Принцип работы фреоновой холодильной установки

Принцип работы фреоновых систем охлаждения

Дання статья является переводом, ананлогичной статьи с сайта phase-change.com
Данная статья написана Bowman, и опубликованна с его разрешения. Вот линк на оригинал: Beginner’s class 101 by BOWMAN

Хладогены — 134a, r12, r22, r502, r290 и другие. В принципе, любой газ, который переходит в жидкое состояние под давлением и .

Дання статья является переводом, ананлогичной статьи с сайта phase-change.com
Данная статья написана Bowman, и опубликованна с его разрешения. Вот линк на оригинал: Beginner’s class 101 by BOWMAN

Хладогены — 134a, r12, r22, r502, r290 и другие. В принципе, любой газ, который переходит в жидкое состояние под давлением и при кипении, испаряясь, забирает тепло, может подойти для наших целей. Единственное различие между всеми хладогенами это температура кипения.

Компрессор – в самом названии кроется его предназначение. Сжимает хладоген, превращая его в газ высокого давления. Это позволяет хладогену легко конденсироваться в жидкость.

Конденсер (радиатор) – охлаждается воздухом или жидкостью. Он охлаждает хладоген, который под давлением поступает в радиатор, конденсируясь в жидкость.

Испаритель – ну конечно же испаряет. Это место где хладоген в жидком состоянии, испаряясь переходит в газ. Этот процесс сопровождается поглощением тепла. На рисунке показан обычный испаритель, используемый в системах охлаждения (кондиционеры).

Осушитель/Фильтр – используется для удержания влаги и предотвращает ее взаимодействие с хладогеном. При взаимодействии хладогена и влаги возможно появление вредных кислот. Также осушитель содержит фильтр, который удерживает мелкие частички (пылинки) от попадания в капиллярную трубку или расширительный клапан. Это нужно для предотвращения засорения капиллярной трубки. На картинке изображен осушитель с фильтром (справа) и без него (слева)

Расширительный клапан (капиллярная трубка) – место, где хладоген находящийся под
давлением перетекает в область пониженного давления. В последствии хладоген начинает кипеть и испаряться. Расширительный клапан это механическое устройство, которое открывается и закрывается, регулируя поступление хладогена. Также можно использовать капиллярную трубку (0.026″ диаметром). Изменяя диаметр капилляра или его длину можно регулировать поступление фреона.

Хладоген двигается по кругу через всю систему. Хладоген начинает свой путь в компрессоре, где он сжимается и превращается в газ высокого давления. Газ движется далее к кондесеру, где благодаря высокому давлению и соответствующему охлаждению переходит в жидкость. Там же хладоген собирается в нижней части конденсера в виде стекающей жидкости. Далее жидкость движется к фильтру/осушителю. Жидкость проталкивается через фильтр, а меленькие частицы остаются внутри. Это предохраняет капиллярную трубку или расширительный клапан от закупоривания или поломки. Также осушитель защищает систему от попадания влаги в испаритель. Влага может прореагировать с газообразным хладогеном, образуя соединения, которые могут повредить систему. Попадание влаги в компрессор может вывести его из строя. Итак, хладоген в жидком состоянии находится в капиллярной трубке или расширительном клапане. Прежде чем двигаться дальше следует рассмотреть этот участок подробнее.
Проталкивание хладогена через капиллярную трубку или расширительный клапан дает нам три вещи:
1-я – это то, что данный участок разделяет систему на область высокого и низкого давления. Разделение потока хладогена позволяет компрессору поддерживать давление по одну сторону от капиллярной трубки или расширительного клапана. Это также дает нам область низкого давления, которая нужна для нормального кипения хладогена. Чем ниже давление в этой области, тем ниже точка кипения хладогена. Это дает нам низкую температуру испарителя.
2-я – это то, что мы можем контролировать поступление хладогена в испаритель. Поддержание соответствующего объема поступающего хладогена очень важно. Слишком много хладогена в испарителе может заполнить его. Это вызовет повышение давления в испарителе (большее количество кипящего хладогена, которое может вместить испаритель, приводит к повышению давления). При повышении давления повышается точка кипения хладогена, тем самым увеличивается температура испарителя. К тому же происходит неэффективное использование хладогена.
В другом случае, недостаточное количество хладогена приведет к неполному съему тепла в испарителе. В этом случае выделяющегося тепла будет больше чем поглощающегося и эффекта от охлаждения не будет.
3-я – это то, что если жидкого хладогена будет слишком много в испарителе, испаритель переполнится избыточной жидкостью и она попадет в компрессор. Это ОЧЕНЬ, ОЧЕНЬ плохо. Компрессор спроектирован для сжатия газа, а не жидкости! Этим мы просто испортим компрессор.
Существуют два способа регулировки количества хладогена поступающего в испаритель. Капиллярная трубка – первый из них. Она представляет собой очень тонкую трубку. Внутренний диаметр приблизительно 0.026″. Путем удлинения или укорачивания капилляра, а также подбором внутреннего диаметра можно регулировать поступление хладогена в испаритель.

Теперь поговорим о расширительном клапане. Клапан имеет входной и выходной штуцер, но также имеет расширяющийся температурный датчик, который устанавливается в конце испарителя. Следовательно при повышении или понижении температуры, датчик изменяет давление внутри себя и тем самым регулирует небольшой плунжер внутри расширительного клапана. Таким образом больше или меньше хладогена, в зависимости от положения плунжера, поступает в испаритель. Некоторые расширительные клапаны имеют линию выравнивания, которая при выключении системы выравнивают давление между зоной высокого и низкого давлния. Это позволяет более легкое включение компрессора после простоя. Здесь рассмотрены только пара видов расширительных клапанов, но их разновидностей еще больше.

Испаритель расположен в конце капиллярной трубки или расширительного клапана, в области низкого давления. Под этим низким давлением хладоген может свободно кипеть. И как было сказано в самом начале, основным различием хладогенов является температура их кипения. Теперь испаритель является местом в котором жидкий хладоген кипит. Существуют множество различных конструкций испарителей. Как раз испаритель – это то место которое, различается в промышленных системах охлаждения и в компьютерных системах охлаждения.
Обычной испаритель в системе охлаждения устроен так, что жидкий хладоген кипит в трубках соединенных между собой пластинчатыми ребрами. В компьютерных системах охлаждения наиболее распространенно использование медных блоков, которые могут передать тепло от источника к испарителю. После того как хладоген испарился, он возвращается “домой” в компрессор, перенося тепло которое было отнято у испарителя. Процесс повторяется снова. Компрессор -> Конденсер -> Фильтр/Осушитель -> Капиллярная трубка/Расширительный клапан -> Испаритель.

Как было сказано в самом начале, основным различием хладогенов является температура их кипения. Но не надо думать что можно с легкостью заменить один хладоген другим. Одни Хладогены заменяемы, другие нет. Ниже приведена таблица названий и температур кипения различных хладогенов.

Надеюсь, эта статья помогла многим понять принципы работы холодильных установок.

Позже я планирую выложить также другие переводы интересных статей посвященных фреонкам.

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ КОМПРЕССИОННОЙ ФРЕОНОВОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Ряд физических, химических и других процессов при низких температурах протекает по-иному, чем при обычных. И поэтому получение многих современных химических продуктов без искусственного охлаждения (холода) вообще было бы невозможно. Первое место по масштабам его применения занимает химическая промышленность.

В настоящее время для получения искусственного холода преимущественно используются холодильные машины, представляющие собой комплекс устройств, с помощью которых за счет потребляемой при этом энергии происходит перенос тепла от тел с низкой температурой к телам с более высокой температурой. По виду затрачиваемой энергии холодильные машины подразделяются на компрессионные, теплоиспользующие и термоэлектрические. Первые из них являются наиболее распространенными как в химической, так и в других отраслях промышленности, а также и в быту.

1. Закрепить теоретические знания по основам искусственного умеренного охлаждения.

2. Практически ознакомиться с работой компрессионной фреоновой холодильной установки.

3. Экспериментально в конкретных условиях определить холодопроизводительность, холодильный коэффициент, термодинамический кпд холодильной установки, затрачиваемую мощность и общий кпд компрессора.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ (рис. 1)

Установка смонтирована на базе бытового компрессионного холодильного агрегата. В качестве холодильного агента в системе циркулирует фреон-12 (дифтордихлорметан CF2 Cl2).

При работе установки пары фреона засасываются из испарителя 5 в поршневой одноцилиндровый компрессор 1. Сжатые пары из компрессора поступают в конденсатор 2, где по мере прохождения по змеевику за счет естественной циркуляции окружающего воздуха охлаждаются и постепенно конденсируются. Из конденсатора жидкий фреон через фильтр-осушитель 3 поступает в капиллярную трубку 4.

Рис. 1. Схема компрессионной холодильной установки:

1 — компрессор; 2 — конденсатор; 3 — фильтр-осушитель;4 — капиллярная трубка; 5 — испаритель; 6 — теплообменник;7 — вентилятор (пылесос); 8 — регулирующий вентиль; 9 — Э — образный манометр.

Капиллярная трубка используется в качестве дросселирующего устройства. Высокое гидравлическое сопротивление ее обуславливает постепенное снижение давления жидкого хладоагента (от давления конденсации при его выходе из конденсатора до давления кипения при входе в испаритель).

Жидкий фреон, попадая в испаритель 5, при низком давлении интенсивно кипит, поглощая при этом тепло от охлаждаемой среды.

Капиллярная трубка 4 на большом протяжении спаяна с трубкой, по которой проходят пары холодильного агента из испарителя в компрессор, имеющие более низкую температуру, чем температура жидкого хладоагента, движущегося по капиллярной трубке из конденсатора в испаритель. Это теплообменник 6. На установке место спая двух трубок закрыто слоем тепловой изоляции для сведения к минимуму теплообмена с окружающей средой. В теплообменнике 6 достигается, с одной стороны, переохлаждение жидкого хладоагента, а с другой — перегрев его паров. Благодаря этому улучшаются не только условия работы компрессора, но и термодинамические характеристики холодильной установки.

Охлаждаемой средой служит воздух, подаваемый в установку с помощью вентилятора (пылесоса) 7. Расход воздуха регулируется вентилем 8 и определяется по потере напора на сопротивление, замеряемого Э -образным манометром 9. Тарировочный график помещен на приборном щите установки.

Для регистрации температуры паров, засасываемых в компрессор, t1, температуры конденсации t3, 4, температуры испарения t6, 7, температуры паров хладоагента t8 на входе в теплообменник 6, а также для замера начальной tн и конечной tк температур охлаждаемого воздуха в соответствующих местах установлены термопары (указаны на рис. 1 фигурными стрелками). Все термопары соединены через многопозиционный переключатель с потенциометром ПП-63 (на рис. 1 не показано).

Соответствие номера позиции переключателя определенной измеряемой температуре указано в специальной таблице, помещенной на приборном щите непосредственно под переключателем.

Цифровые индексы температур повторяют номера соответствующих точек холодильного цикла в координатах p — i , представленного на рис. 2.

После внимательного изучения установки и получения допуска к работе приступить к ее выполнению.

Включить компрессор 1 холодильной машины и вентилятор (пылесос) 7 для подачи воздуха в испаритель 5 (при закрытом вентиле 8). С помощью регулирующего вентиля 8 установить по своему желанию расход воздуха, ориентируясь на показании Э -образного манометра 9 и график зависимости расхода от напора его в сети.

Путем периодического замера температуры tк воздуха на выходе из испарителя 5 определить начало установившегося режима работы холодильной установки, считая, что постоянство температуры tк охлажденного воздуха соответствует постоянству во времени всех параметров системы. При этом необходимо обеспечить неизменность расхода воздуха и следить за температурой его на входе в испаритель — tн, которая также должна быть постоянной.

В установившемся режиме работы определить температуры: паров фреона, поступающего в компрессор, t1; конденсации фреона t3, 4; испарения его t6, 7 и паров фреона t8 на входе в теплообменник 6. Измерение той или иной температуры производится с помощью потенциометра после установки позиционного переключателя на соответствующую позицию, по специальной таблице, помещенной на приборном щите непосредственно под переключателем. Порядок работы с потенциометром дан в описании, помещенном непосредственно на стенде лабораторной установки.

По показаниям Э -образного манометра с помощью тарировочного графика определить объемную производительность V воздуха при температуре tн. Для определения мощности компрессора холодильной машины снять показания амперметра и вольтметра. Все агрегаты выключить.

Результаты эксперимента должны быть точно и аккуратно зафиксированы и предъявлены преподавателю.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1. По полученным в ходе эксперимента данным построить цикл холодильной установки на диаграмме p — i или T — S (по своему желанию или по согласованию с преподавателем). Пример изображения цикла холодильной компрессионной установки с перегревом паров и переохлаждением жидкого хладоагента в координатах p — i дан на рис. 2.

Цикл строят исходя из предположения, что процессы нагрева и охлаждения протекают при постоянных давлениях, кипения и конденсации — при неизменных давлениях и температурах, сжатие пара осуществляется по адиабате, а дросселирование происходит по изоэнтальпе. Это позволяет легко нанести на диаграмму точки 1, 2, 3, 4, 7, 8 (рис. 2).

Положение точки 5, характеризующей состояние переохлажденного жидкого фреона, устанавливается следующим образом. Из теплового баланса теплообменника 6 (см. рис. 1), составленного без учета тепловых потерь в окружающее пространство,

i1 — i8 = i4 — i5 , i5 = i4 — (i1 — i8)

определяется теплосодержание холодильного агента в конце его переохлаждения, то есть в точке 5 (рис. 2).

Здесь i1, 4, 5, 8 — удельные теплосодержания холодильного агента, определяемые по диаграмме в соответствующих точках холодильного цикла, Дж/кг.

После этого на диаграмме находят точку пересечения линии постоянного теплосодержания i5 с изобарой, соответствующей давлению в конденсаторе. Это и будет искомая точка 5.

2. Определить холодопроизводительность установки:

Q = б Gв C (tн — tк).

Здесь Q — холодопроизводительность установки, Вт; б — коэффициент, учитывающий тепловые потери (для установок малой холодопроизводительности можно принять 1, 2); Gв — массовый расход воздуха, кс/с;

G = V? с0? 273/273 + tн ,

где V — объемный расход воздуха, поступающего в испаритель, м3/с; с0 — плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3; tн — температура воздуха на входе в испаритель, оC; C — теплоемкость воздуха при средней температуре, равной (tн + tк)/2, Дж/кг?град.

3. Определить холодильный коэффициент:

Здесь е — холодильный коэффициент; g0 — удельная холодопроизводительность, Дж/кг; gе — удельная работа сжатия паров хладоагента, Дж/кг.

Величины g0 и gе определяют по диаграмме p — i (или T — S) как разность энтальпий в соответствующих точках цикла:

g0 = i7 — i6, gе = i2 — i1,

где i1, 2, 7, 6 — удельные теплосодержания холодильного агента, определяемые по диаграмме в соответствующих точках холодильного цикла, Дж/кг.

4. Определить термодинамический кпд холодильного цикла:

Здесь ек — холодильный коэффициент цикла Карно, определяемый (в принятых обозначениях) как

ек = T6, 7 / T3, 4 — T6, 7,

Рис. 2. Примерное изображение цикла исследуемой холодильной установки на термодинамической диаграмме

где T6, 7 — температура холодильного агента при восприятии тепла, К; T3, 4 — то же при отдаче тепла, К.

5. Определить мощность, расходуемую компрессором:

Здесь N — действительная мощность компрессора, Вт; J — сила тока, А;

V — напряжение, В; ц — коэффициент мощности. Для данной установки принять равным 0,5.

6. Определить общий кпд компрессора:

Здесь Nт — теоретическая мощность компрессора, Вт, определяемая как

где Gф — массовый расход хладоагента, циркулирующего в цикле (количество хладоагента, проходящее через компрессор в секунду), кг/с;

Обозначения и определения остальных величин приведены ранее.

7. Результаты работы представить в виде таблицы экспериментальных данных, необходимых расчетов и изображения холодильного цикла на термодинамической диаграмме (в том или ином масштабе).

Отчет по лабораторной работе оформляется на листах формата II (297х210). Титульный лист должен соответствовать титульному листу методических указаний к работам с указанием кафедры, названия работы, ее номера, фамилии, и.о. студента, группы, специальности и фамилии, и.о. преподавателя, принявшего работу.

В отчете должны быть представлены:

— описание цели работы,

— схема лабораторной установки,

— описание работы установки,

— методика проведения работы,

— полученные экспериментальные данные,

— результаты обработки опытных данных,

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. До начала работы необходимо:

— убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки;

— проверить наличие сухого резинового коврика на полу перед приборным щитом.

2. Во время работы:

— строго руководствоваться данными методическими указаниями;

— не оставлять работающую установку без присмотра;

— докладывать о всех замеченных неполадках преподавателю или учебному мастеру.

3. По окончании работы:

— выключить компрессор холодильной машины и вентилятор (пылесос);

— закрыть вентиль 8 на линии подачи воздуха;

— установить в исходное положение все органы управления и регулирования потенциометра;

— сдать установку дежурному учебному мастеру (лаборанту).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какова цель предстоящей работы?

2. Из каких элементов состоит лабораторная установка и каково назначение каждого из них?

3. Каковы основные элементы данной компрессионной холодильной машины (назвать, указать на установке, объяснить назначение и принципы действия)?

4. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

5. Каков порядок работы с потенциометром?

6. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какие источники энергии могут служить основой получения искусственного холода?

2. Какой вид энергии затрачивается для получения холода в данной лабораторной установке?

3. Каков температурный диапазон области умеренного охлаждения?

4. На каком принципе основана работа компрессионной холодильной установки?

5. Какие холодильные агенты наиболее распространены в настоящее время? Оценка фреона с точки зрения экологии.

6. Каковы основные элементы компрессионной холодильной машины?

7. Каков физический смысл холодильного коэффициента?

8. Каков физический смысл термодинамического кпд холодильной машины?

9. В чем отличие холодильного цикла действительной компрессионной холодильной машины от цикла идеальной машины? Дать количественную оценку по результатам выполненной лабораторной работы.

10. Как графически изобразить цикл холодильной машины на диаграммах T — S и p — i?

(Для более углубленного ознакомления с процессами умеренного охлаждения и оборудованием для их осуществления можно воспользоваться монографией [3]).

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — М.: Химия, 1973.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. — Л.: Химия, 1987.

3. Вайнштейн В.Д., Канторович В.И. Низкотемпературные холодильные установки. — М.: Пищевая пром-сть, 1972.

Устройство и принцип работы холодильной установки

Сегодня в охлаждении нуждается огромное количество продуктов, а еще без холода невозможно реализовать многие технологические процессы. То есть с необходимостью применения холодильных установок мы сталкиваемся в быту, в торговле, на производстве. Далеко не всегда удается использовать естественное охлаждение, ведь оно сможет понизить температуру лишь до параметров окружающего воздуха.

На выручку приходят холодильные установки. Их действие основано на реализации несложных физических процессов испарения и конденсации. К преимуществам машинного охлаждения относится поддержание в автоматическом порядке постоянных низких температур, оптимальных для определенного вида продукта. Также немаловажными являются незначительные удельные эксплуатационные, ремонтные затраты и расходы на своевременное техническое обслуживание.

Как работает холодильная машина

Для получения холода используется свойство холодильного агента корректировать собственную температуру кипения при изменении давления. Чтобы превратить жидкость в пар, к ней подводится определенное количество теплоты. Аналогично конденсация парообразной среды наблюдается при отборе тепла. На этих простых правилах и основывается принцип работы холодильной установки.

Это оборудование включает в себя четыре узла:

• компрессор
• конденсатор
• терморегулирующий вентиль
• испаритель

Между собой все эти узлы соединяются в замкнутый технологический цикл при помощи трубопроводной обвязки. По этому контуру подается холодильный агент. Это вещество, наделенное способностью кипеть при низких отрицательных температурах. Этот параметр зависит от давления парообразного хладагента в трубках испарителя. Более низкое давление соответствует низкой температуре кипения. Процесс парообразования будет сопровождаться отнятием тепла от той окружающей среды, в которую помещено теплообменное оборудование, что сопровождается ее охлаждением.

При кипении образуются пары хладагента. Они поступают на линию всасывания компрессора, сжимаются им и поступают в теплообменник-конденсатор. Степень сжатия зависит от температуры конденсации. В данном технологическом процессе наблюдается повышение температуры и давления рабочего продукта. Компрессором создают такие выходные параметры, при которых становится возможным переход пара в жидкую среду. Существуют специальные таблицы и диаграммы для определения давления, соответствующего определенной температуре. Это относится к процессу кипения и конденсации паров рабочей среды.

Конденсатор – это теплообменник, в котором горячие пары хладагента охлаждаются до температуры конденсации и переходят из пара в жидкость. Это происходит путем отбора от теплообменника тепла окружающим воздухом. Процесс реализуется при помощи естественной или же искусственной вентиляции. Второй вариант зачастую применяется в промышленных холодильных машинах.

После конденсатора жидкая рабочая среда поступает в терморегулирующий вентиль (дроссель). При его срабатывании давление и температура понижается рабочих параметров испарителя. Технологический процесс вновь идет по кругу. Чтобы получить холод необходимо подобрать температуру кипения хладагента, ниже параметров охлаждаемой среды.

На рисунке представлена схема простейшей установки, рассмотрев которую можно наглядно представить принцип работы холодильной машины. Из обозначений:

• «И» — испаритель
• «К» -компрессор
• «КС» — конденсатор
• «Д» — дроссельный вентиль

Стрелочками указано направление технологического процесса.

Помимо перечисленных основных узлов, холодильная машина оснащается приборами автоматики, фильтрами, осушителями и иными устройствами. Благодаря им установка максимально автоматизируется, обеспечивая эффективную работу с минимальным контролем со стороны человека.

В качестве холодильного агента сегодня в основном используются различные фреоны. Часть из них постепенно выводится из употребления ввиду негативного воздействия на окружающую среду. Доказано, что некоторые фреоны разрушают озоновый слой. Им на смену пришли новые, безопасные продукты, такие как R134а, R417а и пропан. Аммиак применяется лишь в масштабных промышленных установках.

Теоретический и реальный цикл холодильной установки

На этом рисунке представлен теоретический цикл простейшей холодильной установки. Видно, что в испарителе происходит не только непосредственно испарение, но и перегрев пара. А в конденсаторе пар превращается в жидкость и несколько переохлаждается. Это необходимо в целях повышения энергоэффективности технологического процесса.

Левая часть кривой – это жидкость в состоянии насыщения, а правая – насыщенный пар. То, что между ними – паро-жидкостная смесь. На линии D-A` происходит изменение теплосодержания холодильного агента, сопровождающееся выделением тепла. А вот отрезок В-С` наоборот, указывает на выделение холода в процессе кипения рабочей среды в трубках испарителя.

Реальный рабочий цикл отличается от теоретического ввиду наличия потерь давления на трубопроводной обвязке компрессора, а также на его клапанах.

Чтобы компенсировать данные потери работа сжатия должна быть увеличена, что снизит эффективности цикла. Данный параметр определяется отношением холодильной мощности, выделяемой в испарителе к мощности, потребляемой компрессором и электрической сети. Эффективность работы установки – это сравнительный параметр. Он не указывает непосредственно на производительность холодильника. Если данный параметр 3,3, это будет указывать, что на единицу электроэнергии, потребляемой установкой, приходится 3,3 единицы произведенного ею холода. Чем больше этот показатель, тем выше эффективность установки.

Описание промышленного чиллера

Промышленный чиллер служит для охлаждения жидких хладоносителей и подачи его к потребителю посредством подающего насоса.

Принципиальная схема двухнасосного чиллера

Чиллер представляет собой установку, состоящую из четырех основных составляющих:

1. Металлическая рама с защитными панелями и сетками
2. Фреоновый контур
3. Контур хладоносителя
4. Система автоматизации

Рама. На металлической раме крепятся все составляющие контуров, и закрываются декоративными и защитными панелями и сетками. Рама является связующей составляющей водоохлаждающей установки. Рама окрашивается антикоррозионной краской, для предотвращения преждевременного ржавления.

Фреоновый контур. Во фреоновом контуре охладителя, при кипении фреона (хладагента) в испарителе, и прохождении через него жидкого хладоносителя происходит теплообмен и отъем тепла от охлаждаемой жидкости (хладоносителя).

Принцип работы фреонового контура чиллера промышленного чиллера

Во фреоновом контуре промышленного чиллера циркулирует хладагент (в состав циркулирующего фреона также входит компрессорное масло для смазки узлов и механизмов компрессора). В процессе работы холодильного контура происходит следующее:

• Из испарителя (17) газообразный фреон циркулирует в компрессор под низким давлением и с низкой температурой.

• В компрессоре (1) фреон сжимается, при этом его температура повышается, и далее газообразный фреон нагнетается в конденсатор (2).
• Вентилятор (3) обдувает конденсатор (2) воздушным потоком, температура которого ниже чем температура фреона. Фреон остывает и отдает тепло, при этом переходя в жидкую фазу из газообразной (конденсируется). Воздух, который проходит через конденсатор нагревается, отбирая теплоту от нагнетаемого компрессором фреона.
• Из конденсатора (2) фреон попадает в терморегулирующий вентиль (8), после прохождения через ТРВ (8) фреон остывает, понижается его давление
• Из ТРВ (8) парожидкостная смесь фреона поступает в испаритель (17). При вскипании в испарителе, фреон переходит в газообразную фазу, фреон отбирает у хладоносителя теплоту, в результате чего и охлаждается хладоноситель. Затем, фреон в газообразном состоянии под низким давлением всасывается в компрессор (1), далее весь цикл повторяется.

Ключевые составляющие фреонового контура промышленного чиллера

1. Компрессор (1) — отвечает за сжатие и циркуляцию паров хладагента. Холодильный компрессор является основным агрегатом, определяющим производительность и экономичность всей холодильной установки. Кроме того, компрессор всасывает пар из испарителя и этим обеспечивает пониженное давление и температу­ру кипения холодильного агента, что в свою очередь обеспечивает охлаждение.
2. Конденсатор (2) — предназначается для отвода в окружающую среду тепла от холодильного оборудования, переданного хладоносителем. В качестве теплоотводящей среды используется воздух или вода, в зависимости от типа теплообменника. Внутри фреоновый конденсатор представлен пакетом медных труб с пластинчатым оребрением алюминиевыми ламелями. Чтобы конденсатор холодильной машины работал более эффективно, его площадь наружной поверхности стараются максимально увеличивать. Принцип действия конденсатора основывается на выделении тепла при конденсации, перехода горячего парообразного фреона в жидкую фазу. Процесс конденсации осуществляется в трубках теплообменника при непрерывной циркуляции фреона по замкнутому контуру холодильной машины. Тепло отводится через теплопередающую поверхность, которая охлаждается принудительным воздушным потоком, от осевых вентиляторов или водяным напором (в кожухотрубном или пластинчатом конденсаторе).
3. Испаритель (17) — служит для охлаждения хладоносителя, в результате кипения в нем жидкого фреона. В испарителе происходит кипение хладагента, при низкой температуре и соответствующем давлении, за счет чего происходит отвод теплоты от хладоносителя, движущегося в противоток фреону, на другой теплообменной стороне испарителя.
4. Ресивер (4) — служит для сбора и хранения фреона в контуре. В нем находится резервное количество фреона, которое используется при некотором температурном режиме, если есть недостаток его в рабочем контуре холодильной установки. На ресивере устанавливается предохранительный клапан, который реагирует на превышение максимально допустимого давления во фреоновом контуре, для предупреждения разрыва системы.
5. Терморегулирующий вентиль (8) — (ТРВ) служит для автоматической подачи в испаритель такого количества хладагента, которое обеспечивает оптимальный перегрев на всасывании в компрессор. Плавное регулирование открытия (закрытие) клапана ТРВ происходит за счет изменения перегрева пара во всасывающем трубопроводе компрессора.
6. Смотровое стекло (7) — служит для контроля наличия необходимого количества фреона в системе, что можно проследить по отсутствию пены в смотровом стекле. Так же в смотровом стекле можно увидеть индикатор влажности, согласно цветовому обозначению, указанному непосредственно внутри глазка, можно сделать вывод о наличии влаги во фреоновом контуре.
7. Фильтр осушитель (5) — служит для механической очистки фреона от возможной грязи, попавшей в систему, при сборке холодильного контура или ее заправке, за счет металлической сеточки и наполнителя. Так же для осушения системы от влаги, за счет силикагеля, из которого состоит внутренне наполнение фильтра.
8. Электромагнитный клапан (6) — служит для подачи жидкого хладагента из ресивера к ТРВ. настраивается таким образом, чтобы его открытие происходило только после запуска компрессора.

Назначение контура хладоносителя промышленного чиллера

Контур хладоносителя служит для транспортировки по трубопроводам воды (или другой жидкости, используемой в качестве хладоносителя) в испаритель фреонового контура для теплообмена и подачи хладоносителя к потребителю. Так же по контуру циркулирует хладоноситель внутри чиллера.

Ключевые составляющие контура хладоносителя промышленного чиллера

1. Насос (20;21) — под давлением продавливает хладоноситель через испаритель и подает охлажденный хладоноситель к потребителю.
2. Аккумуляторный бак (23) — служит для обеспечения запаса, охлажденного хладоносителя и его подачи со стабильной заданной температурой – минимизации температурных колебаний. Так же аккумуляторный бак помогает снизить число пусков-остановок компрессора для его более долгосрочной службы.
3. Водяной фильтр (18) — служит для механической очистки хладоносителя от грязи, попавшей в систему, при монтаже или при ее заполнении, например, из водопровода, если в качестве хладоносителя используется нефильтрованная вода.

Назначение системы автоматизации промышленного чиллера

Система автоматизации служит для обеспечения бесперебойной работы чиллера, поддержания заданного режима, без участия обслуживающего персонала, а также предупреждения аварийных ситуаций и своевременного сигнализирования, в случае возникновения таковых.

Ключевые составляющие системы автоматизации промышленного чиллера

1. Шкаф управления — в него сводятся сведения обо всех авариях и процессах, связанных с работой чиллера. В соответствии с получаемыми сигналами с помощью встроенной в шкаф автоматики, холодильная установка работает соответствующим образом и реагирует на различные аварии и сигналы. Далее автоматика шкафа управления дает команду, соответствующую конкретному аварийному положению и корректирует работу установки относительно полученного сигнала или же прекращает работу водоохладителя.

В шкафу управления расположены автоматы защиты всех электродвигателей установки, которые срабатывают на превышение тока, вследствие падения напряжения или короткого замыкания. Автоматы защиты предотвращают сгорание электродвигателей составляющих холодильную машину (насоса, компрессора, вентиляторов).

1. Монитор напряжения — обеспечивает защиту промышленного водоохладителя от скачков напряжения в сети, что позволяет избежать повышенных токов и, как следствие, перегрева и оплавления проводом. Так же определяет несоответствие фразировки подведенного электропитания с фазировкой чиллера.
2. Контроллер — встроен в шкаф управления и корректирует режим работы чиллера согласно показателям датчика температуры и настройки самого процессора. Дает команду на пуск и остановку компрессора по установленной температуре, корректирует частоту включений компрессора.
3. Температурный датчик — измеряет температуру хладоносителя в заданной точке и передает информацию контроллеру, в шкаф управления.
4. Реле высокого и низкого давления фреона (10;11) — служит для оповещения и остановки работы холодильной машины, при превышении и снижении давления, относительно заданного, предельно допустимого в рабочем режиме охладителя.
5. Дифференциальное реле давления (12) — служит для включения и выключения вентилятора конденсатора, по давлению конденсации. Для поддержания необходимого рабочего давления конденсации.
6. Реле циркуляции жидкости (19) — встраивается в контур хладоносителя промышленного чиллера и служит для предотвращения работы холодильной установки при отсутствии циркуляции хладоносителя в испарителе.
7. Тэн подогрева картера компрессора — обеспечивает подогрев масла в картере компрессора, при его остановке. Что положительно влияет на последующий запуск компрессора, при низкой температуре окружающей среды, позволяя избегнуть застывания смазочного масла.
8. Реле уровня жидкости — обеспечивает защиту насоса от сухого хода посредством водяного электромагнитного клапана, путем автоматического долива жидкости в аккумуляторный бак контура хладоносителя.

Устройство и принцип действия холодильной машины

Машинный способ является наиболее распространенным способом получения холода за счет изменения агрегатного состояния рабочего вещества, кипения его при низких температурах, с отводом от охлаждаемого тела или среды необходимой для этого теплоты парообразования.

Одним из условий эффективной работы торгового холодильного оборудования является применение в качестве рабочих веществ холодильных агентов, обладающих хорошими термодинамическими, теплофизическими, физико-химическими, физиологическими и озонобезопасными свойствами. Важное значение имеют также их стоимость и доступность. Холодильные агенты не должны быть ядовиты, вызывать удушья и раздражения слизистых оболочек глаз, носа и дыхательных путей человека.

Различают естественные и искусственные холодильные агенты. К естественным хладагентам относятся: аммиак (R717), воздух (R729), вода (R718), углекислота (R744) и др., к искусственным — хладоны (смеси различных фреонов).

В настоящее время существует три типа фторуглеводородных хладагентов:

хлорфторуглероды (CFC), обладающие высоким потенциалом истощения озона. Например: R12, R13, R502, R503;

гидрохлорфторуглероды (HCFC), которые содержат атомы водорода, что приводит к более короткому периоду существования этих хладагентов в атмосфере по сравнению с CFC, например хладагент R22;

гидрофторуглероды (HFC), которые не содержат хлора. Они не разрушают озоновый слой Земли и имеют короткий период существования в атмосфере. Например: R134A, R404A.

В связи с этим проблема использования в качестве хладагентов природных веществ, и в первую очередь аммиака, наиболее актуальна сейчас у производителей холодильного оборудования. В России потребность в холоде для стационарных холодильников в основном обеспечивается аммиачными холодильными установками, так как аммиак не разрушает озоновый слой, не оказывает прямого воздействия на глобальный тепловой эффект, обладает отличными термодинамическими свойствами, имеет высокий коэффициент теплоотдачи при кипении и конденсации и доступность производства.

К негативным свойствам аммиака относятся токсичность, пожаро- и взрывоопасность, резкий неприятный запах. Любая авария с аммиаком ведет к серьезным последствиям.

В торговле в основном используют компрессионные холодильные машины, которые состоят из следующих основных узлов: компрессора, конденсатора воздушного охлаждения, терморегулирующего вентиля (ТРВ) и испарителя. Холодильная машина, кроме перечисленных основных частей, имеет приборы автоматики, фильтры, осушители, теплообменники и т.п.

Компрессор — наиболее сложный и важный узел холодильной машины. Он служит для отсасывания паров хладагента из испарителя, сжатия и нагнетания в конденсатор. Основным показателем работы компрессора является его холодопроизводительность (количество теплоты, которое холодильная машина получает за единицу времени от охлаждаемой среды).

Конденсатор воздушного охлаждения — теплообменный аппарат, в котором поступающий из компрессора парообразный хладагент превращается в жидкость. Этот процесс протекает при отдаче хладагентом теплоты во внешнюю среду.

Испаритель — теплообменный аппарат, осуществляющий отбор тепла от охлаждаемой среды.

Терморегулирующий вентиль служит для автоматической подачи необходимого количества хладагента в испаритель. Он контролирует и поддерживает заданную температуру паров хладона на выходе из испарителя.

Приборы автоматики обеспечивают пуск, остановку холодильной машины, защиту ее от перегрузок, поддержание заданного температурного режима в охлаждаемой среде, оптимальное заполнение испарителя хладагентов, своевременное оттаивание снеговой шубы с испарителей.

Реле давления автоматически поддерживает заданное давление на линии всасывания путем включения и выключения компрессора.

Ресивер — резервуар, который собирает жидкий хладагент в целях обеспечения его равномерного поступления к ТРВ и в испаритель. Фильтр служит для удаления механических загрязнений. Осушитель предназначен для поглощения влаги из хладагента при заполнении им системы и во время эксплуатации машины. Теплообменник служит для перегрева паров хладагента, идущих от испарителя к компрессору, и переохлаждения хладагента, идущего от конденсатора к ТРВ.

Принцип действия холодильной машины заключается в следующем.

1. В испарителе, установленном в охлаждающем объеме, происходит кипение жидкого хладагента при низком давлении и температуре за счет отбора тепла из окружающей среды.

2. Из испарителя пары хладона проходят через теплообменник и паровой фильтр, затем они отсасываются компрессором, сжимаются и в перегретом состоянии нагнетаются в конденсатор, при этом температура и давление повышаются.

3. В охлаждаемом воздухом конденсаторе они конденсируются, т.е. превращаются в жидкость.

4. Жидкий хладон стекает по трубам конденсатора и скапливается в ресивере, откуда под давлением проходит через жидкостный фильтр и теплообменник.

5. Очищенный хладон, проходя через узкое отверстие ТРВ, дросселируется, распыляется и при резком снижении температуры и давления поступает в испаритель.

Цикл повторяется. Циркулируя по такому замкнутому кругу, хладагент попеременно меняет свое агрегатное состояние, т. е. происходит скачкообразный переход хладагента из жидкого состояния в газообразное и наоборот.

В настоящее время в торговом холодильном оборудовании используются различные системы холодоснабжения: встроенные, выносные и централизованные.

Теплопритоки в торговые залы магазинов от встроенных в оборудование холодильных агрегатов приводят к снижению товарооборота и росту непредусмотренных расходов, в том числе:

создаются некомфортные для покупателей условия (высокая температура воздуха в торговом зале и высокий уровень шума, неприятные посторонние запахи);

некомфортные для продавцов и обслуживающего персонала условия приводят к снижению качества обслуживания, падает имидж предприятия и уменьшается товарооборот;

срок службы встроенных холодильных агрегатов в 2. 3 раза ниже, чем при использовании систем выносного холодоснабжения, и в 4. 6 раз ниже, чем при использовании централей;

происходят частые выходы из строя оборудования;

возникают дополнительные расходы на кондиционирование и на энергопотребление.

Выносное холодоснабжение представляет собой систему холодоснабжения на базе автономных компрессорно-конденсаторных агрегатов, расположенных в машинном отделении и изолированных от торговых помещений. При этом каждый агрегат может обеспечивать холодом нескольких потребителей.

Одним из важнейших условий эффективного развития предприятий торговли является использование централизованных систем холодоснабжения, представляющих собой несколько параллельно включенных компрессоров на единой раме с дополнительным оборудованием. Каждый центральный агрегат оборудован микропроцессорным блоком управления, осуществляющим регулирование холодопроизводительности агрегата и обеспечивающим равномерную работу каждого компрессора и конденсатора.

Основные достоинства использования централизованной системы холодоснабжения следующие:

центральные агрегаты компактны и занимают значительно меньше места;

достигается заметная экономия электроэнергии, так как крупные компрессоры имеют более высокий коэффициент полезного действия;

для крупных супермаркетов централизованная система холодоснабжения экономически выгоднее традиционного варианта холодоснабжения; увеличивается товарооборот;

обеспечивается высокая надежность за счет использования нескольких компрессоров;

в случае выхода из строя одного или несколько компрессоров остальные компрессоры обеспечат поддержание требуемой температуры для предотвращения потери продукции до устранения неисправности;

Устройство холодильного оборудования

Сведения об основных принципах устройства холодильного оборудования помогут Вам использовать его возможности наиболее полно, при этом сохранив его работоспособность на долгое время.

Устройство наибольшего количества холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются — компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (терморегулирующий вентиль или 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) и высокое давление, порядка 20-23 атм.

Охлаждение в холодильной машине обеспечивается непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре. Парообразный хладагент всасывается компрессором, и подается в конденсатор, давление хладагента повышается до 15-20 атм., а его температура повышается до 70-90?С.

Проходя через конденсатор, горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, т. е. переходит в жидкую фазу. Конденсатор может быть либо воздушным, либо с водяным охлаждением — в зависимости от типа холодильной системы.

На выходе из конденсатора 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 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. Жидкость кипит в испарителе, забирая тепло у окружающего воздуха, и вновь переходит в парообразное состояние.

Размеры испарителя выбираются таким образом, чтобы жидкость в нем полностью улетучилась. 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, 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. Для конденсаторов с воздушным охлаждением величина перегрева составляет 5-8?С. Перегретый пар выходит из испарителя, и цикл возобновляется.

Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому контуру, меняя свое агрегатное состояние с жидкого на парообразное и наоборот. Несмотря на то, что существует много типов компрессионных холодильных машин, принципиальная схема цикла в них практически одинакова.

Опишем устройство отдельных агрегатов, узлов и деталей холодильного оборудования:

АГРЕГАТ

Холодильный агрегат состоит из следующих основных деталей и узлов: компрессора, ресивера, конденсатора, испарителя, терморегулирующего вентиля (ТРВ), осушительного патрона.

Холодильные агрегаты выпускаются на базе герметичных, экранированных, полугерметичных и сальниковых компрессоров. По своему конструктивному исполнению компрессоры, используемые в холодильных агрегатах, делятся на две основные категории: поршневые и ротационные, спиральные, винтовые.

Принципиальное отличие ротационных, спиральных и винтовых компрессоров от поршневых заключается в том, что всасывание и сжатие хладагента осуществляется не за счет возвратно-поступательного движения поршней в цилиндрах, а за счет вращательного движения пластин, спиралей и винтов.

В герметичных компрессорах электродвигатель и компрессор расположены в едином герметичном корпусе. Такие компрессоры широко используются в холодильных машинах малой и средней мощностей и в бытовых кондиционерах. Преимуществом герметичных агрегатов является их относительно невысокая стоимость и меньший уровень шума. Недостатком является невозможность ремонта компрессора даже при незначительных повреждениях, например, при выходе из строя клапана.

В экранированных компрессорах статор электродвигателя вынесен из фреономасляной среды. Агрегаты данного типа менее чувствительны к наличию влаги в холодильном контуре и, что немаловажно, позволяют все работы по монтажу и замене статора электродвигателя компрессора при его сгорании производить на месте эксплуатации, не нарушая герметичности всей системы.

В полугерметичных компрессорах электродвигатель и компрессор расположены в едином разборном корпусе. Эти компрессоры производятся различной мощности, что позволяет использовать их в агрегатах средней и большой мощности. Преимуществом является возможность ремонта и надежность в работе, недостатком — высокая по сравнению с герметичными компрессорами цена, повышенная шумность и необходимость технического обслуживания.

В сальниковых компрессорах электродвигатель расположен снаружи. Вал компрессора через сальники выведен за пределы корпуса и приводятся в движение электродвигателем с помощью ременной передачи. Такая конструкция способствует повышенной утечке хладагента через сальниковые уплотнения и требует регулярного технического обслуживания.

В настоящее время агрегаты на базе сальниковых компрессоров для торгового оборудования практически не выпускаются. Преимуществ в конструкциях с сальниковыми компрессорами на данный момент нет, ремонт подобных холодильных машин отличается невысокой надежностью.

Конденсатор

Конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, который передает тепловую энергию хладагента окружающей среде. В холодильных агрегатах для торгового оборудования чаще всего применяют конденсаторы воздушного охлаждения. По сравнению с конденсаторами водяного охлаждения, они экономичнее в работе и проще в эксплуатации.

Конденсатор может быть смонтирован на раме агрегата или быть установленным отдельно от него. Преимущество выносного конденсатора заключается в том, что он менее требователен к температуре воздуха в машинном отделении и практически не требует дополнительной вентиляции в машинном отделении.

Как правило, воздушный конденсатор для холодильных или морозильных камер устанавливается на открытом воздухе. Но, несмотря на преимущество выносного конденсатора, при работе холодильной установки в зимний период есть определенные проблемы:

• возможность повреждения компрессора при пуске;
• опасность попадания жидкого хладагента в компрессор;
• обмерзание теплообменника при длительной работе;
• уменьшение холодопроизводительности.

Для устранения этих причин используется дополнительный комплект автоматики: реле давления или регулятор скорости вращения электродвигателя, дифференциальный клапан, обратный клапан и регулятор давления конденсации.

Ресивер

Ресивер – резервуар, служащий для сбора жидкого хладагента с целью обеспечения его равномерного поступления к терморегулирующему вентилю и в испаритель. В малых хладоновых машинах ресивер предназначен для сбора хладагента во время ремонта машины, а также для охлаждения газа и отделения капель масла и влаги.

Испаритель— это аппарат, в котором жидкий хладагент кипит при низком давлении, отводя тепло от охлаждаемых объектов (продуктов). Чем ниже давление, поддерживаемое в испарителе, тем ниже температура кипящего хладагента. Температуру кипения, как правило, поддерживают на 10—15°С ниже температуры воздуха в камере. Температура воздуха в камере зависит от вида охлаждаемого продукта. Испаритель может быть расположен непосредственно в охлаждаемом объеме (камере, шкафе) или находиться за его пределами.

В соответствии с этим по назначению различают испарители для непосредственного охлаждения среды и испарители для охлаждения промежуточного хладоносителя (вода, рассол, воздух, и др.). Конструкция испарителя зависит от вида охлаждающей среды, необходимой холодопроизводительности, свойств самого хладагента. Как правило, это пластинчатые теплообменники с медными или алюминиевыми трубками и ребрами из алюминия, меди или оцинкованной стали.

Терморегулирующий вентиль

Терморегулирующий вентиль (ТРВ)устанавливается в магистраль нагнетания перед испарителем и обеспечивает заполнение испарителя жидким хладагентом в оптимальных пределах. Избыток хладагента в испарителе может привести попаданию в компрессор жидкой фазы хладагента, что приведёт к поломке компрессора. Недостаток хладагента в испарителе резко снижает эффективность работы испарителя.

Осушительный патрон

Осушительные патроны предназначены для очистки циркулирующего по системе холодильного агрегата хладагента от механических частиц и влаги. Часто осушительные патроны используют для понижения кислотности среды внутри системы холодильного агрегата. Осушительные патроны могут устанавливаться как на магистрали нагнетания, так и на стороне всасывания.

ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЬ

Воздухоохладитель — аппарат для охлаждения воздуха внутри охлаждаемого объема. Состоит из испарителя и вентилятора (вентиляторов). Вентилятор прогоняет охлаждаемый воздух через испаритель и направляет на охлаждаемые продукты.

МОНОБЛОК

Машина холодильная моноблочная (моноблок) предназначена для создания искусственного холода в торговом холодильном оборудовании. Особенностью моноблока является то, что он не требует монтажа отдельных узлов на месте эксплуатации, а просто монтируется на холодильной камере. В отличие от сплит-систем, моноблок обладает меньшей стоимостью при одинаковых параметрах.

ТЕРМОСТАТ

Это устройство для отключения и включения компрессора, с целью поддержания определенной температуры в охлаждаемом объеме. Электронные термостаты основаны на принципе термопары, где электронное устройство — в зависимости от сопротивления температурного датчика — управляет временем работы компрессора.

Электромеханические термостаты работают на принципе расширения сильфонной гармошки, заполненной хладагентом. При охлаждении давление внутри сильфона понижается, сильфонная гармошка сжимается и контакты, через которые питается компрессор, размыкаются. При нагревании все происходит в обратной последовательности.

ХЛАДАГЕНТЫ

Хладагенты — это рабочие вещества паровых холодильных машин, с помощью которых обеспечивается получение низких температур.

Хладон-12 (R-12) имеет химическую формулу CHF₂C1₂ (дифтордихлорметан). Он представляет собой газообразное бесцветное вещество со слабым специфическим запахом, который начинает ощущаться при объемном содержании его паров в воздухе свыше 20%. Хладон-12 обладает хорошими термодинамическими свойствами

Хладон-22 (R-22) , или дифтормонохлорметан (CHF₂C1), так же как и хладон-12, обладает хорошими термодинамическими и эксплуатационными свойствами. Отличается он более низкой температурой кипения и более высокой теплотой парообразования. Объемная холодопроизводительность Хладона-22 примерно в 1,6 раза больше, чем Хладона-12.

§ 35. Судовые холодильные установки

Холодильными (или рефрижераторными) называются установки, предназначенные для искусственного понижения температуры в помещении с целью сохранения или замораживания скоропортящихся продуктов, приготовления льда и кондиционирования воздуха. В качестве рабочего вещества (хладагента) в холодильных установках используют различные жидкости и газы, способные кипеть при низких температурах с понижением давления: аммиак, фреон-12, фреон-22, углекислоту, водоаммиачный раствор и даже пресную воду. По принципу работы современные холодильные установки можно разделить на три основные группы: компрессорные, эжекторные и абсорбционные.

Компрессорные холодильные установки. Особенность таких установок заключается в том, что процесс сжатия рабочего вещества (хладагента) производится с помощью поршневого компрессора. Наибольшее распространение на судах получили фреоновые компрессорные установки, отличающиеся компактностью, высокой охлаждающей способностью и возможностью их автоматизации. Установки, работающие на фреоне-12 или фреоне-22, широко применяют в системах охлаждения судовых провизионных камер и кондиционирования воздуха.

Фреон-12 (CFCl) — бесцветный тяжелый газ (примерно в пять раз тяжелее воздуха) с очень слабым специфическим запахом, имеет температуру кипения — 29,8° С и замерзания—155° С; не горит и не образует взрывоопасных смесей с воздухом, безвреден для человека. Фреон-12 плохо растворяется в воде и хорошо в масле, хорошо растворяет органические соединения, поэтому в качестве прокладок в установках применяют маслофреоностойкую резину (севанит). Стоимость фреона-12 высокая, но его преимущество в том, что он неограниченно долго может циркулировать в системе, а его применение позволяет легко и просто автоматизировать установку.

Фреон-22 (CHF₂Cl) по свойствам близок к фреону-12, но легче его, имеет температуру кипения при атмосферном давлении —40,8° С; не взрывоопасен, но слабо воспламеняется; инертен к металлам. Стоимость его выше, чем фреона-12; он не совсем безвреден для человека, что служит причиной его ограниченного применения.

В состав фреоновых установок входят: компрессор, конденсатор, испаритель, расширитель, терморегулирующие вентили (ТРВ), реле давления (РД), термостаты и другие приборы автоматики. Схема фреоновой автоматизированной установки приведена на рис. 105. При работе установки компрессор 3 сжимает газообразный фреон до давления 400—800 кн/м 2 (4—8 кгс/см 2 ) и нагнетает его через запорный клапан и маслоотделитель 2 в конденсатор 1, где он превращается в жидкость, охлаждаясь циркулирующей внутри труб забортной водой. Из конденсатора жидкий фреон, пройдя теплообменник 4, фильтр-осушитель 5 и соленоидный вентиль 9, подается в ТРВ, при помощи которого регулируется количество жидкого фреона, поступающего в испарительные батареи 6. Кроме того, в ТРВ происходит дросселирование жидкого фреона, вследствие чего давление фреона снижается до 30—100 кн/м 2 (0,03—1,0 кгс/см 2 ) и он начинает кипеть, образуя паро-жидкостную смесь.

Рис. 105. Схема фреоновой автоматизированной установки.

Проходя по трубам испарительных батарей 6 паро-жидкостная фреоновая смесь кипит, превращается в газ и при этом интенсивно отбирает тепло от воздуха и хранящихся в холодильных камерах 8 продуктов. Газообразный фреон, отсасываемый из испарительных батарей компрессором, проходит через теплообменник 4, где отдает часть тепла жидкому фреону, поступает в компрессор, сжимается и цикл повторяется снова. Температурный цикл контролируется с помощью термопатронов 7.

Наряду с фреоновыми установками в транспортном рефрижераторном и морозильном флоте, где требуются большая холодо-производительность и низкие температуры в трюмах (до —18°С) и специальных морозильных камерах (до —40°С), широко применяют аммиачные компрессорные холодильные установки. По принципу получения холода и устройству они аналогичны фреоновым установкам.

Абсорбционные холодильные установки. Работа абсорбционных холодильных установок основана на свойстве аммиака интенсивно поглощаться водой. В отличие от компрессорных абсорбционные установки потребляют не механическую, а тепловую энергию. В состав этих установок входит генератор, в котором находится под давлением водо-аммиачный раствор. Через генератор пропущен змеевик, по которому циркулирует горячий водяной пар. При нагревании водо-аммиачного раствора из него выпаривается аммиак, который затем сжимается в конденсаторе и в жидком виде проходит по змеевикам испарителя. Здесь аммиак кипит, отбирая тепло, необходимое для его парообразования, от рассола, прокачиваемого насосом через испаритель. Охлажденный рассол поступает в батареи холодильной камеры, охлаждая ее, а газообразный аммиак поступает в абсорбер, в котором обедненный водо-аммиачный раствор вновь насыщается им до нужной концентрации и подается насосом через теплообменник в генератор. Таким образом, в системе абсорбционной холодильной установки циркулирует бинарная (двойная) смесь: хладагент — аммик, поглотитель (абсорбент) — вода. В последнее время в таких установках стали применять в качестве хладагента воду, а в качестве поглотителя — бромистый литий, что имеет ряд преимуществ при использовании в системах кондиционирования воздуха.

Пароэжекторные холодильные установки. В этих установках, как и в абсорбционных, потребляется не механическая, а тепловая энергия. В состав установки входит пароструйный эжектор, который создает вакуум в испарителе. Вследствие этого превращается в пар часть воды, подаваемой в виде дождя в испаритель. Остальная вода охлаждается, прокачивается насосом через батареи холодильной камеры и вновь поступает в разбрызгивающее устройство. Такие установки из-за громоздкости и малой экономичности в последнее время на судах не применяются.