Zasada działania agregatu chłodniczego

Aby uzyskać sztuczne zimno, technologia wykorzystuje właściwość cieczy do zmiany jej temperatury wrzenia w zależności od ciśnienia.

Aby zamienić ciecz w parę, należy do niej doprowadzić pewną ilość ciepła. I odwrotnie, przemiana pary w ciecz (proces skraplania) zachodzi, gdy ciepło jest usuwane z pary.

Agregat chłodniczy składa się z czterech głównych części: sprężarki, skraplacza, zaworu regulacyjnego i chłodnicy powietrza (parownika), połączonych ze sobą szeregowo rurociągami.

W tym schemacie czynnik chłodniczy krąży w obiegu zamkniętym - substancja, która może wrzeć w niskich temperaturach, w zależności od prężności pary w chłodnicy powietrza. Im niższe to ciśnienie, tym niższa temperatura wrzenia. Procesowi wrzenia czynnika chłodniczego towarzyszy odprowadzenie ciepła z otoczenia, w którym znajduje się chłodnica powietrza, w wyniku czego następuje ochłodzenie tego otoczenia.

Powstające w chłodnicy opary czynnika chłodniczego są odsysane przez sprężarkę, sprężane w niej i wtłaczane do skraplacza. Podczas sprężania wzrasta ciśnienie i temperatura pary czynnika chłodniczego. W ten sposób sprężarka wytwarza z jednej strony obniżone ciśnienie w chłodnicy powietrza, które jest niezbędne do wrzenia czynnika chłodniczego w niskiej temperaturze, a z drugiej strony zwiększone ciśnienie tłoczenia, przy którym czynnik chłodniczy może przejść z sprężarkę do skraplacza.

W skraplaczu gorące pary czynnika chłodniczego skraplają się, czyli zamieniają się w ciecz. Kondensacja par odbywa się w wyniku usunięcia z nich ciepła przez powietrze chłodzące skraplacz.

Aby uzyskać chłód, konieczne jest, aby temperatura wrzenia (parowania) czynnika chłodniczego była niższa niż temperatura chłodzonego czynnika.

Agregat chłodniczy AR-3 jest pojedynczym agregatem montowanym na ramie ze ścianką termoizolacyjną oddzielającą część wyparną (chłodnicę powietrza) od reszty wyposażenia. Część wyparna wchodzi w otwór wykonany w przedniej ścianie przestrzeni ładunkowej. Powietrze zewnętrzne jest zasysane przez skraplacz przez wentylator osiowy do maszynowni.

Na tym samym wale z wentylatorem skraplacza znajduje się wentylator chłodnicy powietrza, który wymusza obieg powietrza w przestrzeni ładunkowej.

Tak więc w agregacie chłodniczym AR-3 występują dwa niezależne układy powietrza:
— układ obiegu powietrza schłodzonego w przestrzeni ładunkowej (powietrze z podłogi przestrzeni ładunkowej jest zasysane przez wentylator osiowy do chłodnicy przez kanał powietrza kierującego, schładzane i wyrzucane pod stropem przestrzeni ładunkowej);
— układ chłodzenia skraplacza.

Wentylator osiowy umieszczony wewnątrz maszynowni zasysa powietrze z otoczenia przez żaluzje przedniego panelu nadwozia, wchodzi do skraplacza, chłodzi go i jest wyrzucany przez żaluzje zamontowane na bocznych drzwiach maszynowni.

W celu schłodzenia silnika gaźnika powietrze jest zasysane przez specjalne okienko w przedniej ścianie nadwozia i> wtłaczane do maszynowni. Ogrzane powietrze z maszynowni wydostaje się przez żaluzje w drzwiach bocznych.

Panel sterowania i wszystkie urządzenia automatyki oraz urządzenia pomiarowe znajdują się po lewej stronie (wzdłuż pojazdu) agregatu chłodniczego i mają swobodny dostęp.

Paliwo jest dostarczane do silnika gaźnika ze zbiornika zamocowanego na górze urządzenia.

Instalacja chłodnicza to zamknięty hermetyczny system składający się z czterech głównych części: chłodnicy powietrza, sprężarki freonowej, skraplacza i termostatycznego zaworu rozprężnego, połączonych szeregowo rurociągami. Układ ten wypełniony jest czynnikiem chłodniczym freon-12, który krąży w nim w sposób ciągły, przechodząc1 z jednej części do drugiej.

Sprężarka zasysa pary freonu powstałe podczas wrzenia z chłodnicy powietrza 8, spręża je do ciśnienia skraplania. Równocześnie ze wzrostem ciśnienia pary wzrasta również ich temperatura do 70-80°C. Podgrzane opary freonu ze sprężarki są pompowane rurociągiem do skraplacza. Para freonu skrapla się w skraplaczu, czyli zamienia się w ciecz. Kondensacja par odbywa się w wyniku ich pozbawienia. ciepła przez powietrze dmuchane na zewnętrzną powierzchnię skraplacza.

Płynny freon ze skraplacza trafia do odbiornika (zbiornika rezerwowego). Z odbiornika ciekły freon przesyłany jest do wymiennika ciepła, gdzie przechodząc przez wężownice ulega przechłodzeniu w wyniku wymiany ciepła z przemieszczającymi się w jego kierunku zimnymi parami freonu z chłodnicy powietrza. Następnie ciekły freon trafia do filtra-osuszacza, gdzie jest oczyszczany z wilgoci i zanieczyszczeń substancją pochłaniającą wilgoć - żelem krzemionkowym.

Ryż. 2. Chłodzenie
1 - panel kontrolny; 2 - tablica przyrządów; 3 - blok wentylatorów; 4 - skraplacz;5 - filtr-osuszacz; 9- wymiennik ciepła; 10- ściana termoizolacyjna; 1. silnik UD-2; 15 - przekaźnik-regulator RR24-G; 16 - presor termostatyczny FV-6; 19 - silnik elektryczny A-51-2;

Z filtro-osuszacza ciekły freon kierowany jest do termostatycznego zaworu rozprężnego, który służy do regulacji ilości freonu wpływającego do chłodnicy powietrza (parownika).

W zaworze termostatycznym, przechodzącym przez otwór o małej średnicy, freon jest dławiony, to znaczy gwałtownie obniża swoje ciśnienie. W tym przypadku jego ciśnienie spada od ciśnienia skraplania do ciśnienia parowania.

Spadek ciśnienia prowadzi do obniżenia temperatury freonu. Freon w postaci mieszaniny para-ciecz dostaje się do chłodnicy powietrza przez dystrybutor cieczy i cykl się powtarza.

Freon, przepływając przez rurki chłodnicy powietrza pod niskim ciśnieniem, intensywnie wrze i odparowując przechodzi ze stanu ciekłego w stan pary.

Ciepło potrzebne do odparowania (utajone ciepło parowania) jest odbierane przez freon przez ścianki chłodnicy z powietrza przestrzeni ładunkowej nadmuchiwanego przez wentylator przez żebrowaną powierzchnię chłodnicy.

Ryż. 3. Schemat przepływów powietrza w agregacie chłodniczym: A - przepływ powietrza do chłodzenia skraplacza; B - przepływ powietrza do chłodzenia silnika gaźnika

W tych warunkach temperatura powietrza w przestrzeni ładunkowej spada, a produkty w przestrzeni ładunkowej ochładzają się, oddając swoje ciepło do zimniejszego powietrza.

Zawór termostatyczny dzieli instalację freonową na dwie części: linię wysokiego ciśnienia (ciśnienie tłoczenia lub skraplania) - od komory tłocznej sprężarki do zaworu termostatycznego oraz linię niskiego ciśnienia (ciśnienie ssania lub parowania) - od zaworu termostatycznego do sprężarki wnęka ssąca.

Z chłodnicy powietrza pary freonu są zasysane przez sprężarkę rurociągiem ssącym i podawane do wymiennika ciepła, gdzie przechodząc przez pierścień są przegrzewane przez płynny freon przepływający przez wężownicę. Następnie para freonu dostaje się do sprężarki i opisany poniżej proces cyrkulacji freonu w agregacie chłodniczym odbywa się w obiegu zamkniętym.

W skraplaczu freon, przechodząc z pary w ciecz, oddaje ciepło wdmuchiwanemu powietrzu z otaczającej atmosfery, a w chłodnicy powietrza, przechodząc z cieczy w parę, pochłania ciepło powietrza w przestrzeni ładunkowej, obniżając w ten sposób temperatura w przestrzeni ładunkowej.

Tak więc w agregacie chłodniczym krąży czynnik chłodniczy - freon-12, który sam nie jest zużywany, a jedynie energia mechaniczna sprężarki napędzanej gaźnikiem lub silnikiem elektrycznym jest zużywana na wytwarzanie zimna.

Moc agregatu chłodniczego jest określana na podstawie wydajności chłodniczej na godzinę pracy i jest mierzona ilością ciepła (w kilokaloriach na godzinę), które agregat chłodniczy może pobrać w ciągu godziny z czynnika chłodniczego, w tym przypadku z ładunku chłodziarki przestrzeń.

Sprężarka agregatu chłodniczego napędzana jest przez przekładnię pasową silnikiem gaźnikowym, a przy zasilaniu z sieci elektrycznej silnikiem elektrycznym.

Z koła pasowego sprężarki ruch jest również przenoszony przez pasek klinowy na generator prądu stałego i wał wentylatora, które wytwarzają przepływ powietrza przez skraplacz i chłodnicę powietrza.

Temperatura (od -15° do +4°С) w przestrzeni ładunkowej nadwozia jest utrzymywana automatycznie za pomocą dwupozycyjnego termostatu TDDA.

Gdy wymagane jest utrzymanie dodatniej temperatury w przestrzeni ładunkowej nadwozia, wydajność chłodzenia agregatu można drastycznie zmniejszyć za pomocą zaworu regulacyjnego na przewodzie ssącym. W takim przypadku suwak zaworu należy obrócić do końca w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara.

Przemysłowy sprzęt chłodniczy bardzo się rozpowszechnił w różnych gałęziach przemysłu. Głównym obszarem zastosowania jednostek i instalacji należących do tej klasy jest utrzymanie określonych warunków temperaturowych niezbędnych do długotrwałego przechowywania szerokiej gamy towarów, materiałów i substancji. Stosowane są do chłodzenia cieczy, a także produktów spożywczych, surowców chemicznych, mieszanin procesowych itp.

Główne cechy przemysłowych urządzeń chłodniczych

Stosowany w przemyśle jest w stanie wytworzyć temperatury pracy od -150 do +10C. Jednostki należące do tej klasy są przystosowane do pracy w dość trudnych warunkach i charakteryzują się wysokim stopniem niezawodności podzespołów.

Przemysłowe urządzenia chłodnicze działają na zasadzie pompy ciepła, przekazując energię ze źródła ciepła do radiatora. W zdecydowanej większości przypadków rolą pierwszego jest otoczenie, a czynnikiem chłodniczym jest obiekt odbierający. Te ostatnie należą do klasy substancji zdolnych do wrzenia pod ciśnieniem 1 atm i w temperaturze znacznie różniącej się od temperatury otoczenia.

Przemysłowe urządzenia chłodnicze składają się z 8 głównych elementów:

• kompresor;
• parownik;
• regulator przepływu;
• wentylator;
• zawór elektromagnetyczny;
• zawór zwrotny;

Skraplacz zasysa opary substancji pełniącej funkcję czynnika chłodniczego, gdzie następuje podwyższenie jej ciśnienia i temperatury. Następnie czynnik chłodniczy dostaje się do sprężarki, której najważniejszymi parametrami są sprężanie i przemieszczenie. Skraplacz schładza ogrzaną parę czynnika chłodniczego, dzięki czemu energia cieplna jest przekazywana do otoczenia. Parownik jest elementem, przez który przechodzi chłodzone medium i odparowany czynnik chłodniczy.

Przemysłowe maszyny i instalacje chłodnicze służą do schładzania odpowiednio dużych kubatur, z których korzystają magazyny, składy warzyw, linie zamrażające, tunele mrożące, a także duże i skomplikowane systemy klimatyzacyjne. W szczególności takie sprzęt chłodniczy najczęściej wykorzystywane na potrzeby przemysłu w zakładach przetwórstwa spożywczego (mięso, drób, ryby, mleko itp.)

Klasyfikacja instalacji przemysłowych

Wszystkie przemysłowe agregaty chłodnicze dzielą się na kompresorowe i absorpcyjne. W pierwszym przypadku sprzęt chłodniczy to maszyna do skraplania pary, która spręża czynnik chłodniczy przez sprężarkę lub turbosprężarkę. Takie systemy wykorzystują freon lub amoniak jako najskuteczniejsze substancje pod względem pochłaniania temperatury.

Instalacje absorpcyjne skraplają czynnik chłodniczy w postaci pary ze stałym lub ciekłym absorbentem, z którego substancja robocza odparowuje po podgrzaniu z powodu wyższego ciśnienia cząstkowego. Jednostki te działają w sposób ciągły i przerywany, a pierwszy typ jednostek dzieli się na pompujące i dyfuzyjne.

Urządzenia chłodnicze sprężarkowe różnią się w zależności od typu sprężarki na jednostki otwarte, półhermetyczne i hermetyczne. W zależności od sposobu chłodzenia agregatu skraplającego maszyny wyposażone są w systemy chłodzenia wodnego lub powietrznego. Agregaty absorpcyjne zużywają w procesie eksploatacji większą ilość wody oraz charakteryzują się znacznymi gabarytami i wagą. Posiadają szereg zalet w porównaniu ze sprężarkowymi agregatami chłodniczymi, w szczególności prostą konstrukcję, większą niezawodność podzespołów, a także możliwość zastosowania niedrogich źródeł ciepła oraz cichą pracę.

W zależności od wydajności przemysłowych urządzeń chłodniczych obliczana jest ilość możliwej emisji energii cieplnej. Ciepło to można wykorzystać na 3 sposoby:
- do otoczenia. Wymiana ciepła odbywa się za pomocą zewnętrznej sprężarki.
- w obszarze produkcyjnym. W takim przypadku uwolniona energia cieplna pozwala zaoszczędzić środki finansowe potrzebne na ogrzewanie.
- odzyskiwanie energii. Uwolnione ciepło jest przekazywane tam, gdzie jest najbardziej potrzebne.

Główne rodzaje przemysłowych urządzeń chłodniczych

Przy wyborze przemysłowych urządzeń chłodniczych należy kierować się głównymi parametrami technicznymi proponowanych modeli. Szczególną uwagę należy zwrócić na maksymalną ilość wydzielanego ciepła oraz jego dynamikę podczas zmiany produkcyjnej. Ponadto ważne jest, aby wziąć pod uwagę wskaźnik oporu hydraulicznego jednostek i elementów systemu. Konieczne jest określenie kierunku odprowadzania ciepła, a także podjęcie decyzji o możliwości zduplikowania całego układu chłodniczego.

Do tej pory w przemyśle najczęściej stosowane są następujące typy urządzeń chłodniczych:

• . Tego typu agregaty stosowane są w produkcji mięsnej, wędliniarskiej, rybnej oraz piekarniczej.
• szafy i komory zamrażania szokowego. Sprzęt tego typu jest stosowany w przedsiębiorstwach zajmujących się produkcją ryb, produktów mięsnych i warzywnych, a także przetwarzaniem i przechowywaniem owoców, jagód itp.
• schładzacze żywności. Ten typ urządzeń chłodniczych doskonale nadaje się do chłodzenia różnych płynów i niektórych kategorii produktów spożywczych;
• chillery do chłodzenia tworzyw sztucznych. Jednostki takie służą do chłodzenia surowych polimerów oraz wyrobów gotowych.
• separatory cieczy oraz odbiorniki i kolektory;
• zamrażające tunele. Tego typu urządzenia służą do zamrażania towarów jednostkowych, pakowanych i pakowanych w dużych ilościach.

Aby nawigować w przypadku awarii sprzętu kuchennego, wiele gospodyń domowych jest zmuszonych zrozumieć zasadę działania wielu urządzeń, takich jak: kuchenka elektryczna, mikrofalówka, lodówka i inne. Główną funkcją chłodni jest utrzymywanie świeżości pożywnej żywności, dlatego musi ona być stale w ruchu, a z usług specjalisty od napraw nie można skorzystać natychmiast. Zrozumienie, jak działa lodówka, pomoże zaoszczędzić zasoby finansowe i czasowe, a wiele usterek można naprawić ręcznie.

Wnętrze lodówki

Każdy wie, jak działa lodówka, w prostych słowach - to urządzenie zamraża i chłodzi różnorodne produkty, pozwalając im uniknąć psucia się przez jakiś czas.

Jednocześnie nie wszyscy znają pewne cechy tego urządzenia: z czego składa się lodówka, skąd bierze się zimno w wewnętrznej płaszczyźnie komory, jak powstaje w lodówce i dlaczego urządzenie od czasu do czasu się wyłącza czas.

Aby zrozumieć te kwestie, należy szczegółowo rozważyć zasadę działania lodówki.. Na początek zauważamy, że masy zimnego powietrza nie powstają same: spadek temperatury powietrza odbywa się wewnątrz komory podczas pracy urządzenia.

Ten sprzęt chłodniczy składa się z kilku głównych części:

• płyn chłodzący;
• parownik;
• kondensator;
• kompresor.

Sprężarka to swego rodzaju serce każdego agregatu chłodniczego.. Ten element odpowiada za cyrkulację czynnika chłodniczego przez dużą liczbę specjalnych rurek, z których część znajduje się za lodówką. Pozostałe części są ukryte we wnętrzu komory pod panelem.

Podczas pracy sprężarka, jak każdy silnik, jest narażona na znaczne ciepło, dlatego potrzebuje trochę czasu, aby ostygnąć. Aby to urządzenie nie straciło swojej wydajności z powodu przegrzania, wbudowany jest w niego przekaźnik, który otwiera obwód elektryczny przy określonych wskaźnikach temperatury.

Rury znajdujące się na zewnętrznej powierzchni urządzenia chłodniczego to skraplacz. Ma za zadanie oddawać energię cieplną na zewnątrz. Sprężarka, pompując czynnik chłodniczy, przesyła go do skraplacza za pomocą wysokiego ciśnienia. W efekcie substancja o gazowej strukturze (izobutan lub freon) staje się płynna i zaczyna się nagrzewać. Nadmiar ciepła jest następnie rozpraszany w pomieszczeniu, dzięki czemu chłodzenie czynnika chłodniczego następuje w sposób naturalny. Z tego powodu zabrania się instalowania urządzeń grzewczych w pobliżu lodówek.

Właściciele, którzy znają zasadę działania lodówki, starają się zaaranżować dla swojego „pomocnika kuchennego” najbardziej optymalne warunki chłodzenia skraplacza i sprężarki. Pozwala to wydłużyć jego żywotność..

Aby uzyskać chłód w komorze wewnętrznej, znajduje się kolejna część systemu rur, do której za skraplaczem trafia skroplona substancja gazowa - nazywana jest parownikiem. Element ten jest oddzielony od skraplacza filtrem osuszającym i kapilarą. Zasada chłodzenia wewnątrz komory:

• W parowniku freon zaczyna wrzeć i rozszerzać się, ponownie przekształcając się w gaz. W tym przypadku energia cieplna jest absorbowana.
• Rury w komorze chłodzą nie tylko masy powietrza jednostki, ale również same się ochładzają.
• Czynnik chłodniczy jest następnie przesyłany z powrotem do sprężarki i cykl się powtarza.

Aby pożywne produkty spożywcze nie zamarzały w lodówce, w urządzeniu wbudowany jest termostat. Specjalna skala umożliwia ustawienie wymaganego stopnia schłodzenia, a po osiągnięciu żądanych wartości sprzęt automatycznie się wyłącza.

Modele jednokomorowe i dwukomorowe

Jednostka chłodząca powietrze w każdej lodówce ma ogólną zasadę działania. Jednak nadal istnieją różnice w funkcjonowaniu różnych urządzeń. Opierają się one na charakterystyce ruchu czynnika chłodniczego w szafach chłodniczych z jedną lub parą komór.

Schemat, który został przedstawiony nieco wyżej, jest typowy dla modeli jednokomorowych. Niezależnie od umiejscowienia parownika zasada działania będzie taka sama. Jeśli jednak zamrażarka znajduje się pod lub nad komorą chłodzącą, do stabilnej i pełnej pracy lodówki wymagana jest dodatkowa sprężarka. W przypadku zamrażarki zasada działania będzie taka sama.

Komora chłodząca, w której temperatura nie spada poniżej zera, uruchamia się dopiero po wystarczającym ostygnięciu i wyłączeniu zamrażarki. Właśnie w tym momencie czynnik chłodniczy z układu zamrażarki jest przesyłany do komór o dodatniej temperaturze, a cykl parowania/kondensacji jest już na niższym poziomie, więc nie da się dokładnie określić, jak długo musi pracować sprzęt chłodniczy, zanim nastąpi automatyczne wyłączenie . Wszystko zależy od ustawienia termostatu i pojemności zamrażarki.

Funkcja szybkiego zamrażania

Ta funkcja jest typowa dla lodówek dwukomorowych. W tym trybie lodówka może pracować nieprzerwanie przez długi czas. Szybkie zamrażanie jest przeznaczone do efektywnego zamrażania produktów w dużych ilościach..

Po włączeniu opcji na panelu zapalają się specjalne diody sygnalizujące pracę sprężarki. Tutaj należy wziąć pod uwagę fakt, że praca urządzenia nie zostanie automatycznie zatrzymana, a zbyt długa praca lodówki może niekorzystnie wpłynąć na jej stan.

Po ręcznym wyłączeniu urządzenia, kontrolki same się wyłączą i wyłączy się napęd sprężarki.

Nowoczesne lodówki są wyposażone w szeroką gamę funkcji. A dziś gospodynie domowe wiedzą o istnieniu funkcji automatycznego rozmrażania. Systemy chłodzenia bezzamarzającego i kroplowego znacznie ułatwiły życie człowiekowi, ale zasada działania lodówki pozostała taka sama.

Podstawowe pojęcia związane z obsługą maszyny chłodniczej

Chłodzenie w klimatyzatorach odbywa się dzięki pochłanianiu ciepła podczas wrzenia cieczy. Kiedy mówimy o wrzącej cieczy, naturalnie myślimy o niej jako o gorącej. Jednak nie jest to do końca prawdą.

Po pierwsze, temperatura wrzenia cieczy zależy od ciśnienia otoczenia. Im wyższe ciśnienie, tym wyższa temperatura wrzenia i odwrotnie: im niższe ciśnienie, tym niższa temperatura wrzenia. Przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym równym 760 mm Hg. (1 atm) woda wrze w temperaturze plus 100°C, ale przy niskim ciśnieniu, jak np. w górach na wysokości 7000-8000 m, woda zacznie wrzeć już w temperaturze plus 40- 60°C.

Po drugie, w tych samych warunkach różne ciecze mają różne temperatury wrzenia.

Na przykład freon R-22, szeroko stosowany w chłodnictwie, ma temperaturę wrzenia minus 4°,8°C przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym.

Jeśli ciekły freon znajduje się w otwartym naczyniu, to znaczy pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze otoczenia, to natychmiast się gotuje, pochłaniając jednocześnie dużą ilość ciepła z otoczenia lub dowolnego materiału, z którym ma kontakt. W maszynie chłodniczej freon nie gotuje się w otwartym naczyniu, ale w specjalnym wymienniku ciepła zwanym parownikiem. Jednocześnie freon wrzący w rurkach parownika aktywnie odbiera ciepło ze strumienia powietrza obmywając z reguły zewnętrzną żebrowaną powierzchnię rurek.

Rozważmy proces kondensacji pary cieczy na przykładzie freonu R-22. Temperatura skraplania par freonu, jak również temperatura wrzenia, zależy od ciśnienia otoczenia. Im wyższe ciśnienie, tym wyższa temperatura skraplania. I tak np. skraplanie pary freonu R-22 pod ciśnieniem 23 atm rozpoczyna się już w temperaturze plus 55°C. Procesowi skraplania par freonu, jak każdej innej cieczy, towarzyszy wydzielanie do otoczenia dużej ilości ciepła lub w przypadku urządzenia chłodniczego przekazanie tego ciepła do strumienia powietrza lub cieczy w sposób specjalny wymiennik ciepła zwany skraplaczem.

Naturalnie, aby proces wrzenia freonu w parowniku i chłodzenia powietrza, a także proces skraplania i odprowadzania ciepła w skraplaczu był ciągły, konieczne jest ciągłe „wlewanie” ciekłego freonu do parownika oraz stale dostarczać pary freonu do skraplacza. Taki ciągły proces (cykl) realizowany jest w maszynie chłodniczej.

Najbardziej rozbudowana klasa urządzeń chłodniczych opiera się na sprężarkowym obiegu chłodniczym, którego głównymi elementami konstrukcyjnymi są sprężarka, parownik, skraplacz i regulator przepływu (kapilara), połączone rurociągami i stanowiące układ zamknięty, w którym czynnik chłodniczy (freon) krąży w sprężarce. Oprócz zapewnienia cyrkulacji, sprężarka utrzymuje wysokie ciśnienie około 20-23 atmosfer w skraplaczu (na przewodzie tłocznym).

Teraz, gdy rozważyliśmy podstawowe pojęcia związane z działaniem maszyny chłodniczej, przejdźmy do bardziej szczegółowego rozważenia schematu cyklu chłodzenia sprężarkowego, konstrukcji i funkcjonalności poszczególnych komponentów i elementów.

Ryż. 1. Schemat obiegu sprężarki chłodniczej

Klimatyzator to ta sama maszyna chłodnicza przeznaczona do obróbki cieplnej i nawilżania strumienia powietrza. Ponadto klimatyzator posiada znacznie większe możliwości, bardziej rozbudowaną konstrukcję oraz liczne dodatkowe opcje. Obróbka powietrza polega na nadaniu mu określonych warunków, takich jak temperatura i wilgotność, a także kierunek ruchu i ruchliwość (prędkość ruchu). Zastanówmy się nad zasadą działania i procesami fizycznymi zachodzącymi w maszynie chłodniczej (klimatyzatorze). Chłodzenie w klimatyzatorze zapewnia ciągła cyrkulacja, gotowanie i skraplanie czynnika chłodniczego w układzie zamkniętym. Czynnik chłodniczy wrze przy niskim ciśnieniu i niskiej temperaturze, a skrapla się przy wysokim ciśnieniu i wysokiej temperaturze. Schemat ideowy cyklu sprężarkowego chłodzenia pokazano na ryc. 1.

Rozważenie pracy w cyklu zacznijmy od wylotu parownika (sekcja 1-1). Tutaj czynnik chłodniczy jest w stanie pary o niskim ciśnieniu i temperaturze.

Czynnik chłodniczy w postaci pary jest zasysany przez sprężarkę, która podnosi jego ciśnienie do 15-25 atmosfer i temperaturę do plus 70-90°C (rozdział 2-2).

Dalej w skraplaczu gorący parujący czynnik chłodniczy ochładza się i skrapla, to znaczy przechodzi do fazy ciekłej. Skraplacz może być chłodzony powietrzem lub wodą, w zależności od rodzaju układu chłodniczego.

Na wylocie ze skraplacza (punkt 3) czynnik chłodniczy jest w stanie ciekłym pod wysokim ciśnieniem. Wymiary skraplacza dobiera się tak, aby gaz był całkowicie skondensowany w skraplaczu. Dlatego temperatura cieczy na wylocie ze skraplacza jest nieco niższa niż temperatura skraplania. Przechłodzenie w skraplaczach chłodzonych powietrzem wynosi zazwyczaj około plus 4-7°C.

W tym przypadku temperatura skraplania jest o około 10-20°C wyższa od temperatury powietrza atmosferycznego.

Następnie czynnik chłodniczy w fazie ciekłej w wysokiej temperaturze i ciśnieniu wchodzi do regulatora przepływu, gdzie ciśnienie mieszaniny gwałtownie spada, podczas gdy część cieczy może odparować, przechodząc do fazy gazowej. W ten sposób mieszanina pary i cieczy dostaje się do parownika (punkt 4).

Ciecz wrze w parowniku, usuwając ciepło z otaczającego powietrza i ponownie przechodzi w stan pary.

Wymiary parownika dobiera się tak, aby ciecz całkowicie odparowała wewnątrz parownika. W związku z tym temperatura pary na wylocie z parownika jest wyższa niż temperatura wrzenia, dochodzi do tzw. przegrzania czynnika chłodniczego w parowniku. W takim przypadku nawet najmniejsze kropelki czynnika chłodniczego odparowują i żadna ciecz nie dostaje się do sprężarki. Należy zauważyć, że w przypadku przedostania się ciekłego czynnika chłodniczego do sprężarki może dojść do tzw. „uderzenia hydraulicznego”, uszkodzenia i pęknięcia zaworów oraz innych części sprężarki.

Przegrzana para opuszcza parownik (punkt 1) i cykl zostaje wznowiony.

W ten sposób czynnik chłodniczy stale krąży w obiegu zamkniętym, zmieniając swój stan skupienia z ciekłego na gazowy i odwrotnie.

Wszystkie cykle sprężania w chłodnictwie obejmują dwa określone poziomy ciśnienia. Granica między nimi przechodzi przez zawór upustowy na wylocie sprężarki z jednej strony i wylot z regulatora przepływu (z kapilary) z drugiej strony.

Zawór wylotowy sprężarki i wylot sterowania przepływem to punkty podziału pomiędzy stroną wysokiego i niskiego ciśnienia agregatu chłodniczego.

Po stronie wysokiego ciśnienia wszystkie elementy pracują pod ciśnieniem skraplania.

Po stronie niskiego ciśnienia wszystkie elementy pracują pod ciśnieniem parowania.

Chociaż istnieje wiele rodzajów sprężarkowych urządzeń chłodniczych, podstawowy schemat cyklu jest prawie taki sam.

Teoretyczny i rzeczywisty cykl chłodzenia.

Cykl chłodzenia można przedstawić graficznie jako wykres ciśnienia bezwzględnego w funkcji zawartości ciepła (entalpii). Na wykresie (rys. 2) przedstawiono charakterystyczną krzywą obrazującą proces nasycania się czynnika chłodniczego.

Lewa część krzywej odpowiada stanowi nasyconej cieczy, prawa część odpowiada stanowi nasyconej pary. Obie krzywe łączą się w środku w tak zwanym „punkcie krytycznym”, w którym czynnik chłodniczy może znajdować się zarówno w stanie ciekłym, jak i parowym. Strefy po lewej i prawej stronie krzywej odpowiadają przechłodzonej cieczy i przegrzanej parze. Wewnątrz zakrzywionej linii znajduje się strefa odpowiadająca stanowi mieszaniny cieczy i pary.

Rozważmy schemat teoretycznego (idealnego) cyklu chłodzenia, aby lepiej zrozumieć działające czynniki (ryc. 3).

Rozważmy najbardziej charakterystyczne procesy zachodzące w cyklu chłodzenia sprężarkowego.

Sprężanie pary w sprężarce.

Zimny ​​nasycony czynnik chłodniczy w postaci pary wchodzi do sprężarki (punkt C`). W procesie kompresji wzrasta jego ciśnienie i temperatura (punkt D). Zawartość ciepła wzrasta również o wielkość określoną przez odcinek HC'-HD, czyli rzut prostej C'-D na oś poziomą.

Kondensacja.

Pod koniec cyklu sprężania (punkt D) gorąca para dostaje się do skraplacza, gdzie zaczyna się skraplać i przechodzi ze stanu gorącej pary w stan gorącej cieczy. To przejście do nowego stanu następuje przy stałym ciśnieniu i temperaturze. Należy zauważyć, że chociaż temperatura mieszaniny pozostaje prawie niezmieniona, to zawartość ciepła zmniejsza się w wyniku odprowadzenia ciepła ze skraplacza i przemiany pary w ciecz, dlatego jest ona przedstawiona na wykresie jako linia prosta równoległa do oś pozioma.

Proces w skraplaczu przebiega w trzech etapach: usuwanie przegrzania (D-E), samo skraplanie (EA) i przechłodzenie cieczy (A-A`).

Rozważmy pokrótce każdy etap.

Usuwanie przegrzania (D-E).

Jest to pierwsza faza występująca w skraplaczu i podczas tej fazy temperatura ochłodzonej pary jest obniżana do temperatury nasycenia lub skraplania. Na tym etapie usuwany jest tylko nadmiar ciepła i nie następuje zmiana stanu skupienia czynnika chłodniczego.

W tej sekcji usuwane jest około 10-20% całkowitego ciepła usuwanego ze skraplacza.

Kondensacja (E-A).

Temperatura skraplania schłodzonej pary i powstałej cieczy pozostaje stała przez całą tę fazę. Następuje zmiana stanu skupienia czynnika chłodniczego wraz z przejściem pary nasyconej w stan nasyconej cieczy. W tej sekcji usuwane jest 60-80% odprowadzanego ciepła.

Dochłodzenie cieczy (A-A`).

Podczas tej fazy czynnik chłodniczy, który znajduje się w stanie ciekłym, ulega dalszemu ochłodzeniu, w wyniku czego obniża się jego temperatura. Okazuje się, że jest to przechłodzona ciecz (w stosunku do stanu cieczy nasyconej) bez zmiany stanu skupienia.

Dochłodzenie czynnika chłodniczego zapewnia znaczne korzyści energetyczne: podczas normalnej pracy spadek temperatury czynnika chłodniczego o jeden stopień odpowiada wzrostowi wydajności agregatu chłodniczego o około 1% przy tym samym poziomie zużycia energii.

Ilość ciepła wytwarzanego w skraplaczu.

Wykres D-A` odpowiada zmianie zawartości ciepła czynnika chłodniczego w skraplaczu i charakteryzuje ilość ciepła uwalnianego w skraplaczu.

Regulator przepływu (A`-B).

Przechłodzona ciecz o parametrach w punkcie A` wpływa do regulatora przepływu (kapilary lub termostatycznego zaworu rozprężnego), gdzie następuje gwałtowny spadek ciśnienia. Jeżeli ciśnienie za reduktorem stanie się dostatecznie niskie, wówczas czynnik chłodniczy może zagotować się bezpośrednio za reduktorem, osiągając parametry punktu B.

Odparowanie cieczy w parowniku (B-C).

Mieszanina cieczy i pary (punkt B) wchodzi do parownika, gdzie odbiera ciepło z otoczenia (przepływ powietrza) i całkowicie przechodzi w stan pary (punkt C). Proces przebiega w stałej temperaturze, ale ze wzrostem zawartości ciepła.

Jak wspomniano powyżej, para czynnika chłodniczego jest nieco przegrzana na wylocie z parownika. Głównym zadaniem fazy przegrzania (C-C`) jest zapewnienie całkowitego odparowania pozostałych kropelek cieczy tak, aby do sprężarki dostała się tylko para czynnika chłodniczego. Wymaga to zwiększenia powierzchni wymiany ciepła parownika o 2-3% na każde 0,5°C przegrzania. Ponieważ przegrzanie zwykle odpowiada 5-8°C, wzrost powierzchni parownika może wynieść około 20%, co jest z pewnością uzasadnione, ponieważ zwiększa wydajność chłodzenia.

Ilość ciepła pochłanianego przez parownik.

Wykres HB-HC` odpowiada zmianie zawartości ciepła czynnika chłodniczego w parowniku i charakteryzuje ilość ciepła pobranego przez parownik.

Prawdziwy cykl chłodniczy.

W rzeczywistości, w wyniku strat ciśnienia występujących w przewodach ssawnym i tłocznym, a także w zaworach sprężarki, obieg chłodniczy przedstawia się na wykresie w nieco inny sposób (rys. 4).

Ze względu na straty ciśnienia na wlocie (sekcja C`-L) sprężarka musi zasysać pod ciśnieniem niższym od ciśnienia parowania.

Z drugiej strony, ze względu na straty ciśnienia na wylocie (sekcja M-D`), sprężarka musi sprężać parę czynnika chłodniczego do ciśnień wyższych od ciśnienia skraplania.

Konieczność kompensacji strat zwiększa pracę sprężania i zmniejsza efektywność cyklu.

Oprócz strat ciśnienia w rurociągach i zaworach, na odchylenie rzeczywistego cyklu od teoretycznego wpływają również straty podczas procesu sprężania.

Po pierwsze, proces sprężania w sprężarce różni się od adiabatycznego, więc rzeczywista praca sprężania jest większa niż teoretyczna, co również prowadzi do strat energii.

Po drugie, w sprężarce występują straty czysto mechaniczne, prowadzące do wzrostu wymaganej mocy silnika sprężarki i zwiększenia pracy sprężania.

Po trzecie, w związku z tym, że ciśnienie w cylindrze sprężarki na końcu cyklu ssania jest zawsze niższe niż prężność pary przed sprężarką (ciśnienie parowania), spada również wydajność sprężarki. Ponadto sprężarka zawsze ma objętość, która nie jest zaangażowana w proces sprężania, na przykład objętość pod głowicą cylindrów.

Ocena wydajności cyklu chłodzenia

Wydajność cyklu chłodniczego jest zwykle mierzona za pomocą współczynnika sprawności lub współczynnika sprawności termicznej (termodynamicznej).

Współczynnik sprawności można obliczyć jako stosunek zmiany ciepła czynnika chłodniczego w parowniku (HC-HB) do zmiany ciepła czynnika chłodniczego podczas procesu sprężania (HD-HC).

W rzeczywistości reprezentuje stosunek mocy chłodniczej do mocy elektrycznej zużywanej przez sprężarkę.

Ponadto nie jest wskaźnikiem wydajności urządzenia chłodniczego, ale parametrem porównawczym w ocenie efektywności procesu przekazywania energii. Na przykład, jeśli agregat chłodniczy ma współczynnik sprawności cieplnej 2,5, oznacza to, że na każdą jednostkę energii elektrycznej zużywanej przez agregat chłodniczy wytwarzane jest 2,5 jednostki chłodu.

Proces chłodzenia w maszynie chłodniczej opiera się na fizycznym zjawisku pochłaniania ciepła podczas wrzenia ()cieczy. Temperatura wrzenia cieczy zależy od właściwości fizycznych cieczy i ciśnienia otoczenia Im wyższe ciśnienie, tym wyższa temperatura cieczy i odwrotnie, im niższe ciśnienie, tym niższa temperatura cieczy wrze i odparowuje W tych samych warunkach różne ciecze mają różne temperatury wrzenia , więc na przykład przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym woda wrze w temperaturze + 100 ° C, alkohol etylowy + 78 ° C, R-22 minus 40,8 ° C, freon R-502 minus 45,6°C, freon R-407 minus 43,56°С, ciekły azot minus 174°С.

Ciekły freon, który jest obecnie głównym czynnikiem chłodniczym maszyny chłodniczej, który znajduje się w otwartym naczyniu przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym, natychmiast się gotuje. W tym przypadku dochodzi do intensywnego pochłaniania ciepła z otoczenia, naczynie pokrywa się szronem na skutek skraplania i zamarzania pary wodnej z otaczającego powietrza. Proces wrzenia ciekłego freonu będzie trwał do momentu, gdy cały freon przejdzie w stan gazowy lub ciśnienie nad ciekłym freonem wzrośnie do pewnego poziomu i zatrzyma się proces jego parowania z fazy ciekłej.

Podobny proces wrzenia czynnika chłodniczego zachodzi w maszynie chłodniczej, z tą tylko różnicą, że czynnik chłodniczy wrze nie w otwartym naczyniu, ale w specjalnym, szczelnym wymienniku ciepła, który nazywa się -. Jednocześnie czynnik chłodniczy wrzący w rurkach parownika aktywnie absorbuje ciepło z materiału rurek parownika. Z kolei materiał rur parownika jest przemywany cieczą lub powietrzem, w wyniku czego ciecz lub powietrze ulegają schłodzeniu.

Aby proces wrzenia czynnika chłodniczego w parowniku przebiegał w sposób ciągły, konieczne jest ciągłe usuwanie czynnika gazowego z parownika i „dodawanie” czynnika ciekłego.

Do odprowadzania wytworzonego ciepła służy aluminiowy wymiennik ciepła z żebrowaną powierzchnią, zwany skraplaczem. Aby usunąć opary czynnika chłodniczego z parownika i wytworzyć ciśnienie niezbędne do skraplania, stosuje się specjalną pompę - sprężarkę.

Elementem agregatu chłodniczego jest również regulator przepływu czynnika chłodniczego, tzw. throttling. Wszystkie elementy maszyny chłodniczej są połączone rurociągiem w obwód szeregowy, zapewniając w ten sposób układ zamknięty.

Zasada działania agregatów chłodniczych. Wideo