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.
Охлаждение подразделяется на естественное и искусственное. На первое энергия не тратится. Причем температура объекта стремится к температуре окружающего воздуха. Искусственное охлаждение представляет собой снижение температуры объекта до уровня ниже такого же показателя среды. Для такого охлаждения нужны холодильные машины или устройства. Обычно они применяются в промышленности для достижения нужных условий хранения, течения химических реакций, безопасности. Тепловые и холодильные машины очень широко применяются и в быту. Их принцип работы базируется на явлениях сублимации и конденсации.
Это самый доступный и простой вид охлаждения. Особенно удобен он в районах, где есть возможность накопления естественного льда.
В качестве средства охлаждения лед используется в процессе заготовки и хранения рыбы, при краткосрочном хранении овощной продукции, транспортировке пищевых продуктов в охлажденном виде. Лед применяется в погребах и ледниках. В таком оборудовании очень важна теплоизоляция. В стационарных ледниках стены гидро- и теплоизолированы. Они рассчитаны на температурный диапазон +5...+8°С.
Льдосоляной метод охлаждения позволяет достичь поддержки еще более низких температурных условий в объеме, подвергаемом охлаждению. Совместное использование льда и соли дает возможность снизить температуру, при которой лед тает. Таков принцип. Принцип холодильной машины.
Для этой цели смешивается лед и хлористый натрий. В зависимости от концентрации соли температура льда колеблется от -1,8 до -21,2°С.
До минимума температура плавления доходит, если соли в смеси 23%. В этом случае лед не тает при минимальном показателе.
Сухой лед служит для поддержания низких температур в процессе хранения фруктов, мороженого, овощей, полуфабрикатов. Так называют твердое состояние углекислоты. При атмосферном давлении и нагреве она из твердой становится газообразной, пропуская фазу жидкости. Производительность холода у сухого льда вдвое больше, чем у водяного. Когда происходит сублимация сухого льда, получается углекислый газ, который, помимо всего прочего, выполняет консервирующие функции, способствуя сохраннности продуктов.
Методы охлаждения с использованием льда имеют и ряд недостатков, ограничивающих их применение. В связи с этим главным методом генерации холода становится машинное охлаждение.
Машинное охлаждение представляет собой производство холода, которое производят холодильные машины и установки. У этого способа есть несколько достоинств:
Принцип работы холодильной машины таков. Безусловно, человеку, который только лишь пользуется холодильной машиной или разыскивает ее, совсем не обязательно глубоко и всесторонне разбираться в работе холодильных машин. При этом знание основополагающих принципов работы таких установок будет совсем не лишним. Эта информация способна оказать помощь в осознанном выборе оборудования и облегчит беседу с профессионалами при выборе холодильного оборудования.
Также важно разбираться, как происходит работа холодильной машины. В ситуациях, когда холодильное оборудование отказывает и требуется вызов специалиста, имеет смысл вникнуть в принцип действия подобных машин. Ведь понимание объяснений специалиста о том, что нужна замена или ремонт какой-либо детали холодильной машины, позволит не потерять лишних денег.
Главный принцип работы холодильной машины - отвод тепла от объекта, подвергаемого охлаждению, и его перенос к другому объекту. Важно понимание того, что нагревание или сжатие объекта сопровождается передачей ему энергии, а охлаждение и расширение отбирает энергию. На этом основана передача тепла.
Для переноса тепла холодильные машины используют хладагенты - специальные вещества, отнимающие теплоту у объекта охлаждения в ходе кипения и расширения при постоянной температуре. В дальнейшем после сжатия энергия передается охлаждающей среде посредством конденсации.
Компрессором холодильной машины обеспечивается кругооборот хладагента в системе, его кипение в испарителе с нагнетанием в блок конденсатора.
Он призван отсасывать хладагент фреон в газообразном состоянии из испарителей, и, сжимая, нагнетать в конденсатор, где он превращается в жидкость. Затем фреон в жидком состоянии накапливается в ресивере. Этот узел оборудован входными и выходными запорными вентилями. Дальнейший путь хладагента - из ресивера в фильтр-осушитель. Здесь остатки влаги и примеси удаляются и поступают в испаритель.
В испарителе хладагент достигает кипения, что отбирает теплоту у охлаждаемого объекта. Далее хладагент уже в газообразном состоянии попадает из испарителя в компрессор, очищаясь через фильтр от загрязнений. Далее рабочий цикл агрегата повторяется, это и есть принцип. Принцип холодильной машины.
Объединение совокупности деталей и узлов холодильной машины на едином каркасе принято называть холодильным агрегатом. Совмещение узлов холодильной машины производителем делает удобнее монтаж, и происходит он быстрее.
Холодопроизводительность таких агрегатов - параметр, представляющий собой количество тепла, отнимаемое у среды, подвергаемой охлаждению за один час. При различных режимах работы производительность холода варьируется в широком диапазоне. Когда растет температура конденсации и понижается градус испарения, производительность уменьшается.
Холодильные машины, используемые в торговых организациях, в роли хладагентов используют хладон или фреон, а для заморозки в промышленных масштабах - аммиак.
Хладон представляет собой тяжелый газ без цвета и со слабым запахом, ощутимым, лишь когда его концентрация в воздухе достигает 20%. Газ не горюч и не взрывчат. В хладоне хорошо растворимы смазочные масла. При больших температурах они составляют с ним однородную смесь. Хладон не влияет на вкусовые качества, аромат и цвет продуктов.
В холодильных установках с хладоном не должно быть более 0,006% массы влаги. Иначе она замерзает в тонких трубках, препятствуя работе холодильной машины. Из-за высокой текучести газа нужна хорошая герметизация агрегатов.
Аммиак - бесцветный резко пахнущий газ, опасный для человеческого организма. Его допустимое содержание в воздухе — 0,02 мг/л. Когда концентрация доходит до 16%, возможен взрыв. При содержании газа свыше 11% и открытом пламени рядом начинается горение.
Холодильные машины широко используются в различных областях промышленности. Они предназначены для отвода тепла от объектов, температура которых должна быть ниже, чем у окружающей среды. Низшим порогом является минус 150 градусов, а высшим - плюс 10.
Устройства применяют для охлаждения продуктов питания и жидкостей (например, шкафы для машины чиллеры). Существует оборудование для охлаждения пластмасс, используемое в химической промышленности и других сферах.
Среди всех используемых для охлаждения устройств наибольший интерес представляют холодильные комплектные машины. Это оборудование, которое подобрано специальным образом, учитывая цели его использования.
Например, применяют устройства для продуктов, позволяющие сохранить потребительские свойства товаров; приспособления для охлаждения жидкостей, предназначенных для химической деятельности, и т.д. Такие машины монтируются в месте размещения холодильной камеры и дополнительно могут оснащаться различными компонентами, которые расширяют функционал устройств.
Спросом также пользуются такие холодильные машины, как генераторы чешуйчатого льда. Они применяются в мясной, рыбной, хлебобулочной и колбасной индустрии. Камеры и шкафы для заморозки (шоковой) позволяют хранить пельмени, рыбу, мясо, овощи, ягоды и фрукты.
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.
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:
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.)
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.
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:
Чтобы сориентироваться при выходе из строя кухонного оборудования, многие домохозяйки вынуждены разбираться в принципе работы многих устройств, таких как: электроплита, микроволновая печь, холодильник и другие. Главная функция холодильной камеры - сохранение питательных продуктов в свежем состоянии, поэтому она должна работать постоянно, а услугами специалиста по ремонту невозможно воспользоваться мгновенно. Понимание того, как работает холодильник, поможет сэкономить финансовые и временные ресурсы, а многие неисправности можно будет починить своими руками.
Всем известно как работает холодильник, простыми словами - это оборудование замораживает и охлаждает самые разные продукты, позволяя избежать их порчи в течение некоторого времени.
При этом далеко не все знают определенные особенности данного устройства: из чего состоит холодильник, откуда берется холод во внутренней плоскости камеры, как он создается рефрижератором и почему устройство время от времени выключается.
Чтобы разобраться в данных вопросах, необходимо подробно рассмотреть принцип работы холодильника . Для начала отметим, что холодные воздушные массы возникают не сами: уменьшение температуры воздуха осуществляется внутри камеры в процессе функционирования агрегата.
Данное холодильное оборудование включает в себя несколько основных частей:
Компрессор - это своеобразное сердце любой холодильной установки
. Этот элемент отвечает за циркуляцию хладагента по большому количеству специальных трубочек, часть которых расположена сзади холодильника. Остальные части замаскированы во внутренней части камеры под панелью.
При работе компрессор, как и всякий мотор, подвергается значительному нагреву, поэтому ему необходимо некоторое время для остывания. Чтобы этот агрегат не утратил работоспособность из-за перегрева, в него встроено реле, размыкающее электроцепь при определенных температурных показателях.
Трубки, расположенные на наружной поверхности холодильного оборудования - это конденсатор. Он предназначен для выделения тепловой энергии наружу. Компрессор, осуществляя перекачку хладагента, отправляет его внутрь конденсатора посредством высокого давления. В итоге вещество с газообразной структурой (изобутан или фреон) становится жидким и начинает нагреваться. Лишнее тепло при этом рассеивается в помещении, чтобы охлаждение хладагента произошло естественным путем. Именно по этой причине запрещено устанавливать нагревательные приборы рядом с холодильниками.
Хозяева, которые знают о принципе работы холодильного шкафа, стараются устроить своему «кухонному помощнику» самые оптимальные условия для охлаждения конденсатора и компрессора. Это позволяет продлить срок его эксплуатации .
Для получения холода во внутренней камере есть иная часть трубочной системы, в которое сжиженное газообразное вещество отправляется после конденсатора - она называется испарителем. Этот элемент отделен от конденсатора осушающим фильтром и капилляром. Прицип охлаждения внутри камеры :
Для того чтобы питательные продукты не заледенели внутри холодильника, в оборудование встроен терморегулятор. Специальная шкала дает возможность выставить необходимую степень охлаждения, и после достижения нужных значений оборудование автоматически выключается.
Агрегат, охлаждающий воздух, в каждом рефрижераторе имеет общий принцип устройства. Однако отличия в функционировании разного оборудования все же имеются. Они основываются на особенностях перемещения хладагента в холодильных шкафах с одной или парой камер.
Схема, которая была представлена чуть выше, характерна для моделей однокамерного типа. Независимо от места расположения испарителя принцип функционирования будет единым . Однако если морозильная камера расположена под или над охлаждающим отсеком, то для стабильной и полноценной работы рефрижератора необходим дополнительный компрессор. Для морозилки принцип работы будет прежним.
Охлаждающий отсек, в котором температурные показатели не опускаются ниже нулевой отметки, запускается лишь после того, как морозильник охладился в достаточной степени и выключился. Как раз в это мгновение хладагент из морозильной системы отправляется в камеры с положительной температурой, и цикл испарения/конденсации проходит уже на более низком уровне, потому невозможно точно сказать, сколько нужно проработать холодильному оборудованию до автоматического выключения. Тут все зависит от настройки терморегулятора и объема камеры-морозилки.
Данная функция характерна для двухкамерных холодильников. В таком режиме холодильник может беспрерывно работать достаточно долго. Предназначена же быстрая заморозка для эффективного промораживания продуктов в больших объемах
.
После активации опции, на панели зажигаются специальные светодиодные индикаторы, показывающие, что компрессор запущен. Тут нужно учитывать то, что функционирование агрегата не будет остановлено автоматически, а слишком долгая работа холодильника может негативно сказаться на его состоянии.
После ручного отключения установки индикаторы сами погаснут, а компрессорный привод выключится.
Современные холодильники оснащены большим количеством самых разных функций. И сегодня домохозяйки знают о существовании функции автоматической разморозки. Необмерзающие и капельные холодильные системы сделали человеческую жизнь гораздо проще, но принцип действия холодильника остался прежним.
