и средней холодопроизводительности и чересчур громоздки, тяжелы и менее энергетически эффективны в машинах большой холодопроиэводительности.

В последнее время начали широко использовать винтовые, которые в области малых холодопроизводительностей пока не могут конкурировать с поршневыми по энергетической эффективности, но почти сравниваются с ними по этому показателю в области средних холодопроизводительностей. Главное достоинство винтовых компрессоров — высокая надежность. Это, а также компактность и незначительная вибрация обусловили широкое применение винтовых компрессоров вначале в судовых холодильных установках, а затем в установках разных отраслей народного хозяйства. К недостаткам следует отнести повышенный уровень шума и громоздкость масляной системы.

Винтовой компрессор работает энергетически эффективно в случае, если его внутренняя степень сжатия, неизменная из-за заданной геометрии рабочих органов, совпадает с отношением давлений конденсации и кипения в холодильном цикле. Это отношение определяется внешними условиями и часто не равно внутренней степени сжатия. При их несовпадении ухудшаются энергетические показатели агрегата.

Недавно появились конструкции винтовых компрессоров с изменяющейся внутренней степенью сжатия, а значит, и с возможностью автоматически подстраиваться под меняющиеся внешние условия с целью добиться наилучшей энергетической эффективности. По мере совершенствования они постепенно будут заменить как поршневые,так и до известного предела компрессоры центробежного типа.

Центробежные компрессоры, обслуживающие парокомпрессионные машины особенно большой холодопроизводительности, не имеют конкурентов в своей области применения. Они компактны, хорошо уравновешенны, достаточно надежны. У них довольно просто и эффективно регулируется холодопроизводительность. Однако весьма трудно добиться удовлетворительных показателей у центробежных компрессоров при не очень большой холодопроизводителыюсти (менее

Источник

• ← Холодильная криогенная техника и системы жизнеобеспечения что это
• Холодильник beko csk 32000 не морозит верхняя камера в чем проблема →