37. Компрессионная холодильная машина, ее основные элементы и принцип работы

В торговом машиностроении применяются холодильные машины двух видов: компрессионная и абсорбционная, в которых используются различные способы обеспечения циркуляции хладагента. В компрессионной холодильной машине для циркуляции хладагента затрачивается механическая энергия, а в абсорбционной — тепловая. Наибольшее распространение получила компрессионная холодильная машина» в которой основным рабочим узлом является компрессор .

Схема компрессионной холодильной машины: 1 — компрессор; 2 — всасывающий клапан; 3 — нагнетающий воздух клапан;

4 — поршень; 5 — цилиндр; б — электропривод; 7 — электровентилятор;

8 — конденсатор; 9 — ресивер; 10- терморегулирующий вентиль; 11 — датчик;

12 — испаритель Компрессор отсасывает пары хладагента из испарителя, сжимает их до такого давления, при котором температура конденсации паров будет выше температуры окружающей среды, и нагнетает эти пары в конденсатор.

В конденсаторе пары холодильного агента охлаждаются с помощью воды или воздуха и превращаются в жидкость, т. е. конденсируются. Затем жидкий хладагент через регулирующий вентиль поступает в испаритель. При прохождении через регулирующий вентиль давление снижается и уравнивается с давлением в испарителе. После чего цикл повторяется снова.

Компрессор в своем составе имеет электродвигатель, который обеспечивает циркуляцию хладагента в системе, кипение его в испарителе и нагнетание вконденсатор. На регулирующем вентиле установлен термочувствительный патрон, который автоматически регулирует подачу хладагента в испаритель.

В торговле применяют холодильное оборудование, в котором холодильные машины работают в автоматическом режиме. Конструктивное объединение всех элементов холодильной машины на общем основании называют холодильным агрегатом, а в совокупности со всеми приборами, необходимыми для производства, распределения и потребления холода, — холодильной машиной. Холодильные машины характеризуются холодопроизводительностью, т.е. количеством теплоты, которое она в состоянии отнять от охлаждаемой среды в течение 1 ч.

38. Холодильные шкафы. Характеристика, устройство.

Тоже самое ,что и в (40)

39. Льдогенератор

Льдогенератор – оборудование, предназначенное для производства льда для использования в ресторанах, барах, гостиницах, торговой, мясной, рыбной и медицинской промышленности.

Виды льдогенераторов:

— Чешуйчатый льдогенератор готовит лед, используемый при выкладки рыбных и мясных полуфабрикатов.

— Аппараты гранулированного льда применяются при оформлении салат-баров и шведских столов.

— Кубиковый льдогенератор готовит лед для коктейлей.

По исполнению льдогенераторы подразделяются на аппараты со встроенным и выносным холодильным агрегатом, с водяным или воздушным охлаждением, настольные или напольные, стационарные, заливного типа, со встроенным и отдельным бункером. 

Принцип действия льдогенератора зависит от формы получаемого льда и его производительности, но в целом заключается в следующем: питьевая вода из накопительной емкости под давлением, создаваемым встроенной помпой, попадает в испаритель, где намерзает на стенки.  Далее кубики и пирамидки отделяются от формы с помощью горячего пара, чешуйки и гранулы нарезаются специальными ножами. Готовый лед попадает в накопительный бункер. С помощью фотоэлементов определяется уровень льда в бункере.  Работой холодильного агрегата, водяной помпы и клапана подачи воды управляет программное реле времени, которое отключает 

льдогенераторпри заполнении бункера и включает по мере использования льда, то есть при понижении его уровня внутри накопительного бункера. Бункеры могут быть встроенными или устанавливаться отдельно от льдогенератора. Первый вариант подходит для небольшого ресторана, к «промышленным» моделям лучше подключать выносные накопители. 

льдогенераторы с водяным охлаждением работают быстрее, они компактнее, но стоят дороже.

Льдогенератор с воздушным охлаждением незаменим там, где невозможно обеспечить стабильное давление воды в системе или где надо ограничивать ее расход.

5. Схема компрессионной холодильной машины. Холодильный цикл.

Холодильная машина — устройство, служащее для отвода теплоты от охлаждаемого тела при температуре более низкой, чем температура окружающей среды. Процессы, происходящие в холодильных машинах, являются частным случаем термодинамических процессов, т. е. таких, в которых происходит последовательное изменение параметров состояния рабочего вещества: температуры, давления, удельного объема, энтальпии. Холодильные машины работают по принципу теплового насоса — отнимают теплоту от охлаждаемого тела и с затратой энергии (механической, тепловой и т. д.) передают её охлаждающей среде (обычно воде или окружающему воздуху), имеющей более высокую температуру, чем охлаждаемое тело. Холодильные машины используются для получения температур от 10°С до -150°С. Область более низких температур относится к криогенной технике. Работа холодильной машины характеризуется их холодопроизводительностью.

Первые холодильная машина появились в середине XIX в. Одна из старейших холодильных машин — абсорбционная. Её изобретение и конструктивное оформление связано с именами Дж. Лесли (Великобритания, 1810), Ф. Карре (Франция, 1850) и Ф. Виндхаузена (Германия, 1878). Первая парокомпрессионная машина, работавшая на эфире, построена Дж. Перкинсом (Великобритания, 1834). Позднее были созданы аналогичные машины с использованием в качестве хладагента метилового эфира и сернистого ангидрида. В 1874 К. Линде (Германия) построил аммиачную парокомпрессионную холодильную машину, которая положила начало холодильному машиностроению.

В основе работы холодильников лежит холодильный цикл. Простой паровой цикл механической холодильной машины реализуется с помощью четырех элементов, образующих замкнутый холодильный контур, – компрессора, конденсатора, дроссельного вентиля и испарителя или охладителя (рис. 1). Пар из испарителя поступает в компрессор и сжимается, вследствие чего его температура повышается. После выхода из компрессора пар, имеющий высокие температуру и давление, поступает в конденсатор, где охлаждается и конденсируется. В некоторых конденсаторах используется режим переохлаждения, т.е. дальнейшее охлаждение сконденсировавшейся жидкости ниже ее температуры кипения. Из конденсатора жидкость проходит через дроссельный вентиль. Поскольку температура кипения (насыщения) для данного давления оказывается ниже температуры жидкости, начинается ее интенсивное кипение; при этом часть жидкости испаряется, а температура оставшейся части опускается до равновесной температуры насыщения (тепло жидкости расходуется на ее превращение в пар). Процесс дросселирования иногда называют внутренним охлаждением или самоохлаждением, поскольку в этом процессе температура жидкого хладагента снижается до нужного уровня. Таким образом, из дроссельного вентиля выходят насыщенная жидкость и насыщенный пар. Насыщенный пар не может эффективно отводить тепло, поэтому он перепускается мимо испарителя и подается прямо на вход компрессора. Между дросселем и испарителем установлен сепаратор, в котором пар и жидкость разделяются.

Рис. 1. Схема холодильной машины

Принцип действия компрессионных холодильных машин

Компрессионные холодильники — наиболее распространённые и универсальные. Основными составляющими частями такого холодильника являются:

компрессор, получающий энергию от электрической сети;

конденсатор, находящийся снаружи холодильника;

испаритель, находящийся внутри холодильника;

терморегулирующий расширительный вентиль, ТРВ, являющийся дросселирующим устройством;

хладагент, циркулирующее в системе вещество с определёнными физическими характеристиками.

Ко всем элементам холодильной машины предъявляется требование высокой герметичности. В зависимости от вида холодильного компрессора компрессионные машины подразделяются на поршневые, турбокомпрессорные, ротационные и винтовые.

Хладагент под давлением через дросселирующее отверстие (капилляр или ТРВ) поступает в испаритель, где за счёт резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости и превращение ее в пар. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, за счёт чего происходит охлаждение внутреннего пространства холодильника.

Компрессор засасывает из испарителя хладагент в виде пара, сжимает его, за счёт чего температура хладагента повышается и выталкивает в конденсатор.

В конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент остывает, отдавая тепло во внешнюю среду, и конденсируется, то есть превращается в жидкость. Процесс повторяется вновь.

Таким образом, в конденсаторе хладагент под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состояние, выделяя тепло, а в испарителе под воздействием низкого давления вскипает и переходит в газообразное, поглощая тепло.

Терморегулирующий вентиль (ТРВ) необходим для создания необходимой разности давлений между конденсатором и испарителем, при которой происходит цикл теплопередачи. Он позволяет правильно (наиболее полно) заполнять внутренний объем испарителя вскипевшим хладагентом. Пропускное сечение ТРВ изменяется по мере снижения тепловой нагрузки на испаритель, при понижении температуры в камере количество циркулирующего хладагента уменьшается. Капилляр — это аналог ТРВ. Он не меняет свое сечение, а дросселирует определенное количество хладагента, зависящее от давления на входе и выходе капилляра, его диаметра и типа хладагента.

Обычно также присутствует теплообменник, выравнивающий температуру на выходе из конденсатора и из испарителя. В результате к дросселю поступает уже охлажденный хладагент, который затем ещё сильнее охлаждается в испарителе, в то время как хладагент, поступивший из конденсатора подогревается, прежде чем поступить в компрессор и конденсатор. Это позволяет увеличить эффективность холодильника.

При достижении необходимой температуры температурный датчик размыкает электрическую цепь и компрессор останавливается. При повышении температуры (за счёт внешних факторов) датчик вновь включает компрессор.

Для повышения экономической эффективности холодильной машины (снижения затрат энергии на единицу отнятого от охлаждаемого тела количества теплоты) иногда перегревают пар, всасываемый компрессором, и переохлаждают жидкость перед дросселированием. По этой же причине для получения температур ниже -30°С используют многоступенчатые или каскадные холодильные машины.

В многоступенчатых холодильных машин сжатие пара производится последовательно в несколько ступеней с охлаждением его между отдельными ступенями. При этом в двухступенчатых холодильных машинах получают температуру кипения хладагента до -80 °С.

В каскадных холодильных машинах, представляющих собой несколько последовательно включенных холодильных машин, которые работают на различных, наиболее подходящих по своим термодинамическим свойствам для заданных температурных условий хладагентах, получают температуру кипения до -150 °С.

Компрессионная холодильная машина

Компрессионная холодильная машина состоит из четырех основных частей: испарителя, компрессора, конденсатора и терморегулирующего вентиля (ТРВ).

Охлаждение может быть естественным или принудительным, как это показано на рис. 23.1.

Рис. 23.1. Схема компрессионной холодильной машины:

1 — испаритель; 2 — охлаждаемый объем; 3 — регулирующий вентиль; 4 — конденсатор; 5 — компрессор

Компрессор холодильной машины предназначен для осуществления следующих процессов: всасывания паров хладагента из испарителя, адиабатического их сжатия и нагнетания в конденсатор.

Всасывание компрессором паров из испарителя. Испарители (воздухоохладители), расположенные в охлаждаемой среде (камере), при работающей холодильной установке имеют наинизшую температуру по сравнению с другими телами, находящимися в камере. В трубках испарителя (воздухоохладителя) находится хладагент, температура кипения которого зависит от давления. Образующиеся пары в испарителе постоянно отводятся компрессором, что обеспечивает постоянное давление и соответственно постоянную температуру кипения хладагента.

Если же тепловая нагрузка на испаритель резко возрастает (при внесении продуктов в камеру), то давление в испарителе возрастает. Соответственно возрастет и температура кипения, а тепловая нагрузка на испаритель снизится из-за уменьшения разности температур между воздухом в холодильной камере и поверхностью испарителя. Возрастание давления в испарителе приведет к увеличению плотности паров и повышению производительности компрессора. Давление и температура кипения хладагента в испарителе начнут понижаться. Если же теплопритоки на испаритель сильно уменьшатся (произошло полное охлаждение продуктов), то и количество пара в испарителе будет очень незначительным, т.е. в испарителе практически не будет паров, а следовательно, компрессору нечего отводить из испарителя и он автоматически выключается.

Итак, работа компрессора по всасыванию паров обеспечивает определенное давление и соответственно температуру кипения хладагента в испарителе. Компрессор, забирая пары из испарителя, фактически выводит тепло из камеры.

Адиабатическое сжатие паров в компрессоре необходимо для повышения их температуры. Температура пара в конце сжатия должна быть обязательно выше температуры охлаждающей среды в конденсаторе для того, чтобы пары затем можно было охладить. При охлаждении пар переходит в жидкость.

Нагнетание паров. Если давление (и температура) при сжатии будут ниже, чем температура охлаждающей среды, то такие пары, поступая в конденсатор, охлаждаться не будут. Давление в конденсаторе снижаться не будет. Компрессор, выталкивая из цилиндра очередной объем пара, должен преодолеть большое сопротивление в конденсаторе, а для этого пары необходимо сжимать до такого давления, которое больше давления в конденсаторе. Повышение давления приводит к соответствующему росту температуры. Давление растет до тех пор, пока температура пара не превысит температуру охлаждающей среды.

Процессы холодильного цикла связаны с различными видами теплообмена: в испарителе хладагент отбирает тепло от воздуха охлаждаемой камеры или от хладоносителя, в конденсаторе тепло передается охлаждающей среде (воде или воздуху). Испаритель и конденсатор — основные тепло-обменные аппараты.

Испаритель — это аппарат, в котором жидкий хладагент кипит при низком давлении, отводя тепло от охлаждаемого объекта (продуктов). Чем ниже давление, поддерживаемое в испарителе, тем ниже температура кипящей жидкости. 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), как показано на рис. 23.1, или же находится за его пределами. В соответствии с этим по назначению различают испарители для непосредственного охлаждения среды и испарителя для охлаждения промежуточного хладоносителя (вода, рассол, воздух, этиленгликоль и др.). Конструкция испарителя зависит от вида охлаждающей среды, необходимой холодопроизводительности, свойств самого хладагента и от температурного напора между средами.

Конденсатор — аппарат, предназначенный для осуществления теплообмена между хладагентом и охлаждающей средой. В процессе теплообмена от хладагента отводится энергия, которая передается охлаждающей среде, а сам хладагент охлаждается и конденсируется. Охлаждающая же среда нагревается. В зависимости от вида охлаждающей среды различают конденсаторы с воздушным и водяным охлаждением.

Терморегулирующий вентиль (ТРВ) обеспечивает заполнение испарителя жидким хладагентом в оптимальных пределах. Переполнение испарителя может привести к его попаданию в компрессор и к поломке, а его малое заполнение резко снижает эффективность работы испарителя.

Степень заполнения испарителя зависит от температуры перегрева пара на выходе из испарителя. ТРВ производит сравнение температуры пара на выходе из испарителя с заданной и в зависимости от величины расхождения увеличивает или уменьшает поток жидкого хладагента в испаритель.

Кроме вышеперечисленных основных частей холодильная машина оснащена другими частями: приборами автоматики, пускозащитной электроаппаратурой, теплообменниками, фильтром-осушителем, ресивером.

Принципы работы холодильной машины — Мир Климата и Холода

Основные понятия, связанные с работой холодильной машины

Охлаждение в кондиционерах производится за счет поглощения тепла при кипении жидкости. Когда мы говорим о кипящей жидкости, мы, естественно, думаем, что она горячая. Однако это не совсем верно.

Во-первых, температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения, и наоборот: чем ниже давление, тем ниже температура кипения. При нормальном атмосферном давлении, равном 760 мм рт.ст. (1 атм), вода кипит при плюс 100°С, но если давление пониженное, как например в горах на высоте 7000-8000 м, вода начнет кипеть уже при температуре плюс 40-60°С.

Во-вторых, при одинаковых условиях разные жидкости имеют различные температуры кипения.

Например, хладагент R-410А, широко используемый в холодильной технике, при нормальном атмосферном давлении имеет температуру кипения – 51°С.

Если жидкий хладагент находится в открытом сосуде, то есть при атмосферном давлении и температуре окружающей среды, то он немедленно вскипает, поглощая при этом большое количество тепла из окружающей среды или любого материала, с которым находится в контакте. В холодильной машине хладагент кипит не в открытом сосуде, а в специальном теплообменнике, называемом испарителем. При этом кипящий в трубках испарителя хладагент активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную, как правило, оребренную поверхность трубок.

Рассмотрим процесс конденсации паров жидкости на примере хладагента R-410А. Температура конденсации паров хладагента, так же, как и температура кипения, зависит от давления и температуры окружающей среды. Чем выше давление и температура, тем выше температура конденсации. Так, например, конденсация паров хладагента R-410А при давлении 23,5 bar начинается уже при температуре плюс 40°С. Процесс конденсации паров хладагента, как и любой другой жидкости, сопровождается выделением большого количества тепла в окружающую среду или, применительно к холодильной машине, передачей этого тепла потоку воздуха или жидкости в специальном теплообменнике, называемом конденсатором.

Естественно, чтобы процесс кипения хладагента в испарителе и охлаждения воздуха, а также процесс конденсации и отвод тепла в конденсаторе были непрерывными, необходимо постоянно “подливать” в испаритель жидкий хладагент, а в конденсатор постоянно подавать пары хладагента. Такой непрерывный процесс (цикл) осуществляется в холодильной машине.

Наиболее обширный класс холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (капиллярная трубка, ТРВ, ЭРВ), соединенные трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор. Кроме обеспечения циркуляции, компрессор поддерживает в конденсаторе (на линии нагнетания) высокое давление порядка 23,5 bar.

Теперь, когда рассмотрены основные понятия, связанные с работой холодильной машины, перейдем к более подробному рассмотрению схемы компрессионного цикла охлаждения, конструктивному исполнению и функциональному назначению отдельных узлов и элементов.

Схема компрессионного цикла охлаждения

Рис. 1. Схема компрессионного цикла охлаждения

Кондиционер – это та же холодильная машина, предназначенная для тепловой обработки воздушного потока. Кроме того, кондиционер обладает существенно большими возможностями, более сложной конструкцией и многочисленными дополнительными опциями. Обработка воздуха предполагает придание ему определенных кондиций, таких как температура и влажность, а также направление движения и подвижность (скорость движения). Остановимся на принципе работы и физических процессах, происходящих в холодильной машине (кондиционере). Охлаждение в кондиционере обеспечивается непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре, а конденсация – при высоком давлении и высокой температуре. Принципиальная схема компрессионного цикла охлаждения показана на рис. 1.

Начнем рассмотрение работы цикла с выхода испарителя (участок 1-1). Здесь хладагент находится в парообразном состоянии с низким давлением и температурой.

Парообразный хладагент всасывается компрессором, который повышает его давление до 23,5 bar и температуру до плюс 70-90°С (участок 2-2).

Далее в конденсаторе горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, то есть переходит в жидкую фазу. Конденсатор может быть либо с воздушным, либо с водяным охлаждением в зависимости от типа холодильной системы.

На выходе из конденсатора (точка 3) хладагент находится в жидком состоянии при высоком давлении. Размеры конденсатора выбираются таким образом, чтобы газ (хладагент) полностью сконденсировался внутри конденсатора. Поэтому температура жидкости на выходе из конденсатора оказывается несколько ниже температуры конденсации. Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением обычно составляет примерно плюс 4-7°С.

При этом температура конденсации примерно на 10-20°С выше температуры атмосферного воздуха.

Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и давлении поступает в регулятор потока, где давление смеси резко уменьшается (примерно в три раза), часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости (точка 4).

Парожидкостной хладагент кипит в испарителе, отбирая тепло от окружающего воздуха, и вновь переходит в парообразное состояние.

Размеры испарителя выбираются таким образом, чтобы жидкость полностью испарилась внутри испарителя. Поэтому температура пара на выходе из испарителя оказывается выше температуры кипения, происходит так называемый перегрев хладагента в испарителе. В этом случае даже самые маленькие капельки хладагента испаряются и в компрессор не попадает жидкость. Следует отметить, что в случае попадания жидкого хладагента в компрессор, так называемого “гидравлического удара”, возможны повреждения и поломки клапанов и других деталей компрессора.

Перегретый пар выходит из испарителя (точка 1), и цикл возобновляется.

Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому контуру, меняя свое агрегатное состояние с жидкого на парообразное и наоборот.

Все компрессионные циклы холодильных машин включают два определенных уровня давления. Граница между ними проходит через нагнетательный клапан на выходе компрессора с одной стороны и выход из регулятора потока (из капиллярной трубки, ТРВ, ЭРВ) с другой стороны.

Нагнетательный клапан компрессора и выходное отверстие регулятора потока являются разделительными точками между сторонами высокого и низкого давлений в холодильной машине.

На стороне высокого давления находятся все элементы, работающие при давлении конденсации.

На стороне низкого давления находятся все элементы, работающие при давлении испарения.

Несмотря на то, что существует много типов компрессионных холодильных машин, принципиальная схема цикла в них практически одинакова.

Теоретический и реальный цикл охлаждения.

Риc. 2. Диаграмма давления и теплосодержания

Цикл охлаждения можно представить графически в виде диаграммы зависимости абсолютного давления и теплосодержания (энтальпии). На диаграмме (рис. 2) представлена характерная кривая отображающая процесс насыщения хладагента.

Левая часть кривой соответствует состоянию насыщенной жидкости, правая часть – состоянию насыщенного пара. Две кривые соединяются в центре в так называемой “критической точке”, где хладагент может находиться как в жидком, так и в парообразном состоянии. Зоны слева и справа от кривой соответствуют переохлажденной жидкости и перегретому пару. Внутри кривой линии помещается зона, соответствующая состоянию смеси жидкости и пара.

Рис. 3. Изображение теоретического цикла сжатия на диаграмме «Давление и теплосодержание»

Рассмотрим схему теоретического (идеального) цикла охлаждения с тем, чтобы лучше понять действующие факторы (рис. 3).

Рассмотрим наиболее характерные процессы, происходящие в компрессионном цикле охлаждения.

Сжатие пара в компрессоре.

Холодный парообразный насыщенный хладагент поступает в компрессор (точка С`). В процессе сжатия повышаются его давление и температура (точка D). Теплосодержание также повышается на величину, определяемую отрезком НС`-HD, то есть проекцией линии C`-D на горизонтальную ось.

Конденсация.

В конце цикла сжатия (точка D) горячий пар поступает в конденсатор, где начинается его конденсация и переход из состояния горячего пара в состояние горячей жидкости. Этот переход в новое состояние происходит при неизменных давлении и температуре. Следует отметить, что, хотя температура смеси остается практически неизменной, теплосодержание уменьшается за счет отвода тепла от конденсатора и превращения пара в жидкость, поэтому он отображается на диаграмме в виде прямой, параллельной горизонтальной оси.

Процесс в конденсаторе происходит в три стадии: снятие перегрева (D-E), собственно конденсация (Е-А) и переохлаждение жидкости (А-А`).

Рассмотрим кратко каждый этап.

Снятие перегрева (D-E).

Это первая фаза, происходящая в конденсаторе, и в течение ее температура охлаждаемого пара снижается до температуры насыщения или конденсации. На этом этапе происходит лишь отъем излишнего тепла и не происходит изменение агрегатного состояния хладагента.

На этом участке снимается примерно 10-20% общего теплосъема в конденсаторе.

Конденсация (Е-А).

Температура конденсации охлаждаемого пара и образующейся жидкости сохраняется постоянной на протяжении всей этой фазы. Происходит изменение агрегатного состояния хладагента с переходом насыщенного пара в состояние насыщенной жидкости. На этом участке снимается 60-80% теплосъема.

Переохлаждение жидкости (А-А`).

На этой фазе хладагент, находящийся в жидком состоянии, подвергается дальнейшему охлаждению, в результате чего его температура понижается. Получается переохлажденная жидкость (по отношению к состоянию насыщенной жидкости) без изменения агрегатного состояния.

Переохлаждение хладагента дает значительные энергетические преимущества: при нормальном функционировании понижение температуры хладагента на один градус соответствует повышению мощности холодильной машины примерно на 1% при том же уровне энергопотребления.

Количество тепла, выделяемого в конденсаторе.

Участок D-A` соответствует изменению теплосодержания хладагента в конденсаторе и характеризует количество тепла, выделяемого в конденсаторе.

Регулятор потока (А`-B).

Переохлажденная жидкость с параметрами в точке А` поступает на регулятор потока (капиллярную трубку или терморегулирующий расширительный клапан), где происходит резкое снижение давления. Если давление за регулятором потока становится достаточно низким, то кипение хладагента может происходить непосредственно за регулятором, достигая параметров точки В.

Испарение жидкости в испарителе (В-C).

Смесь жидкости и пара (точка В) поступает в испаритель, где она поглощает тепло от окружающей среды (потока воздуха) и переходит полностью в парообразное состояние (точка С). Процесс идет при постоянной температуре, но с увеличением теплосодержания.

Как уже говорилось выше, парообразный хладагент несколько перегревается на выходе испарителя. Главная задача фазы перегрева (С-С`) – обеспечение полного испарения остающихся капель жидкости, чтобы в компрессор поступал только парообразный хладагент. Для этого требуется повышение площади теплообменной поверхности испарителя на 2-3% на каждые 0,5°С перегрева. Поскольку обычно перегрев соответствуют 5-8°С, то увеличение площади поверхности испарителя может составлять около 20%, что безусловно оправдано, так как увеличивает эффективность охлаждения.

Количество тепла, поглощаемого испарителем.

Участок HB-НС` соответствует изменению теплосодержания хладагента в испарителе и характеризует количество тепла, поглощаемого испарителем.

Реальный цикл охлаждения.

Рис. 4. Изображение цикла реального сжатия на диаграмме «Давление-теплосодержание»
C`L: потеря давления при всасывании
MD: потеря давления при выходе
HDHC`: теоретический термический эквивалент сжатия
HD`HC`: реальный термический эквивалент сжатия
C`D: теоретическое сжатие
LM: реальное сжатие

В действительности в результате потерь давления, возникающих на линии всасывания и нагнетания, а также в клапанах компрессора, цикл охлаждения отображается на диаграмме несколько иным образом (рис. 4).

Из-за потерь давления на входе (участок C`-L) компрессор должен производить всасывание при давлении ниже давления испарения.

С другой стороны, из-за потерь давления на выходе (участок М-D`), компрессор должен сжимать парообразный хладагент до давлений выше давления конденсации.

Необходимость компенсации потерь увеличивает работу сжатия и снижает эффективность цикла.

Помимо потерь давления в трубопроводах и клапанах, на отклонение реального цикла от теоретического влияют также потери в процессе сжатия.

Во-первых, процесс сжатия в компрессоре отличается от адиабатического, поэтому реальная работа сжатия оказывается выше теоретической, что также ведет к энергетическим потерям.

Во-вторых, в компрессоре имеются чисто механические потери, приводящие к увеличению потребной мощности электродвигателя компрессора и увеличению работы сжатия.

В третьих, из-за того, что давление в цилиндре компрессора в конце цикла всасывания всегда ниже давления пара перед компрессором (давления испарения), также уменьшается производительность компрессора. Кроме того, в компрессоре всегда имеется объем, не участвующий в процессе сжатия, например, объем под головкой цилиндра.

Оценка эффективности цикла охлаждения

Эффективность цикла охлаждения обычно оценивается коэффициентом полезного действия или коэффициентом термической (термодинамической) эффективности.

Коэффициент эффективности может быть вычислен как соотношение изменения теплосодержания хладагента в испарителе (НС-НВ) к изменению теплосодержания хладагента в процессе сжатия (НD-НС).

Фактически он представляет собой соотношение холодильной мощности и электрической мощности, потребляемой компрессором.

Причем он не является показателем производительности холодильной машины, а представляет собой сравнительный параметр при оценке эффективности процесса передачи энергии. Так, например, если холодильная машина имеет коэффициент термической эффективности, равный 2,5, то это означает, что на каждую единицу электроэнергии, потребляемую холодильной машиной, производится 2,5 единицы холода.

Холодильные машины и установки

Перенос тепловой энергии к более нагретому телу с совершением минимальной работы

Как уже было упомянуто, получение холода основывается на процессе теплообмена. В соответствии с законами термодинамики получение искусственного холода принято рассматривать как процесс теплопередачи от теплоагента с низкой температурой к теплоагенту с высокой температурой, что требует дополнительного подведения энергии компенсирующее изменение энтропии системы. Этот процесс отвечает обратному термодинамическому циклу установленному французским ученым Сади Карно, согласно которому коэффициент полезного действия данного цикла соответствует наибольшей степени превращения тепловой энергии в работу при теплопередаче от теплоагента с высокой температурой к теплоагенту с низкой температурой, и состоит из следующих стадий:

• адиабатическое сжатие газообразного хладоагента с достижением температуры T;
• изотермическая конденсация паров хладоагента при температуре Т с переносом в окружающую среду теплоты конденсации Q;
• адиабатическое расширение жидкого хладагента с достижением температуры Т0;
• изотермическое испарение жидкого хладоагента при температуре Т0 с отнятием от охлаждаемой среды теплоты испарения.

Важным условием протекания такого цикла является постоянство энтропии системы.
Значение энтропии при нагревании увеличивается, а при охлаждении наоборот уменьшается, при этом величина ее изменения равна отношению количества переданной тепловой энергии (Q₀) к абсолютной температуре (Т). В условиях, когда тепловая энергия передается от теплоагента с низкой температурой (Т0) к теплоагенту с высокой температурой (T), энтропия первого уменьшается на величину Q₀/T₀, а второго увеличивается на Q₀/T. Но при этом необходимо учитывать количество тепла эквивалентное затраченной работе L на сжатие хладоагента. В конечном итоге получим увеличение энтропии теплоагента с высокой температурой на величину ((Q₀+L)/T).

Общее изменение энтропии будет иметь следующий вид:

∆S = (Q₀/T₀) – ((Q₀+L)/T)

где:
∆S – изменение энтропии, [Дж/(кг·град)];
Q₀ – тепловая энергия переданная от охлаждаемой среды или тела к хладоагенту (характеризует холодопроизводительность машины), [Вт];
T₀ – абсолютная температура теплоагента с низкой температурой, [K];
T – абсолютная температура теплоагента с высокой температурой, [K];
L – работа, затраченная на осуществление процесса, [Дж].

Откуда можно рассчитать необходимую работу, которую требуется затратить на осуществление процесса охлаждения:

L = Q₀[(T – T₀)/T₀]

Общее уравнение энергетического баланса холодильных машин можно выразить следующим образом.

Q = Q₀ + L

где
Q – количество отведенной тепловой энергии, [кВт].

Для оценки эффективности холодильной машины используют холодильный коэффициент, который характеризует отношение холодопроизводительности к затраченной работе и вычисляется следующим образом:

ε = Q₀/L

Немаловажным критерием является оценка требуемой мощности привода холодильной машины, определяемая следующим образом:

N = Q₀/1000ε [кВт]

Зная расход циркулирующего хладоагента можно определить его удельную холодопроизводительность.

Q₀ = G/Q₀

где:
G – расход циркулирующего хладоагента в машине, [кг/сек];
Q₀ – удельная холодопроизводительность, [Дж/кг].

Адиабатическое расширение газа без совершения внешней работы (методом дросселирования)

Проведение процесса дросселирования газа характеризуется постоянством энтальпии.

i₁ = i₂ = const

Этот эффект объясняется тем, что совершаемая расширяющимся газом работа, при осуществлении процесса дросселирования, затрачивается на преодоление внутренних сил трения в сужении и переходит в тепловую энергию, которая остается в газе, вследствие чего энтальпия остается без изменения.
Для идеальных газов дросселирование проходит не только с постоянством энтальпии, но и температуры. А вот дросселирование реальных газов отличается изменением температуры при постоянной энтальпии. Данное явление обозначается как дроссельный эффект. В зависимости от направления изменения температуры газа дроссельный эффект разделяют на положительный (при охлаждении) и отрицательный (при нагревании). Также различают дифференциальный и интегральный дроссельный эффект. Дифференциальный дроссельный эффект описывает изменение температуры газа при понижении давления на одну единицу, а интегральный при понижении давления от значения p₁ (до дросселирования) до p₂ (после дросселирования). Ввиду простоты осуществления, в расчетах чаще используют интегральный дроссельный эффект. Он может быть определен графическим методом при помощи T-S диаграммы, с нанесенными линиями энтальпии.

Дополнительным фактором, влияющим на изменение температуры реальных газов, является зависимость энтальпии от давления, помимо температуры.

i = u + pv = c_vT + uп + pv

где:
u – внутренняя энергия реального газа, [Дж];
v – удельный объем, [м³/кг];
c_v – удельная теплоемкость при постоянном объеме, [кДж/(кг·град)];
c_vT – внутренняя кинетическая энергия молекул газа, [кДж/кг];
uп — внутренняя потенциальная энергия газа (равна работе, затрачиваемой на преодоление сил притяжения между молекулами), [Дж];
pv – объемная энергия газа.

Постоянство энтальпии до и после проведения процесса дросселирования (i₁ и i₂ соответственно) описывается следующим выражением:

c_vT₁ + u₁ + p₁v₁ = c_vT₂ + u₂ + p₂v₂

упростив, получим:

c_v (T₁ — T₂) = (u₂ — u₁) – (p₁v₁ — p₂v₂)

где:
c_v (T₁ — T₂) – уменьшение внутренней кинетической энергия молекул газа в результате охлаждения, [кДж/кг];
(u₂ — u₁) = ∆u_п – увеличение внутренней потенциальной энергии газа, [Дж];
(p₁v₁ — p₂v₂) – работа совершаемая газом при дросселировании, [Дж].

Исходя из приведенного выше уравнения, можно сделать вывод, что при дросселировании газа могут проходить два случая охлаждения и один направленный на нагрев.

Охлаждение:

• когда p₁v₁ < p₂v₂, тогда T₁ >T₂;
• когда p₁v₁ > p₂v₂, при этом ∆u_п>(p₁v₁ — p₂v₂), тогда T₁ > T₂;

Нагрев:

• когда p₁v₁ > p₂v₂, при этом ∆u_п ˂ (p₁v₁ — p₂v₂), тогда T₁ ˂ T₂;

Возможно протекание еще одного случая, когда с повышением температуры дроссельный эффект приравнивается нулю. Это происходит при инверсионной температуре, когда в уравнении ∆u_п = (p₁v₁ — p₂v₂) правая часть обращается в ноль. Однако большинство газов обладают высокими значениями инверсионных температур и осуществление процесса дросселирования ведет к их охлаждению.

Основные принципы работы паровой компрессионной холодильной машины

В основе получения холода при помощи паровой компрессионной холодильной машины лежит отвод тепла от охлаждаемой среды при кипении рабочего вещества в испарителе. Кипение холодильного агента осуществляется при отводе тепла от охлаждаемой среды Qo, Дж/кг.

Процессы в аппаратах холодильной машины (1,2,3,4) отражены на диаграммах состояния холодильного агентаT-S и LgP-i.

На диаграммахT-S иLgP-i представлены цикл Карно и теоретический цикл паровой компрессионной холодильной машины. Теоретический цикл отличается как от реальных условий работы холодильной машины, так и от идеального цикла Карно.

В испарителе холодильной машины кипит холодильный агент. Процесс кипения холодильного агента в испарителе холодильной машины, работающей на основе цикла Карно 4-1, обеспечивается выполнением двух условий: подводом тепла к испарителю (отводом тепла от охлаждаемой среды) и отводом паров, скапливающихся в испарителе.

Рисунок 4 -Теоретический цикл паровой компрессионной холодильной машины в диаграммах Т-S и LgP-I

Последнюю функцию выполняет компрессор холодильной машины.

Компрессор отводит пары из испарителя, сжимает их до давления конденсации и перемещает пары в конденсатор . При сжатии пара повышается давление холодильного агента от давления кипения Ро, МПа до давления конденсации Р, МПа (1-2). Процесс сжатия сопровождается повышением температуры холодильного агента. Пар становится сухим насыщенным (точка 2). В нем отсутствует капельно-жидкая влага.

Сухой насыщенный пар поступает в конденсатор, где при постоянном давлении конденсации охлаждается до состояния насыщения (точка 3), превращаясь в жидкость.

В холодильной машине, работающей по циклу Карно, жидкий холодильный агент поступает в расширительный цилиндр (детандер), где, расширяясь, совершает полезную работу. Расширение сопровождается понижением давления и температуры до температуры кипения холодильного агента в испарителе. Холодопроизводительность холодильной машины соответствует площади (4-1-b-a-А) под изотермой кипения (4-1).

Отличия теоретического цикла паровой компрессионной холодильной машины от цикла Карно.

В цикле Карно всасывание паров холодильного агента в цилиндр компрессора осуществляется в состоянии влажного пара (точка 1).

Пар обусловливает в своем составе наличие капель жидкого холодильного агента. Поступление в цилиндр компрессора жидкого холодильного агента влечет за собой последствия, которые следует учитывать в условиях работы холодильной машины. Поскольку жидкости несжимаемы, то попадание жидкого холодильного агента в цилиндр компрессора может привести к явлению, которое носит название «гидравлический удар». Суть явления состоит в том, что при сжатии несжимаемой жидкости возможно разрушение конструктивных элементов компрессора. Наиболее уязвимой частью компрессора, подверженной разрушению при гидравлическом ударе, является всасывающий клапан. Он может разрушиться. Особенно это опасно для герметичных компрессоров, поскольку последствия подобного предполагают отправку компрессора в ремонт.

Таким образом, сравнительно с циклом Карно логически обоснован переход от холодильного агента в состоянии влажного пара (точка 1) к сухому насыщенному пару, т. е. пару, не имеющему в своем составе жидкости.

Переход от состояния холодильного агента к состоянию обеспечивает работу компрессора «сухим ходом», что позволяет достичь наибольшего значения коэффициента подачи и увеличить холодопроизводительность компрессора ∆ Дж/кг, на величину, эквивалентную площадиb-d- -1-b. Однако одновременно с увеличением холодопроизводительности, Дж/кг, возросла и величина энергетических затрат в виде работы. Величина адиабатной работы эквивалентна площади 1-1’-2’-2-1.

Рисисунок 5- Конструкция отделителя жидкости

а) — отделитель жидкости, б) — отделитель жидкости совместно с компрессором холодильной машины

Поскольку приращение площади, эквивалентной работе, больше площади, эквивалентной холодопроизводительности, энергетически данный процесс менее эффективен, чем процесс, протекающий в рамках цикла Карно. Однако практическая целесообразность превалирует над соображениями, связанными с энергетическими затратами.

Таким образом, для увеличения холодопроизводительности холодильной машины необходимо обеспечить подачу в цилиндр компрессора сухого насыщенного пара или пара в состоянии перегрева.

Обеспечить подачу в компрессор пара без капель жидкости можно двумя путями — либо предварительно отделяя жидкость от пара в отделителе жидкости, либо нагревая (перегревая) пар в испарителе посредством изменения расхода холодильного агента, проходящего через прибор автоматического регулирования расхода холодильного агента — ТРВ.

Энергетическое образование

1. Холодильная установка

Холодильник — устройство, поддерживающее низкую температуру в теплоизолированной камере. Работа холодильника основана на использовании теплового насоса, переносящего тепло из рабочей камеры холодильника наружу, где оно рассеивается во внешнюю среду. Теоретической основой, на которой построен принцип работы холодильников, является второе начало термодинамики. Охлаждающий газ в холодильниках совершает так называемый обратный цикл Карно. При этом основная передача тепла основана не на цикле Карно, а на фазовых переходах — испарении и конденсации. В принципе возможно создание холодильника, использующего только цикл Карно, но при этом для достижения высокой производительности потребуется или компрессор, создающий очень высокое давление, или очень большая площадь охлаждающего и нагревающего теплообменника.

Основными составляющими частями холодильника являются:

Холодильный компрессор — компрессор, предназначенный для сжатия и перекачки паров хладагента в холодильных установках. При сжатии паров происходит повышение не только давления, но и температуры.

Чаще всего выполняется с приводом вращения вала от электродвигателя по той или иной поршневой схеме. Число поршней варьируется от 1 для бытовых устройств до 8 для крупных стационарных компрессоров. Также поршневые компрессоры могут быть одно- и многоступенчатыми (обычно 2-ступенчатыми). В них холодильный агент, сжатый в цилиндрах первой ступени, охлаждается и поступает в цилиндры второй ступени.

Другой распространённый тип компрессоров — винтовые. В них сжатие холодильного агента осуществляется в полости, образуемой либо между вращающимися роторами, либо между ротором и корпусом (эффект мясорубки). Также к ним относяться и центрифугальные компрессоры. Винтовые компрессоры обладают большей холодопроизводительностью по сравнению с поршневыми компрессорами при сопоставимых размерах.

Конденсатор — теплообменный аппарат для конденсации (превращения в жидкость) паров вещества путём охлаждения. Для конденсации пара какого-либо вещества необходимо отвести от каждой единицы его массы теплоту, равную удельной теплоте конденсации. Для обратимых процессов она равна удельной теплоте парообразования. Поскольку при конденсации, как и при испарении, температура не изменится, пока не сконденсируется весь пар, процесс происходит практически при постоянных параметрах пара. Параметры пара при конденсации близки к состоянию насыщения.

Испаритель — теплообменный аппарат, в котором рабочее вещество кипит за счет теплоты, подводимой от источника низкой температуры. Образовавшийся при кипении холодильного агента пар отсасывается из испарителя компрессором для совершения дальнейших процессов цикла холодильной машины.

Дроссель — устройство для понижения давления газа или пара при протекании через сужение проходного канала трубопровода или клапана.

Холодильный агент (хладагент) — рабочее вещество холодильной машины, которое при кипении и в процессе изотермического расширения отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде за счёт конденсации (воде, воздуху и т. п.). Хладагент является частным случаем теплоносителя. Важным отличием является использование теплоносителей в одном и том же агрегатном состоянии, в то время, как хладагенты обычно используют фазовый переход (кипение и конденсацию). Основными холодильными агентами являются аммиак, фреоны (хладоны), элегаз и некоторые углеводороды. Принцип действия компрессионного холодильника. Хладагент под давлением через дросселирующее отверстие поступает в испаритель, где за счёт резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости и превращение её в пар. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, за счёт чего происходит охлаждение внутреннего пространства холодильника. Компрессор засасывает из испарителя хладагент в виде пара, сжимает его, за счёт чего температура хладагента повышается и выталкивает в конденсатор. В конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент остывает, отдавая тепло во внешнюю среду, и конденсируется, то есть превращается в жидкость. Процесс повторяется вновь. Таким образом, в конденсаторе хладагент под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состояние, выделяя тепло, а в испарителе под воздействием низкого давления вскипает и переходит в газообразное, поглощая тепло.

Обычно также присутствует теплообменник, выравнивающий температуру на выходе из конденсатора и из испарителя. В результате к дросселю поступает уже охлаждённый хладагент, который затем ещё сильнее охлаждается в испарителе, в то время как хладагент, поступивший из испарителя подогревается, прежде чем поступить в компрессор и конденсатор. Это позволяет увеличить эффективность холодильника.

Цикл паро-компрессионного охлаждения, шаг за шагом

Парокомпрессионному циклу исполнилось почти 200 лет, но, похоже, он не готов в ближайшее время покинуть сцену. Хотя некоторые люди считают этот метод экологически вредным и неэффективным, цикл все еще применим в промышленной сфере. Заводы по производству природного газа, нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы, а также большинство процессов производства продуктов питания и напитков — это некоторые из промышленных предприятий, которые используют системы охлаждения с компрессией пара. Что является отличительной чертой этих систем? Самым простым объяснением этой системы является тепловой двигатель, работающий в обратном направлении, технически называемый обратным двигателем Карно. Другими словами, это передача тепла от холодного резервуара к горячему. Заявление Клаузиуса о втором законе термодинамики гласит: «Невозможно сконструировать устройство, которое работает в цикле и не производит никакого эффекта, кроме передачи тепла от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой».Поскольку цикл сжатия пара противоречит второму закону термодинамики, для того, чтобы передача произошла, необходима некоторая работа.

Почему мы используем термин «сжатие»?

Цикл охлаждения паром включает четыре компонента: компрессор , конденсатор, расширительный клапан / дроссельный клапан и испаритель. Это процесс сжатия, целью которого является повышение давления хладагента, выходящего из испарителя. Хладагент под высоким давлением проходит через конденсатор / теплообменник, прежде чем достичь начального низкого давления и вернуться в испаритель.Более подробное объяснение шагов приведено ниже.

Шаг 1: сжатие

Хладагент (например, R-717) поступает в компрессор при низкой температуре и низком давлении. Он находится в газообразном состоянии. Здесь происходит сжатие для повышения температуры и давления хладагента . Хладагент покидает компрессор и попадает в конденсатор. Поскольку этот процесс требует работы, можно использовать электродвигатель. Сами компрессоры могут быть спирального, винтового, центробежного или поршневого типа.

Шаг 2: Конденсация

Конденсатор — это, по сути, теплообменник. Тепло передается от хладагента потоку воды. Эта вода поступает в градирню для охлаждения в случае конденсации с водяным охлаждением. Обратите внимание, что эту роль также могут играть методы охлаждения морской водой и воздухом. Когда хладагент протекает через конденсатор, он находится под постоянным давлением. Нельзя игнорировать безопасность и производительность конденсатора. В частности, контроль давления имеет первостепенное значение по соображениям безопасности и эффективности.Для выполнения этого требования существует несколько устройств для регулирования давления

Шаг 3: регулирование и расширение

Когда хладагент попадает в дроссельный клапан, он расширяется и сбрасывает давление. Следовательно, на этом этапе температура падает. Из-за этих изменений хладагент покидает дроссельную заслонку в виде парожидкостной смеси, обычно в пропорциях около 75% и 25% соответственно. Дроссельные клапаны играют две важнейшие роли в цикле сжатия пара.Во-первых, они поддерживают перепад давления между сторонами низкого и высокого давления. Во-вторых, они контролируют количество жидкого хладагента, поступающего в испаритель.

Шаг 4: Испарение

На этой стадии цикла охлаждения с компрессией пара хладагент имеет более низкую температуру, чем его окружающая среда. Следовательно, испаряется и поглощает скрытую теплоту испарения . Отвод тепла от хладагента происходит при низком давлении и температуре. Эффект всасывания компрессора помогает поддерживать низкое давление.На рынке представлены различные версии испарителей, но основными классификациями являются жидкостное охлаждение и воздушное охлаждение, в зависимости от того, охлаждают ли они жидкость или воздух соответственно.

Рис. 1: Схематическое изображение шагов

Проблемы в цикле сжатия пара

Коэффициент производительности (COP) выражает эффективность этого цикла. Зная, что целью холодильника является отвод тепла и что этот процесс требует работы, КПД цикла принимает следующий вид: Где «h» — энтальпия в системе.Некоторые из проблем цикла охлаждения паром, которые могут повлиять на это значение:

Утечка / отказ компрессора

Выход из строя промышленного холодильного компрессора может стать дорогостоящим делом для компании и нанести ущерб репутации производителя. Часто производители сносят возвращенные компрессоры в поисках неисправностей. За годы исследований были выявлены некоторые общие причины отказа компрессора, включая проблемы со смазкой , перегрев, закупорку, обратный поток и загрязнение .

Загрязнение — испаритель и конденсатор

Загрязнение — любой изолятор, препятствующий передаче между водой и хладагентом. Это может быть результатом роста водорослей, отложений, образования накипи или слизи. Поскольку эта проблема увеличивает напор, это может привести к увеличению потребления энергии компрессором. Какая лучшая практика? Следите за чистотой поверхности испарителя и трубок конденсатора . Чтобы решить эту проблему, необходимо строго соблюдать правила очистки воды.

Охлаждение двигателя

Двигатель является самым большим потребителем энергии в цикле сжатия пара .В большинстве случаев эффективность этого устройства падает из-за проблем с охлаждением. К этому могут привести многие проблемы — засорение воздушных фильтров, грязные воздушные каналы и т. Д. Регулярные проверки журналов чиллера должны выявить любые аномалии, в частности, сравнение силы тока и напряжения.

Ограничение жидкостной линии

Если вы специалист по холодильной технике и сталкиваетесь с низким давлением в испарителе , одной из областей, которые необходимо проверить, является линия жидкости , особенно на предмет каких-либо ограничений.Многие другие симптомы могут указывать на проблему, которая влияет на энтальпию системы, как показано в следующих примерах:

1. Аномально высокая температура нагнетания
2. Низкое потребление тока
3. Высокий перегрев
4. Низкое давление конденсации
5. Местные заморозки близко к ограничению
6. Пузырьки в смотровом стекле

При промышленном охлаждении засорение жидкостной линии может снизить охлаждающую способность системы на 50%. Диагностика этой проблемы не должна быть сложной, поскольку опытный техник может сказать, что что-то не в порядке, просто проверив системную историю или проверив визуально.Если вы не знакомы с системой, вам может потребоваться провести несколько тестов, чтобы выявить проблему. Первый — это испытание на падение температуры, которое проводится во всех точках, где может возникнуть ограничение. Вы также можете выполнить тест на замораживание , если поиск точной точки становится затруднительным. Этот тест пригодится, когда вы подозреваете наличие нескольких компонентов, таких как испаритель, подающие трубки и дозирующее устройство. Тепловидение должно быть самым передовым и надежным методом определения засорения жидкостной линии.Он дает результаты в режиме реального времени, которые помогают определить проблему по изменению температуры.

Нужно улучшить вашу систему?

Понимание цикла сжатия пара — важный шаг на пути решения общих проблем промышленного охлаждения. Все компоненты, участвующие в цикле, потенциально могут нарушить эффективность или общую функциональность системы в целом. ARANER может помочь вам определить возможности модернизации в рамках цикла охлаждения паром.Процесс включает оценку текущего состояния системы и возможные возможности улучшения. Другие возможные подходы к улучшению вашей системы включают установку высокоэффективных компонентов системы модернизации градирни. Свяжитесь с командой сегодня, чтобы узнать об этих и других решениях для промышленного охлаждения.

4 основных компонента холодильного цикла

Мы все были там. Вы заходите внутрь в жаркий день, и вас милостиво встречает стена прохладного воздуха. Что ж, вам нужно поблагодарить цикл охлаждения за это облегчение.Несмотря на то, что существуют десятки методов нагрева и охлаждения, основная функция остается той же и используется в той или иной форме в бесчисленных отраслях и процессах. Но как это работает? Этот пост ответит на этот вопрос, описав основные компоненты стандартного холодильного контура и функции каждого из них.

Проще говоря, задача холодильного цикла — поглощение тепла и отвод тепла. Любой инструктор по HVAC скажет вам (решительно), вы не можете сделать холод, вы можете просто отвести тепло.Холодильный цикл, также называемый циклом теплового насоса, представляет собой средство отвода тепла от области, которую вы хотите охладить. Это достигается путем управления давлением рабочего хладагента (воздуха, воды, синтетических хладагентов и т. Д.) Посредством цикла сжатия и расширения.

Конечно, это не полная картина, но основная идея. Теперь перейдем к оборудованию, которое помогает выполнять эту работу. В большинстве циклов, безусловно, есть и другие компоненты, но большинство согласятся, что четыре основных элемента базового цикла следующие:

Компрессор

Компрессия — это первая ступень холодильного цикла, а компрессор — это часть оборудования, которая увеличивает давление рабочего газа.Хладагент входит в компрессор в виде газа низкого давления и низкой температуры и выходит из компрессора в виде газа высокого давления и высокой температуры.

Типы компрессоров

Компрессия может быть достигнута с помощью ряда различных механических процессов, поэтому сегодня в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и холодоснабжения используются несколько конструкций компрессоров. Существуют и другие примеры, но некоторые популярные варианты:

1. Компрессоры поршневые

2. Спиральные компрессоры

3.Ротационные компрессоры

Конденсатор

Конденсатор или змеевик конденсатора — это один из двух типов теплообменников, используемых в основном холодильном контуре. Этот компонент поставляется с высокотемпературным парообразным хладагентом под высоким давлением, выходящим из компрессора. Конденсатор отводит тепло от горячего пара парообразного хладагента до тех пор, пока он не перейдет в насыщенное жидкое состояние, также известное как конденсация.

После конденсации хладагент представляет собой жидкость под высоким давлением и низкой температурой, после чего он направляется к расширительному устройству контура.

Устройство расширения

Эти компоненты бывают разных конструкций. Популярные конфигурации включают фиксированные отверстия, термостатические расширительные клапаны (TXV) или тепловые расширительные клапаны (на фото выше), а также более совершенные электронные расширительные клапаны (EEV). Но независимо от конфигурации, работа расширительного устройства системы одинакова — создавать падение давления после того, как хладагент покидает конденсатор. Это падение давления приведет к быстрому кипению части этого хладагента, создавая двухфазную смесь.

Это быстрое изменение фазы называется миганием , , и оно помогает подключиться к следующему элементу оборудования в цепи, испарителю , для выполнения его предполагаемой функции.

Испаритель

Испаритель является вторым теплообменником в стандартном холодильном контуре и, как и конденсатор, назван в честь его основной функции. Он служит «бизнес-концом» холодильного цикла, учитывая, что он выполняет то, что мы ожидаем от кондиционера, — поглощает тепло.

Это происходит, когда хладагент входит в испаритель в виде низкотемпературной жидкости под низким давлением, и вентилятор нагнетает воздух через ребра испарителя, охлаждая воздух, поглощая тепло из рассматриваемого пространства в хладагент.

После этого хладагент отправляется обратно в компрессор, где процесс возобновляется. Вот как вкратце работает холодильный контур. Если у вас есть вопросы о холодильном цикле или его компонентах, а также о том, как они работают, позвоните нам.Мы помогаем клиентам получить максимальную отдачу от их климатического и холодильного оборудования на протяжении почти 100 лет.

Не оставайтесь незамеченными, когда речь идет об информации о теплопередаче. Чтобы быть в курсе самых разных тем по этой теме, подпишитесь на The Super Blog, наш технический блог, Doctor’s Orders и подпишитесь на нас в LinkedIn, Twitter и YouTube.

Как работает парокомпрессионное охлаждение | Электроника Охлаждение

Охлаждение парокомпрессионным способом можно найти практически в любом доме, например, в кондиционерах, которые отводят тепло из наших домов, и в холодильниках, в которых хранятся наши продукты.История сжатия пара восходит к 1805 году, когда американский изобретатель Оливер Эванс описал замкнутый цикл охлаждения с компрессией пара для производства льда. Первая работающая парокомпрессионная холодильная установка была построена в 1834 году другим американцем, жившим в Великобритании, Джейкобом Дженкинсом. В этом сообщении в блоге будет объяснено, как работает этот цикл охлаждения с компрессией пара и как его можно применять, или вы можете посмотреть видеообъяснение здесь.

Рис. 1

Охлаждение с парокомпрессионным циклом — это процесс, который использует физику теплопередачи с фазовым переходом и уникальные свойства хладагента для передачи тепла от относительно холодного источника к горячей среде.Проще говоря, холодильные системы эффективно отводят тепло от холодного источника к горячему радиатору (обычно воздуху). Компонентами базовой холодильной системы являются компрессор , конденсатор , расширительный клапан и испаритель .

Сердцем системы является компрессор . Компрессор принимает пар хладагента с низкой температурой и низким давлением и сжимает его в пар с высокой температурой и высоким давлением. Этот пар с высокой температурой / давлением затем поступает в конденсатор , где тепло отводится либо воздуху, либо воде.Когда тепло отводится, энергия, запасенная в газе под высоким давлением, высвобождается, и хладагент отдает свое скрытое тепло, превращаясь в горячую жидкость.

Эта горячая, высокотемпературная жидкость затем выходит из конденсатора и попадает в расширительный клапан , где она испытывает падение давления, в результате чего часть горячего газа испаряется. Это снижает температуру потока хладагента. Хладагент на выходе из расширительного клапана представляет собой двухфазную жидкость с низкой температурой.

Эта двухфазная жидкость поступает в испаритель , где подвергается воздействию источника тепла.Тепло от источника испаряет хладагент за счет теплопередачи с фазовым переходом, и низкотемпературный газ под низким давлением входит в компрессор, завершая цикл.

Полезно понять цикл хладагента в квадранте, показанном на рис. 1 . Верхняя половина с высоким давлением и высокой температурой позволяет хладагенту становиться значительно более горячим, чем окружающий воздух, что способствует передаче тепла в обычно горячую среду.

Низкая температура и низкое давление в половине цикла позволяет хладагенту поглощать тепло от источника, который не такой горячий, как окружающая среда.Компрессор выполняет работу по повышению давления, а расширительный клапан обеспечивает поддержание необходимого давления в конденсаторе для передачи тепла.

Рисунок 2

Цикл сжатия пара может использоваться для охлаждения воздуха, жидкости или холодных пластин. Все, что требуется для этого, — это модифицировать испаритель, чтобы приспособить его к охлаждаемым системам. Для создания системы воздушного охлаждения испаритель действует как хладагент для воздушного теплообменника. Система воздушного охлаждения используется в зданиях, автомобилях и шкафах для электроники, где охлаждается стоечное оборудование с воздушным охлаждением.

Для охлаждения жидкости испаритель снова действует как хладагент, на этот раз в жидкостном теплообменнике, при этом перекачиваемая жидкость охлаждается испаряющимся хладагентом. Система с жидкостным охлаждением используется в таких системах, как лазеры, электроника и медицинские устройства, предназначенные для жидкостного охлаждения.

Рис. 3

Третьей альтернативой устройствам с охлаждающей пластиной является пропускание хладагента непосредственно через охлаждающую пластину. При использовании испарителя в качестве охлаждающей пластины охлаждаемые устройства обладают преимуществом теплопередачи с фазовым переходом с минимальным повышением температуры.

Парокомпрессионное охлаждение адаптируется, эффективно и эффективно при охлаждении. Посмотрите «Как работает парокомпрессионное охлаждение», чтобы узнать больше.

Парокомпрессионное охлаждение

Наиболее часто используемый метод охлаждения парокомпрессионный циклов, потому что довольно легко построить охлаждающее устройство, используя этот метод, и его стоимость будет низкой. Фактически, обычные холодильники используют этот метод охлаждение до Храните остатки еды и напитки охлажденными! Кондиционеры также использовать цикл сжатия пара для охлаждения температуры окружающего воздуха в комната.

В основном, парокомпрессионное охлаждение использует тепловой двигатель, работающий в обратном направлении, поэтому тепловая энергия забирается из холодного резервуара и передается в горячий резервуар. По второму закону термодинамики тепловая энергия делает не переходить самопроизвольно из холодного водоема в горячий. В чтобы обеспечить теплопередачу в этом направлении (а не от горячего к холодно, а система естественно к этому склонна) надо делать работать над системой.

Сжатие пара Цикл охлаждения

Этот цикл охлаждения примерно цикл Ренкина проходит в обратном направлении.Рабочая жидкость (часто называемый хладагентом) проталкивается через систему и претерпевает изменения состояния (из жидкого к газу и обратно). Скрытая теплота испарения хладагент используется для передачи большого количества тепловой энергии, и изменения давления используются для контроля, когда хладагент выходит или поглощает тепловую энергию.
Однако для холодильного цикла, который есть горячий резервуар при комнатной температуре (или немного выше) и холодном резервуар, температура которого должна быть около 34 ° F, при кипении точка хладагента должно быть достаточно низким.Таким образом, различные жидкости были определены как практичные хладагенты. Большинство общий включают аммиак, фреон (и другие хлорфторуглеродные хладагенты, также известные как CFCs) и HFC-134a (нетоксичный гидрофторуглерод).

Этапы Цикл парокомпрессионного охлаждения

Парокомпрессионное охлаждение Цикл состоит из четырех шагов. Концептуальная фигура процесса показывает изменение PV во время каждой части.

Часть 1: Компрессия
На этом этапе хладагент попадает в компрессор как газ под низким давлением и имеющий низкую температуру.Потом, хладагент сжимается адиабатически, поэтому жидкость покидает компрессор под высоким давлением и с высокой температурой.

Часть 2: Конденсация
Высокое давление, высокая температура газ выделяет тепловую энергию и конденсируется внутри «конденсатора» часть системы. Конденсатор контактирует с горячий резервуар холодильной системы. (Газ выделяет тепло в горячий резервуар из-за внешней работы, добавленной к газу.) Хладагент уходит в виде жидкости под высоким давлением.

Часть 3: Дросселирование
Жидкий хладагент проталкивается через а дроссельный клапан, который заставляет его расширяться. В результате теперь хладагент имеет низкое давление и более низкую температуру, пока еще в жидкой фазе. (Дросселирование клапан может быть либо тонкой щелью, либо какой-то заглушкой с дырками. Когда хладагент нагнетается через дроссель, его давление снижается, вызывая расширение жидкости.)

Часть 4: Испарение
Низкое давление, низкая температура хладагент входит испаритель, контактирующий с холодным резервуаром.Поскольку поддерживается низкое давление, хладагент может к варить при низкой температуре. Итак, жидкость поглощает тепло от в холодный резервуар и испаряется. Хладагент покидает испаритель как низкотемпературный газ низкого давления, который попадает в снова компрессор, вернувшись в начало цикла.

---

.

S H Цена 26 марта 2007 Веб-проект Physics 212

Холодильная машина — обзор

4 Магнитное охлаждение

MCE используется в магнитных холодильных машинах.В начале века Ланжевен (1905) продемонстрировал, что изменения намагниченности парамагнетиков обычно приводят к обратимому изменению температуры. Первые эксперименты по реализации этой идеи были проведены в 1933–1934 гг. Исследования в широком диапазоне температур (от 4,2 К до комнатной и даже выше) были начаты Брауном (1976). Технологически актуальный интерес к МКЭ связан с реальной возможностью использования материалов с большими значениями МКЭ при фазовом переходе в магнитных холодильниках.В настоящее время большой интерес направлен на демонстрацию того, что магнитное охлаждение является одним из наиболее эффективных методов охлаждения при комнатной температуре и выше. Например, Лаборатория Эймса (Университет штата Айова, США) и Американская астронавтическая корпорация совместно разрабатывают передовой промышленный образец такого магнитного холодильника (Zimm et al. 1998). В принципе, эти холодильники могут использоваться в сжижителях водорода, системах кондиционирования воздуха в больших зданиях, холодильниках для пассажиров транспортных средств, инфракрасных детекторах, высокоскоростных компьютерах и SQUID.

В настоящее время только материалы РЗМ признаны подходящими для этих целей. Согласно Баркли (1994), материалы РЗМ могут использоваться в холодильниках с газовым циклом в качестве пассивных регенераторов. В магнитных холодильниках они могут применяться в качестве рабочих материалов (тел) во внешне регенерируемых или безрегенеративных циклах. Они также могут служить в качестве активных магнитных регенеративных холодильников (AMRR).

Регенератор служит для увеличения диапазона температур холодильника, поскольку диапазон температур, создаваемый самим адиабатическим процессом, недостаточен для достижения желаемой температуры (особенно в случае магнитных материалов).С помощью регенератора тепло поглощается или возвращается к рабочему материалу на различных этапах регенеративного термодинамического цикла.

В низкотемпературной области теплоемкость обычных регенераторов в криогенных холодильниках существенно снижается, поскольку решеточная теплоемкость твердого тела пропорциональна T ³ , а электронная теплоемкость металлов пропорциональна T . В холодильниках, используемых для охлаждения газообразного гелия, это приводит к быстрому снижению эффективности холодильника, поскольку ниже примерно 10 К объемная теплоемкость сжатого гелия увеличивается.Buschow et al. (1975) предложил соединения редкоземельных элементов в качестве возможного решения этой проблемы. Это утверждение было основано на том факте, что в редкоземельных соединениях низкие температуры магнитного упорядочения и связанные с ними пики теплоемкости обеспечивают относительно высокие магнитные вклады в объемную теплоемкость. Практические конструкции пассивных магнитных регенераторов с использованием Er ₃ Ni появились после исследований теплоемкости различных соединений R – Ni, проведенных Хашимото с сотрудниками (1986).Использование пассивных магнитных регенераторов позволило достичь 4,2 К и увеличить охлаждающую способность.

В магнитных холодильниках нерегенеративный цикл Карно используется в сочетании с регенеративными циклами Брайтона и Эрикссона магнитного типа и с циклами активного магнитного регенератора (AMR) (Barclay 1994). Цикл Карно с диапазоном температур от T _{холодный} до T _{горячий} показан прямоугольником ABCD на диаграмме полная энтропия — температура ( S — T ) на рис.5. Теплота Q , соответствующая нагрузке во время одного цикла охлаждения, равна T _{холодному} Δ S _M . Увеличение диапазона температур сверх определенного оптимального значения приводит к значительной потере эффективности, поскольку точка C на рис. 5 стремится приблизиться к точке G, и область цикла становится узкой. Диапазон температур цикла Карно для данного T _{холодный} и H ограничен расстоянием AG (т. Е. MCE при T = T _{холодном} и изменении поля от 0 до H ), когда Q становится равным нулю.При температурах выше 20 К энтропия решетки твердых тел сильно возрастает, что приводит к уменьшению площади цикла Карно (см. Прямоугольник ABCD на рис. 5). Поэтому применение холодильников типа Карно ограничено областью температур ниже 20 К.

Рисунок 5. S – T Диаграмма термодинамических циклов, используемых для магнитного охлаждения. Показаны две изополевые кривые: для H = 0 и H > 0 (по Кузьмину и Тишину, 1991).

Магнитные холодильники, работающие при более высоких температурах, должны использовать другие термодинамические циклы, включая процессы в постоянном магнитном поле.Такие циклы, в отличие от цикла Карно, позволяют более полно использовать область между кривыми H = 0 и H ≠ 0 на диаграмме S — T . Прямоугольники AFCE и AGCH представляют циклы Эрикссона и Брайтона соответственно. Эти два цикла различаются способом изменения поля: изотермически в цикле Эрикссона и адиабатически в цикле Брайтона. Реализация изополевых процессов в обоих этих циклах требует регенерации тепла.

Первым магнитным холодильником комнатной температуры, использующим регенеративный магнитный цикл Эрикссона, является устройство, предложенное Брауном (1976). Регенератор состоит из вертикальной колонны с жидкостью (0,4 м ³ , 80% воды и 20% спирта). Магнитный рабочий материал, погруженный в регенератор, состоит из 1 моля пластин Gd толщиной 1 мм, разделенных проволочной сеткой, позволяющей регенерирующей жидкости проходить в вертикальном направлении. Рабочий материал удерживается неподвижно в магните, в то время как трубка, содержащая жидкость, колеблется вверх и вниз.Если первоначально жидкость регенератора имеет комнатную температуру, примерно после 50 циклов температура в верхней части может достигать +46 ° C, а температура в нижней части может достигать -1 ° C. Температурный градиент в этом устройстве поддерживается в колонне регенератора.

В холодильнике AMR магнитный рабочий материал и регенератор объединены в одно целое. В этом случае существует температурный градиент внутри рабочего материала, и такой цикл не может быть описан обычным аналогом газового цикла.Рассмотрим конструкцию AMRR, предложенную Zimm et al. (1998), который показан на рис. 6. Магнитное поле до 50 кЭ создается сверхпроводящим соленоидом, охлаждаемым гелием, работающим в постоянном режиме. В качестве AMR используются две кровати, каждая из которых состоит из 1,5 кг сфер гадолиния. Сферы имеют диаметр 150–300 мкм и изготавливаются методом плазменно-вращающегося электрода. Слои по очереди перемещаются в канал Дьюара и выходят из него с помощью магнитного поля. Вода используется в качестве теплоносителя.Рабочий цикл устройства начинался с водяного охлаждения путем продувки ее через размагниченный слой, расположенный внутри магнитной зоны (нижнее положение на рис. 6). Затем вода проходит через холодный теплообменник, принимая на себя тепловую нагрузку от охлаждающего объекта. После этого вода выдувается через намагниченный слой, расположенный в области магнитного поля, где она поглощает тепло, выделяющееся из-за МКЭ. Затем вода проходит через горячий теплообменник, высвобождая тепло, поглощенное намагниченным слоем.Цикл завершается снятием намагниченного слоя с магнита и заменой его размагниченным. Такое устройство, работающее на частоте 0,17 Гц с полем 50 кЭ в диапазоне комнатных температур с диапазоном температур 5 К, обеспечивает мощность охлаждения 600 Вт (что примерно в 100 раз лучше, чем в предыдущих конструкциях) с максимальной эффективностью. 60% от процесса Карно.

Рис. 6. Конструкция холодильника AMR, работающего при температуре, близкой к комнатной (по Zimm et al. 1998).

Предложение использовать бинарные и более сложные редкоземельные сплавы в качестве рабочих тел для области комнатных температур было сделано Тишиным в 1990 году. Для применения в идеальном цикле магнитного регенератора Эрикссон магнитный рабочий материал должен иметь изменение магнитной энтропии Δ S _M , которая постоянна в диапазоне температур цикла. Использование сплавов тербий-гадолиний и диспрозий-гадолиний в качестве магнитных холодильников вблизи комнатной температуры более эффективно, чем использование чистого гадолиния.

Хашимото и др. (1986) предложил для магнитного цикла Эрикссона с диапазоном температур от 10 К до 80 К использование сложных магнитных материалов, состоящих из интерметаллических соединений RAl ₂ (R = тяжелые РЗМ). Печарский и Гшнейднер (1997) предложили использовать уникальное поведение сплавов Gd ₅ (Si _x Ge _{1- x} ) ₄ для повышения эффективности магнитных холодильников.

Как упоминалось выше, холодильники без регенерации, работающие с циклом Карно, могут использоваться при температуре ниже 20 К.Среди различных оксидных соединений Gd ₂ Ga ₅ O ₁₂ , DyAlO ₃ и ErAlO ₃ являются наиболее подходящими рабочими материалами для магнитных холодильников в диапазоне температур от 2 K до 20 K.

Таким образом , мы рассмотрели пассивные и активные магнитные холодильники и материалы, которые могут быть использованы для их работы. В заключение, очевидно, что магнитное охлаждение является многообещающей технологией для холодильной промышленности и может стать важным рынком для индустрии редкоземельных металлов в будущем.

Как работает холодильный компрессор

Компрессор — это сердце холодильной системы. Компрессор действует как насос, перемещающий хладагент по системе. Датчики температуры запускают работу компрессора. Системы охлаждения охлаждают объекты посредством повторяющихся циклов охлаждения.

Прежде чем мы продолжим, вот несколько терминов, которые вам следует знать.

1. Компрессор: Компрессор — это насос, обеспечивающий поток хладагента.Компрессор работает за счет увеличения давления и температуры испаренного хладагента. Существуют различные типы компрессоров для холодильного оборудования. Поршневые, ротационные и центробежные компрессоры являются наиболее распространенными среди холодильных установок.

2. Конденсатор: Конденсатор представляет собой комплект спиральных труб. В домашнем холодильнике вы найдете компрессор на задней стороне прибора. Конденсатор охлаждает испарившийся хладагент, превращая его обратно в жидкость.

3. Испаритель: Испаритель является охлаждающим элементом холодильной системы. Он поглощает тепло от содержимого охлаждающего устройства. В бытовом холодильнике испаритель находится в морозильной камере.

4. Расширительный клапан: Это устройство регулирует поток жидкого хладагента. Расширительный клапан термостатический. Он реагирует на установленную вами температуру.

Цикл охлаждения

Хладагент течет из змеевика испарителя через компрессор.Этот поток повышает давление охлаждающей жидкости. Испарившийся хладагент затем поступает в конденсатор, где он превращается в жидкость. Когда хладагент конденсируется в жидкость, он выделяет тепло. Это объясняет, почему конденсатор относительно горячий при прикосновении к нему.

Из конденсатора хладагент течет к расширительному клапану. Падение давления в расширительном клапане. От расширительного клапана хладагент поступает в испаритель. Жидкий хладагент забирает тепло из окружающей среды испарителя.Это тепло испаряет жидкий хладагент.

Испаренный хладагент возвращается в компрессор, где цикл продолжается.

Как работают разные компрессоры

1. Поршневой компрессор

Этот компрессор использует возвратно-поступательное движение поршня для сжатия испарившегося хладагента. Другое название поршневого компрессора — поршневой компрессор. Этот компрессор состоит из двигателя, коленчатого вала и нескольких поршней.

Двигатель вращает коленчатый вал, который затем толкает поршни.

При каждом обороте коленчатого вала совершаются действия: всасывание, сжатие и нагнетание. Все эти действия идут по порядку. В результате вытеснение газа прерывистое и вызывает вибрацию.

Поршневые компрессоры одностороннего действия — это компрессоры, в которых хладагент действует с одной стороны. В компрессорах двойного действия хладагент действует с двух сторон поршня.

Типы компрессоров одностороннего действия включают;

• Компрессоры открытого типа
• Обслуживаемые полугерметичные компрессоры
• Полугерметичные компрессоры с болтовым креплением
• Сварные герметичные компрессоры

Эти поршневые компрессоры бывают для низких, средних и высоких рабочих температур.Вы найдете поршневые компрессоры в бытовых холодильниках и морозильниках (сварные герметичные компрессоры). В коммерческих системах охлаждения и кондиционирования бывают полугерметичные и герметичные сварные компрессоры.

2. Роторно-пластинчатый компрессор

Лопатка разделяет цилиндр на всасывающую и нагнетательную секции. Поршни вращаются для увеличения и уменьшения объемов секций. Непрерывное вращение обеспечивает всасывание, сжатие и выпуск газа.

Работа пластинчато-роторного компрессора включает пять действий.Эти действия: начало, всасывание, сжатие, нагнетание, затем конец. Каждое вращение коленчатого вала выполняет все эти пять действий.

Пластинчато-роторные компрессоры можно найти в бытовых холодильных установках и кондиционерах. Они также используются в тепловых насосах.

3. Винтовой компрессор

В этом компрессоре используются винтовые винтовые роторы для сжатия больших объемов хладагента. Сжатие включает двигатель, а также охватываемый и охватывающий роторы.

Двигатель вращает охватываемый ротор через коленчатый вал.Рабочий ротор перемещает охватывающий ротор, когда роторы сцепляются друг с другом.

Зацепляющиеся роторы выталкивают хладагент через всасывающий патрубок компрессора. Сжатый хладагент выходит через выпускное отверстие под более высоким давлением.

Винтовой компрессор конкурирует с большими поршневыми и маленькими центробежными компрессорами. Винтовые компрессоры можно найти в коммерческих и промышленных системах охлаждения и кондиционирования воздуха.

4. Центробежный компрессор

Другое название центробежного компрессора — турбо или радиальный компрессор.Эта машина сжимает хладагент кинетической энергией через вращающиеся колеса. При вращении крыльчатки они проталкивают хладагент через впускную лопатку. Чем выше частота вращения крыльчатки, тем выше давление.

Затем хладагент высокого давления проходит через диффузор. В диффузоре газовый объем хладагента увеличивается при уменьшении скорости. Центробежные компрессоры преобразуют кинетическую энергию высокоскоростного хладагента под низким давлением. В результате получается низкоскоростной газ под высоким давлением.

Центробежные компрессоры подходят для больших систем охлаждения. Центробежный компрессор является фаворитом среди коммерческих и промышленных холодильных систем.

Принцип действия различных компрессоров делает их пригодными для некоторых применений. Конструкция также может сделать компрессор непригодным для других целей. Такие характеристики, как охлаждающая способность, цена, эффективность и надежность, являются ключевыми факторами, которые следует учитывать.

Компрессор занимает центральное место в холодильной технике, и вы должны знать и понимать, как он работает.В Compressors Unlimited у нас есть огромный запас модернизированных компрессоров для вашего коммерческого холодильного оборудования.

Процесс охлаждения: цикл сжатия паров хладагента

Введение в системы охлаждения

В самых общих чертах холодильные системы используются для отвода тепла из одной области и передачи его в другое место. В этой статье приводятся некоторые подробности о парокомпрессионном холодильном цикле, который очень широко используется для многих типов холодильных систем, включая домашние холодильники и морозильники, холодильные кондиционеры и автомобильные кондиционеры.Прочтите информацию о цикле сжатия пара, о том, как он работает и как он используется для обеспечения охлаждения.

Цикл парокомпрессионного охлаждения

На схеме слева показаны компоненты холодильного цикла с компрессией пара: компрессор, конденсатор, расширительный клапан и испаритель. Жидкость под низким давлением и низкой температурой преобразуется в пар в испарителе, таким образом поглощая тепло из охлаждаемого помещения и сохраняя это пространство прохладным. Жидкость приводится в движение по циклу компрессором, который сжимает пар с низкой температурой и низким давлением, покидающий испаритель, в пар с высоким давлением и высокой температурой.Этот пар конденсируется в жидкость в конденсаторе, отдавая тем самым высокую температуру окружающей среде. Наконец, жидкость под высоким давлением и высокой температурой, выходящая из конденсатора, охлаждается, и ее давление понижается за счет пропускания ее через расширительный клапан. Это обеспечивает ввод в испаритель, который был первым этапом цикла, описанного выше.

На диаграмме показаны рабочие и тепловые потоки: Win, QH и QL. Win — это объем работы компрессора. Скорость работы компрессора — это большая часть мощности, необходимой для работы холодильной системы.Вероятно, потребуется мощность для привода одного или нескольких вентиляторов, но их потребляемая мощность будет небольшой по сравнению с потребляемой для привода компрессора. QH — это высокая температура, отводимая конденсатором в окружающую среду. QL — низкотемпературное тепло, поглощаемое испарителем из охлаждаемого пространства.

Применения парокомпрессионного охлаждения

Холодильный цикл с компрессией пара, описанный в предыдущем разделе, широко используется для различных целей охлаждения, таких как бытовые холодильники и морозильники; бытовые, промышленные и коммерческие кондиционеры; и автомобильные кондиционеры.Расположение компонентов цикла сжатия пара в домашнем холодильнике / морозильнике показано на схеме справа. Змеевики испарителя расположены в морозильном отделении, поэтому низкотемпературное тепло отводится из морозильного отделения, сохраняя его как самое холодное место в морозильном отделении холодильника. Компрессор показан внизу на задней стенке холодильника. Он направляет свой сжатый высокотемпературный пар через змеевики конденсатора в задней части холодильника, где тепло отдается воздуху за пределами холодильника.Наконец, капиллярная катушка, показанная в верхней части задней части холодильника, служит расширительным клапаном, который охлаждает жидкость, выходящую из конденсатора, когда ее давление снижается, обеспечивая входной поток в испаритель.

Изображение предоставлено: https: // Cooling device.net4.html

Повышение эффективности охлаждения

Для повышения эффективности холодильной системы будут полезны следующие рекомендации:

• Характеристики хладагента должны учитывать высокая температура конденсации для отвода тепла в окружающую среду и низкая температура испарения для поглощения тепла из охлаждаемого пространства.

• Следует минимизировать фильтрацию воздуха через двери и другие зазоры.

• Падение давления хладагента во всасывающей и нагнетательной линиях должно быть минимальным.

• Необходимо поддерживать хорошую смазку движущихся частей.

• Следует использовать трубы правильного размера, избегая ненужных изгибов, чтобы минимизировать падение давления.

Поэтапный отказ от хладагентов R22 и R12

Хладон 22, также известный как R22, является наиболее распространенным хладагентом в домашних системах кондиционирования воздуха и охлаждения.Фреон 12, также известный как R12, используется в автомобильных кондиционерах. Из-за опасений по поводу повреждения озонового слоя Земли производство и использование хлорфторуглеродов, таких как хладагенты R22 и R12, постепенно прекращаются во всем мире, и их заменяют хладагенты-заменители.

Ссылки

1. Мэннинг, Л., Идеальный цикл паро-компрессионного охлаждения , Департамент машиностроения, Университет Невады, Рино

2.

No related posts.