Как работает холодильник: принцип, устройство, схема

Как устроен компрессорный холодильник

Атлант, Стинол, Индезит и другие модели оснащены компрессорами, запускающими процесс охлаждения в камере.

Основные составные части:

• Компрессор (мотор). Он может быть инверторным и линейным. Благодаря запуску двигателя фреон движется по трубкам системы, обеспечивая охлаждение в камерах.
• Конденсатор — это трубки на тыльной стороне корпуса (в последних моделях его можно ставить сбоку). Тепло, выделяемое компрессором во время работы, передается конденсатором в окружающую среду. Это предохраняет холодильник от перегрева.

Именно поэтому производители запрещают устанавливать бытовую технику рядом с батареями, батареями отопления и печами. Так что перегрева не избежать и двигатель быстро выйдет из строя.

• Испаритель. Здесь фреон закипает и переходит в газообразное состояние. При этом отводится большое количество тепла, трубы в камере охлаждаются вместе с воздухом в отсеке.
• Клапан терморегуляции. Поддерживает давление, установленное для движения теплоносителя.
• Хладагент — фреон или изобутан. Циркулирует по системе, помогая охлаждать камеры.

Важно правильно понимать, как работает техника: она не генерирует холода. Воздух охлаждается за счет отвода тепла и выпуска его в окружающее пространство. Фреон попадает в испаритель, поглощает тепло и переходит в парообразное состояние. Двигатель приводит в движение поршень двигателя. Последний сжимает фреон и создает давление для его перегонки через систему. Попадая в конденсатор, хладагент охлаждается (тепло уходит), превращаясь в жидкость.

Для установки желаемого температурного режима в комнатах устанавливается терморегулятор. В моделях с электронным управлением (LG, Samsung, Bosch) достаточно задать значения на панели.

При переходе на фильтр-осушитель хладагент удаляет влагу и проходит через капиллярные трубки. Затем вернитесь к испарителю. Двигатель отгоняет фреон и повторяет цикл до тех пор, пока в отсеке не установится оптимальная температура. Как только это происходит, плата управления подает сигнал на реле стартера, которое выключает двигатель.

Однокамерный и двухкамерный холодильник

Несмотря на одинаковую конструкцию, все же есть отличия в принципе работы. Старые двухкамерные модели имеют испаритель на обе камеры. Поэтому, если во время разморозки механически удалить лед и прикоснуться к испарителю, весь холодильник выйдет из строя.

Новый двухкамерный шкаф состоит из двух отсеков, в каждом из которых находится испаритель. Обе камеры изолированы друг от друга. Обычно в этих случаях морозильная камера находится внизу, а холодильная камера — вверху.

Поскольку в холодильнике есть зоны с нулевой температурой (читайте, что такое зона свежести в холодильнике), фреон охлаждается в морозилке до определенного уровня, а затем перемещается в верхнее отделение. Как только показатели доходят до нормы, срабатывает термостат и реле стартера выключает двигатель.

Наиболее востребованы устройства с одним двигателем, хотя набирают популярность и с двумя компрессорами. Последний работает так же, только за каждую камеру отвечает отдельный компрессор.

Но не только в двухкамерной технологии температуру можно устанавливать отдельно. Есть такие устройства («Минск» 126, 128 и 130), в которых установлены электромагнитные клапаны. Они прерывают подачу фреона в холодильную камеру. Охлаждение осуществляется на основании показаний контроллера температуры.

Более сложная конструкция предполагает размещение специальных датчиков, которые измеряют температуру снаружи и регулируют ее внутри камеры.

Как долго работает компрессор

Точные показания в инструкции не приводятся. Главное, чтобы мощности двигателя хватало для нормальной заморозки продуктов. Есть общий рабочий коэффициент: если прибор работает 15 минут и отдыхает 25 минут, то 15 / (15 + 25) = 0,37.

Если рассчитанные значения меньше 0,2, показания термостата необходимо откорректировать. Более 0,6 свидетельствует о нарушении герметичности камеры.

Абсорбционный холодильник

В этом проекте рабочая жидкость (аммиак) испаряется. Хладагент циркулирует в системе за счет растворения аммиака в воде. Затем жидкость поступает в отпарную колонну, а затем в обратный конденсатор, где снова разделяется на воду и аммиак.

Холодильники этого типа редко используются в быту, так как в их основе лежат ядовитые компоненты.

Модели с No Frost и «плачущей» стенкой

Техника системы No Frost сегодня находится на пике своей популярности. Потому что технология позволяет размораживать холодильник один раз в год, просто чтобы его очистить. Рабочие характеристики обеспечивают отвод влаги из системы, поэтому в камере не образуются лед и снег.

В морозильной камере есть испаритель. Образующийся холод циркулирует в холодильной камере с помощью вентилятора. В камере на уровне полок есть отверстия, из которых выходит холодный поток, который равномерно распределяется по отсеку.

После одного рабочего цикла начинается оттаивание. Таймер запускает нагревательный элемент испарителя. Лед тает, и влага выводится наружу, где испаряется.

«Плачущий испаритель». Название основано на принципе скопления льда на испарителе во время работы компрессора. Как только двигатель останавливается, лед тает и конденсат стекает в сливное отверстие. Метод размораживания называется капельным.

Суперзаморозка

Эта функция также называется «Быстрое замораживание». Он реализован во многих двухкамерных моделях «Хаэр», «Бирюса», «Аристон». В электромеханических моделях режим запускается нажатием кнопки или поворотом ручки. Компрессор работает непрерывно до тех пор, пока продукты не будут полностью заморожены как внутри, так и снаружи. После этого функцию необходимо отключить.

Рекомендуется активировать режим на срок до 72 часов.

Электронное управление автоматически отключает суперзамораживание по сигналам термоэлектрических датчиков.

Обзор компрессорной техники

Компрессорные холодильники — самый распространенный вид оборудования в повседневной жизни. Они присутствуют практически в каждом доме: не потребляют слишком много энергии и безопасны в использовании. Самые удачные модели от надежных производителей служат своим владельцам более 10 лет. Давайте рассмотрим их структуру и принципы, по которым они функционируют.

Особенности внутреннего устройства

Классический домашний холодильник — это вертикально ориентированный предмет мебели с одной или двумя дверцами. Его корпус изготовлен из грубого стального листа толщиной около 0,6 мм или прочного пластика, что облегчает вес несущей конструкции.

Для качественной герметизации изделия используется паста с высоким содержанием винилхлоридной смолы. Поверхность загрунтована и покрыта высококачественной эмалью из краскопультов. При производстве внутренних металлических отсеков используется так называемый метод литья; пластиковые шкафы изготавливаются методом вакуумного формования.

Двери прибора изготовлены из листовой стали. По краям вставлена ​​плотная резиновая прокладка, не пропускающая наружный воздух. Некоторые модификации включают магнитные замки

Между внутренней и внешней стенками изделия необходимо разместить слой теплоизоляции, который защищает камеру от тепла, которое пытается проникнуть из окружающей среды, и предотвращает потерю холода, образующегося внутри. Для этих целей подходят минеральный или стекловолокно, пенополистирол, пенополиуретан.

Внутреннее пространство традиционно разделено на две функциональные зоны: холодильную и морозильную.

По форме планировки различают:

• один-;
• два-;
• многокамерные устройства.

Расположенные рядом блоки, включая две, три или четыре камеры, выделяются в отдельном окне.

Однокомнатные квартиры оборудованы дверью. В верхней части прибора находится морозильная камера с собственной дверцей с механизмом раскладывания или открывания, в нижней части — холодильная камера с регулируемыми по высоте полками.

В комнатах устанавливается осветительное оборудование со светодиодной или обычной лампой накаливания, чтобы посмотреть, что, собственно, находится в холодильнике.

Устройства, выполненные по типу «бок о бок», намного крупнее и шире своих аналогов. Оба отсека занимают место по всей высоте оборудования. Они параллельны друг другу

В двухкамерных установках внутренние шкафы изолированы, и каждый из них отделен собственной дверью. Положение отделов в них может быть европейским и азиатским. Первый вариант предполагает нижнее расположение морозильной камеры, второй — верхнее.

Составляющие элементы конструкции

Компрессорные холодильные установки не производят холода. Они охлаждают объект, поглощая внутреннее тепло и отправляя его наружу.

Процедура образования холода происходит при участии следующих узлов:

• охлаждающий агент;
• конденсатор;
• испарительный радиатор;
• компрессорный аппарат;
• термостатический клапан.

В роли хладагента, которым заполняется холодильная система, выступают различные марки фреон-газовых смесей с высокой текучестью и достаточно низкими температурами кипения / испарения. Смесь движется по замкнутому контуру, передавая тепло различным частям цикла.

В большинстве случаев в качестве рабочего элемента бытовых холодильных машин производители используют фреон 12. Этот бесцветный газ с едва уловимым специфическим запахом не токсичен для человека и не влияет на вкус и свойства продуктов, хранящихся в помещениях

Компрессор — центральная часть любого холодильного проекта. Это инвертор или линейный блок, который вызывает принудительную циркуляцию газа в системе, создавая давление. Проще говоря, компрессор холодильника сжимает пары фреона и заставляет их двигаться в нужном направлении.

Аппарат может быть оборудован одним или двумя компрессорами. Вибрации, возникающие во время работы, поглощаются внешней или внутренней подвеской. В моделях с парой компрессоров каждая камера отвечает за отдельное устройство.

Компрессоры делятся на два подтипа:

1. Динамический. Вызывает движение охлаждающей жидкости за счет силы движения лопастей центробежного или осевого вентилятора. Он имеет простую конструкцию, но из-за невысокого КПД и быстрого износа под действием крутящего момента редко используется в бытовой технике.
2. Объем. Сжимает рабочую жидкость с помощью специального механического устройства, запускаемого электродвигателем. Он может быть поршневым и поворотным. В основном такие компрессоры устанавливаются в холодильниках.

Поршневой аппарат представляет собой электродвигатель с вертикальным валом, заключенный в цельный металлический кожух. Когда реле стартера подключает питание, оно приводит в действие коленчатый вал, и подключенный к нему поршень начинает двигаться.

К работе подключена система открытия и закрытия клапанов. В результате пары фреона всасываются испарителем и впрыскиваются в конденсатор.

В случае выхода из строя поршневого компрессора ремонт возможен только при использовании специализированного профессионального оборудования. Любая разборка в бытовых условиях чревата потерей герметичности и невозможностью дальнейших операций

В поворотных механизмах необходимое давление поддерживается двумя роторами, движущимися навстречу друг другу. Фреон попадает в верхний карман, расположенный в начале деревьев, сжимается и выходит через нижнее отверстие небольшого диаметра. Для уменьшения трения в пространство между валами впрыскивается масло.

Конденсаторы выполнены в виде катушечной сетки, которая закрепляется на задней или боковой стенке оборудования.

У них разная конструкция, но они всегда отвечают за одну задачу: охладить пары горячего газа до заданных значений температуры за счет конденсации вещества и рассеивания тепла в помещении. Они бывают щитовые или оребренно-трубчатые.

Испаритель состоит из тонкой алюминиевой трубки, сваренной стальными пластинами. Соприкасается с внутренними отсеками холодильника, эффективно отводит тепло, поглощаемое устройством, и значительно снижает температуру в шкафах

Термостатический клапан необходим для поддержания давления рабочей жидкости на определенном уровне. Большие блоки агрегата соединены друг с другом системой труб, которые образуют герметичный замкнутый контур.

Последовательность рабочего цикла

Оптимальная температура для длительного хранения расходных материалов в компрессорных устройствах создается во время рабочих циклов, выполняемых один за другим.

Они действуют следующим образом:

• при подключении устройства к сети запускается компрессор, сжимающий пары фреона, одновременно повышая их давление и температуру;
• под действием избыточного давления горячая рабочая жидкость, находящаяся в газообразном агрегатном состоянии, поступает в емкость конденсатора;
• двигаясь по длинной металлической трубке, пар отдает тепло, накопленное во внешней среде, мягко остывает до значений комнатной температуры и превращается в жидкость;
• жидкая рабочая жидкость проходит через осушающий фильтр, поглощающий лишнюю влагу;
• теплоноситель проникает через узкую капиллярную трубку, на выходе из которой его давление снижается;
• вещество остывает и превращается в газ;
• охлажденный пар достигает испарителя и, проходя по его каналам, забирает тепло от внутренних отсеков холодильной установки;
• температура фреона повышается и отправляется обратно в компрессор.

Если говорить простыми словами о том, как работает компрессорный холодильник, процесс выглядит так: компрессор перегоняет хладагент по замкнутому кругу. Фреон, в свою очередь, изменяет свое агрегатное состояние благодаря особым мерам предосторожности, собирает тепло внутри и передает его наружу.

Рабочий цикл в системе повторяется до тех пор, пока не будут достигнуты значения температуры, установленные системными программами, и начинается снова, когда фиксируется их повышение

После остывания до необходимых параметров термостат останавливает двигатель, размыкая электрическую цепь.

Когда температура в камерах начинает повышаться, контакты снова замыкаются и двигатель компрессора приводится в действие реле защиты и запуска. Именно поэтому во время работы холодильника гул двигателя постоянно появляется, а потом снова гаснет.

Устройство холодильника и принцип работы

В этом разделе мы подробно опишем конструкцию холодильника. Из каких элементов работы он состоит и для чего они предназначены.

Компрессор

Это электродвигатель, оснащенный специальным механизмом, сжимающим фреон. В компрессоре давление хладагента увеличивается настолько, что он переходит из газообразного состояния в жидкое состояние. При этом его температура значительно повышается.

Холодильник может иметь один или два компрессора, в зависимости от модели. В холодильных установках используются компрессоры следующих типов:

• Вращающийся;
• Осевой;
• Центробежный;
• Жизни;
• Взаимный.

Конденсатор (внешний радиатор)

Конденсатор представляет собой трубку диаметром до 5 мм. Жидкий нагретый фреон проходит через него и охлаждается. В холодильниках большой и большой емкости конденсатор выполнен в виде радиатора.

Испаритель

Попадая в испаритель, фреон имеет возможность расширяться. При этом снижается его давление и закипает теплоноситель. В процессе испарения его температура значительно падает. Проходя через испаритель, остывший фреон отводит тепло из холодильной камеры.

В разных моделях холодильников может быть от одного до пяти испарителей. Это зависит от количества камер, компрессоров, условий работы и мощности холодильной установки.

Капиллярная трубка

Между конденсатором и испарителем установлена ​​капиллярная трубка (гидравлическая индуктивность). Изменение участка линии снижает давление фреона. За счет этого лучше кипит в испарителе.

Фильтр-осушитель

Устанавливается между конденсатором и капиллярной трубкой. Предназначен для предотвращения засорения последнего твердыми частицами. По конструкции это металлический картридж с двумя молекулярными сетками, между которыми он заполнен цеолитом (пермутитом).

Терморегулирующий вентиль (ТРВ, докипатель)

Устройство, предназначенное для предотвращения попадания жидкого фреона в компрессор, если не весь хладагент кипит в испарителе, он закипает в расширительном клапане. Между испарителем и компрессором установлен термостатический расширительный клапан.

Терморегулятор

Термостат используется для запуска цикла охлаждения. Пока температура в камерах нормальная, компрессор не работает и фреон не циркулирует в системе. Как только отсеки нагреваются, термостат сигнализирует об этом, и холодильник начинает охлаждение помещений.

Особенности устройства и работы холодильников с системой «плачущий» испаритель

Устранить лишнюю влагу, скапливающуюся внутри камеры, можно не только с помощью системы No Frost. Достаточно простая, но не менее эффективная конструкция, называемая «плачущим» испарителем, в настоящее время устанавливается даже в недорогих моделях бытовых холодильников. К тому же это намного дешевле описанной выше системы.

В этом случае испаритель скрыт под задней стенкой камеры. При включении компрессора начинается процесс охлаждения, в результате чего на нем появляется конденсат, образующий слой инея. Однако после выключения компрессора стена начинает нагреваться. В результате постепенно тает иней.

Открытая система капельного размораживания холодильника конденсатора. В большинстве моделей конденсатор скрыт за пластиковой стенкой.

Эта система обязана своим названием методу слива талой воды, которая каплями движется по стене, падая через дренажное отверстие в трубе. Он же, в свою очередь, подсоединяется к емкости, которая обычно крепится к корпусу компрессора.

Как работают другие виды холодильных машин

В холодильных установках с воздушным охлаждением в качестве хладагента используется обычный воздух, а передача тепла от охлаждаемого места к месту его выхода осуществляется за счет механической энергии. Детандер — это расширительный цилиндр, который служит для понижения температуры воздуха в системе ниже температуры объектов, охлаждаемых в холодильной камере.

Охлаждение в вихревых холодильниках осуществляется за счет расширения предварительно сжатого воздуха от компрессора в блоки специальных вихревых охладителей.

Абсорбционная холодильная машина использует свойство некоторых хладагентов хорошо растворяться в воде (до 1000 объемов аммиака на 1 объем воды). Такие хладагенты могут быть растворами бромида лития или аммиака. В целом рабочий цикл абсорбционного чиллера очень похож на рабочий цикл парового компрессора. Только компрессора нет. А удаление газообразного хладагента из змеевика испарителя происходит за счет его поглощения водой, раствор хладагента которой затем перекачивается в специальную емкость (десорбер), где нагревается до газообразного состояния.

Среднетемпературный агрегат Express Cool AKP-EC-NT-HSN 2 × 5343 (Y) — 2 × 8571 (Y) на базе двух полугерметичных винтовых компрессоров

Пары хладагента и вода из отпарной колонны под давлением поступают в дистилляционную колонну, где пары отделяются. Затем практически чистый хладагент поступает в конденсатор, где он охлаждается, конденсируется и через регулятор потока снова поступает в испаритель, чтобы повторить цикл.

В основе термоэлектрических холодильных машин лежит так называемый эффект Пельтье, то есть поглощение тепла при прохождении электрического тока в точке контакта (соединения) двух проводников из разных материалов. В этом случае поглощенное тепло передается другому стыку.

Чаще всего пароструйные холодильные установки работают на водяном паре, поэтому им необходимо устройство, в котором этот пар будет производиться, например, котельная. Так работает пароструйный холодильный агрегат. Из котельной установки горячий пар поступает в сопло эжектора. Когда пар выходит с высокой скоростью, в смесительной камере за соплом создается разрежение, при котором меньше горячего пара отбирается из испарителя холодильной камеры в смесительную камеру.

В эжекторном диффузоре скорость образующейся смеси уменьшается, а давление и температура повышаются. Затем паровая смесь поступает в конденсатор, где превращается в жидкость. Одна часть конденсата перекачивается в котельную группу, а другая, используемая в качестве хладагента, проходит через регулятор потока, вызывая падение ее давления и температуры. В испарителе этот пар отбирает тепло от охлаждаемых объектов, а затем снова попадает в паровой эжектор.

Основные типы охлаждающих систем

По принципу работы различают следующие типы холодильников:

• сжатие;
• адсорбент;
• термоэлектрический;
• паровая струя.

В компрессорных установках движение хладагента осуществляется за счет изменения давления в системе. Давление рабочей жидкости регулируется компрессором. Компрессорные холодильные системы — самый распространенный вид холодильного оборудования.

В абсорбционных системах движение теплоносителя происходит за счет его нагрева от системы отопления. Аммиак используется как рабочая смесь. Недостаток системы — высокий риск и сложность обслуживания. Этот тип устройства устарел и сегодня снят с производства.

Знаете ли вы, что первый холодильник был произведен американской компанией General Electric в 1911 году? Устройство было деревянным. В качестве хладагента использовался диоксид серы.

Основной принцип работы термоэлектрических холодильников основан на поглощении тепла при взаимодействии двух проводников при прохождении через них электрического тока. Этот принцип известен как эффект Пельтье. Достоинством устройства является его высокая надежность и долговечность. Обратной стороной является высокая стоимость полупроводниковых систем.

Паровые эжекторы используют воду. Роль двигательной установки выполняет эжектор. Рабочая жидкость поступает в испаритель. Здесь жидкость закипает с образованием водяного пара. При выделении тепла температура воды резко падает.

Для охлаждения продуктов используется охлажденная вода. Водяной пар удаляется из эжектора в конденсатор. В конденсаторе водяной пар охлаждается, превращается в конденсат и возвращается в испаритель. Преимущество таких установок — их простота, безопасность и бережное отношение к окружающей среде. Недостатком пароструйной системы является значительный расход воды и электроэнергии на ее нагрев.

Внедрение системы для получения холода

Холод, «производимый» чиллером, используется в технологических процессах, для кондиционирования воздуха, для производства льда (роликов), для консервирования и охлаждения продуктов. Тепло может поглощаться прямо или косвенно. В случае непрямого производства холода используется охлаждающая жидкость (холодная вода, рассол, смеси с гликолем, чтобы избежать замерзания в трубах).

Простая конструкция теплообменника

Промежуточная жидкость охлаждается испаряющимся хладагентом в первом теплообменнике и поглощает тепло охлаждаемой жидкости во втором теплообменнике. При непосредственном использовании рабочего тела, с одной стороны, используется теплообменник с испаряющимся хладагентом, а с другой — охлаждаемая среда.

Абсорбционные холодильные системы

Абсорбционные системы относятся к классу теплопотребляющих машин, в которых охлаждение достигается путем объединения прямого цикла (преобразование тепла в работу) и обратного цикла (получение холода за счет затрат на рабочую силу). Следовательно, задействованы 3 источника тепла: помещение, обогреватель и охлаждаемый объект. На рисунке ниже показана схема простейшего абсорбционного холодильного аппарата, работающего на бинарных типах.

Абсорбционные чиллеры имеют дополнительный контур растворителя и охлаждения. Рабочая жидкость состоит из двух компонентов: растворителя и охлаждающей жидкости. Хладагент должен полностью растворяться в растворителе. Обычны абсорбционные охладители с водой в качестве хладагента и водным раствором бромида лития (LiBr) в качестве растворителя.

Температура испарения воды до 3 ° C достигается с помощью вакуума. Абсорбционные чиллеры, в которых в качестве хладагента используется аммиак (NH3), а в качестве растворителя — вода, достигают более низких температур. Температура кипения -70 ° C достигается в больших холодильных системах с абсорбцией аммиака. В случае абсорбционных чиллеров есть дополнительная опция для добавления абсорбционного тепла.

Принцип работы абсорбционной установки

Диффузионно-абсорбционный чиллер

Диффузионно-абсорбционный чиллер работает как абсорбционный чиллер. Однако изменение давления реализуется как изменение парциального давления. Для этого требуется третий компонент рабочего тела — инертный газ. Преимущество заключается в том, что корпус высокого давления герметичен и не требует съемных прокладок, и устройство работает бесшумно. Технология используется, например, в холодильниках кемпингов и гостиниц.

Адсорбционные холодильные системы

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

Затем используются две адсорбционные камеры, в которых адсорбция и десорбция происходят параллельно в течение рабочего цикла (от 6 до 10 минут). В конце рабочего цикла в двух камерах происходит обмен тепла и вырабатывается тепло (переключение, около 1 мин.). Затем адсорбция и десорбция снова начинаются параллельно. Это обеспечивает почти равномерное охлаждение.

Комприссионная холодильная машина

В компрессорном устройстве рабочая жидкость течет по пути потока, попеременно поглощая тепло при низких температурах и выделяя (больше) тепла при более высоких температурах. Перекачивание, то есть введение механической работы, необходимо для поддержания потока и, следовательно, процесса.

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

Такие машины работают за счет чередования испарения и конденсации среды (хладагента) или газообразной среды (в основном воздуха). Первый тип широко распространен и используется, например, в бытовых холодильниках, морозильниках, системах учета, кондиционерах, катках, пищевой и химической промышленности.

Чтобы машина работала в соответствии со 2-м законом термодинамики, энергия поступает извне в виде механической работы, потому что только тогда тепло передается от точки с низкой температурой к точке с высокой тепловой величиной.

Пар из компрессорной машины всасывается и сжимается. Рабочее вещество конденсируется в конденсаторе, отдавая тепло наружу. Жидкость направляется в устройство «бабочка», она расширяется, давление снижается, рабочее тело охлаждается и испаряется. В испарителе продолжается процесс испарения, хладагент забирает тепло из холодного помещения. Компрессор всасывает испарившийся и сухой (или перегретый) пар, и цикл повторяется.

Схема (а) и цикл (б) холодного агрегата со сжатием в компрессоре сухого пара

Пароструйное охлаждение

Система пароструйного охлаждения — это система термического охлаждения, в которой в качестве хладагента используется пар и рассол. Расширение струи водяного пара создает вакуум, и водяной пар всасывается испарителем. Испарение охлаждает резервуар для воды в испарителе, а вода используется в качестве хладагента.

Эффект Джоуля-Томсона. Процесс Линде

Чтобы обеспечить охлаждение, температура газа (например, воздуха, гелия), который не конденсируется в рабочей зоне, снижается за счет дросселирования. При использовании эффекта Джоуля-Томсона охлаждение составляет 0,4 К на перепад давления на стартере. Хотя этот эффект невелик, он используется для достижения низких температур, близких к абсолютному нулю.

Системы часто запускаются поэтапно. Оборудование Joule-Thomson похоже на компрессорное холодильное оборудование, но теплообменники не предназначены для использования в качестве конденсаторов или испарителей. Чтобы оптимизировать потребление энергии, необходимо предварительно охладить газ в рекуперативном теплообменнике (противоток), чтобы газ возвращался из охладителя перед расширительным клапаном (дроссельной заслонкой).

В 1895 году Карл Линде использовал такую ​​систему сжижения воздуха и сжижал большие количества (1 ведро в час) воздуха. С тех пор процесс Джоуля-Томсона для сжижения воздуха стал известен как процесс Линде.

Однако для охлаждения по процессу Джоуля-Томсона обязательно, чтобы начальный тепловой уровень был ниже соответствующей температуры инверсии газа. Это примерно + 450 ° для воздуха, -80 ° для водорода и -239 ° для гелия. Если газ выходит ниже температуры инверсии, он охлаждается, если выходит выше температуры инверсии, он нагревается. Чтобы можно было охлаждать газ с помощью процесса Linde, начальное тепловое значение должно быть ниже температуры инверсии.

Принципиальная схема конфигурации цикла Linde показана на рисунке ниже. Рабочее тело — сжиженный воздух. Воздух, очищенный и осушенный диоксидом углерода, всасывается компрессором 1 и в идеале изотермически сжимается до давления 10-20 МПа. В реальном случае сжатие происходит по политропе (температура повышается). После прохождения теплообменника 2 воздух охлаждается из окружающего объема до начальной температуры.

Затем воздух проходит через теплообменник 3 (основной), дроссельную заслонку 4, коллектор жидкости 5, снова теплообменник 3 и поступает в компрессор. В основном теплообменнике поток «горячего» воздуха (сжатие в компрессоре) и поток «холодного» воздуха (расширение в дроссельной заслонке) идут навстречу друг другу. Температурный уровень холода снижается без передачи тепла внешним источникам. Имеет место внутренний теплообмен.

Схема установки цикла Linde

Принципиальная структура импульсного трубчатого охладителя

Импульсная охлаждающая трубка — это холодильная машина, которая работает так же, как двигатель Стирлинга, но не требует движущихся механических частей. Это позволяет создавать компактные охлаждающие головки, а минимальный уровень температуры не ограничивается теплотой механического трения деталей. Наименьшее значение пока составляет 1,3 К (–272 ° C).

Трубка импульсного охлаждения

Термоэлектрический эффект. Элемент Пельтье

Элемент Пельтье также может использоваться для охлаждения (или нагрева), который работает от электричества и не требует хладагента. Однако при большом перепаде температур (50-70 К) холодопроизводительность падает до нуля. При высоких температурных колебаниях используются пирамидальные многоступенчатые конструкции.

Эта технология используется для стабилизации температуры лазеров и полупроводниковых датчиков, в автомобильных охладителях, в термоциклах, а также для охлаждения датчиков изображения в камерах от инфракрасного до ультрафиолетового излучения.

Магнитный холодильник

Схема работы магнитного холодильника

Другой метод получения холода основан на магнитных свойствах определенных веществ. При намагничивании некоторые вещества выделяют тепло, которое называется магнитокалорическими веществами. Во время магнитного охлаждения вещество попадает в магнитное поле, где нагревается. Тепло отводится охлаждающей жидкостью.

Теперь материал, нагретый до комнатной температуры, покидает магнитное поле и размагничивается в охлаждаемой области. Материал поглощает тепло при размагничивании. Механическая работа выполняется снаружи, чтобы удалить намагниченный материал из магнитного поля. Такие системы более эффективны для охлаждения, чем паровые, но более дорогие.

Испарительное охлаждение

При испарительном охлаждении энергия в виде тепла (энтальпия парообразования) извлекается из среды (например, воздуха или поверхности) путем испарения воды. Испарительное охлаждение также часто называют адиабатическим охлаждением в области транспортных технологий, поскольку теоретически физический процесс представляет собой изентальпическое преобразование от явного тепла к скрытому теплу.

Это процесс передачи тепла от высокой к низкой температуре, который усиливается фазовым переходом (вода в пар) и, следовательно, представляет собой самодействующий термодинамический цикл по часовой стрелке. Таким образом, помимо транспортировки воздуха и воды, не требуется никакой дополнительной механической, электрической или тепловой энергии.

Испарительное охлаждение — самый старый метод охлаждения. Испарение воды в воздух создает охлаждающий потенциал ниже температуры окружающей среды. Уменьшенная достижимая температура зависит от климатических условий воздуха. Во многих случаях этого достаточно для кондиционирования воздуха в помещении. В некоторых технологических системах, таких как водяная градирня, охлаждающий эффект также увеличивается в случае воздушного охлаждения.

Возможная степень охлаждения зависит от температуры и влажности окружающего воздуха, т. Е. Относительной влажности. Если относительная влажность близка к 100%, т.е воздух насыщен или даже перенасыщен (как в тумане), эффект не обнаруживается. Давление насыщенного водяного пара в воздухе слишком велико. Однако чем ниже относительная влажность, тем больше вероятность дальнейшего поглощения влаги и тем больше воды может испариться и понизить температуру воздуха.

Области влажных условий на диаграмме id

Все изменения в условиях воздуха можно увидеть на диаграмме id (абсолютная влажность в зависимости от температуры). Общее количество энергии в воздухе выражается в кДж / кг. Поскольку при испарительном охлаждении энергосодержание (адиабатическое) не изменяется, изменение состояния происходит сверху вниз. При относительной влажности 100% вы дойдете до линии насыщения.

Охлаждение испарением — это критический физический процесс, влияющий на охлаждающий эффект пота (или, например, влажной кожи на руке, подверженной воздействию ветра). Этот тип охлаждения также использовался в начале истории технологии, поскольку в древние времена было известно, что глиняные горшки увлажняли и позволяли испаряться через поверхность с открытыми порами для охлаждения содержимого (например, глина для охлаждения масла)

Получение холода. Принцип работы холодильника. (видео)

Компрессионный цикл охлаждения. Подробное его описание.

Изначально следует сказать, что кондиционер — это аналог холодильной машины, благодаря которой воздушная масса обрабатывается с использованием тепла и влажности. Кроме того, в кондиционере есть:

• более сложная конструкция;
• расширенные возможности;
• многочисленные дополнительные опции.

Воздушный поток обрабатывается в системе кондиционирования для изменения его температуры и влажности, а также скорости и направления движения.

Нам нужно разобрать принцип работы и процессы, происходящие в холодильной установке (кондиционере).

Охлаждение в таких устройствах осуществляется за счет постоянной циркуляции, кипения и конденсации фреона в замкнутом пространстве. Кипению расходного материала способствуют низкие температура и давление, а конденсации — высокое давление и температура.

Далее давайте более подробно рассмотрим цикл компрессионного охлаждения.

Компрессионный холодильный цикл

1. На начальном этапе работы холодильной установки фреон покидает испаритель. Здесь наблюдаются его паровое состояние, низкие температура и давление.
2. В системе создается разрежение, сопровождающееся поступлением паров фреона в компрессор. Задача последнего — поднять давление хладагента минимум до 11400 миллиметров ртутного столба, а температуру — до 70 градусов по Цельсию.
3. Обработанный компрессором фреон поступает в конденсатор, где наблюдается процесс его охлаждения и конденсации. Следовательно, пар превращается в жидкость. Охлаждение конденсатора осуществляется воздушной струей или жидкостью — все зависит от типа холодильной установки.
4. После выхода из конденсатора фреон является жидкостью и имеет высокое давление. Объем камеры в конденсаторе должен быть таким, чтобы конденсат полностью проходил внутрь нее. В связи с этим жидкий фреон, выходящий из конденсатора, имеет более низкую температуру, которая отличается от температуры, при которой пары конденсируются. Разница между жидким и газообразным хладагентом может составлять от четырех до семи градусов Цельсия. Что касается температуры конденсации паров, то она на десять градусов по Цельсию выше, чем температура открытого космоса.
5. Хладагент, который является жидким, имеет высокую температуру и давление, попадает в регулятор потока (термостатический расширительный клапан или капиллярную трубку), где давление фреона резко падает. В этом случае здесь может происходить частичное испарение жидкости. Следовательно, жидкие и газообразные хладагенты находятся в испарителе в соответствующих пропорциях.
6. В теплообменнике наблюдается кипение жидкости, сопровождающееся отбором тепловой энергии из внешней среды и переходом ее в газообразное состояние. Испаритель должен иметь объем, необходимый для полного испарения жидкости. По этой причине улетучивающийся пар имеет температуру выше точки кипения, что способствует перегреву фреона. Если рассматривать конденсаторы с воздушным охлаждением, то при их работе перегрев не превышает восьми градусов Цельсия. Это позволяет испарять даже мельчайшие капли фреона и исключает возможность попадания жидкого хладагента в компрессор. Учтите, что наличие жидкости в компрессоре является причиной гидроудара, который сопровождается повреждением рабочих элементов компрессора.
7. Перегретые пары фреона покидают испаритель, после чего цикл возобновляется.

Таким образом достигается регулярная циркуляция хладагента в замкнутом пространстве, при которой его состояние меняется с жидкого на газообразное и наоборот.

Во всех циклах сжатия холодильного оборудования давление находится на двух уровнях. Разделительная линия между этими уровнями находится в положении сливного клапана. Следовательно, жидкость между компрессором и клапаном имеет одно давление и другое давление между регулятором потока и клапаном.

Точки разделения низкого и высокого давления фреона в холодильном устройстве расположены в выпускном клапане компрессора и на выходе капиллярной линии или термостатического расширительного клапана.

Высокое давление поддерживается в рабочей среде всех элементов, которые функционируют с учетом давления, при котором происходит конденсация, а низкое давление поддерживается в рабочем пространстве всех частей, которые функционируют, с учетом давления, при котором происходит испарение.

Несмотря на наличие множества разновидностей компрессорного холодильного оборудования, отметим идентичность базовой технологической схемы в таких агрегатах.

Принцип работы термоэлектрического холодильника

Существуют устройства, основанные на эффекте Пельтье, который заключается в поглощении тепла одним из спаев термопар (разнородных проводников), когда оно выделяется на другом спайе в случае прохождения тока через них. Этот принцип используется, в частности, в сумках-холодильниках. Как снизить, так и повысить температуру можно с помощью вихревых трубок, предложенных французским инженером Ранком, в которых температура существенно изменяется по радиусу движущегося в них закрученного воздушного потока.

Термоэлектрический чиллер построен на элементах Пельтье. Он тихий, но не получил широкого распространения из-за дороговизны термоэлектрических охлаждающих элементов. Однако небольшие автомобильные холодильники и охладители питьевой воды часто производятся с охлаждением Пельтье.

Принцип работы холодильной установки

Принцип работы чиллера основан на охлаждении, физическом процессе, основанном на потреблении тепла, выделяемого машиной после кипения жидкости. При каком температурном индикаторе жидкая среда достигает кипения, будет зависеть от происхождения жидкости и уровня оказываемого давления.

Показание высокого давления указывает на высокую температуру кипения. Этот процесс работает точно так же, и наоборот: более низкое давление означает более низкую температуру кипения и испарения жидкости.

Химические свойства каждого вида жидкости качественно влияют на температуру, необходимую для кипения. Так, например, вода закипает при 100 градусах, а для жидкого азота требуется -174 градуса по Цельсию.

Рассмотрим жидкий фреон. Этот теплоноситель — самое популярное вещество, которым пропитывается вся холодильная система. Кстати, фреон при нормальных условиях в открытой таре может закипать даже при нормальном атмосферном давлении. Также этот процесс начнется сразу же, как только фреон войдет в контакт с воздухом.

Это явление обязательно сопровождается поглощением тепла окружающей среды. Вы сможете наблюдать, как корабль покрывается инеем, потому что происходит конденсация и замерзание водяного пара в воздухе. Это действие закончится только тогда, когда хладагент перейдет в газообразное состояние или давление над фреоном не повысится, чтобы остановить испарение и остановить преобразование жидкого фреона в газообразный.

Хладагент, кипящий в испарителе, переходит в активную фазу поглощения тепла, исходящего от трубки теплообменной группы. А трубы, а точнее их материал, будут омываться жидкостью, а это напрямую связано с процессом воздушного охлаждения. Этот процесс нельзя прерывать, он постоянный. Для его поддержания требуется регулярное кипение фреона в испарителе, что означает постоянное удаление газообразного хладагента и добавление в жидкое состояние.

Конденсация паров жидкого фреона требует именно такой температуры, которая будет зависеть от атмосферного давления. Чем выше показание давления, тем выше степень конденсации. Для конденсации паров фреона R22 потребуется давление 23 атмосферы, при этом температура будет +55 градусов.

Пары хладагента, будучи преобразованными в жидкости, выделяют большое количество тепла в окружающую среду. Холодильник для этого процесса имеет специальный полностью герметичный теплообменник, называемый конденсатором. Он предназначен для отвода выделяющейся тепловой энергии. Конденсатор выглядит как алюминиевый элемент с ребристой поверхностью.

Чтобы удалить пары фреона из испарителя и создать давление, оптимальное для конденсации, понадобится специальный насосный агрегат — компрессор. К тому же холодильная установка не может обойтись без работы регулятора расхода фреона. Эта функция закреплена за ограничительным капилляром. Каждый из элементов холодильной системы соединен между собой трубопроводом, образуя последовательную цепочку: так система замыкается.

Принцип работы рефрижератора автомобиля

Изобретение холодильника облегчило жизнь производителям и потребителям продуктов питания и других товаров, требующих определенного температурного режима сохранения.
Теперь эту продукцию можно транспортировать на большие расстояния без потери товарности. Каков состав рефрижераторных транспортных средств?

 

 

 

 

Принцип работы автомобильных рефрижераторов

Агрегат работает аналогично домашнему холодильнику. Фреон циркулирует по замкнутому контуру (газ, который кипит при низких температурах ниже нуля), чередуя разные фазы:

1. С помощью компрессора под давлением фреон сжимается до 18 атмосфер. Процесс протекает с повышением температуры (до +130).
2. В конденсаторе хладагент переходит в жидкое состояние, выделяя тепло наружу.
3. Через адсорбционный фильтр (приемник-осушитель), задерживающий частицы воды, жидкость попадает в расширительный клапан (термостатический расширительный клапан). Эта часть контура отвечает за изменение температурного режима: расширительный клапан регулирует количество фреона, поступающего в испаритель.
4. Объемный бак испарителя оборудован вентиляторами для циркуляции воздуха по камере. Здесь давление падает, фреон закипает. В этом случае тепло от наружного воздуха поглощается. Вода конденсируется и через канализационную систему выводится наружу.
5. Фреон возвращается в компрессор, цикл повторяется.

Требуемая температура устанавливается настройками и затем автоматически регулируется термостатом. Диапазон от минуса до плюс 25.

Для одновременной перевозки двух и более видов грузов с разными температурными требованиями существуют мультитемпературные модели: для продуктов предусмотрены отдельные секции, каждая со своей температурой.

Холодильное оборудование имеет функции ручного и автоматического размораживания. Управление электромеханическое или через встроенный микропроцессорный контроллер. Пульт управления находится в кабине.

Условия работы «самоохладителей» отличаются от условий повседневной жизни: вибрации предъявляют повышенные требования к конструкции рабочих частей и материалам изготовления.