Компрессионная холодильная машина

Компрессионная холодильная машина состоит из следующих основных узлов: испарителя, компрессора, конденсатора, ресивера, фильтра, терморегулирующего вентиля. Автоматическое действие машины обеспечивается терморегулирующим вентилем и регулятором давления. К вспомогательным аппаратам, способствующим повышению экономичности и надежности работы машины, относятся: ресивер, фильтр, теплообменник, осушитель. Машина приводится в действие электродвигателем.

Испаритель - это охлаждающая батарея, которая поглощает тепло окружающей среды за счет кипящего в ней при низкой температуре хладагента. В зависимости от вида охлаждаемой среды различают испарители для охлаждения жидкости и воздуха.

Компрессор предназначен для отсасывания паров хладагента из испарителя, сжатия и нагнетания их в перегретом состоянии в конденсатор.
В малых холодильных машинах применяют поршневые и ротационные компрессоры, причем наибольшее распространение получили поршневые.

Рисунок 1 - Схема устройства компрессионной холодильной машины

1 - компрессор; 2 - конденсатор; 3 - ресивер; 4 - фильтр; 5 - терморегулирующий вентиль; 6 - испаритель; 7 - охлаждаемая камера; 8 - электродвигатель; 9 - магнитный пускатель; 10 -кнопочный включатель; 11 - реле давления

Конденсатор - это теплообменный аппарат, служащий для сжижения паров хладагента путем их охлаждения. По виду охлаждающей среды конденсаторы выпускают с водяным и воздушным охлаждением. Конденсаторы с принудительным движением воздуха имеют вертикально расположенные плоские змеевики из медных или стальных оребренных труб. Естественное воздушное охлаждение применяется только в холодильных машинах бытовых электрохолодильников. Конденсаторы с водяным охлаждением бывают кожухозмеевиковые и кожухотрубные.

Ресивер - это резервуар, служащий для сбора жидкого хладагента с целью обеспечения его равномерного поступления к терморегулирующему вентилю и в испаритель. В малых хладоновых машинах ресивер предназначен для сбора хладагента во время ремонта машины.

Фильтр состоит из медных или латунных сеток и суконных прокладок. Он служит для очистки системы и хладагента от механических загрязнений, образовавшихся в результате недостаточной очистки их при изготовлении, монтаже и ремонте. Фильтры бывают жидкостные и паровые. Жидкостный фильтр устанавливается после ресивера перед терморегулирующим вентилем, паровой - на всасывающей линии компрессора.

Терморегулирующий вентиль обеспечивает равномерное поступление хладона в испаритель, распыляет жидкий хладагент, тем самым понижает давление конденсации до давления испарения.

Регулятор давления состоит из прессостата (регулятора низкого давления) и маноконтроллера (выключателя высокого давления). Для регулировки температурного режима в определенных пределах необходимо, чтобы холодопроизводительность холодильной машины всегда превышала приток тепла к ней. Поэтому в нормальных условиях нет необходимости в непрерывной работе холодильной машины.

Периодическое включение холодильной машины осуществляется прессостатом автоматически. Требуемый температурный режим достигается путем регулирования продолжительности перерывов работы холодильной машины. Маноконтроллер служит для защиты от чрезмерного повышения давления в линии нагнетания. При повышении давления в конденсаторе свыше 10 атм. (норма - 6-8 атм.) он размыкает цепь катушки магнитного пускателя, питание электродвигателя отключается и холодильная машина останавливается.

Работа холодильной машины происходит следующим образом. Легкоиспаряющаяся жидкость хладагент поступает через терморегулирующий вентиль в испаритель. Попадая в условия низкого давления, она кипит, превращаясь в пар, и при этом отбирает тепло у воздуха, окружающего испаритель.

Из испарителя пары хладона отсасываются компрессором, сжижаются и в перегретом от сжатия состоянии нагнетаются в конденсатор. В охлаждаемом водой или воздухом конденсаторе они превращаются в жидкость. Жидкий хладон стекает по трубам конденсатора и скапливается в ресивере, откуда под давлением проходит через фильтр, где задерживаются механические примеси (песок, окалина и др.).

Очищенный от примеси хладон, проходя через узкое (отверстие терморегулирующего вентиля, дросселируется (мнется), распыляется и при резком снижении давления и температуры поступает в испаритель, после чего цикл повторяется.

Рабочий цикл холодильной машины с учетом взаимодействия приборов автоматики состоит в следующем. При выключенном электродвигателе контакты реле давления разомкнуты, терморегулирующий вентиль не пропускает жидкий хладон из конденсатора в испаритель, так как игла до конца вошла в седловину и плотно закрыла проходное сечение. В испарителе в это время продолжается процесс кипения оставшегося после выключения машины жидкого хладагента. От притока внешнего тепла температура испарителя постепенно повышается и, следовательно, давление скопившихся в нем паров возрастает. Давление в испарителе будет расти до тех пор, пока прессостат реле давления не замкнет контакты и машина не вступит в работу.

С включением машины в работу начинается отсос перегретых паров из испарителя в компрессор. Это влечет за собой повышение температуры и давления в чувствительном патроне терморегулирующего вентиля, вследствие чего игольчатый клапан открывает проходное отверстие. Жидкий хладагент, интенсивно кипя, устремляется в трубы испарителя. Кипение сопровождается значительным понижением температуры парожидкостной смеси, в результате чего охлаждаются стенки испарителя, окружающий его воздух и скоропортящиеся продукты.

Понижение температуры окружающей среды снижает величину теплопритока, кипение становится менее интенсивным, сокращается количество пара, падает давление в испарителе до предела, при котором реле давления размыкает контакты и машина останавливается. К моменту выключения машины уменьшается подача жидкого хладагента в испаритель, поскольку избыток поступившего в него хладагента ведет к снижению температуры выходящих паров и к автоматическому прикрытию игольчатого клапана терморегулирующего вентиля. Через несколько секунд после остановки машины давление в термобаллоне и испарителе окончательно сравнивается и игольчатый клапан закрывается.

 

Хладагенты

Хладагенты. Хладагенты - это рабочие вещества паровых холодильных машин, с помощью которых обеспечивается получение низких температур. Наиболее распространенные из них - хладоны (фреоны) и аммиак.

Хладогенты называют чаще рефрижераторами от английского “Refrigerant” и обозначают по международному стандарту ISO № 817-74 буквой “R” с добавлением для каждого вещества цифрового обозначения.

Идеальный хладогент должен обладать высокой химической стабильностью и инертностью по отношению к конструкционным материалам и смазочным маслам, быть нетоксичным, не должен вызывать удушья и раздражения слизистых оболочек глаз, носа и дыхательных путей человека, взрыво- и пожаробезопасным, экологически безвредным и достаточно дешевым.

Аммиак R-717 имеет химическую формулу NH₃. Он представляет собой бесцветный газ с удушливым сильным характерным запахом. Токсичен, сильно раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. ПДК 20мг/м³. Класс опасности 1. Пожаро- и взрывоопасен. Хорошо растворим в воде. Химически инертен по отношению к черным металлам и бронзе, однако в присутствии влаги реагирует с медью и медно-цинковыми сплавами, а также быстро ухудшает качество смазочных масел. Давление конденсации при +30 ^оС равно 1.168 МПа, температура кипения при атмосферном давлении -33.3 ^оС. Аммиак имеет высокую объемную холодопроизводительность. Теплота парообразования (1369,7 кДж/кг), теплоемкость и коэффициент теплопроводности у аммиака выше, а вязкость жидкости меньше, чем у хладонов. Поэтому он имеет высокий коэффициент теплоотдачи. Стоимость аммиака на порядок дешевле хладонов.

Хладон-12 (R-12) или дифтордихлорметан (CF₂Cl₂). Он представляет собой газообразное бесцветное вещество со слабым специфическим запахом, который начинает ощущаться при объемном содержании его паров в воздухе свыше 20%. Температура кипения -29.7 ^оС. Хладон-12 обладает хорошими теплофизическими свойствами. В настоящее время R-12 снят с производства.

Хладон-22 (R-22) или дифтормонохлорметан (CHF₂Cl), так же как и хладон-12, обладает хорошими термодинамическими и эксплуатационными свойствами. Негорюч. Класс опасности 4. Плохо растворим в воде, поэтому холодильная система требует тщательной осушки. Хороший растворитель резины, инертен к большинству металлов. Давление конденсации при +30 ^оС равно 1.191 МПа. Отличается от R-12 более низкой температурой кипения (-40.8 ^оС) и более высокой теплотой парообразования (1369.7 кДж/кг). Объемная холодопроизводительность хладона-22 примерно в 1,6 раза больше, чем хладона-12. Применение R-22 разрешено в России только до 2020 года.

Хладон-134a (R-134a) 1,1,1,2-тетрафторэтан (CF₂CF₂H₂). Бесцветный газ. ПДК пока не установлен. Трудногорюч. Класс опасности 4. Инертен к большинству металлов. Давление конденсации при +30 ^оС равно 0.773 МПа, температура кипения при атмосферном давлении -26.5 ^оС, теплота парообразования 216.5 кДж/кг. Хладогент R-134a применяют в среднетемпературном холодильном оборудовании и в кондиционерах.

Хладон-404A (R-404A) представляет собой смесь чистых хладогентов R125/143a/134a в пропорции 44: 52: 4 по массовым долям. Кипение хладогента идет в интервале температур до 5 ^оС. Температура кипения при атмосферном давлении -46.5 ^оС. Теплота парообразования как у хладона R-22. Имеет высокое давление конденсации 2-2.8 МПа, что предъявляет высокие требования к качеству монтажных работ. Хладогент R-404A применяют в низкотемпературном холодильном оборудовании.