Охлаждане е процесът, при който стайната температура се понижава под външната температура.

Климатик - това е регулиране на температурата и влажността в помещението с едновременно изпълнение на филтриране на въздуха, циркулация и частичната му подмяна в помещението.

вентилация - това е циркулацията и подмяната на въздуха в помещението без промяна на неговата температура. С изключение на специални процеси като замразяване на риба, въздухът обикновено се използва като междинна среда за пренос на топлина. Ето защо, за изпълнение на охлаждане, климатизация и вентилация се използват вентилатори и въздуховоди. Трите процеса, споменати по-горе, са тясно свързани помежду си и заедно осигуряват даден микроклимат за хора, машини и товари.

За намаляване на температурата в товарните трюмове и в временните складове по време на охлаждане се използва охладителна система, чиято работа се осигурява от хладилна машина. Избраната топлина се прехвърля към друго тяло - хладилен агент при ниска температура. Охлаждането на климатика е подобен процес.

В най-простите схеми на хладилни агрегати топлината се предава два пъти: първо в изпарителя, където хладилният агент, който има ниска температура, взема топлина от охладената среда и намалява нейната температура, след това в кондензатора, където хладилният агент се охлажда, отдаване на топлина на въздух или вода. В най-често срещаните схеми на морските хладилни инсталации (фиг. 1) се осъществява цикъл на компресиране на пара. В компресора налягането на парите на хладилния агент се повишава и температурата му се повишава съответно.

Ориз. 1. Схема на парен компресор хладилен агрегат: 1 - изпарител; 2 - термочувствителен балон; 3 - компресор; 4 - маслен сепаратор; 5 - кондензатор; 6 - сушилня; 7 - тръбопровод за нефт; 8 - управляващ клапан; 9 - термостатичен клапан.

Тази гореща пара под налягане се впръсква в кондензатора, където, в зависимост от условията на приложение на инсталацията, парата се охлажда с въздух или вода. Поради факта, че този процес се извършва при повишено налягане, парата е напълно кондензирана. Течният хладилен агент се подава към контролен клапан, който контролира подаването на течен хладилен агент към изпарителя, където налягането се поддържа ниско. Въздухът от хладилното помещение или кондиционираният въздух преминава през изпарителя, предизвиква кипене на течния хладилен агент и самият той, отделяйки топлина, се охлажда. Захранването с хладилен агент към изпарителя трябва да се регулира така, че целият течен хладилен агент в изпарителя да се изпари и парата леко да се прегрее, преди да влезе отново в компресора при ниско налягане за последващо компресиране. По този начин топлината, която е била пренесена от въздуха към изпарителя, се пренася от хладилния агент през системата, докато достигне до кондензатора, където се прехвърля към външния въздух или вода. В инсталации, в които се използва кондензатор с въздушно охлаждане, като малък временен хладилен агрегат, трябва да се осигури вентилация за отстраняване на топлината, генерирана в кондензатора. За тази цел водно охлажданите кондензатори се изпомпват с прясна или морска вода. Прясна вода се използва в случаите, когато други механизми на машинното отделение се охлаждат с прясна вода, която след това се охлажда с морска вода в централизиран воден охладител. В този случай, поради по-високата температура на водата, охлаждаща кондензатора, температурата на водата, излизаща от кондензатора, ще бъде по-висока, отколкото когато кондензаторът се охлажда директно от морска вода.

Хладилни агенти и охлаждащи течности. Охлаждащите работни течности се разделят основно на първични - хладилни агенти и вторични - охлаждащи течности.

Хладилният агент под въздействието на компресора циркулира през кондензатора и изпарителната система. Хладилният агент трябва да има определени свойства, които отговарят на изискванията, като кипене при ниска температура и свръхналягане и кондензиране при температура, близка до температурата на морската вода и умерено налягане. Хладилният агент също трябва да бъде нетоксичен, устойчив на експлозия, незапалим, некорозивен. Някои хладилни агенти имат ниска критична температура, т.е. температура, над която парите на хладилния агент не кондензират. Това е един от недостатъците на хладилните агенти, по-специално въглеродния диоксид, който се използва на кораби от много години. Поради ниската критична температура на въглеродния диоксид, работата на кораби с хладилни инсталации с въглероден диоксид в географски ширини с висока температура на морската вода беше значително затруднена и поради това се наложи да се използват допълнителни охладителни кондензаторни системи. В допълнение, недостатъците на въглеродния диоксид включват много високо налягане, при което системата работи, което от своя страна води до увеличаване на масата на машината като цяло. След въглеродния диоксид, метилхлоридът и амонякът бяха широко използвани като хладилни агенти. Понастоящем метилхлоридът не се използва на кораби поради експлозивния му характер. Амонякът все още има някои приложения, но поради високата му токсичност при използването му са необходими специални вентилационни системи. Съвременните хладилни агенти са флуорирани въглеводородни съединения с различни формули, с изключение на хладилния агент R502 ( в съответствие със международен стандарт(MC) HCO 817 - за обозначаване на хладилни агенти се използва символът за хладилен агент, който се състои от символа R (хладилен агент) и определящо число. В тази връзка при превода беше въведено обозначението на хладилните агенти R.), което е азеотропна (фиксирана точка на кипене) смес ( специфична смес от различни вещества, която има свойства, различни от свойствата на всяко вещество поотделно.) хладилни агенти R22 и R115. Тези хладилни агенти са известни като фреони ( Съгласно GOST 19212 - 73 (промяна 1) името фреон е установено за фреон) и всеки от тях има определящо число.

Хладилният агент R11 има много ниско работно налягане и за постигане на значителен охлаждащ ефект е необходима интензивна циркулация на агента в системата. Предимството на този агент е особено очевидно, когато се използва в климатични инсталации, тъй като за въздуха се изисква относително малка мощност.

Първият от фреоните, след като бяха открити и станали достъпни, получи широк практическа употребафреон R12. Недостатъците му включват ниско (под атмосферното) налягане на кипене, в резултат на което поради всякакви течове в системата въздух и влага се засмукват в системата.

В момента най-разпространеният хладилен агент е R22, който осигурява охлаждане при достатъчно ниско температурно ниво при прекомерно налягане на кипене. Това ви позволява да получите известна печалба в обема на компресорните цилиндри на устройството и други предимства. Обемът, описан от буталото на компресора, работещо с фреон R22, е приблизително 60% в сравнение с описания обем на буталото на компресора, работещо с фреон R12 при същите условия.

Приблизително същата печалба се получава при използване на фреон R502. В допълнение, поради по-ниската температура на изпускане на компресора, вероятността от коксуване на смазочното масло и повреда на изпускателните клапани се намалява.

Всички тези хладилни агенти не са корозивни и могат да се използват в херметични и херметични компресори. В по-малка степен хладилният агент R502, използван в електрически двигатели и компресори, засяга лаковете и пластмасовите материали. В момента този обещаващ хладилен агент все още е доста скъп и следователно не е широко използван.

Охлаждащите течности се използват в големи климатични инсталации и в хладилни инсталации, които охлаждат товари. В този случай хладилният агент циркулира през изпарителя, който след това се изпраща в помещението за охлаждане. Хладилният агент се използва, когато инсталацията е голяма и разклонена, за да се елиминира необходимостта от циркулация в системата Голям бройскъп хладилен агент, който има много висока проникваща способност, тоест може да проникне през най-малките течове, така че е много важно да се сведе до минимум броят на тръбните връзки в системата. За климатиците обичайната охлаждаща течност е прясна вода, която може да има добавка на гликолов разтвор.

Най-често срещаната охлаждаща течност в големите хладилни агрегати е саламура - воден разтвор на калциев хлорид, към който се добавят инхибитори за намаляване на корозията.

Принципът на работа на хладилния агрегат

За да се получи изкуствен студ, технологията използва свойството на течността да променя точката си на кипене в зависимост от налягането.

За да се превърне течността в пара, трябва да се приложи определено количество топлина. Обратно, превръщането на парата в течност (процесът на кондензация) се случва, когато топлината се отстрани от парата.

Хладилният агрегат се състои от четири основни части: компресор, кондензатор, управляващ клапан и въздушен охладител (изпарител), свързани последователно с тръбопроводи.

В тази схема хладилен агент циркулира в затворен кръг - вещество, което може да кипи при ниски температури, в зависимост от налягането на парите във въздушния охладител. Колкото по-ниско е това налягане, толкова по-ниска е точката на кипене. Процесът на кипене на хладилния агент е придружен от отстраняване на топлината от заобикаляща среда, в който се намира въздушният охладител, в резултат на което тази среда се охлажда.

Парите на хладилния агент, образувани във въздушния охладител, се изсмукват от компресора, компресират се в него и се вкарват в кондензатора. По време на компресия налягането и температурата на парите на хладилния агент се повишават. По този начин компресорът създава, от една страна, намалено налягане във въздушния охладител, което е необходимо за кипене на хладилния агент при ниска температура, и, от друга страна, повишено налягане на изпускане, при което хладилният агент може да премине от компресора към кондензатора.

В кондензатора горещите пари на хладилния агент кондензират, тоест те се превръщат в течност. Кондензацията на парите се осъществява в резултат на отвеждането на топлината от тях от въздуха, охлаждащ кондензатора.

За да се получи студ, е необходимо температурата на кипене (изпаряване) на хладилния агент да бъде по-ниска от температурата на охладената среда.

Хладилният агрегат AR-3 е единичен, монтиран върху рамка с топлоизолационна стена, отделяща изпарителната част (въздухоохладителя) от останалото оборудване. Изпарителната част влиза в отвор, направен в предната стена на товарното пространство. Външният въздух се засмуква през кондензатора от аксиален вентилатор в машинното отделение.

На същия вал с вентилатора на кондензатора има вентилатор на въздушния охладител, който циркулира въздуха в товарното пространство.

По този начин в хладилния агрегат AR-3 има две независими въздушни системи:
— система за циркулация на охладен въздух в товарното помещение (въздухът от пода на товарното помещение се засмуква от аксиалния вентилатор във въздушния охладител през направляващия въздуховод, охлажда се и се изхвърля под тавана на товарното помещение);
— система за охлаждане на кондензатора.

Аксиален вентилатор, разположен вътре в машинното отделение, изсмуква въздух от околната среда през капаците на предния панел на каросерията, влиза в кондензатора, охлажда го и се изхвърля през капаците, монтирани на страничните врати на машинното отделение.

За охлаждане на двигателя на карбуратора въздухът се поема през специален прозорец в предната стена на корпуса и> се изхвърля в машинното отделение. Загрятият въздух от машинното отделение излиза през капаците на страничните врати.

Контролен панел и всички устройства за автоматизация, както и измервателни уредиразположени от лявата (по протежение на автомобила) страна на хладилния агрегат и имат свободен достъп.

Горивото се подава към карбураторния двигател от резервоар, фиксиран в горната част на уреда.

Хладилният агрегат е затворена херметична система, състояща се от четири основни части: въздушен охладител, фреонов компресор, кондензатор и термостатичен разширителен вентил, свързани последователно с тръбопроводи. Тази система е изпълнена с фреон-12 хладилен агент, който непрекъснато циркулира в нея, преминавайки1 от една част в друга.

Компресорът засмуква фреоновите пари, образувани по време на кипене от въздушния охладител 8, компресира ги до налягането на кондензация. Едновременно с увеличаване на налягането на парата, тяхната температура също се повишава до 70-80 ° C. Нагрятите фреонови пари от компресора се изпомпват през тръбопровода в кондензатора. Фреоновите пари кондензират в кондензатора, тоест те се превръщат в течност. Кондензацията на парите се извършва в резултат на лишаването от тях. топлина чрез обдухване на въздух върху външната повърхност на кондензатора.

Течен фреон от кондензатора влиза в приемника (резервен резервоар). От приемника течният фреон се изпраща към топлообменника, където, преминавайки през бобините, се преохлажда поради топлообмен със студени фреонови пари, движещи се към въздушния охладител. След това течният фреон влиза във филтър-сушилня, където се почиства от влага и замърсители с абсорбираща влагата субстанция - силикагел.

Ориз. 2. Охлаждане
1 - контролен панел; 2 - арматурно табло; 3 - блок вентилатори; 4 - кондензатор;5 - филтър-сушилня; 9- топлообменник; 10- топлоизолационна стена; 1-ви двигател УД-2; 15 - реле-регулатор RR24-G; 16 - термостатичен пресор FV-6; 19 - електродвигател А-51-2;

От филтър-сушилня течният фреон се насочва към термостатичен разширителен вентил, който служи за регулиране на количеството фреон, влизащ във въздушния охладител (изпарителя).

В термостатичния клапан, преминавайки през отвор с малък диаметър, фреонът се дроселира, тоест рязко понижава налягането си. В този случай налягането му намалява от налягането на кондензация до налягането на изпаряване.

Намаляването на налягането води до намаляване на температурата на фреона. Фреонът под формата на паро-течна смес влиза във въздушния охладител през разпределителя на течността и цикълът се повтаря.

Фреонът, преминаващ през тръбите на въздушния охладител при ниско налягане, кипи интензивно и, изпарявайки се, преминава от течно състояние в състояние на пара.

Топлината, необходима за изпаряване (латентна топлина на изпаряване) се възприема от фреона през стените на въздушния охладител от въздуха на товарното пространство, издухван от вентилатора през оребрената повърхност на въздушния охладител.

Ориз. 3. Схема на въздушните потоци в хладилния агрегат: А - въздушен поток за охлаждане на кондензатора; B - въздушен поток за охлаждане на карбураторния двигател

При тези условия температурата на въздуха в товарното пространство намалява и продуктите в товарното пространство се охлаждат, като прехвърлят топлината си към по-студения въздух.

Разширителният клапан разделя фреоновата система на две части: високо налягане(налягане на изпускане или кондензиране) - от изпускателната кухина на компресора до разширителния клапан и линията ниско налягане(налягане на засмукване или изпаряване) - от разширителния клапан до смукателната страна на компресора.

От въздушния охладител фреоновите пари се изсмукват от компресора през смукателния тръбопровод и се подават към топлообменника, където те, преминавайки през пръстена, се прегряват от течен фреон, преминаващ през бобината. След това парите фреон влизат в компресора и процесът на циркулация на фреон в хладилния агрегат, описан по-долу, протича в затворен цикъл.

В кондензатора фреонът, превръщайки се от пара в течност, отдава топлина на издухания въздух от околната атмосфера, а във въздушния охладител, превръщайки се от течност в пара, поглъща топлината на въздуха в товарното пространство, като по този начин понижава температурата в товарното пространство.

Така в хладилния агрегат циркулира хладилен агент - фреон-12, който сам по себе си не се изразходва, а само механичната енергия на компресора, задвижван от карбуратор или електродвигател, се изразходва за производство на студ.

Мощността на хладилния агрегат се определя от хладилния капацитет на час работа и се измерва с количеството топлина (килокалории на час), което хладилният агрегат може да поеме в рамките на един час от охладената среда, в този случай от хладилния товар пространство.

Компресорът на хладилния агрегат се задвижва чрез трансмисия с клинов ремък от карбураторен двигател, а при работа от електрическа мрежа от електродвигател.

От шайбата на компресора движението също се предава чрез клинов ремък към DC генератора и вала на вентилатора, които създават въздушни потоци през кондензатора и въздушния охладител.

Температурата (от -15° до +4°С) в товарната част на каросерията се поддържа автоматично с помощта на двупозиционен термостат TDDA.

Когато е необходимо да се поддържа положителна температура в товарното пространство на каросерията, охладителният капацитет на агрегата може да бъде драстично намален с помощта на управляващ клапан на смукателния тръбопровод. В този случай макарата на клапана трябва да се завърти докрай по посока на часовниковата стрелка.

Охлаждащ капацитет- това е количеството топлина, което хладилният агрегат е в състояние да отстрани от охладената течност. Това е най-важният показател, който отразява ефективността на хладилния агрегат и влияе върху неговата цена, следователно при избора на едно или хладилно оборудване е необходимо да се обърне внимание главно на охладителния капацитет на този агрегат. Охлаждащият капацитет се изчислява при избора на уреда и може да варира от няколко единици до няколко хиляди kW.

хладилен агент- работното вещество на хладилна машина, което по време на кипене и в процеса на изотермично разширение взема топлина от охладения обект и след това, след компресия, я предава на охлаждащата среда поради кондензация (вода, въздух и др.) . По-рано в хладилни машининай-често се използва фреон, но сега той се заменя с алтернативни вещества, тъй като вреди на околната среда.

Мощност- това е количеството студ, произведен от уреда за единица време. Нискотемпературното оборудване, като правило, има повече мощност от оборудването със средна температура, но не винаги. Колкото по-голяма е мощността, толкова по-бързо хладилният агрегат произвежда необходимата температура и по-точно регулира последващата работа на хладилната машина при промяна на условията на околната среда.

Област на дисплея- това е пространството, предвидено за поставяне на стоки, което купувачът вижда. Колкото по-голямо е съотношението между площта на дисплея и общата площ на търговското оборудване, толкова по-добре. Например: витрината в този случай се състои от рафт вътре в остъклена витрина и малка горен рафтразположени отвън. Дълбочината на дисплея в този случай е 775 мм (585 + 190) с истинска дълбочина на витрината от 795 мм. Площта на дисплея несъмнено се увеличава, ако витрината е многоетажна, но в този случай трябва да се помни, че ако има твърде малко разстояние между нивата или ако всички рафтове са с еднаква дължина, тогава те ще припокриват стоките поставени на долните рафтове.

потребление на енергияе количеството електроенергия, консумирана от охладителя. Има различни показатели за консумация на енергия - колко електроенергия консумира единицата на ден, на седмица, на година или на единица стока. Този параметър е изключително важен при избора на хладилно оборудване и вида на хладилния агрегат (дистанционен или вграден), тъй като консумацията на енергия за работата на това оборудване може да варира значително.

Температура на околната средасъщо играе важна роля при избора на хладилно оборудване. Това се случва, защото хладилният агент в процеса на работа през стените на тръбите е в постоянен контакт с външна среда(по въздух). В резултат на топлообмен въздухът се охлажда, но ако температурата на околната среда не съответства на зададената температура, хладилният агент няма време да премине през целия цикъл на трансформации от течно състояние в газообразно състояние, което води до влошаване на работата на хладилното оборудване или до неговата повреда. Въз основа на този параметър хладилното оборудване може да бъде проектирано за монтаж само на закрито или на открито.

2. Принципът на действие на хладилното оборудване

Хладилният агрегат е система с затворен цикъл, чиято цел е да охлажда въздуха. Основен съставни частиса изпарител, компресор, приемник и кондензатор. Помежду си тези елементи са свързани чрез свързващи тръби, вътре в които има хладилен агент (вещество, което поради своята топлопроводимост и способността си лесно да преминава от едно състояние в друго, отнема Термална енергияохладено вещество и го пренася в околната среда).

Компресорът изтегля газообразния хладилен агент от изпарителя и го изпраща в кондензатора, където той бързо се охлажда под действието на хладния въздух, издуван от вентилаторите, и преминава в течно състояние, отделяйки топлина. На следващия етап, в приемника, хладилният агент се натрупва. Поради високата топлопроводимост, когато веществото попадне в изпарителя, то кипи и се превръща в пара, като по този начин взема топлина от околния въздух. На този етап агрегатът произвежда студ. След това изпареният хладилен агент влиза в кондензатора по същия начин, под действието на компресора.
Така хладилният агрегат произвежда както студ, така и топлина. Това е изключително важно, когато става въпрос за избор на дистанционен или вграден хладилен агрегат.

За големи помещения (от 100 m²) често се използват дистанционни устройства, включително автономен компресор, изпарител и кондензатор. Монтират се в отделно помещение извън търговската зона и чрез специални тръби подават студен въздух директно към хладилните машини. Тъй като хладилният агрегат е поставен извън търговския зал, това, първо, ви позволява да увеличите площта на дисплея, тъй като не заема място директно вътре в хладилното оборудване, и второ, не произвежда никакъв шум. Освен това всеки хладилен агрегат генерира топлина в околната среда. Колкото повече хладилни агрегати има в помещението, толкова по-остър възниква въпросът за охлаждането и климатизацията на това помещение, което изисква много енергия. Дистанционното устройство избягва този проблем, тъй като цялата топлина, генерирана от тази инсталация, естествено излиза извън стаята. Освен това дистанционният хладилен агрегат, който произвежда студ за няколко хладилни машини, е много по-икономичен по отношение на консумацията на енергия. Има обаче някои недостатъци - поддръжката и инсталирането на система за генериране на дистанционно охлаждане е доста трудоемък процес, който може да бъде извършен само от специалист.

За малки помещения (по-малко от 100 m²) е по-подходящо оборудване с вграден модул. Експлоатация и монтаж на оборудване с вградени хладилен агрегатмного по-просто от оборудването с дистанционно охлаждане и не изисква допълнително пространство извън търговския зал. Недостатъците в този случай са шумът, произвеждан от уреда и намаляването на площта на дисплея поради разположението на модула директно вътре в чилъра. При голям брой охладители с интегриран блок възниква въпросът за елиминиране на топлината, която генерират по време на работа. По този начин оборудването с вградено устройство е много по-икономично от дистанционните охладители.

Основни понятия, свързани с работата на хладилната машина

Охлаждането в климатиците се осъществява поради поглъщането на топлина по време на кипене на течността. Когато говорим за кипяща течност, естествено я смятаме за гореща. Това обаче не е съвсем вярно.

Първо, точката на кипене на течността зависи от налягането на околната среда. Колкото по-високо е налягането, толкова по-висока е точката на кипене и обратно: колкото по-ниско е налягането, толкова по-ниска е точката на кипене. При нормално атмосферно налягане, равно на 760 mm Hg. (1 атм), водата кипи при плюс 100°C, но ако налягането е ниско, както например в планините на височина 7000-8000 m, водата ще започне да кипи вече при температура от плюс 40- 60°C.

Второ, при едни и същи условия различните течности имат различни точки на кипене.

Например, фреон R-22, широко използван в хладилната техника, има точка на кипене минус 4°.8°C при нормално атмосферно налягане.

Ако течният фреон е в отворен съд, тоест при атмосферно налягане и температура на околната среда, той незабавно кипи, като същевременно абсорбира голямо количество топлина от околната среда или всеки материал, с който е в контакт. В хладилна машина фреонът не кипи в отворен съд, а в специален топлообменник, наречен изпарител. В същото време фреонът, който кипи в тръбите на изпарителя, активно абсорбира топлината от въздушния поток, измивайки по правило външната оребрена повърхност на тръбите.

Нека разгледаме процеса на кондензация на течни пари на примера на фреон R-22. Температурата на кондензация на парите фреон, както и точката на кипене, зависят от налягането на околната среда. Колкото по-високо е налягането, толкова по-висока е температурата на кондензация. Така например кондензацията на фреонови пари R-22 при налягане от 23 атм започва вече при температура от плюс 55°C. Процесът на кондензация на фреонови пари, както всяка друга течност, е придружен от отделяне на голямо количество топлина в околната среда или, по отношение на хладилна машина, прехвърлянето на тази топлина към въздушен или течен поток в специална топлина обменник, наречен кондензатор.

Естествено, за да бъде непрекъснат процесът на кипене на фреон в изпарителя и охлаждане на въздуха, както и процесът на кондензация и отвеждане на топлината в кондензатора, е необходимо непрекъснато да се „излива“ течен фреон в изпарителя и постоянно подават фреонови пари към кондензатора. Такъв непрекъснат процес (цикъл) се извършва в хладилна машина.

Най-обширният клас хладилни машини се основава на компресионен хладилен цикъл, основен конструктивни елементикоито представляват компресор, изпарител, кондензатор и регулатор на потока (капилярна тръба), свързани с тръбопроводи и представляващи затворена система, в която компресорът циркулира хладилния агент (фреон). Освен че осигурява циркулация, компресорът поддържа високо налягане от около 20-23 атм в кондензатора (на нагнетателната линия).

След като са разгледани основните концепции, свързани с работата на хладилната машина, нека преминем към по-подробно разглеждане на диаграмата на цикъла на компресионно охлаждане, дизайна и функционално предназначениеотделни възли и елементи.

Ориз. 1. Схема на компресионния хладилен цикъл

Климатикът е същата хладилна машина, предназначена за обработка на топлина и влага на въздушния поток. Освен това климатикът има значително по-големи възможности, по-сложен дизайн и множество допълнителни опции. Обработката на въздуха включва придаване на определени условия, като температура и влажност, както и посоката на движение и мобилност (скорост на движение). Нека се спрем на принципа на действие и физическите процеси, протичащи в хладилната машина (климатик). Охлаждането в климатика се осигурява чрез непрекъсната циркулация, кипене и кондензация на хладилния агент в затворена система. Хладилният агент кипи при ниско налягане и ниска температура и кондензира при високо налягане и висока температура. Схематична диаграма на компресионен хладилен цикъл е показана на фиг. един.

Нека започнем разглеждането на работата на цикъла от изхода на изпарителя (раздел 1-1). Тук хладилният агент е в състояние на пара с ниско налягане и температура.

Парният хладилен агент се засмуква от компресора, което повишава налягането му до 15-25 atm и температурата до плюс 70-90°C (раздел 2-2).

По-нататък в кондензатора горещият парен хладилен агент се охлажда и кондензира, тоест преминава в течната фаза. Кондензаторът може да бъде с въздушно или водно охлаждане в зависимост от вида на хладилната система.

На изхода на кондензатора (точка 3) хладилният агент е в течно състояние при високо налягане. Размерите на кондензатора са избрани така, че газът да е напълно кондензиран вътре в кондензатора. Следователно температурата на течността на изхода на кондензатора е малко по-ниска от температурата на кондензация. Преохлаждането в кондензаторите с въздушно охлаждане обикновено е около плюс 4-7°C.

В този случай температурата на конденз е приблизително с 10-20°C по-висока от температурата на атмосферния въздух.

След това хладилният агент в течната фаза при висока температура и налягане влиза в регулатора на потока, където налягането на сместа рязко намалява, докато част от течността може да се изпари, преминавайки в парната фаза. Така смес от пара и течност влиза в изпарителя (точка 4).

Течността кипи в изпарителя, като отстранява топлината от околния въздух и отново преминава в състояние на пара.

Размерите на изпарителя са избрани така, че течността да се изпари напълно вътре в изпарителя. Поради това температурата на парата на изхода на изпарителя е по-висока от точката на кипене, възниква така нареченото прегряване на хладилния агент в изпарителя. В този случай дори най-малките капчици хладилен агент се изпаряват и течността не влиза в компресора. Трябва да се отбележи, че ако течен хладилен агент попадне в компресора, е възможно така нареченият „воден чук”, повреда и счупване на клапани и други части на компресора.

Прегрятите пари излизат от изпарителя (точка 1) и цикълът се рестартира.

По този начин хладилният агент постоянно циркулира в затворен кръг, променяйки агрегатното си състояние от течно в пара и обратно.

Всички цикли на хладилна компресия включват две специфични нива на налягане. Границата между тях минава през изпускателния клапан на изхода на компресора от едната страна и изхода от регулатора на потока (от капилярната тръба) от другата страна.

Изпускателният клапан на компресора и изходът за контрол на потока са разделителните точки между страните с високо и ниско налягане на охладителя.

От страната на високото налягане са всички елементи, работещи при кондензационно налягане.

От страната на ниското налягане са всички елементи, работещи при налягане на изпаряване.

Въпреки че има много видове компресионни хладилни машини, основната циклична диаграма е почти същата.

Теоретичен и реален цикъл на охлаждане.

Цикълът на охлаждане може да бъде представен графично като диаграма на абсолютното налягане спрямо топлинното съдържание (енталпия). Диаграмата (фиг. 2) показва характерна крива, показваща процеса на насищане на хладилния агент.

Лявата част на кривата съответства на състоянието на наситена течност, дясната част съответства на състоянието на наситена пара. Двете криви се съединяват в центъра в така наречената „критична точка“, където хладилният агент може да бъде както в течно, така и в парно състояние. Зоните отляво и отдясно на кривата съответстват на преохладена течност и прегрята пара. Вътре в извитата линия е поставена зона, съответстваща на състоянието на сместа от течност и пара.

Помислете за диаграма на теоретичен (идеален) цикъл на охлаждане, за да разберете по-добре действащите фактори (фиг. 3).

Нека разгледаме най-характерните процеси, протичащи в цикъла на компресионно охлаждане.

Компресиране на пара в компресор.

Студеният изпарен наситен хладилен агент влиза в компресора (точка C'). В процеса на компресия неговото налягане и температура се увеличават (точка D). Топлинното съдържание също се увеличава с количество, определено от сегмента HC'-HD, тоест проекцията на линията C'-D върху хоризонталната ос.

Кондензация.

В края на цикъла на компресия (точка D) горещата пара навлиза в кондензатора, където започва да кондензира и преминава от състояние на гореща пара в състояние на гореща течност. Този преход към ново състояние става при постоянно налягане и температура. Трябва да се отбележи, че въпреки че температурата на сместа остава почти непроменена, топлинното съдържание се намалява поради отвеждането на топлината от кондензатора и превръщането на парата в течност, така че тя се показва на диаграмата като права линия, успоредна на хоризонталната ос.

Процесът в кондензатора протича на три етапа: отстраняване на прегряването (D-E), самата кондензация (EA) и преохлаждане на течността (A-A`).

Нека разгледаме накратко всеки етап.

Отстраняване на прегряване (D-E).

Това е първата фаза, която настъпва в кондензатора и по време на тази фаза температурата на охладените пари се намалява до температурата на насищане или кондензация. На този етап се отстранява само излишната топлина и няма промяна в агрегатното състояние на хладилния агент.

В този раздел се отстранява приблизително 10-20% от общото топлоотвеждане в кондензатора.

Кондензация (E-A).

Температурата на кондензация на охладената пара и получената течност остава постоянна през цялата тази фаза. Има промяна в агрегатното състояние на хладилния агент с преминаването на наситена пара в състояние на наситена течност. В този раздел се отстранява 60-80% от топлоотделянето.

Преохлаждане на течността (A-A`).

По време на тази фаза хладилният агент, който е в течно състояние, претърпява допълнително охлаждане, в резултат на което температурата му намалява. Получава се преохладена течност (по отношение на състоянието на наситена течност), без да се променя агрегатното състояние.

Преохлаждането на хладилния агент предлага значителни енергийни ползи: нормално функциониранеНамаляване с един градус на температурата на хладилния агент съответства на увеличение на капацитета на охладителя с приблизително 1% за същото ниво на консумация на енергия.

Количеството топлина, генерирана в кондензатора.

Графиката D-A` съответства на промяната в топлинното съдържание на хладилния агент в кондензатора и характеризира количеството топлина, отделена в кондензатора.

Регулатор на потока (A`-B).

Преохладената течност с параметрите в точка А` влиза в регулатора на потока (капилярна тръба или термостатичен разширителен вентил), където настъпва рязко намаляване на налягането. Ако налягането след регулатора на потока стане достатъчно ниско, тогава хладилният агент може да заври директно след регулатора, достигайки параметрите на точка B.

Изпаряване на течността в изпарителя (B-C).

Сместа от течност и пара (точка B) влиза в изпарителя, където поглъща топлина от околната среда (въздушен поток) и преминава напълно в състояние на пара (точка C). Процесът протича при постоянна температура, но с увеличаване на топлинното съдържание.

Както бе споменато по-горе, парният хладилен агент е донякъде прегрят на изхода на изпарителя. Основната задача на фазата на прегряване (C-C`) е да осигури пълно изпаряване на останалите течни капчици, така че само парообразният хладилен агент да влезе в компресора. Това изисква увеличаване на площта на топлообменната повърхност на изпарителя с 2-3% за всеки 0,5°C прегряване. Тъй като прегряването обикновено съответства на 5-8°C, увеличаването на повърхността на изпарителя може да бъде около 20%, което със сигурност е оправдано, тъй като повишава ефективността на охлаждане.

Количеството топлина, абсорбирана от изпарителя.

Графиката HB-HC` съответства на промяната в топлинното съдържание на хладилния агент в изпарителя и характеризира количеството топлина, абсорбирана от изпарителя.

Истински хладилен цикъл.

Реално, в резултат на загуби на налягане, възникващи в смукателния и нагнетателния тръбопровод, както и в клапаните на компресора, хладилният цикъл е показан на диаграмата по малко по-различен начин (фиг. 4).

Поради загуби на налягане на входа (секция C`-L), компресорът трябва да засмуква при налягане под налягането на изпаряване.

От друга страна, поради загуби на налягане на изхода ( раздел M-D`), компресорът трябва да компресира пара хладилен агент до налягания над налягането на кондензацията.

Необходимостта от компенсиране на загубите увеличава работата на компресия и намалява ефективността на цикъла.

Освен загубите на налягане в тръбопроводите и клапаните, отклонението на реалния цикъл от теоретичния се влияе и от загубите по време на процеса на компресия.

Първо, процесът на компресия в компресора се различава от адиабатния, така че действителната работа на компресия е по-висока от теоретичната, което също води до загуби на енергия.

Второ, има чисто механични загуби в компресора, което води до увеличаване на необходимата мощност на двигателя на компресора и увеличаване на работата на компресия.

На трето място, поради факта, че налягането в цилиндъра на компресора в края на смукателния цикъл винаги е по-ниско от налягането на парите преди компресора (налягане на изпарение), производителността на компресора също намалява. Освен това компресорът винаги има обем, който не участва в процеса на компресия, например обемът под главата на цилиндъра.

Оценка на ефективността на хладилния цикъл

Ефективността на хладилния цикъл обикновено се оценява чрез коефициента полезно действиеили коефициент на топлинна (термодинамична) ефективност.

Коефициентът на ефективност може да се изчисли като съотношението на промяната в топлинното съдържание на хладилния агент в изпарителя (HC-HB) към промяната в топлинното съдържание на хладилния агент по време на процеса на компресия (HD-HC).

Всъщност той представлява съотношението между мощността на охлаждане и електрическата мощност, консумирана от компресора.

Освен това той не е индикатор за производителността на хладилната машина, а е сравнителен параметър при оценка на ефективността на процеса на пренос на енергия. Така например, ако охладителят има коефициент на топлинна ефективност 2,5, това означава, че за всяка единица електроенергия, консумирана от чилъра, се произвеждат 2,5 единици студ.