Categories: РазноеAuthor alexxlabPosted on No comment on Принцип работы холодильной машины: Принцип работы холодильного оборудования | Холодильное оборудование. Продажа, монтаж, ремонт, обслуживание

Принцип работы холодильной машины: Принцип работы холодильного оборудования | Холодильное оборудование. Продажа, монтаж, ремонт, обслуживание

Содержание

Устройство, принцип работы холодильной установки и интеграция

Содержание

  1. Чем отличается холодильная установка от машины?
  2. Системы охлаждения
  3. Системы для получения холода
  4. Абсорбционные холодильные системы
  5. Диффузионно-абсорбционный чиллер
  6. Адсорбционные холодильные системы
  7. Компрессионная холодильная машина
  8. Пароструйное охлаждение
  9. Эффект Джоуля-Томсона. Процесс Линде
  10. Принципиальная структура импульсного трубчатого охладителя
  11. Термоэлектрический эффект. Элемент Пельтье
  12. Магнитный холодильник
  13. Испарительное охлаждение
  14. I—d-диаграмма влажного воздуха
  15. Коэффициент производительности или холодильный коэффициент
  16. Интеграция систем охлаждения и отопления для эффективной работы

Теоретический принцип работы холодильной установки — это 2 закон термодинамики и обратный цикл Карно. Принцип работы холодильной установки основан не на расширении или сжатии как в цикле Карно, а на конденсации и испарении (фазовые переходы). Процессы охлаждения, в которых не используются газы и движущиеся части, не называются установками для холода. Есть, например, термоэлектрический и магнитокалорический эффект.

Чем отличается холодильная установка от машины?

Холодильная установка представляет комплекс: сооружения с теплоизоляцией, холодильные машины, аппараты, предназначенные для получения, транспортировки и использования искусственного охлаждения. То есть установка в дополнение к 4 элементам холодильной машины или к составляющим безмашинного получения холода, содержит аппараты, трубопроводы, приборы, сооружения и теплоизоляцию для совершения технологических процессов и оптимальной эксплуатации холодильного оборудования.

Установка для холода используется для аккумулирования, транспортировки и хранения вторичных энергоресурсов. Для этого применяются, например, водоаммиачные абсорбционные установки, гелиоустановки с фреоновыми котлами для развития низкотемпературной энергетики.

Холодильные станции различаются по следующим признакам: передвижные и стационарные (по назначению), по производительности (крупные: более 120 кВт, средние: до 120 кВт, мелкие: до 15 кВт), по температурному уровню (высокотемпературные: + 10 — +20 °C, среднетемпературные: — 10 — -30 °C, низкотемпературные: ниже -30 °C), по схеме (каскадные, одно-, двух-, многоступенчатые), по виду хладагента (аммиачные, этановые, пропановые, пароводяные, фреоновые, воздушные, водоаммиачные, бромистолитиевые и другие).

Большинство устройств парокомпрессионные, которые отличаются типом компрессора (поршневой, винтовой, ротационный, спиральный или центробежный компрессор). Широко используются парокомпрессионные устройства с поршневым компрессором.

Монреальское соглашение требует вести работы по замене фреонов, которые воздействуют на озоновый слой. Поэтому применяются альтернативные хладагенты и смеси в домашних холодильниках и для процессов с переменной температурой отвода и подвода теплоты.

Не существует чёткой методики выбора оборудования для холода, учитывающей различные факторы. Объективным способом является сопоставление капитальных и эксплуатационных затрат (годовой экономический эффект).

Системы охлаждения

Машина для холода транспортирует с помощью компрессора теплоэнергию от холодного тела к тёплой среде. Работа чиллеров основана на термодинамическом цикле. Адсорбционные и абсорбционные чиллеры не имеют механического привода (двигателя). Целью чиллера является охлаждение до температурного уровня ниже температуры окружающей среды. Чиллеры похожи на тепловые насосы, но последние используют выделяемое тепло.

Схема чиллера

Чиллеры работают в соответствии со следующими принципами:

  • Системы холодного пара используют испарительное получение холода с использованием хладагентов, которые имеют подходящие температурки испарения для желаемого диапазона температур и давления. Хладагент постоянно подвергается фазовому переходу жидкость-газ в контуре и наоборот.
  • Машины, использующие эффект Джоуля-Томсона, обходятся без разжижения и используют эффект охлаждения газов во время релаксации. Применяется также процесс Линде. С многоступенчатыми системами получают низкие термопоказатели, например, для сжижения воздуха.

Первый в мире функционирующий чиллер построен в 1845 году американским доктором Джоном Горри во Флориде, который искал способы улучшить возможности лечения пациентов больницы в жаркой и влажной Флориде. Согласно медицинской доктрине «плохой воздух» был основным фактором болезней, а зимний лёд, привезённый из северных Великих озёр, был единственным вариантом охлаждения.

Машина Горри, в которой использовался обратный принцип двигателя Стирлинга, использовалась для производства льда и в то же время для охлаждения помещения (кондиционирование воздуха). Прототип был построен. В дальнейшем произошёл финансовый сбой. Д. Горри умер обедневшим.

В 1870-х годах холодильные установки стали экономичными. Первыми основными потребителями были пивоваренные заводы. Немецкий промышленник Карл фон Линде являлся крупным производителем.

Системы для получения холода

Холод, «генерируемый» чиллером, используется для технологических процессов, для кондиционирования воздуха, для производства льда (катки), консервации и охлаждения продуктов. Тепло поглощается прямо или косвенно. В случае непрямого получения холода используется охлаждающая жидкость (холодная вода, рассол, смеси с гликолем, чтобы избежать замерзания в трубах).

Конструкция простого теплообменника

Промежуточная жидкость охлаждается испаряющимся хладагентом в первом теплообменнике и поглощает тепло охлаждаемой среды во втором теплообменнике. При непосредственном использовании рабочего вещества применяется теплообменник с испаряющимся хладагентом с одной стороны и охлаждаемое вещество с другой.

Об устройстве и принципе работы холодильных установок в этом видео:

Абсорбционные холодильные системы

Абсорбционные системы относятся к классу теплоиспользующих машин, в которых охлаждение достигается путём слияния прямого цикла (преобразование тепла в работу) и обратного цикла (получение холода с затратой работы). Поэтому участвуют 3 источника тепла: окружающая среда, нагреватель и охлаждаемый объект. На рисунке ниже приведена схема простейшего абсорбционного холодильного аппарата, работающего на бинарных типах.

Абсорбционные чиллеры имеет дополнительный растворитель и холодильный контур. Рабочая жидкость состоит из двух компонентов: растворителя и хладагента. Хладагент должен быть полностью растворим в растворителе. Распространены абсорбционные чиллеры с водой в качестве хладагента и водным раствором бромида лития (LiBr) в качестве растворителя.

Температуры испарения воды примерно до 3 °C достигаются с помощью вакуума. Абсорбционные чиллеры, которые используют аммиак (NH3) в качестве хладагента и воду в качестве растворителя, достигают более низких температурных уровней. Температуры испарения -70 °C достигаются в крупных холодильных системах с абсорбцией аммиака. В случае абсорбционных чиллеров есть дополнительная возможность по добавлению абсорбционного тепла.

Принцип работы абсорбционной установки

Диффузионно-абсорбционный чиллер

Диффузионно-абсорбционный чиллер работает как охладитель поглощения. Изменение давления, однако, реализуется как изменение парциального давления. Для этого требуется третий компонент рабочей жидкости — инертный газ. Преимущество в том, что корпус под давлением герметично закрыт и не требует съёмных уплотнений, а устройство работает бесшумно. Технология используется, например, в кемпинговых и гостиничных холодильниках.

Адсорбционные холодильные системы

Адсорбционные системы работают с фиксированным растворителем (адсорбентом), при котором хладагент адсорбируется или десорбируется. Тепло добавляется в процесс во время десорбции и отводится во время адсорбции. Поскольку адсорбент не может циркулировать в цикле, процесс осуществляется только с перерывами.

Поэтому используются две камеры с адсорбентом, в которых адсорбция и десорбция проходят параллельно в течение одного рабочего цикла (от 6 до 10 минут). По окончании рабочего цикла происходит обмен теплом и тепловыделение в двух камерах (переключение, прибл. 1 мин.). Затем адсорбция и десорбция начинаются снова параллельно. Это обеспечивает практически равномерное охлаждение.

Компрессионная холодильная машина

В компрессорном устройстве рабочее вещество протекает по контуру потока, попеременно поглощая тепло при низкой температуре и выделяя (больше) тепло при более высокой температуре. Перекачивание, то есть введение механической работы, необходимо для поддержания потока и, следовательно, процесса.

Схема работы холодильника: 1 — конденсатор, 2 — терморегулирующий вентиль, 3 — испаритель, 4 — компрессор

Такие машины работают либо, чередуя испарение и конденсацию среды (хладагента), либо с газообразной средой (в основном с воздухом). Первый тип широко распространён и используется, например, в бытовых холодильниках, морозильниках, системах дозирования, кондиционерах, на катках, пищевых заводах и в химической промышленности.

Для работы машины согласно 2 закону термодинамики, энергия подаётся извне в виде механической работы, потому что только тогда тепло переносится из точки с низкой температурой в точку с высоким термозначением.

Пар из компрессорной машины всасывается и сжимается. Рабочее вещество конденсируется в конденсаторе, отдавая наружу теплоту. Жидкость направляется в дроссельное устройство, расширяется, давление падает, рабочее вещество охлаждается и испаряется. Процесс испарения продолжается в испарителе, хладагент забирает теплоту из холодного объёма. Компрессор всасывает испарённый и сухой (или перегретый) пар, и цикл повторяется.

Схема (а) и цикл (б) машины для холода со сжатием в компрессоре сухого пара

Пароструйное охлаждение

Охлаждение пара струи является тепловой системой для получения холода, в которой используется водяной пар в качестве хладагента и солевой раствор. Расширение струи водяного пара создаёт вакуум, и водяной пар отсасывается из испарителя. Испарение охлаждает резервуар для воды в испарителе, а вода используется в качестве охлаждающей жидкости.

Эффект Джоуля-Томсона. Процесс Линде

Для обеспечения охлаждения температуру газа (например, воздуха, гелия), который не конденсируется в рабочей зоне, снижают путём дросселирования. При использовании эффекта Джоуля-Томсона охлаждение составляет 0,4 К на перепад давления в дросселе. Хотя этот эффект мал, но его используют для достижения низких температур, близких к абсолютному нулю.

Системы часто выполняются в несколько этапов. Оборудование системы Джоуля-Томсона аналогично оборудованию компрессорного холодильника, но теплообменники не сконструированы как конденсаторы или испарители. Для оптимизации энергопотребления необходимо предварительно охладить газ в рекуперативном (противоточном) теплообменнике, чтобы газ возвращался из охладителя перед расширительным клапаном (дросселем).

В 1895 году Карл Линде использовал такую систему сжижения воздуха и сжижал большие количества (1 ведро/ч) воздуха. С тех пор процесс Джоуля-Томсона для сжижения воздуха стал называться процессом Линде.

Однако для охлаждения с использованием процесса Джоуля-Томсона крайне важно, чтобы начальный тепловой уровень был ниже температуры инверсии соответствующего газа. Это примерно + 450 °С для воздуха, -80 °С для водорода и -239 °С для гелия. Если газ выходит ниже температуры инверсии, то остывает, а если выходит выше температурки инверсии, то нагревается. Для того чтобы иметь возможность охлаждать газ с использованием процесса Линде, начальный тепловой показатель должен быть ниже температурки инверсии.

Принципиальная схема установки с циклом Линде приведена на рисунке ниже. Рабочее тело — сжиженный воздух. Воздух, очищенный и осушённый от углекислоты, засасывается компрессором 1 и в идеале изотермически сжимается до давления 10—20 МПа. В реальном случае сжатие происходит по политропе (температура повышается). Пройдя теплообменник 2, воздух охлаждается окружающим объёмом до начальной темпера­туры.

Затем воздух проходит теп­лообменник 3 (основной), дроссель 4, сборник жидкости 5, опять теплообменник 3 и поступает в компрессор. В основном теплообменнике навстречу друг другу идёт «тёплый» поток воздуха (сжатие в компрессоре) и «холодный» поток (расширение в дросселе). Температурный уровень холода понижается без передачи тепла внешним источникам. Происходит внутренний теплообмен.

Схема установки с циклом Линде

Принципиальная структура импульсного трубчатого охладителя

Импульсная трубка-холодильник является холодильной машиной, принцип действия которой соответствует принципу работы двигателя Стирлинга. Импульсной трубке-холодильнику не требуется механических подвижных частей. Это позволяет создавать компактные охлаждающие головки, а минимальный температурный уровень не ограничивается механическим теплом трения деталей. Самое низкое значение до сих пор было 1,3 K (–272 °C).

Импульсная трубка-холодильник

Термоэлектрический эффект. Элемент Пельтье

Элемент Пельтье также используется для охлаждения (или нагрева), который работает от электричества и не требует хладагента. Однако при большой разнице температур (50-70 К) охлаждающая способность падает до нуля. Для высоких перепадов температуры используются пирамидальные многоступенчатые структуры.

Эта технология используется для стабилизации температуры полупроводниковых лазеров и датчиков, в автомобильных кулерах, в термоциклерах и для охлаждения датчиков изображения в камерах от инфракрасного до ультрафиолетового излучения.

Магнитный холодильник

Схема работы магнитного холодильника

Другой метод получения холода основан на магнитных свойствах определённых веществ. При намагничивании некоторые вещества выделяют тепло. Такие вещества называют магнитокалорическими. При магнитном охлаждении вещество попадает в магнитное поле, где нагревается. Тепло рассеивается с помощью охлаждающей жидкости.

Материал, возвращённый к температуре окружающей среды, теперь покидает магнитное поле и размагничивается в области, подлежащей охлаждению. Материал поглощает тепло при размагничивании. Механическая работа выполняется снаружи, чтобы удалить намагниченный материал из магнитного поля. Такие системы для холода эффективнее систем, работающих с паром, но более дорогие.

Испарительное охлаждение

При испарительном охлаждении энергия в виде тепла (энтальпия испарения) извлекается из среды (например, воздуха или поверхности) путём испарения воды. Испарительное охлаждение также часто называют адиабатическим охлаждением, поскольку теоретически физический процесс представляет собой изоэнтальпическое преобразование из чувствительного в скрытое тепло.

Это процесс теплопередачи от высокой к низкой температуре, который усиливается фазовым переходом (вода в пар) и, таким образом, представляет собой самодействующий термодинамический цикл «по часовой стрелке». Следовательно, кроме транспортировки воздуха и воды, не требуется никакой дополнительной механической, электрической или тепловой энергии.

Испарительное охлаждение — старейший метод охлаждения. Испарение воды в воздухе создаёт охлаждающий потенциал, который ниже температуры окружающей среды. Достижимая пониженная температура зависит от климатических условий воздуха. Во многих случаях этого достаточно для кондиционирования воздуха в помещении. В некоторых технологических системах, таких как влажная градирня, охлаждающий эффект также увеличивается в случае воздушного охлаждения.

Возможная степень охлаждения зависит от температуры и влажности окружающего воздуха, то есть относительной влажности. Если относительная влажность воздуха близка к 100%, то есть воздух насыщен или даже перенасыщен (как в тумане), эффект не определяется. Давление насыщенного пара воды в воздухе слишком высокое. Однако, чем ниже относительная влажность, тем выше вероятность дальнейшего впитывания влаги, и тем больше воды испаряется, снижая температуру воздуха.

I—d-диаграмма влажного воздуха

Области состояний влажного воздуха в i—d-диаграмме

Все изменения в состоянии воздуха узнаете на i—d-диаграмме (абсолютная влажность в зависимости от температуры). Общее содержание энергии в воздухе дано в кДж/кг. Поскольку во время испарительного охлаждения (адиабатическое) содержание энергии не меняется, изменение состояния происходит сверху вниз.  При относительной влажности 100% достигнете линии насыщения.

Испарительное охлаждение является критическим физическим процессом, стоящим за охлаждающим эффектом потоотделения (или, например, смачиваемой кожи на руке, подвергшейся воздействию ветра). Этот тип охлаждения также использовался на ранних этапах истории техники, поскольку в древние времена было известно, что глиняные сосуды увлажняются и позволяют испаряться через поверхность с открытыми порами, чтобы охлаждать содержимое (например, охладитель глинистого масла)

Получение холода. Принцип работы холодильника. (видео)

Коэффициент производительности или холодильный коэффициент

В реальных холодильниках работают разные циклы. Циклы холодильников на диаграмме p-V проходят против часовой стрелочки.

Идеальный цикл холодильника на диаграмме p-V, Qнагр < 0, A < 0, Qхол > 0, Tнагр > Tхол

Термическая эффективность охлаждения или нагрева производится в расчёте на количество механической работы. Как показатель качества её называют коэффициентом энергоэффективности или холодильным коэффициентом. Следующее относится к холодильной системе, использующей охлаждающую способность IQхолI: холодильный коэффициент = Qхол / Qнагр — Qхол

Холодильный коэффициент определяют как отношение отнятого тепла Qхол к затраченной работе A: холодильный коэффициент = IQхолI / IAI. Выходная тепловая мощность — это сумма поглощённой мощности охлаждения и работы. Эфективность работы холодильника – это количество теплоты, отобранной от охлаждаемых веществ на 1 джоуль работы.

Холодильный коэффициент больше или меньше 1

Процесс Карно представляет собой пограничный случай обратимого процесса, который требует идеальных условий, и которые технически недостижимы.  Количество тепла также получите с помощью энтропии S. Изменение ΔS энтропии идентично для обратимого процесса Карно для двух изотермических изменений состояния при температурках Tхол и Tнагр

Если реальный процесс сравнивается с процессом Карно, то для систем охлаждения запишем следующее: холодильный коэффициент = Tхол  / Tнагр  — Tхол  = 1 / КПДКарно, где температуры Т в Кельвинах.

Чиллер используется не только для охлаждения, но и для отопления. Бытовой холодильник также подогревает воздух. Принцип отопления предложен Томсоном и используется в теплонасосах.

Интеграция систем охлаждения и отопления для эффективной работы

Общий вид холодильной машины с интегрированным теплонасосом

Для небольших магазинов (площадью до 800 м2) в основном хладагентом является гидрофторуглерод (R-404A). Для обеспечения теплотой в зимнее время применяются такие варианты: утилизация тепла конденсации, использование воздушного теплового насоса или геотермального и другие.

Для супермаркетов и гипермаркетов применяются холодильные установки, работающие на диоксиде углерода. Поэтому целесообразно для снижения потребления электроэнергии по сравнению с применением электрического котла использовать воздушный тепловой насос, который позволит отапливать помещения при температуре наружного воздуха до –30 °C.

Разработки по интеграции теплового насоса в холодильную систему ведутся компаниями «Лэнд» и «Данфосс». Подобранный на максимальную производительность тепловой насос обеспечивает холодоснабжение супермаркета.

Использование насоса для тепла позволит снизить энергопотребление на 50% по сравнению с электробогревом. Комбинированная установка холодоснабжения и отопления магазина – это надёжный и эффективный метод энергоэкономии в торговой сети. Система позволит оптимизировать режимы работы супермаркета, уменьшить время оттайки и снижает эксплуатационные затраты. Экономическая выгода при эксплуатации очевидна.

Теперь знаете системы охлаждения и принцип работы холодильной установки на должном уровне. Советую посмотреть следующее видео по принципиальной схеме установки для получения холода:

Изобретайте и дерзайте! Успехов!

Использованные материалы

  1. Холодильные установки. Учебник для студентов вузов. Курылев Е.С., Оносовский В. В., Румянцев Ю. Д. — 3-е изд., СПб.: Политехника, 2007 г. — 576 с.
  2. Современные энергоэффективные системы холодоснабжения. http://promholod.land-group.ru/gruppa-kompanij-lend/novosti/i/289/
  3. Научно-технический и информационно-аналитический журнал “Холодильная техника”, N1-2, 2020 г., Москва, ООО «Вива-Стар», http://www.holodteh.ru

Автор: Королёв Сергей

Принципы работы холодильной машины — УКЦ

Раздел описывает перенос тепла, осуществляемый хладагентом в кондиционере. Рассказывается, каким образом тепло в холодильном цикле переносится из помещения на улицу, и почему холодопроизводительность кондиционера превышает потребляемую мощность. Приведена принципиальная схема кондиционера и описаны его основные компоненты и их назначение.

Перенос тепла при испарении и конденсации


Основные функции кондиционера — это охлаждение и обогрев воздуха, уже находящегося внутри помещения. Охлаждение воздуха в кондиционерах происходит при помощи компрессионного цикла охлаждения.

Этот цикл основан на 2 явлениях:

  • При испарении жидкости теплота поглощается из окружающей среды.
  • При конденсации пара тепло выделяется.

Температура кипения
жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения, и наоборот.

Теплота парообразования жидкостей очень велика. Это явление и используется в холодильной машине. Фреон превращается в пар в специальном отделении — испарителе. Трубки испарителя обдуваются потоком воздуха. Кипящий фреон поглощает тепло из этого воздушного потока, охлаждая его.

Но в холодильной машине невозможно только испарять фреон, поглощая тепло, поэтому в ней производится и обратный процесс конденсации — превращения из пара в жидкость. При конденсации любой жидкости выделяется теплота, которая поступает затем в окружающую среду. Температура конденсации, как и температура кипения, зависит от внешнего давления. При повышенном давлении конденсация может происходить при весьма высоких температурах.

Кондиционер тратит электроэнергию на перенос тепла из помещения на улицу: сжатие хладагента и его перекачку по трубкам. Холодопроизводительность кондиционера в 3-5 раз выше, чем потребляемая мощность.

Схема холодильной машины (кондиционера)


Компрессионный цикл охлаждения состоит из четырех основных элементов:

  • Компрессора
  • Испарителя
  • Конденсатора
  • регулятора потока.

Эти основные элементы соединены трубопроводами в замкнутую систему, по которой циркулирует хладагент (обычно это фреон). Циркуляцию хладагента по контуру производит компрессор холодильной машины.

Рис. 1. Схема компрессионного цикла охлаждения

Хладагент постоянно циркулирует в холодильной машине, меняя агрегатное состояние при периодически изменяющихся температуре и давлении. В каждом цикле имеется два определенных уровня давления. На стороне высокого давления происходит конденсация хладагента и находится конденсатор. На стороне низкого давления находится испаритель и жидкий хладагент превращается в пар. Граница между областями высокого и низкого давления проходит в двух точках — на выходе из компрессора (нагнетательный клапан) и на выходе из регулятора потока. Подробнее:

  1. На выходе из испарителя хладагент — это пар при низкой температуре и низком давлении.
  2. Затем компрессор всасывает хладагент, давление повышается до примерно 20 атм., а температура достигает 70 — 90 °С.
  3. После этого горячий пар хладагента попадает в конденсатор, где он охлаждается и конденсируется. Для охлаждения используется вода или воздух. На выходе из конденсатора хладагент представляет собой жидкость под высоким давлением.
  4. Затем хладагент (жидкий, при высоких давлении и температуре) поступает в регулятор потока. Здесь давление резко падает, и происходит частичное испарение.
  5. На вход испарителя попадает смесь пара и жидкости. В испарителе жидкость должна полностью перейти в парообразное состояние.
  6. Образовавшийся в испарителе перегретый пар выходит из него, и цикл возобновляется сначала.

В сплит-системе испаритель расположен во внутреннем блоке, а компрессор и конденсатор — во внешнем. В оконном моноблочном кондиционере все элементы заключены в один корпус, но конденсатор находится в той его части, которая обращена на улицу, а испаритель — во внутренней части корпуса.

Для улучшения теплопередачи теплообменники обдуваются воздухом при помощи вентиляторов.

Тепловой насос — обогрев помещения с помощью кондиционера


В режиме обогрева помещения (его имеют не все кондиционеры) испаритель и конденсатор меняются функциями. Кондиционер переносит тепло с улицы в помещение. При этом направление движения хладагента по холодильному контуру меняется на обратное. Такой перенос тепла называется тепловым насосом (heat pump). Он используется осенью и весной.

  1. Компрессор увеличивает давление хладагента и направляет его в испаритель.
  2. В испарителе (внутри помещения) хладагент конденсируется и превращается в жидкость с высоким давлением и низкой температурой.
  3. Жидкий хладагент перетекает в капилляр, где его давление снижается, и он становится смесью пара и жидкости с низкой температурой и давлением.
  4. Смесь попадает в конденсатор (расположенный на улице), поглощает тепло из внешнего воздуха и испаряется. Цикл работы теплового насоса повторяется.

Внимание! Зимой тепловой насос нельзя использовать для обогрева помещения (см. раздел «Что нужно знать о кондиционерах»).

Основная литература


  1. Спецвыпуск «Мир Климата — монтажнику», «Принципы работы холодильной машины» (mk_mon_02.html)
  2. Л. Корх «Принцип работы кондиционера» (prinzip-cond-korh.pdf (1 МБ))

Дополнительная литература


  1. Полльман «Учебник по холодильной технике», Издательство МГУ 1998 г., глава 1.3.6.2 «Цикл паровой холодильной машины и термодинамические диаграммы» (стр. 211 — 220) (pollman-hladagents-211-220.pdf (2,94 Мб))
  2. «Мир Климата»№32 «Тепловые насосные установки» (mk_32_17.html)
  3. «ПОПРАВКА К ЗАКОНУ ПРИРОДЫ. Взял киловатт, отдай три!» Г. Литвинчук (17.pdf (114.01Kb))

Контрольные вопросы:


  1. Удельная теплота испарения фреона 1,5 кДж/г. Какое количество фреона должно конденсироваться, чтобы выделилось 300 кДж тепловой энергии?
  2. Почему в горах вода закипает при температуре ниже 100°С?
  3. Какую функцию выполняет компрессор кондиционера?
  4. Почему в испарителе весь хладагент должен обязательно испариться полностью?
  5. При какой температуре допускается работа кондиционера в режиме теплового насоса?
  6. Каким образом мощность обогрева кондиционером в режиме теплового насоса оказывается выше потребляемой электрической мощности?
  7. Минимальное количество элементов работающего холодильного контура
  8. В каком режиме работает холодильная машина при обратном цикле?

Холодильники Принцип работы – StudiousGuy

Холодильники являются одним из наиболее часто используемых бытовых приборов. От сохранения свежести нашей пищи в течение нескольких дней до предоставления нам прохладительных напитков в жаркое лето, они делают нашу жизнь комфортной каждый день. Использование холодильника в нашей повседневной жизни настолько распространено, что мы почти никогда не задумываемся, как это технологическое чудо работает по своей сути. Как правило, более низкая температура в холодильниках замедляет активность бактерий, присутствующих в продуктах, что, в свою очередь, предотвращает их порчу. До изобретения электрических холодильников зарабатывались состояния на доставке больших блоков льда для достижения низкой температуры для хранения продуктов питания и напитков. Сегодня, благодаря холодильникам, нам не нужно преодолевать такие трудности, чтобы сохранить нашу еду от порчи. Процесс, который сегодня используют холодильники, основан на работе 19Американские изобретатели 19 века Оливер Эванс и Джейкоб Перкинс. В 1805 году Эванс изобрел холодильный цикл с компрессией пара, который мы сейчас используем для изготовления холодильников, но он так и не смог построить холодильник. В 1830-х годах Перкинс создал первую холодильную систему, основанную на идеях Эванса. Хотя система Perkins не имела коммерческого успеха, это был первый шаг к современным холодильникам, которые мы используем сегодня. Прежде чем мы попытаемся понять, как работает этот холодильный цикл, давайте сначала разберемся, какие компоненты холодильника участвуют в процессе охлаждения.

Указатель статей (щелкните, чтобы перейти)

Компоненты холодильника

Жидкий хладагент

Жидкий хладагент обычно представляет собой газ или жидкость, которая способствует преобразованию тепловой энергии в механическую фазу. сдача. В холодильниках жидкий хладагент также можно рассматривать как хладагент, который течет по всему холодильнику для поддержания температуры внутри него. Наиболее часто используемые хладагенты имеют чрезвычайно низкую температуру кипения, например, гидрохлорфторуглеродные химические вещества, которые обычно называют фреонами.

Компрессор

Компрессор считается сердцем холодильной системы. С технической точки зрения компрессор — это устройство, которое увеличивает давление газа за счет уменьшения его объема. В холодильниках компрессор механически увеличивает температуру хладагента, заставляя его двигаться по трубе малого объема. Хладагент поступает в компрессор в виде газа низкого давления и низкой температуры, а затем выходит из компрессора в виде газа высокого давления и высокой температуры. Он также действует как электрический насос, облегчающий поток хладагента по всему холодильнику в замкнутой системе. Компрессор обычно располагается в нижней части задней стенки холодильника.

Конденсатор

Конденсатор или змеевики конденсатора представляют собой сетку из труб, которую можно найти на задней стороне холодильника. Основная функция конденсатора — отвод внутреннего тепла холодильника, как и у радиатора. Он называется конденсатором, потому что отвод тепла достигается за счет конденсации хладагента из пара в жидкое состояние внутри конденсаторных змеевиков. Тепло выделяется, когда температура падает до температуры конденсации.

Термостатический расширительный клапан

Термостатический расширительный клапан действует как регулятор, контролирующий поток жидкого хладагента в испаритель. Термостат (компонент регулирующего устройства, который измеряет температуру и выдает соответствующий сигнал) управляет процессом охлаждения, включая и выключая компрессор. Когда датчик определяет, что в холодильнике достаточно холодно, он выключает компрессор. Если он чувствует слишком много тепла, он включает компрессор и снова начинает процесс охлаждения. Именно по этой причине мы слышим гудящий звук, исходящий из холодильника через равные промежутки времени.

Испаритель

Это часть холодильной системы, обеспечивающая охлаждение внутри холодильника. Его функция заключается в поглощении тепла системой охлаждения изнутри, которое затем излучается из системы через конденсатор. Испарительные змеевики находятся внутри холодильника, куда мы кладем продукты. Хладагент подается в эти змеевики через термостатический расширительный клапан.

Приемник

Ресивер, или ресивер жидкости, как его обычно называют, представляет собой сосуд высокого давления, предназначенный для хранения жидкого хладагента. Функция ресивера заключается в хранении жидкого хладагента и обеспечении непрерывного потока хладагента к расширительному устройству. Ресивер имеет входной и выходной патрубки и резьбовое отверстие для установки предохранительного устройства сброса избыточного давления. Основное назначение ресивера — служить буфером для хладагента во время цикла охлаждения.

Принцип работы холодильника

Основным принципом работы холодильника является второй закон термодинамики; более конкретно, утверждение Клаузиуса о втором законе термодинамики, в котором говорится, что теплота никогда не может перейти от более холодного тела к более теплому без какого-либо другого связанного с этим изменения, происходящего в то же время. Это утверждение можно понять так: для передачи теплоты из области с более низкой температурой в область с более высокой температурой над системой должна быть совершена механическая работа. Это очевидно в холодильнике, когда тепло течет из холодной среды (внутри холодильника) в горячую среду (снаружи холодильника), но только под действием внешнего агента, то есть системы охлаждения. Другими словами, охлаждение — это работа, обратная тепловой машине. Тепловая машина забирает тепло от горячего тела, часть его преобразует в механическую работу, а оставшуюся часть отдает в более холодную среду. Напротив, холодильник использует механическую работу для передачи тепла из области с более низкой температурой в область с более высокой температурой. Эта периодическая подача тепла известна как цикл охлаждения или цикл охлаждения с компрессией пара. Давайте обсудим, как этот процесс осуществляется внутри холодильника.

Цикл охлаждения

В этом цикле летучий жидкий хладагент прокачивается через охлаждающие змеевики испарителя во внутреннее отделение холодильника. Внутри этих змеевиков хладагент испаряется из-за скрытого тепла, выделяемого пищевыми продуктами. Это скрытое тепло вызывает фазовое изменение состояния хладагента из жидкого в парообразное, что приводит к падению температуры внутри холодильника. Затем эти пары подаются в компрессор с электрическим приводом, который повышает температуру этих паров, изменяя их давление с низкого на высокое. Эти пары с высокой температурой и высоким давлением затем поступают в змеевик конденсатора, где они снова претерпевают фазовый переход от пара к жидкости в процессе сжижения. Благодаря этому второму изменению фазы тепло выделяется во внешнюю среду. Затем жидкий хладагент поступает в резервуар для хранения, называемый ресивером или резервуаром для жидкости, прежде чем, наконец, пройти через расширительный клапан, который снижает его давление перед началом следующего цикла. Этот цикл повторяется снова и снова до тех пор, пока температура не достигнет нужного значения (около 2-4°С в пищевой камере бытового холодильника и 9°С). 0003

Как работает компрессионная холодильная установка?

Как работает компрессионная холодильная система?

  • Автор сообщения: