9.4. Понятие о принципиальной схеме работы холодильной машины

Для передачи тепла от более холодного вещества к охлаждающей среде, имеющей более высокую температуру, необходимо затратить механическую, тепловую или электрическую энергию.

При искусственном охлаждении протекают такие процессы, как:

- кипение — парообразование, протекающее при подводе тепла к жидкому рабочему веществу. Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг жидкости в сухой насыщенный пар, называется удельной теплотой парообразования. При искусственном охлаждении применяют рабочие вещества, обладающие низкой температурой кипения и большой удельной теплотой парообразования;

- сжатие — повышение давления газообразного рабочего вещества (от давления кипения до давления конденсации) и его температуры;

- конденсация — переход рабочего вещества из парообразного в жидкое состояние, сопровождающийся отводом тепла в окружающую среду;

- дросселирование — понижение давления рабочего вещества и его температуры.

Машины, в которых для получении искусственного холода используют процессы кипения (испарения), сжатия, конденсации, дросселирования, называют паровыми холодильными машинами или компрессионными. Герметичная система компрессионной холодильной машины заполнена рабочим веществом (холодильным агентом), которое при осуществлении холодильного цикла не расходуется, а подвергается фазовым переходам «жидкость — пар — жидкость».

В холодильных машинах совершаются термодинамические, холодильные (обратные) циклы, представляющие собой определенную последовательность процессов кипения, сжатия, конденсации и дросселирования. К основным элементам компрессионной холодильной машины (рис. 9.1) относятся компрессор с кривошипно-шатунным механизмом, конденсатор, испаритель, терморегулиру-ющий вентиль (дроссель).

Испаритель — это теплообменный аппарат, который служит для охлаждения воздуха или рассола (водного раствора поваренной или кальциевой соли) и представляет собой змеевик из металлических труб с насаженными на них или приваренными ребрами. По конструкции они бывают с естественным и принудительным движением воздуха, создаваемым электровентилятором. Их размещают в холодильной камере, шкафу, прилавке и другом холодильном оборудовании.

В испаритель подается компрессором жидкий хладон, температура кипения которого на 12-17° ниже температуры воздуха охлаждаемого оборудования. Вследствие этой разности температур теплота от воздуха передается жидкому хладону. За счет этой теплоты хладон кипит и переходит в парообразное состояние. Температура в охлаждаемом объеме понижается.

Компрессор служит для непрерывной циркуляции холодильных паров хладона из испарителя, сжатия их и нагнетания в конденсатор. Он включает в себя цилиндр, поршень и два клапана: всасывающий и нагнетательный. Поршень совершает в цилиндре возвратно-поступательное движение с помощью электропривода. При опускании поршня увеличивается объем рабочей полости цилиндра, и давление в нем снижается, вследствие этого открывается всасывающий клапан, и цилиндр заполняется парообразным хладоном, поступающим из испарителя.

При поднятии поршня (при закрытых клапанах) пары хладона сжимаются и нагреваются за счет сжатия до температуры 50-80 "С. При достижении наибольшего давления паров в цилиндре открывается нагнетательный клапан, и горячие пары хладона выталкиваются в конденсатор.

Конденсатор — это теплообменный аппарат, охлаждаемый с помощью электровентилятора (конденсатор воздушного охлаждения) или водопроводной воды (конденсатор водяного охлаждения) и представляет собой трубчатый змеевик из металлических труб с насаженными на них или приваренными ребрами из металлических пластин. В конденсаторе горячие пары хладона отдают свою теплоту воздуху помещения, температура их понижается до температуры конденсации, которая обычно на 8-12 °С выше температуры воздуха помещения. При дальнейшем охлаждении пары хладона отдают скрытую теплоту парообразования при постоянной температуре и превращаются в жидкость.

Интенсивность конденсации зависит от размера охлаждаемой площади поверхности конденсатора, разности температур хладоно-вого пара и воздуха помещения, а также чистоты поверхности конденсатора. Загрязнение конденсатора смазочными маслами, пылью затрудняет теплообмен между холодильным агентом и наружным воздухом. Жидкий хладон постепенно накапливается в ресивере.

Ресивер представляет собой стальной герметичный сосуд, служащий для накопления, хранения сжиженного хладона и равномерной его подачи в последующие части холодильной машины. В ресивере и конденсаторе поддерживается одинаковое давление, равное давлению конденсации. Из ресивера жидкий хладон подается к терморегулирующему вентилю.

Терморегулирующий вентиль (дроссель) — это автоматический прибор, который регулирует заполнение испарителя жидким хладоном. Основными его частями являются игольчатый клапан, закрывающий доступ жидкого хладона из ресивера в испаритель, и датчик, следящий за температурой паров хладона на выходе из испарителя. При повышении температуры, что является признаком недостаточного заполнения испарителя, клапан вентиля автоматически открывается, увеличивая подачу жидкого хладона в испаритель.

Другой важной функцией терморегулирующего вентиля является дросселированние (расширение жидкости при истечении через узкие отверстия) жидкого хладона. Дросселирование происходит в кольцевой щели между игольчатым клапаном и седлом вентиля.

На этом участке резко падает давление жидкого хладона, поскольку в испарителе поддерживается более низкое давление, чем в конденсаторе и ресивере.

При этом давление конденсации хладона понижается до давления кипения. Соответственно понижается температура кипения жидкого хладона.

Схема компрессионной холодильной машины приведена на рисунке 9.2, и принцип ее действия следующий. Жидкий холодильный агент кипит в испарителе, отбирая тепло от охлаждаемой среды, превращаясь в парообразное состояние. Пары всасываются компрессором, сжимаются до давления конденсации и нагнетаются в конденсатор.

В конденсаторе тепло, воспринятое в испарителе и компрессоре, отводится в окружающую среду, сжатые пары конденсируются, т.е. переходят в жидкое состояние. Далее жидкий холодильный агент через регулирующий вентиль вновь подается в испаритель. Холодильный цикл повторяется.