Холодильні машини, схеми, принцип дії та ідеальний цикл
Холодильник - пристрій, що підтримує низьку температуру теплоізольованої камери. Зазвичай їх застосовують для зберігання їжі та інших предметів, які потребують зберігання холодному місці. Робота холодильника заснована на застосуванні теплового насоса, що переносить теплоту з робочої камери холодильника назовні, де вона віддається зовнішньому середовищу. У промислових холодильниках обсяг робочої камери може досягати десятків і сотень м3.
Холодильники можуть підрозділятися на 2 види: середньотемпературні камери для зберігання продуктів і низькотемпературні морозильники. Однак останнім часом найбільшого поширення набули двокамерні холодильники, що включають обидва компоненти.
Холодильники бувають чотирьох типів: 1 – компресійні; 2 – абсорбційні; 3 – термоелектричні; 4 – з вихровими охолоджувачами.
Мал. 21. Схема роботи холодильника: 1 – конденсатор; 2 – капіляр; 3 – випарник; 4 – компресор.
Основними складовими частинами холодильника є: 1-компресор, що отримує енергію від електричної мережі;
2- конденсатор, що знаходиться зовні холодильника; 3 - випарник, що знаходиться усередині холодильника; 4 - терморегулюючий розширювальний вентиль (ТРВ), що є дроселюючим пристроєм; 5 - холодоагент (циркулююча в системі речовина з певними фізичними характеристиками, якою зазвичай є фреон).
1. Принцип дії компресійного холодильника.
Теоретичною основою, де побудований принцип роботи холодильників, схема яких показано на рис. 21 є друге початок термодинаміки. Охолоджуючий газ у холодильниках здійснює так званий зворотний цикл Карно. При цьому основна передача теплоти не заснована на цикліКарно, а на фазових переходах - випаровування та конденсації. В принципі можливе створення холодильника використовує тільки цикл Карно, але при цьому для досягнення високої продуктивності знадобиться або компресор, що створює дуже високий тиск, або дуже велика площа теплообмінника, що охолоджує і нагріває.
Хладагент надходить у випарник під тиском через отвір, що дроселює (капіляр або ТРВ), де за рахунок різкого зменшення
тиску відбувається випаровування рідини та перетворення її на пару. При цьому холодоагент забирає теплоту у внутрішніх стінок випарника, за рахунок чого відбувається охолодження внутрішнього простору холодильника. Компресор засмоктує з випарника холодоагент у вигляді пари, стискає його, рахунок чого температура холодоагенту підвищується і виштовхує в конденсатор. У конденсаторі нагрітий внаслідок стиснення холодоагент остигає, віддаючи теплоту у довкілля, і конденсується, тобто. перетворюється на рідину. Процес повторюється знову.
Таким чином, у конденсаторі холодоагент (зазвичай фреон) під впливом високого тиску конденсується і переходить у рідкий стан, виділяючи теплоту, а у випарнику під впливом низького тиску холодоагент закипає і переходить у газоподібне, поглинаючи теплоту.
Терморегулюючий вентиль (ТРВ) необхідний створення необхідної різниці тисків між конденсатором і випарником, коли він відбувається цикл теплопередачі. Він дозволяє правильно (найповніше) заповнювати внутрішній обсяг випарника холодоагентом, що закипіло. Пропускний переріз ТРВ змінюється в міру зниження теплового навантаження на випарник, причому при зниженні температури в камері кількість холодоагенту, що циркулює, зменшується. Капіляр – це аналог ТРВ. Він не змінює свій перетин, а дроселює певнекількість холодоагенту, що залежить від тиску на вході та виході капіляра, його діаметра та типу холодоагенту.
При досягненні необхідної температури, температурний датчик розмикає електричний ланцюг і компресор зупиняється. У разі підвищення температури (за рахунок зовнішніх факторів) датчик знову включає компресор.
2. Принцип дії абсорбційного холодильника.
В абсорбційному водо-аміачному холодильнику використовується властивість одного з поширених холодоагентів - аміаку -добре розчинятися у воді (до 1000 об'ємів аміаку на 1 об'єм води). У цьому випадку необхідне для будь-якого випарного холодильника видалення газоподібного холодоагенту зі змійовика випарника ведуть поглинанням його водою, розчин аміаку в якій потім перекачують у спеціальну ємність (десорбер/генератор) і розкладають на аміак і воду шляхом нагріву. Пари аміаку та води з неї під тиском надходять у пристрій поділу (ректифікаційна колона), де пари аміаку відокремлюються від води. Далі практично чистий аміак потрапляє в конденсатор, де охолоджуючись, конденсується і через дросель знову надходить у випарник для випаровування. Така теплова машина може використовувати для перекачування розчину холодоагенту різноманітні
пристосування, в тому числі і струменеві насоси, і не мати механічних частин, що рухаються. Крім аміаку і води, можуть використовуватися інші пари речовин - наприклад, розчин бромистого літію, ацетилен і ацетон. Переваги абсорбційних холодильників - безшумність роботи, відсутність рухомих механічних частин, можливість роботи від нагрівання прямим спалюванням палива, недолік - низька холодопродуктивність на одиницю об'єму.
3. Принцип дії термоелектричного холодильника. Термоелектричний холодильникзаснований на елементах Пельтьє.
Він безшумний, але поширений мало через дорожнечу охолоджуючих термоелектричних елементів. Однак невеликі автомобільні холодильники та охолоджувачі питної води часто виробляють із охолодженням від елементів Пельтьє.
4. Принцип дії холодильника на вихрових охолоджувачах. Охолодження здійснюється за рахунок розширення попередньо
стисненого компресором повітря в блоках спеціальних вихрових охолоджувачів. Вони поширені мало через велику шумність, необхідність підведення стисненого (до 10-20 атм) повітря і дуже великої його витрати, низького ККД. Позитивні якості - велика безпека (не використовується електрика, немає рухомих частин і небезпечних хімічних сполук), довговічність і надійність.
Холодильні установки компресорно-конденсаторні (тип АКК) або компресорно-ресиверні (тип АКР) призначені для роботи з підтримкою температури від +15 до -40 ° С камерах об'ємом від 12 до 2500 м 3 .
До складу холодильної установки входять: 1 – компресорно-конденсаторний або компресорно-ресиверний агрегат; 2 - охолоджувач повітря; 3 - терморегулюючий вентиль (ТРВ); 4 – соленоїдний вентиль; 5 – щит управління.