2.2 Схема компрессионного цикла охлаждения
Вначале следует отметить, что кондиционер — это та же холодильная машина, но предназначенная для тепло-влажностной обработки воздушного потока. Кроме того, кондиционер обладает большими возможностями, более сложной конструкцией, многочисленными дополнительными опциями и т.п.
Обработка воздуха предполагает придание ему определённых 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.
Охлаждение в кондиционере, или далее по тексту в холодильной машине, 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.
Начнём рассмотрение работы цикла с выхода хладагента из 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 70 — 90 ºС (участок 2-2).
Далее, в конденсаторе горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, т.е. переходит в жидкую фазу. Конденсатор может быть либо с воздушным, либо с водяным охлаждением, в зависимости от типа холодильной машины.
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 хладагента на выходе из конденсатора оказывается несколько ниже температуры конденсации паров. Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением обычно составляет 4 — 7 ºС. При этом температура конденсации паров примерно на 10 — 12 ºС выше температуры атмосферного воздуха.
Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и давлении поступает в регулятор потока — капиллярная трубка или терморегулирующий расширительный клапан, где давление смеси резко уменьшается, часть жидкого хладагента при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкого хладагента (точка 4).
Жидкость кипит в испарителе, отбирая теплоту 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. Для конденсаторов с воздушным охлаждением величина перегрева составляет 5 — 8 ºС. В этом случае, даже самые маленькие капельки хладагента испаряются, и в компрессор не попадает жидкий хладагент. Следует отметить, что в случаи попадания жидкого хладагента в компрессор возникает гидравлический удар и возможны повреждения и поломки клапанов и других деталей компрессора.
Перегретый парообразный хладагент выходит из испарителя (точка 1), и цикл возобновляется.
Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому контуру, изменяя своё агрегатное состояние с жидкого состояния на парообразное и наоборот.
Все компрессионные циклы холодильных машин включают два определённых уровня давления. Граница между ними проходит через нагнетательный клапан на выходе из компрессора с одной стороны и на выходе из регулятора потока — из капиллярной трубки или терморегулирующего расширительного клапана с другой стороны.
Нагнетательный клапан компрессора и выходное отверстие регулятора потока являются разделительными точками между сторонами высокого и низкого давлений хладагента 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.
Источник статьи: http://www.hvac-school.ru/biblioteka/holodiln_ystanov/rabot_holodiln_mashin/kompressionnogo_cikla/
Устройство и принцип действия компрессионной
Холодильной машины
Холодильные машины предназначены для понижения температуры окружающей среды и непрерывности поддержания заданной низкой температуры. Тепло, отнимаемое от охлаждаемого объекта, воспринимается холодильным агентом и передается им окружающей среде. Принципиальная схема машинного охлаждения представлена на рис. 4.3.
Тепло от объекта Q0, например, от воздуха камеры хранения мороженых продуктов, при низкой температуре t0 передается рабочему веществу холодильной машины. Далее в процессе сжатия паров холодильного агента затрачивается работа L, в результате чего повышается температура рабочего вещества, и тепло, отнятое от охлаждаемого объекта, вместе с теплом, эквивалентным затраченной работе (Q0+L), передается окружающей среде, например воздуху или воде, поступающей на конденсатор, имеющей более высокую температуру t.
При этом холодильный агент (рабочее вещество), циркулирующее в холодильной машине, совершает обратный круговой процесс – холодильный цикл.
 |
Для осуществления этого цикла затрачивается работа L. Общее количество тепла, передаваемого в окружающую среду с температурой t, в соответствии с законом сохранения энергии составляет
Равенство (1) называется уравнением энергетического (теплового) баланса паровой компрессионной холодильной машины.
Количество тепла, отводимое в единицу времени от охлаждаемого объекта, называется холодопроизводительностью установки.
Тепло, отводимое от охлаждаемого объекта одним килограммом холодильного агента, т.е. тепло q0, называется его удельной холодопроизводительностью.
Дж/кг (2)
где Q0 – холодопроизводительность установок, Вт;
G – количество хладона, циркулирующего в системе, кг/с.
Эффективность работы холодильной машини оценивается холодильным коэффициентом e, представляющим собой отношение холодопроизводительности установки Q0 к затраченной работе L.
или 
(3)
Наиболее экономично (e=3¸5) работают компрессионные холодильные машины при температурах кипения от -15° до +5°С. Поэтому они широко применяются для получения умеренного холода, в частности в торговом холодильном оборудовании. При снижении температуры кипения холодильный коэффициент резко уменьшается.
Компрессионная холодильная машина (рис. 4.4.) состоит из следующих основных узлов: испарителя, компрессора, конденсатора, ресивера, фильтра-осушителя, 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 привидятся в действие электродвигателем.
Испаритель – 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.
  |
Конденсатор – 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 – 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.
Для предотвращения попадания ржавчины и механических частиц в цилиндры малых фреоновых холодильных машин, во всасывающую полость компрессора вставляют фильтр в виде стаканчика из латунной сетки.
Терморегулирующий вентиль обеспечивает равномерное поступление хладона в испаритель, распыляет жидкий хладагент, тем самым понижает давление конденсации до давления испарения. При недостаточном заполнении испарителя жидкостью часть поверхности его не используется, что ведет к нарушению нормального режима работы машины и температуры испарения хладагента.
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 автоматический 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 (хладон) 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 и температуры поступает в испаритель, после чего цикл повторяется.
Рабочий цикл холодильной машины с учетом взаимодействия приборов автоматики состоит в следующем. При включенном 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 включения 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.
При включении машины 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. Через несколько секунд после остановки машины давление в термобаллоне и испарителе сравнивается и игольчатый клапан терморегулирующего вентиля закрывается.
Холодильные агенты
Хладагенты – это рабочие вещества паровых холодильных машин, с помощью которых обеспечивается получение низких температур. Наиболее распространенные из них – хладон и аммиак.
При выборе хладагента руководствуются его термодинамическими, теплофизическими, физико-химическими и физиологическими свойствами. Важное значение имеет также его стоимость и доступность. Хладегенты не должны быть ядовиты, не должны вызывать удушья и раздражения слизистых оболочек глаз, носа и дыхательных путей человека.
Было установлено, что хлоросодержащие хладагенты, достигая стратосферы, разлагаются там ультрафиолетовыми лучами и высвобождают хлор, быстро реагирующий с озоном, разрушая таким образом озоновый слой.
В 1995 г. в Вене была принята Конвенция о защите озонового слоя. К ней присоединились 127 государств. В 1989 г. вступил в силу Монреальский протокол о постепенном сокращении, а затем о полном прекращении в 2030 г. выпуска озоноразрушающих хладагентов. К опасным группам были отнесены хладоны R-11, R-12, R-113, R-114, R-115, R-12 B1, R-13 B1, R-114 B2. В 90-х годах текст протокола был ужесточен путем введения ограничений не только на производство, но и на торговлю, экспорт и импорт любой холодильной техники, содержащей озоноразрушающие вещества.
В настоящий момент установлены следующие сроки запрета производства и применения озоноразрушающих хладагентов:
— R-11, R-12, R-502 – полное прекращение производства 1 января 1996 г.
— R-22 – отнесен к группе соединений, имеющих меньшую экологическую опасность. Он должен быть практически полностью исключен из рынка хладагентов в 2020 г.
Для замены R-12, R-502 и R-22 основными производителями химической продукции были разработаны и выпускаются переходные (с содержанием хлорфторуглеродов) и озонобезопасные (состоящие только из фторуглеродов) смеси хладагентов (табл. 1 и табл. 2).
Переходные (сервисные хладагенты)
| Заменяемые хладагенты | Классификация ASHRAE | Cостав |
| R 12 | R-401A | R22/152a/124 |
| R-401B | R22/152a/124 | |
| R-406A | R22/600a/142в | |
| R-409A | R22/124/142в | |
| R-409B | R22/124/142в | |
| R 502 | R-22 | |
| R-402A | R22/125/290 | |
| R-402B | R22/125/290 | |
| R-403A | R22/218/290 | |
| R-403B | R22/218/290 |
Свободные от хлора HFC
| Заменяемые хладагенты | Классификация ASHRAE | Cостав |
| R 12 | R 134 A | |
| R-22 | R 407 C | R32/125/134a |
| R 502 | R 404 A | R143a/125/134a |
На предприятиях торговли в настоящее время используются холодильные машины работающие на хладагентах R22, R134а и в перспективе на R717 (аммиаке).
R22 (CHF2Cl) – бесцветный газ, обладающий положительными физико-химическими, физиологическими и др. свойствами.
Коэффициент теплоотдачи R-22 на 30% выше, чем R12. При замене R12 на R22 холодопроизводительность компрессора при том же температурном режиме увеличивается на 60%, а удельный расход электроэнергии уменьшается на 6% благодаря меньшим дроссельным потерям в компрессоре. Широко применяется R22 в низкотемпературных холодильных установках и установках кондиционирования воздуха.
R134а (CF3CFH2) – нетоксичен и неогнеопасен, но при соприкосновении с пламенем и горячими поверхностями разлагается с образованием высокотоксичных продуктов. В целом R134а по энергетическим характеристикам проигрывает R-12. Ввиду значительного значения потенциала глобального потепления R134а рекомендуется применять в герметичных холодильных системах. В тоже время озоносберегающий потенциал R134а близок к 0. Применение R134а вместо R22 потребует существенных изменений в размерах оборудования (большой диаметр труб теплообменных устройств, увеличение размеров компрессора). Все это должно привести к значительному увеличению стоимости холодильного оборудования. Таким образом для производителей все более трудным становится рациональный подбор хладагента применительно к конкретному объекту. Поэтому проблема использования в качестве хладагентов природных веществ, и в первую очередь аммиака, наиболее актуальна у производителей холодильного оборудования.
R 717 (NH3 — аммиак)используется уже много лет в крупных промышленных холодильных установках. Аммиак не обладает озоноразрушающей способностью и не увеличивает парниковый эффект. Энергетическая эффективность использования R717 в холодильном оборудовании столь же высока, как и при применении R22. Кроме того R717 обладает низкой стоимостью, производство его доступно, проблемы его воспламеняемости и токсичности сегодня разрешимы, что делает его привлекательным для производителей холодильного оборудования.
| | | следующая лекция ==> | |
| В предприятиях пищевой промышленности и торговли | | | Назначение и классификация торговых автоматов |
Дата добавления: 2018-11-25 ; просмотров: 552 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник статьи: http://helpiks.org/9-54100.html
