Принципы работы холодильной машины
Принципы работы 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, фреон R-22, широко используемый в холодильной технике, при нормальном атмосферном давлении имеет температуру кипения минус 4°,8°С.
Если жидкий фреон 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 фреон кипит не в открытом сосуде, а в специальном теплообменнике, называемом испарителем. При этом кипящий в трубках испарителя фреон активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную, как правило, оребренную поверхность трубок.
Рассмотрим процесс конденсации паров жидкости на примере фреона R-22. Температура конденсации паров фреона, так же, как и температура кипения, зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура конденсации. Так, например, конденсация паров фреона R-22 при давлении 23 атм начинается уже при температуре плюс 55°С. Процесс конденсации фреоновых паров, 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 фреона в испарителе и охлаждения воздуха, а также процесс конденсации и отвод тепла в конденсаторе были непрерывными, необходимо постоянно «подливать» в испаритель жидкий фреон, а в конденсатор постоянно подавать пары фреона. 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), 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 20-23 атм.
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
Кондиционер — это та же холодильная машина, предназначенная для тепловлажностной 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.
| Рис. 1. Схема компрессионного цикла охлаждения |
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 15-25 атм 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 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, часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости (точка 4).
Жидкость 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) 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
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.
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.
|
Риc. 2. Диаграмма давления и теплосодержания
|
| Рис. 3. Изображение теоретического цикла сжатия на диаграмме «Давление и теплосодержание» |
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.
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.
| 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 |
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.
По материалам Ассоциации Предприятий Индустрии Климата (АПИК)
Холодильная машины. Принцип работы.
В холодильной машине фреон конденсируется в специальном отделении — конденсаторе. Тепло, выделившееся при конденсации, удаляется потоком охлаждающей жидкости или воздуха.
Поскольку холодильная машина должна работать непрерывно, то в испаритель должен постоянно поступать жидкий фреон, а в конденсатор — его пары. Этот процесс — циклический, ограниченное количество фреона циркулирует по холодильной машине, испаряясь и конденсируясь.
Один из основных компонентов холодильной машины — это конденсатор, служащий для переноса тепловой энергии от хладагента в окружающую среду. Чаще всего тепло передается воде или воздуху.
Тепло, которое выделяется в конденсаторе, примерно на 30% превышает холодопроизводительность холодильной машины. Например, если холодопроизводительность машины равна 20 кВт, то конденсатор выделяет 25-27 кВт тепла.
Схема холодильной машины рис.2.4
Компрессионный цикл охлаждения состоит из четырех основных элементов:
- компрессора
- испарителя
- конденсатора
- регулятора потока.
Рис.2.4 Схема холодильной машины.
Компрессионный цикл охлаждения
На выходе из испарителя хладагент — это пар при низкой температуре и низком давлении.
Затем компрессор всасывает хладагент, давление повышается примерно до 20 атм., а температура достигает 70 — 90С.
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.
Внутри конденсатора пар должен полностью перейти в жидкое состояние. Для этого температура жидкости, выходящей из конденсатора, на несколько градусов (обычно 4-6°С) ниже температуры конденсации при данном давлении.
Затем хладагент (имеющий в этот момент жидкое агрегатное состояние при высоких давлении и температуре) поступает в регулятор потока. Здесь давление резко падает, и происходит частичное испарение.
На вход испарителя попадает смесь пара и жидкости. В испарителе жидкость должна полностью перейти в парообразное состояние. Поэтому температура пара на выходе из испарителя немного выше температуры кипения при данном давлении (обычно на 5-8С0). Это необходимо, чтобы в компрессор не попали даже мелкие капли жидкого хладагента, иначе компрессор может быть поврежден.
Образовавшийся в испарителе перегретый пар выходит из него, и цикл возобновляется сначала.
Итак, ограниченное количество хладагента 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.
Энтальпия хладагента
Происходящий в холодильной машине цикл охлаждения удобно изображать графически. На диаграмме показано соотношение давления и теплосодержания (энтальпии) хладагента.
Энтальпия — это функция состояния, приращение которой при процессе с постоянным давлением равно теплоте, полученной системой(рис.2.5).
Рис. 2.5 Диаграмма насыщения хладагента
На диаграмме показана кривая насыщения хладагента.
- Левая ветвь кривой соответствует насыщенной жидкости
- Правая часть соответствует насыщенному пару.
- В критической точке ветви кривой соединяются, и вещество может находиться и в жидком, и в газообразном состоянии.
- Внутри кривой — зона, соответствующая смеси пара и жидкости.
- Слева от кривой (в области меньшей энтальпии) — переохлажденная жидкость.
- Справа от кривой (в области большей энтальпии) — перегретый пар.
Теоретический цикл охлаждения несколько отличается от реального. В действительности происходят потери давления на разных этапах перекачки хладагента, снижающие эффективность охлаждения. Это не учитывается в идеальном цикле.
Теоретический цикл охлаждения
Рис.2.6 Диаграмма теоретического цикла охлаждения.
В компрессоре. Холодный насыщенный пар хладагента поступает в компрессор холодильной машины (точка С1). В процессе сжатия его давление и температура повышаются (точка D). Энтальпия тоже повышается на величину, равную проекции линии С1-D. На схеме это отрезок НС1-НD.
Конденсация. В конце цикла сжатия хладагента горячий пар попадает в конденсатор. Здесь при постоянных температуре и давлении происходит конденсация, и горячий пар превращается в горячую жидкость. Хотя температура практически постоянна, энтальпия уменьшается при фазовом переходе, а выделившееся тепло отводится от конденсатора. Этот процесс отображается на диаграмме в виде отрезка, параллельного горизонтальной оси (давление постоянно).
Процесс в конденсаторе холодильной машины происходит в три этапа: снятие перегрева (D-Е), конденсация (Е-А) и переохлаждение жидкости (А-А1). Участок диаграммы D-А1 соответствует изменению энтальпии хладагента в конденсаторе и показывает, какое количество тепла выделяется в ходе данного процесса.
Снятие перегрева.
В этом процессе температура пара снижается до температуры насыщения. Излишнее тепло отводится, но изменения агрегатного состояния не происходит. На этом этапе снимается около 10 — 20% тепла.
Конденсация
На этом этапе происходит изменение агрегатного состояния хладагента. Температура при этом остается постоянной. На этом этапе снимается около 60 — 80% тепла.
Переохлаждение жидкости
В этом процессе жидкий хладагент охлаждается, при этом получается переохлажденная жидкость. Агрегатное состояние не изменяется.
Переохлаждение жидкости на этом этапе позволяет повысить производительность холодильной машины. При постоянном уровне энергопотребления понижение температуры на 1 градус повышает производительность холодильной машины на 1%.
Регулятор потока
Переохлажденная жидкость с параметрами точки А2 поступает на регулятор холодильной машины. Он представляет собой капиллярную трубку или терморегулирующий расширительный клапан. В регуляторе происходит резкое снижение давления. Непосредственно за регулятором начинается кипение хладагента. Параметры получившейся смеси пара и жидкости соответствуют точке В.
В испарителе
Смесь пара и жидкости (точка В) попадает в испаритель холодильной машины, где поглощает тепло от окружающей среды и полностью переходит в пар (точка С1). Этот процесс происходит при постоянной температуре, но энтальпия при этом увеличивается.
На выходе испарителя парообразный хладагент немного перегревается (отрезок С1-С2), чтобы капли жидкости испарились полностью. Для этого приходится увеличивать площадь теплообменной поверхности испарителя (на 4-6% на каждый градус перегрева). Обычно перегрев составляет 5-8 градусов, и увеличение площади теплообмена достигает 20%.
В испарителе холодильной машины энтальпия хладагента изменяется на величину НВ-НС2, равную проекции кривой испарения на горизонтальную ось.
Холодильные машины и холодильные агрегаты представляют собой замкнутую систему, заполненную рабочим телом. Рабочее тело, циркулирующее в холодильной машине, отнимает тепло от охлаждаемой среды и, совершив круговой процесс, возвращается в первоначальное состояние. Это позволяет осуществлять непрерывное охлаждение с помощью одного и того же количества рабочего тела.
Для возвращения рабочего тела в первоначальное состояние необходимо, чтобы тепло, воспринятое им от охлаждаемой среды, было отдано другому телу. Такими телами являются окружающий воздух и вода. Температура воды и воздуха, как правило, выше температуры охлаждаемой среды, поэтому естественный процесс передачи тепла невозможен. Для переноса тепла от охлаждаемой среды к более теплой окружающей среде необходимо повысить температуру рабочего тела настолько, чтобы она практически стала выше температуры окружающей среды (воды, воздуха). Для этого необходимо затратить энергию. Последующего понижения температуры рабочих тел можно достигнуть адиабатическим расширением сжатых газов или жидкостей (например, в расширительных цилиндрах или детандерах) или дросселированием (в вентилях, кранах).
Непрерывный круговой процесс, в результате которого тепло от холодного тела передается более теплому, является обратным круговым процессом — циклом.
Рабочее тело, циркулирующее в холодильной машине п совершающее обратный круговой процесс, называется холодильным агентом.
Как показано на рис. 2, а, охлаждаемая среда (например, воздух в холодильной камере) имеет температуру Тохл, более низкую, чем температура окружающей среды 1 окр (например, воды или воздуха). Тепло от охлаждаемой среды отнимает холодильный агент и передает окружающей среде с более высокой температурой, при этом холодильный агент совершает непрерывный круговой процесс.
Согласно второму закону термодинамики, для осуществления кругового процесса, обеспечивающего отнятие тепла от холодной среды и передачу его более теплой среде, требуется затрата механической работы или других компенсирующих процессов, например тепла, которое при этом переходит с высшего температурного ур:овня на низший. Обратный круговой процесс, обеспечивающий искусственное охлаждение в результате переноса тепла от холодного тела к окружающей среде, называется холодильным циклом.
В паровых холодильных машинах в качестве рабочих тел применяют жидкости с низкими температурами кипения при атмосферном давлении. Из них наиболее распространены аммиак (NH3) и фреоны (хлорофторо-защищенные углеводороды), в частности фреон-12 (CF2C12), фреон-22 (CHF2C1). Однако в некоторых паровых холодильных машинах в качестве рабочего тела используют воду. В последнем случае в охлаждающих аппаратах создается значительное разрежение. Так же находит применение использование льдогенераторов жидкого льда в качестве рабочего тела.
Иногда применяют рабочие тела, не изменяющие агрегатного состояния в холодильной машине. Таким рабочим телом является воздух. Холодный воздух, отнимая тепло от охлаждаемой среды, повышает свою температуру. Холодильные машины, в которых рабочее тело не меняет агрегатного состояния, а холодильный эффект получают за счет повышения температуры рабочего тела, называются газовыми или воздушными холодильными машинами.
Машины, в которых осуществляется обратный круговой процесс, можно применять не только для искусственного охлаждения, но также и для отопления. Машину, обеспечивающую отопление с помощью обратного кругового процесса, называют тепловым насосом.Принципиальная схема работы теплового насоса показана на рис. 2, б. Рабочее тело воспринимает тепло от окружающей среды (воздух, речная вода, отработавшая производственная вода, отработавшие газы и т. п.) и, совершая круговой процесс, передает тепло нагреваемому горячему телу с температурой ГГоР. Теплоприемником может быть например, вода, которую затем используют для отопления зданий. Для такого переноса тепла, как и в холодильных машинах, затрачивается механическая или тепловая энергия. Таким образом, принцип работы холодильной машины и теплового насоса одинаков, отличие состоит только в положении интервала температур. Холодильные машины работают в интервале от температуры окружающей среды и ниже (до абсолютного нуля), тепловые насосы — от температуры окружающей среды и выше (до 70-80° С).
В отдельных случаях холодильные установки можно использовать также для одновременного получения холода и тепла. Тогда они будут работать в интервале от температуры ниже окружающей среды до температуры выше этой среды.
В соответствии с видом затрачиваемой энергии холодильные машины можно разделить на работающие с затратой механической энергии (компрессорные) и работающие с затратой тепла (абсорбционные и пароэжекторные).
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, фреон R-22, широко используемый в холодильной технике, при нормальном атмосферном давлении имеет температуру кипения минус 4°,8°С.
Если жидкий фреон 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 фреон кипит не в открытом сосуде, а в специальном теплообменнике, называемом испарителем. При этом кипящий в трубках испарителя фреон активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную, как правило, оребренную поверхность трубок.
Рассмотрим процесс конденсации паров жидкости на примере фреона R-22. Температура конденсации паров фреона, так же, как и температура кипения, зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура конденсации. Так, например, конденсация паров фреона R-22 при давлении 23 атм начинается уже при температуре плюс 55°С. Процесс конденсации фреоновых паров, 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 фреона в испарителе и охлаждения воздуха, а также процесс конденсации и отвод тепла в конденсаторе были непрерывными, необходимо постоянно «подливать» в испаритель жидкий фреон, а в конденсатор постоянно подавать пары фреона. 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), 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 20-23 атм.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
Кондиционер — это та же холодильная машина, предназначенная для тепловлажностной 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.
| Рис. 1. Схема компрессионного цикла охлаждения |
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 15-25 атм 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 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, часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости (точка 4).
Жидкость 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) 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.
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.
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.
| Риc. 2. Диаграмма давления и теплосодержания |
| Рис. 3. Изображение теоретического цикла сжатия на диаграмме «Давление и теплосодержание» |
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.
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.
| 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 |
- 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.
принцип работы, устройство и применение
Холодильные машины широко используются в различных областях промышленности. Они предназначены для отвода тепла от объектов, температура которых должна быть ниже, чем у окружающей среды. Низшим порогом является минус 150 градусов, а высшим – плюс 10.
Устройства применяют для охлаждения продуктов питания и жидкостей (например, шкафы для шоковой заморозки, холодильные машины чиллеры). Существует оборудование для охлаждения пластмасс, используемое в химической промышленности и других сферах.
Принцип работы устройств не отличается сложностью. Холодильные машины и установки в своей работе используют принцип теплового насоса, который переносит тепловую энергию от отдатчика к теплоприемнику. В большинстве случаев в роли теплоотдатчика выступает окружающая среда.
Когда же речь идет об устройствах, отводящих тепло, то окружающая среда является приемником и выполняет охлаждающую функцию. При этом понижение температуры производится за счет того, что у охлаждаемого тела забирается энергия и передается принимающему объекту. Следовательно, правильнее сказать, что холодильные машины предназначаются для переноса механической или тепловой энергии, а не для охлаждения системы.
Процесс переноса энергии становится возможным благодаря применению специальных хладагентов, которые способны закипать при отрицательной температуре внешней среды.
Холодильные машины состоят из восьми основных элементов, главными из которых выступают конденсатор, испаритель и компрессор. Первый производит всасывание паров хладагента при низком давлении и температуре. Затем в нем через сжатие паров происходит повышение данных показателей, после чего хладагент попадает в компрессор. Важнейшими характеристиками компрессора являются объем рабочего хладагента и степень сжатия. В конденсаторе происходит охлаждение нагретых паров, в результате чего энергия передается в окружающую среду (в воду или воздух).
Через испаритель пропускается рабочая среда (жидкость или другой элемент), а также пары хладагента. Кроме этого, в состав устройства входят вентилятор, регулятор потока, реверсивный и соленоидный клапан.
Среди всех используемых для охлаждения устройств наибольший интерес представляют холодильные комплектные машины. Это оборудование, которое подобрано специальным образом, учитывая цели его использования.
Например, применяют устройства для шоковой заморозки продуктов, позволяющие сохранить потребительские свойства товаров; приспособления для охлаждения жидкостей, предназначенных для химической деятельности, и т.д. Такие машины монтируются в месте размещения холодильной камеры и дополнительно могут оснащаться различными компонентами, которые расширяют функционал устройств.
Спросом также пользуются такие холодильные машины, как генераторы чешуйчатого льда. Они применяются в мясной, рыбной, хлебобулочной и колбасной индустрии. Камеры и шкафы для заморозки (шоковой) позволяют хранить пельмени, рыбу, мясо, овощи, ягоды и фрукты.
АБХМ расшифровывается как «абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина».
Принцип действия абсорбционной холодильной машины основан на определенных свойствах хладагента и абсорбента, которые обеспечивают отвод тепла, охлаждение и поддержание необходимого температурного режима.
АБХМ — это абсорбционная холодильная установка (чиллер), работающая за счет тепловой энергии, а не электричества. Источником тепловой энергии может служить горячая вода, выхлопные газы, пар, природный газ и другие виды топлива.
Основные элементы АБХМ и устройство АБХМ
Конденсатор АБХМ
боковое подключение труб облегчает чистку конденсатора
Испаритель АБХМ
оснащен двойной защитой от замерзания
Генератор АБХМ
трубки изготовлены из нержавеющей стали
Частотный преобразователь Danfoss/ABB
позволяет экономить электроэнергию при неполной нагрузке АБХМ
Панель оператора
выполнена на базе контроллера Siemens,
полностью русифицирована
Отсечные клапаны
позволяют производить обслуживание насосов без нарушения вакуума в АБХМ
Насос хладагента АБХМ, абсорбента
завод-изготовитель Teikoku pumps (Япония), интервал сервисного обслуживания – 50 тыс. часов
Автоматическая система продувки
позволяет производить удаление неконденсируемых газов без присутствия оператора
АБХМ чиллер принцип работы
Наглядная схема работы АБХМ (функциональные схемы АБХМ)
Режимы работы АБХМ
Охлаждение водыВода-хладагент поступает в левую часть камеры — «Испаритель». Внутри, в условиях глубокого вакуума, происходит процесс кипения хладагента, который отводит тепло из охлаждаемой воды, циркулирующей по трубкам теплообменника. Этот процесс непосредственно охлаждает воду, циркулирующую в теплообменнике («вода охлажденная») и выполняет главную задачу, стоящую перед АБХМ — режим охлаждения. |  |
АбсорбцияКапли концентрированного раствора бромида лития подаются в правую часть камеры («абсорбер»), где абсорбируют пары воды-хладагента. Для того, чтобы не допустить повышения температуры бромида лития и потери его абсорбирующих свойств, необходима охлаждающая вода, которая стабилизирует его температуру. |  |
Нагрев абсорбентаРаствор бромида лития, полученный после абсорбции, направляется в генератор при помощи насоса. Там под воздействием тепла из него выкипает часть воды. Это восстанавливает изначальную концентрацию бромида лития в растворе, что нужно для поддержания его абсорбирующих свойств. Так работает АБХМ в режиме нагревания. |  |
Конденсация хладагентаВ конденсаторе происходит процесс конденсации пара хладагента, образовавшегося при кипении раствора в генераторе. Далее, эта вода-хладагент вновь попадает в «испаритель» (левую часть камеры) и цикл повторяется заново. |  |
Во многих случаях абсорбционные холодильные машины позволяют радикально снизить эксплуатационные расходы на центральное кондиционирование и промышленное охлаждение за счет использования доступного альтернативного источника энергии, который часто бывает дешевле затрат на подключение и использование электрических мощностей.
адсорбционная холодильная машина, абсорбционные машины купить, схема абсорбционной холодильной машины установки,
Абсорбционные чиллеры (АБХМ) производства Thermax применимы на любых типах объектов — как для снабжения холодом систем кондиционирования, так и для обеспечения промышленного холодоснабжения.
В качестве хладагента в АБХМ Thermax используется вода, а в качестве абсорбента — концентрированный раствор бромида лития LiBr.
Эти жидкости не токсичны, что делает АБХМ безопасной в применении*.
схема чиллера прямого горения, абсорбционная холодильная машина схема, адсорбционная холодильная машин, консервация АБХМ
Типы абсорбционных холодильных машин
Для АБХМ возможны различные варианты использования низко- и высокопотенциальных видов тепла. Это может быть горячая вода из тепловой магистрали, пар низкого и высокого давления от технологического процесса или котельной, прямое сжигание топлива различных видов (дизель, газ и др.), выхлопные газы от оборудования. Технологии компании Thermax позволяют использовать несколько источников энергии и комбинировать их.
*Существуют еще водоаммиачные абсорбционные холодильные машины, в которых в качестве хладагента используется аммиак.
Цена АБХМ зависит от многих параметров (мощности, типа и пр.), поэтому, если вы хотите купить АБХМ, то лучше сделать расчет АБХМ у наших специалистов под конкретную задачу и объект.
Подбор АБХМ для вас осуществляют наши эксперты по абсорбционным холодильным машинам.
Цикл холодильной машины: теория и реальность
Любой механизм с охлаждением: холодильник, кондиционер – работают циклично. Наиболее часто цикл холодильной машины – компрессионный.
Принцип работы охлаждающего оборудования (кондиционера) состоит в изменении параметров воздуха, придания ему определенных дополнительных опций: влажности, температуры, направления. При этом основная опция: охлаждение — обеспечивается постоянной циркуляцией, конденсацией и кипением хладагента в циклично-замкнутой системе. Хладагент кипит при низкой температуре и давлении, конденсация происходит, когда высокая и температура, и давление.
Цикл холодильной машины схема
Первая фаза – выход испарителя, находящегося в парообразном состоянии, характеризующимся низкой температурой и таким же давлением. Компрессор, повышает температуру и поднимает давление, переводя пар в жидкость. Различают компрессоры с водяным и воздушным охлаждением. Следующая фаза – жидкий хладагент, имея высокую температуру и давление, передается в регулятор потока, где давление быстро понижается, а часть жидкости, превращаясь в пар, испаряется. В испарителе, следующем звене, паро-водяная смесь кипит, переходя вновь в пар. Пар, выходя из испарителя, возобновляет процесс охлаждения вновь.
Важно: Испаритель выбирается так, чтобы жидкая фаза полностью там испарилась.
Таким образом, цикличность заключается в постоянной круговой циркуляции хладагента с изменением физического состояния от жидкости к пару и наоборот. Все холодильные машины работают по разному, общее в работе одно – они работают по циклам.
Цикл Карно холодильной машины
Цикличность – основа цикла Карно. Теоретически, такой процесс – идеален с точки зрения термодинамики. Механическая работа выполняется за счет теплообмена резервуаров с разными температурными режимами, но постоянными во времени. Более высокотемпературный резервуар называется нагревателем, низкотемпературный – холодильником.
Идеальность таких процессов обеспечивается малой скоростью циркуляции, поэтому мощность в цикле Карно нулевая. Реальные машины не могут иметь нулевую мощность. Поэтому процессы, происходящие в настоящих механизмах только в какой-то степени могут приближаться к циклу Карно.
Для кондиционеров характерен обратный цикл Карно — холодильная машина проводит цикличный процесс в противоположную сторону. Тепло выходя из холодильника передается нагревателю, используя внешние силы. Можно говорить, что цикличность Карно — идеальный цикл холодильной машины или кондиционера.
Процесс охлаждения в реальности и теории
Теоретический цикл работы холодильной машины значительно отличается от работы холодильных установок в обычной жизни. При работе реальных холодильников и кондиционеров происходят значительные потери давления на входе, выходе, увеличение сжатия, что автоматически снижает эффективность работы.
Сконструировать хладоустановку, имеющую обратимый цикл паровой холодильной машины (Карно) невозможно. В природе нет обратимых процессов. Однако его можно считать эталоном экономически выгодного цикла, к которому надо стремиться.
Основные принципы системы охлаждения — материальное и тепловое поведение
А). СОСТОЯНИЯ ДЕЛА
Все известное вещество существует в одной из трех физических форм или состояний: твердое, жидкое или газообразное. Существуют явные различия между этими физическими состояниями, а именно:
Вещество в жидком состоянии сохранит свое количество и размер, но не свою форму. Жидкость всегда будет соответствовать занимаемой емкости.Если кубический фут воды в контейнере размером 1 фут с каждой стороны переносится в контейнер с разными прямоугольными размерами, количество и объем воды будут одинаковыми, хотя размер будет меняться.
Материя в твердом состоянии сохранит свое количество, форму и физические размеры. Кубический фут дерева сохранит свой вес, размер и форму даже при перемещении с места на место.
Вещество в газообразном состоянии не имеет тенденции сохранять ни свой размер, ни форму.Если однофутовый цилиндр, содержащий пар или какой-либо другой газ, соединен с 2-кубическим ножным цилиндром, в котором создан вакуум, пар расширится и займет объем большого цилиндра. Хотя эти специфические различия существуют в трех состояниях вещества, довольно часто при изменяющихся условиях давления и температуры одно и то же вещество может существовать в любом из трех состояний, таких как твердое тело, жидкость или пар (лед, вода). и пар, например). Твердые частицы всегда имеют определенную форму, тогда как жидкости и газы не имеют собственной определенной формы, но будут соответствовать форме своих контейнеров.
B). МОЛЕКУЛЯРНОЕ ДВИЖЕНИЕ
Вся материя состоит из мелких частиц, известных как молекулы, в настоящее время мы будем заниматься только молекулой, самой маленькой частицей, в которую может быть разложена любая материя или вещество, и при этом сохранить свою идентичность. Молекулы различаются по форме, размеру и весу. Из физики мы узнаем, что молекулы имеют тенденцию цепляться друг за друга. Когда тепловая энергия применяется к веществу, она увеличивает внутреннюю энергию молекул, которые увеличивают их движение или скорость движения.При таком увеличении движения молекул также происходит повышение или повышение температуры вещества. Когда тепло выводится из вещества, из этого следует, что скорость молекулярного движения будет уменьшаться, а также будет происходить снижение или понижение внутренней температуры вещества.
( С). ИЗМЕНЕНИЕ ГОСУДАРСТВА
Когда твердое вещество нагревается, молекулярное движение происходит главным образом в форме быстрого движения назад и вперед, молекулы никогда не отходят далеко от своего нормального или исходного положения.Но при определенной температуре для этого конкретного вещества дальнейшее добавление тепла не обязательно увеличит молекулярное движение внутри вещества; вместо этого дополнительное тепло приведет к разжижению некоторых твердых веществ (превращению в жидкость). Таким образом, дополнительное тепло вызывает изменение состояния материала.
Температура, при которой происходит это изменение состояния вещества, называется его температурой плавления . Предположим, что емкость с водой на 70 градусов по Фаренгейту, в которой был установлен термометр, оставлена в морозильной камере на несколько часов.Когда оно взято из морозильника, оно превратилось в глыбу льда — произошло затвердевание . Предположим также, что термометр в ледяном блоке показывает температуру 20 градусов по Фаренгейту.
Если ему разрешено стоять при комнатной температуре, тепло из воздуха в помещении будет поглощаться льдом до тех пор, пока термометр не покажет температуру 32 градуса по Фаренгейту, когда часть льда начнет превращаться в воду. С теплом, продолжающим передавать воздух от комнаты до льда, больше льда вернется обратно в воду; но термометр будет продолжать показывать температуру 32 ° F, пока весь лед не растает. Разжижение уже произошло.
Как уже упоминалось, когда весь лед растает, термометр покажет температуру 32ºF, но температура воды будет продолжать повышаться, пока не достигнет или не станет равной комнатной температуре. Если в емкость с водой добавляется достаточное количество тепла с помощью внешних средств, таких как горелка, температура воды будет увеличиваться до тех пор, пока она не достигнет 212ºF, при этой температуре и при «стандартном» атмосферном давлении произойдет другое изменение — испарение .Некоторая часть воды будет испаряться в пар, и с добавлением большего количества тепла вся вода будет испаряться в пар; все же температура воды не увеличится выше 212ºF.
До сих пор мы узнали, как твердые вещества могут превращаться в жидкость и как жидкость может превращаться в пар, но вещество может претерпевать физические изменения, в результате которых твердое вещество превращается непосредственно в газообразное состояние без предварительного плавления в жидкость. Это известно как сублимации .Например, сухой лед (CO2) в атмосферных условиях превращается непосредственно в пар. Давайте рассмотрим эти изменения состояния: а) СОЛИДИФИКАЦИЯ — переход от жидкого к твердому. Разжижение — переход от твердого к жидкому. Испарение — переход от жидкости к пару. КОНДЕНСАЦИЯ — переход от пара к жидкости. СУБЛИМАЦИЯ — переход из твердого состояния в пар без прохождения через жидкое состояние.
ИЗМЕРЕНИЯ
Большинство из нас знакомы с общими измерениями, такими как измерение длины, веса, объема и т. Д.; но теперь мы переходим к другим типам измерений, таким как интенсивность тепла, количество тепла и единицы преобразования энергии.
ТЕПЛОВАЯ ИНТЕНСИВНОСТЬ
Тепло — это форма энергии, которая сама по себе не поддается измерению; но можно измерять интенсивность тепла или температуру вещества. Единица интенсивности тепла называется градусов , измеренная по шкале температур. При обсуждении состояния вещества обсуждалась температура, а также добавление или отвод тепла.Относительно вода холоднее, чем пар; и в то же время он теплее льда. Температурные шкалы были сформулированы с использованием стеклянных трубок с аналогичным внутренним диаметром и резервуара для жидкости, такой как ртуть, которая будет расширяться и подниматься в трубке при нагревании.
Термометр по Фаренгейту или шкала основана на относительном положении ртути в термометре, когда вода находится в точке замерзания и когда вода кипит. расстояние между этими двумя точками было разделено на 180 равных частей или частей, называемых градусов .Точка, в которой вода либо замерзнет, либо лед растает при нормальных атмосферных условиях, была обозначена как 32 градуса; тогда как место или точка на термометре, где будет кипеть вода, была отмечена как 212 градусов; в то время как термометр был наиболее часто используемым в большинстве видов холодильной техники. A Цельсийный термометр , ранее называвшийся по Цельсию, термометр , используется в химии и физике, особенно в континентальной Европе, Южной Америке и Азии.
Часто задаваемый вопрос: почему температура кипения воды и температура плавления льда используются в качестве стандарта для обоих термометров. Эти точки или температуры были выбраны, потому что вода имеет очень постоянную температуру кипения и замерзания, а вода является очень распространенным веществом.
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
Чаще всего преобразование из одной температурной шкалы в другую выполняется с использованием таблицы преобразования, но если она отсутствует, преобразование можно легко выполнить по формуле, используя следующие уравнения:
(2-1) град.F = 1,8 ºC + 32
град. F = 5/9 ºC + 32
(2-2) град. C = (ºF — 32) / 1,8
град. C = 5/9 (ºF — 32)
До сих пор, измеряя интенсивность тепла, мы определили две точные контрольные точки — точку замерзания и температуру кипения воды как по шкале Фаренгейта, так и по Цельсию. Теперь мы должны найти еще одну третью определенную точку — абсолютный ноль. Это точка, где, как полагают, все молекулярные действия прекращаются.Как уже отмечалось на шкале Фаренгейта, это около 460 градусов. ниже нуля, -460 град. F, в то время как по шкале Цельсия это около 273 град. ниже нуля или -273 град. C. Некоторые основные законы, основанные на использовании абсолютных температур. Если дано значение по Фаренгейту, добавляется 460 град. к этому чтению преобразует его в градусы ранкин или град. Р; тогда как, если чтение от шкалы Цельсия, добавление 273 град. преобразует его в градусы Кельвина, град. К.
КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛА
Количество тепла отличается от интенсивности тепла, поскольку учитывает не только температуру измеряемой жидкости или вещества, но и ее вес.Единицей измерения количества тепла является британская тепловая единица (БТЕ). Вода используется в качестве стандарта для этой единицы количества тепла; Btu — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус Фаренгейта на уровне моря.
Два Btu приведет к изменению температуры на два градуса по Фаренгейту одного фунта воды; или это приведет к изменению температуры на один градус Фаренгейта двух фунтов воды. Поэтому при рассмотрении изменения температуры воды можно использовать следующее уравнение:
(2-3) Btu = W x TD
Где Изменение в тепле (в Btu) = Вес (в фунтах) x Разница температур.
СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕПЛО
Удельная теплоемкость вещества — это количество тепла в единицах Btu, необходимое для изменения температуры одного фунта вещества на один градус Фаренгейта. Btu — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус Фаренгейта или для снижения температуры того же веса воды на ту же единицу измерения на термометре.
Следовательно, удельная теплоемкость воды равна 1,0; и вода является основой для таблицы удельной теплоемкости на рисунке 2-8
| Вода | 1.00 |
| Лед | 0,50 |
| Воздух (сухой) | 0,24 |
| Steam | 0,48 |
| Алюминий | 0,55 |
| латунь | 0,09 |
| Свинец | 0,03 |
| Железо | 0,10 |
| Меркурий | 0,03 |
| Медь | 0.09 |
| Алкоголь | 0,60 |
| Керосин | 0,50 |
| Оливковое масло | 0,47 |
| Солевой рассол 20% | 0,85 |
| R-22 | 0,26 |
| R-12 | 0,21 |
Рис. 2-8 Удельная теплоемкость общих веществ Btu / фунт / ºF.
Вы увидите, что разные вещества различаются по своей способности поглощать или отдавать тепло.Удельные тепловые характеристики большинства веществ будут меняться с изменением температуры; некоторые изменяются только незначительно, в то время как другие могут значительно измениться.
Предположим, что два сосуда расположены рядом с нагревательным элементом или горелкой, один из которых содержит воду, а другой — равное количество по массе оливкового масла. Вскоре вы обнаружите, что температура оливкового масла увеличивается более быстрыми темпами, чем температура воды, демонстрируя, что оливковое масло поглощает тепло быстрее, чем вода.
Если скорость повышения температуры оливкового масла была примерно вдвое выше, чем воды, можно сказать, что оливковому маслу требуется только половина тепла, чем вода, чтобы повысить температуру на один градус Фаренгейта. Исходя из значения 1,0 для удельной теплоемкости воды, было бы показано, что удельная теплоемкость оливкового масла должна составлять приблизительно 0,5 или половину теплоемкости воды. (Таблица удельной теплоемкости веществ показывает, что оливковое масло имеет значение 0,47).
Уравнение (2-3) из предыдущего обсуждения теперь можно сформулировать как:
(2-4) Btu = W x c x TD
где с = удельная теплоемкость вещества; W = вес вещества; и TD = разность температур.
Удельная теплоемкость вещества также будет меняться с изменением состояния вещества. Вода является очень хорошим примером этого изменения удельной теплоемкости. Удельная теплоемкость воды 1,0; но как твердый лед, его удельная теплоемкость приблизительно равна 0,50; и аналогичное значение применяется для пара 0,48; газообразное состояние воды.
Пример: определите количество Btu, которое необходимо удалить, чтобы охладить 40 фунтов 20% солевого рассола от 60ºF до 20ºF.
Btu = W x c x TD
БТЕ = 40 фунтовх 0,85 х (60ºF — 20ºF)
Btu = 1360
ЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛО
Тепло, которое можно почувствовать или измерить, называется ощутимое тепло . Именно тепло вызывает изменение температуры вещества, а не изменение состояния. Вещества, будь то в твердом, жидком или газообразном состоянии, содержат в некоторой степени ощутимое тепло, если их температура выше абсолютного нуля. Уравнения, используемые для определения количества тепла, и уравнения, используемые в сочетании с определенными теплотами, могут быть классифицированы как разумных тепловых уравнений, поскольку ни одно из них не предполагает какого-либо изменения состояния.
LATENT HEAT
При изменении состояния большинство веществ будет иметь температуру плавления, при которой они будут переходить из твердого состояния в жидкое без какого-либо повышения температуры. В этот момент, если вещество находится в жидком состоянии и тепло отводится от него, вещество затвердевает без изменения его температуры. Тепло, участвующее в любом из этих процессов (переход от твердого к жидкому или от жидкого к твердому) без изменения температуры, известно как скрытая теплота плавления .
На рисунке 2-9 показана взаимосвязь между температурой в градусах Фаренгейта и ощутимой и скрытой теплотой в единицах Btu.
Рисунок 2-9 Диаграмма, демонстрирующая явные и скрытые тепловые зависимости при таянии льда, превращении льда в воду и воды в пар.
Как указывалось ранее, удельная теплоемкость воды равна 1,0, а у льда — 0,50, что является причиной различия в наклоне линий, обозначающих твердое тело (лед) и жидкость (вода).Для повышения температуры льда от -40ºF до 32ºF требуется всего 36 Btu тепла. (От -40ºF до 32ºF = 72ºF изменение температуры). (Btu = 1 фунт х 0,50 х 72 = 36). От B до C было добавлено 144 Btu, чтобы растопить лед. Температура не изменилась от B до C. От C до D было добавлено 180 Btu для нагрева воды от 32ºF до 212ºF. От D до E было добавлено 970 Btu для испарения воды. Обратите внимание, что температура не изменилась с D на E.
Слово «латентный» происходит от латинского слова «скрытый».Это скрытое тепло, которое не регистрируется на термометре и не ощущается. Само собой разумеется, нет никакого увеличения или уменьшения молекулярного движения в веществе, поскольку это проявилось бы как изменение температуры на термометре.
(2-6) Btu = (W1 x c1 x TD1)
+ (W1 x скрытая высокая температура)
+ (W2 x c2 x TD2)
Еще один тип скрытой теплоты, который необходимо учитывать, когда необходимы расчеты полной теплоты, называется Скрытая теплота испарения .Это тепло, которое поглощает один фунт жидкости при переходе в стадию пара. Или это может быть классифицировано как скрытая теплота конденсации ; поскольку, когда ощутимое тепло отводится от пара до такой степени, что оно достигает точки конденсации, пар конденсируется обратно в жидкую форму.
Поглощение количества тепла, необходимого для изменения состояния из жидкости в пар путем испарения, и выделение такого количества тепла, которое необходимо для изменения состояния из пара обратно в жидкость путем конденсации, составляют . Основные принципы процесса охлаждения или цикла.Охлаждение — это передача тепла путем изменения состояния хладагента .
ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
Второй закон термодинамики гласит, что теплопередача только в одном направлении — спуск; и это происходит с помощью одного из трех основных методов теплопередачи. A. Проводимость, B. Конвекция, C. Излучение.
ПРОВЕДЕНИЕ
Проводимость описывается как передача тепла между плотно упакованными молекулами вещества или между веществами, которые соприкасаются или находятся в хорошем контакте друг с другом.Когда передача тепла происходит в одном веществе, таком как металлический стержень с одним концом в пламени, движение тепла продолжается до тех пор, пока не будет достигнут температурный баланс по всей длине стержня.
Если стержень погружен в воду, быстро движущиеся молекулы на поверхности стержня передают некоторое количество тепла молекулам воды, и происходит еще один перенос тепла проводимостью. Когда наружная поверхность стержня остывает, в стержне все еще остается некоторое тепло, и оно будет продолжать передаваться на внешние поверхности стержня, а затем в воду, пока не будет достигнут температурный баланс.
Скорость, с которой тепло будет передаваться посредством проводимости, будет варьироваться в зависимости от различных веществ или материалов, если вещества или материалы имеют одинаковые размеры. Скорость передачи тепла будет варьироваться в зависимости от способности материалов или веществ проводить тепло. В целом твердые тела являются гораздо лучшими проводниками, чем жидкости; и, в свою очередь, жидкости проводят тепло лучше, чем газы или пары.
Большинство металлов, таких как золото, серебро, медь, сталь и железо, проводят тепло достаточно быстро, тогда как другие твердые вещества, такие как стекло, дерево, полиуретан или другие волокнистые строительные материалы, передают тепло гораздо медленнее и поэтому используются в качестве изоляторы.
Медь является отличным проводником тепла, как и алюминий. Эти вещества обычно используются в холодильных испарителях, конденсаторах и холодильных трубах, соединяющих различные компоненты системы хладагента, хотя железо и углеродистая сталь иногда используются в некоторых крупных установках хладагента.
Скорость, с которой тепло может проходить через различные материалы, зависит от таких факторов, как (а) толщина материала, (б) площадь его поперечного сечения, (в) разность температур между двумя сторонами материала, ( d) теплопроводность (коэффициент k) материала и (e) продолжительность теплового потока.
| Материал | Проводимость (к) |
| Фанера | 0,80 |
| Стекловолокно органическое скрепленное | 0,25 |
| пенополистирол теплоизоляция | 0,25 |
| вспененный полиуретановый утеплитель | 0,16 |
| Цементный раствор | 5.0 |
| Штукатурка | 5,0 |
| Кирпич (общий) | 5,0 |
| Твердые породы дерева (клен, дуб) | 1,10 |
| Мягкая древесина (пихта, сосна) | 0,80 |
| Гипсовая штукатурка (песчаный заполнитель) | 5,6 |
Рисунок 2-10. Проводимость для обычных строительных и изоляционных материалов.
ПРИМЕЧАНИЕ. Коэффициенты k приведены в БТЕ / час / фут кв / ºF / дюйм.толщины материала. Эти факторы могут быть использованы с помощью следующего уравнения:
(2-7) Btu = (A x k x TD) / X
Где: A = Площадь поперечного сечения в футах кв. К = Теплопроводность в БТЕ / час. TD = разница температур между двумя сторонами. X = толщина материала в дюймах.
Металлы с высокой проводимостью используются в самой холодильной системе, потому что желательно, чтобы быстрая передача тепла происходила как в испарителе, так и в конденсаторе.Испаритель — это место, где тепло отводится из кондиционированного пространства или вещества; конденсатор рассеивает это тепло в другой среде или пространстве.
В случае испарителя вещество или воздух имеют более высокую температуру, чем хладагент в трубопроводе, и происходит передача тепла вниз по склону; тогда как в конденсаторе пары хладагента имеют более высокую температуру, чем охлаждающая среда, проходящая через конденсатор, и здесь снова происходит теплопередача вниз.
Простые трубки, будь то медь, алюминий или другой металл, будут передавать тепло в соответствии с его проводимостью или с коэффициентом k , но этот теплообмен может быть увеличен путем добавления ребер на трубке. Они будут увеличивать площадь поверхности теплопередачи, тем самым увеличивая общую эффективность системы. Если добавления ребер удваивает площадь поверхности, это может быть показано с помощью уравнения. (2-7), что общая теплопередача должна быть удвоена по сравнению с обычной трубой.
КОНВЕКЦИЯ
Другим средством передачи тепла является движение самого нагретого материала, которое ограничено жидкостью или газом. Когда материал нагревается, внутри него устанавливаются конвекционные потоки, и более теплые его части возрастают, поскольку нагревание приводит к уменьшению плотности жидкости и увеличению ее удельного объема.
Воздух внутри холодильника и вода, нагреваемая в поддоне, являются яркими примерами результата конвекционных течений. Воздух, соприкасающийся с охлаждающим змеевиком холодильника, становится холодным и, следовательно, более плотным и начинает падать на дно холодильника.При этом он поглощает тепло от продукта и стенок холодильника, которые благодаря проводимости отбирают тепло из помещения.
После того как тепло поглощено воздухом, оно расширяется, становится легче и поднимается до тех пор, пока снова не достигнет охлаждающей катушки, где тепло отводится из нее. Конвекционный цикл повторяется до тех пор, пока между воздухом и змеевиком есть разность температур. В установках коммерческого типа внутри коробки могут быть выполнены перегородки для того, чтобы конвекционные потоки направлялись или принимали желаемые схемы воздушного потока вокруг охлаждающей катушки.
Вода, нагретая в поддоне, будет зависеть от конвекционных течений, возникающих в ней в результате воздействия тепла. Вода, ближайшая к источнику тепла, поглощая тепло, становится теплее и расширяется. В результате она становится легче, она поднимается и заменяется более прохладной более холодной водой. Этот процесс будет продолжаться, пока вся вода не будет иметь одинаковую температуру.
Приведенные здесь конвекционные потоки являются естественными, и, как и в случае с холодильником, естественный поток — это медленный поток.Во многих случаях конвекция должна быть увеличена за счет использования вентиляторов или воздуходувок, а в случае жидкостей насосы используются для принудительной циркуляции для передачи тепла из одного места в другое.
ИЗЛУЧЕНИЕ
Третье средство передачи тепла — излучение волнами, подобными световым или звуковым волнам. Солнечные лучи нагревают землю с помощью лучистых тепловых волн, которые движутся по прямому пути, не нагревая промежуточное вещество воздуха. Тепло от лампочки или от горячей печи излучает природу и ощущается теми, кто рядом с ними, хотя воздух между источником и объектом, через который проходят лучи, не нагревается.Если в жаркий солнечный день вы отдыхаете в тени здания или дерева и находитесь под прямыми солнечными лучами, прямое воздействие тепловых волн ударит, как кувалда, даже если температура воздуха в тени примерно одинакова. как на солнце
При низких температурах излучение незначительное, и наблюдаются лишь незначительные перепады температур; поэтому излучение очень мало влияет на сам процесс охлаждения. Но результаты излучения от прямых солнечных лучей могут вызвать повышенную холодильную нагрузку в системе кондиционирования воздуха здания.Лучистое тепло легко поглощается темными или тусклыми материалами или веществами, в то время как светлые поверхности или материалы будут отражать излучающие тепловые волны, так же как и световые лучи.
Когда излучаемое тепло или энергия (поскольку все тепло является энергией) поглощается материалом или веществом, оно превращается в ощутимое тепло — то, что можно почувствовать или измерить. Каждое тело или вещество в некоторой степени поглощает лучистую энергию, в зависимости от разницы температур между конкретным телом или веществом и другим телом или веществами.Каждое вещество будет излучать энергию до тех пор, пока его температура выше абсолютного нуля, а другое вещество в пределах своей близости находится при более низкой температуре.
ИЗОЛЯЦИЯ
Любой материал, который сдерживает или помогает предотвратить передачу тепла любыми средствами, называется и может использоваться в качестве изоляции. Конечно, ни один материал не остановит полностью поток тепла. Если бы было такое вещество, было бы очень легко охладить данное пространство до желаемой температуры и поддерживать его там.
такие вещества, как шнур, стекловолокно, минеральная вата, пенополиуретан и полистирол, являются хорошими примерами изоляционных материалов; но многочисленные другие вещества используются в изоляционных холодильных помещениях или зданиях.
Изоляция должна быть огнестойкой и влагостойкой, а также защищать от паразитов. Для низкотемпературных компонентов и коробок требуется паронепроницаемая изоляция, такая как одноклеточная пена, чтобы водяные пары не могли легко проникнуть в изоляцию и конденсироваться там, что снижает эффективность изоляции.
ХОЛОДИЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ — «ТОННА»
Общий термин, который использовался в работах по охлаждению для определения и измерения мощности или эффекта охлаждения, называется тонна охлаждения . Это количество тепла, поглощенного при таянии льда (2000 фунтов) в течение 24-часового периода.
тонн холодильного оборудования соответствует 288 000 Btu. Это можно рассчитать путем умножения веса льда (2000 фунтов) на скрытую теплоту плавления (таяния) льда (144 БТЕ / фунт).Таким образом,
2 000 фунтов х 144 БТЕ / фунт = 288 000 БТЕ
за 24 часа или 12 000 БТЕ в час (288 000/24). Следовательно, одна тонна охлаждения = 12 000 БТЕ / час.
РЕЗЮМЕ
Изменение состояния вещества может быть осуществлено путем добавления или удаления тепла. Тепловой эффект или интенсивность могут быть измерены с помощью термометров. Тепло всегда перемещается из более теплого состояния в более прохладное состояние. Вещества обладают различной способностью поглощать тепло. Тепло существует в двух формах: , , разумное , и , , скрытое, , .Единицей измерения количества тепла является Btu. Тепло может передаваться несколькими методами: проводимость, конвекция и излучение. Изолятор — это вещество, которое задерживает поток тепла.
Отказ от ответственности — Хотя Berg Chilling Systems Inc. («Berg») прилагает разумные усилия для предоставления точной информации, мы не даем никаких заверений или гарантий относительно точности любого содержимого в ней. Мы не несем никакой ответственности за любые типографские, содержательные или другие ошибки или упущения.Мы оставляем за собой право изменять содержание этой документации без предварительного уведомления.
,Прежде чем мы научились искусственно охлаждать нашу еду и места, где мы живем, мы использовали естественные способы понизить температуру. Зимой мы собирали лед из рек и озер и помещали его в ледяные дома, пока он не понадобился летом. Затем, в 1755 году шотландский профессор Уильям Каллен показал эксперимент, который медленно, но верно изменит мир.
Каллен выполнил современную версию древнего метода искусственного охлаждения, известного древним индийцам и египтянам, — охлаждения испарением.Он использовал насос для создания частичного вакуума в контейнере, где находился диэтиловый эфир. Это давало диэтиловому эфиру более низкую температуру кипения, и оно кипело. Потому что это начало до кипения ему потребовалась энергия, чтобы испариться, чтобы он начал поглощать тепло от окружающего воздуха, понижая температуру воздуха. Это даже произвело небольшое количество льда. Таким образом, искусственное охлаждение родилось. Это не практично и не может быть использовано для охлаждения еды, но это было начало. Другие усовершенствовали метод и, после многих экспериментов, патентов и промышленных образцов, в 1915 году были введены практичные бытовые холодильники.
Холодильник — это, в основном, тепловой двигатель, в котором работа выполняется с хладагентом, чтобы он мог собирать энергию из холодного региона; доставить его в область более высокой температуры и с этим охлаждение области холода еще больше. Основными элементами холодильника являются компрессор, который подключен к внешнему, горячая система труб (называемая конденсаторными змеевиками), которая соединена с расширительным клапаном, который соединен с внутренней, более холодной, системой труб (испаритель) катушки), который подключен обратно к компрессору.Все они содержат хладагент, а змеевики испарителя помещены в теплоизолированный «ящик», роль которого держать его внутри холодно.
Хладагент «запускается» как газ (помните — это цикл) в компрессоре, который повышает давление, которое нагревает газ. Сжатый газ проходит через змеевики конденсатора (наружные) на задней стенке холодильника, которые сделаны так, что газ потеряет в них высокую температуру и начнет превращаться в жидкость потому что он находится под высоким давлением.Жидкий хладагент поступает в расширительный клапан. Поскольку это цикл, между клапаном и компрессором зона низкого давления — компрессор вытягивает жидкий хладагент из расширительного клапана в змеевики испарителя. Из-за жидкости низкого давления хладагент начинает кипеть и испаряться. Хладагент, теперь газ, проходит через змеевики испарителя и потому что ему нужна энергия, чтобы он мог испариться «Истощает» его из окружающей местности и делает его холоднее. Из змеевиков испарителя газ хладагента поступает в компрессор и цикл повторяется.
Ранние механические холодильные системы использовали диоксид серы, метилхлорид и аммиак в качестве хладагентов, но прекратили использовать диоксид серы, метилхлорид потому что они были токсичны. Некоторые другие старые машины использовали метилформиат, хлорметан или дихлорметан. Хлорфторуглероды использовались с 1950-х годов но были запрещены с конца 1970-х годов из-за опасений по поводу истощения озонового слоя. Они были заменены перфторуглеродами и гидрофторуглероды, но они также подверглись критике.В настоящее время они в основном заменены фторированными парниковыми газами.
,Конструкция / Принцип работы
4.2.1 Конструкция / Принцип работы
Вращающийся лопастной вакуумный насос с масляным уплотнением вращения насос. Насосная система состоит из корпуса (1), эксцентрично установлен ротор (2), лопасти (3), которые движутся радиально под центробежным и упругие силы и впуск и выпуск (4). Впускной клапан, если доступный, разработан как вакуумный предохранительный клапан, который всегда открыт во время операции.Рабочая камера (5) расположена внутри корпус и ограничен статором, ротором и лопастями. эксцентрично установленный ротор и лопасти делят рабочую камеру в два отдельных отсека с переменными объемами. Как ротор поворачивается, газ поступает в увеличенную всасывающую камеру, пока не будет герметизирован от второй лопасти. Затем закрытый газ сжимается до выпускной клапан открывается против атмосферного давления. Выпускной клапан масло герметизируют.Когда клапан открыт, небольшое количество масла попадает в всасывающая камера и не только смазывает ее, но и герметизирует лопасти против корпуса (статора).
Рисунок 4.2: Принцип работы поворотной лопасти насос
В случае работы с газовым балластом отверстие снаружи открыт, который опорожняет в герметичную всасывающую камеру спереди сторона. В результате давление, необходимое для открытия выпускного клапана, достигается при относительно низкой компрессии во время компрессионной откачки фаза.Это позволяет вытеснять смесь газов и паров до пар начинает конденсироваться. Окончательное давление достигнуто во время работа с газовым балластом выше, чем в работе без газа балласт.
Рабочая жидкость, масло
Масло для насоса, которое также называют рабочей жидкостью, имеет несколько задач для выполнения в лопастном насосе. Смазывает все движущихся частей, заполняет мертвый объем под выпускным клапаном как а также узкий зазор между входом и выходом.Это сжимает зазор между лопатками и рабочей камерой и дополнительно обеспечивает оптимальный температурный баланс за счет теплопередачи.
Многоступенчатые насосы
Вращающиеся лопастные вакуумные насосысостоят из одно- и двухступенчатых версии. Двухступенчатые насосы достигают более низких предельных давлений, чем одноступенчатые насосы. Кроме того, влияние газового балласта на предельное давление ниже, так как балластный газ допускается только при ступень высокого давления.
Вакуумный предохранительный клапан
В зависимости от типа насоса, вакуумный лопастной вакуум Насосы могут быть оснащены вакуумным предохранительным клапаном. Вакуумная безопасность клапан изолирует насос от вакуумной камеры в случае преднамеренного или непреднамеренного простоя и использует вытесненный газ для прокачайте насосную систему, чтобы предотвратить попадание масла в вакуумная камера. После включения насоса он открывается после задержки как только давление в насосе достигло приблизительного давления в вакуумная камера.
,