Холодильные машины и установки. Устройство, виды, принцип действия холодильных машин.

1. Общие сведения о холодильных машинах

Холодильная установка может состоять из одной или нескольких холодильных машин, укомплектованных вспомогательным оборудованием: системой энерго- и водоснабжения, контрольно-измерительными приборами, приборами регулирования и управления, а также системой теплообмена с охлаждаемым объектом. Холодильная установка может быть установлена в помещении, на открытом воздухе, на транспорте и в разных устройствах, в которых надо поддерживать заданную пониженную температуру и удалять излишнюю влагу воздуха.

Система теплообмена с охлаждаемым объектом может быть с непосредственным охлаждением холодильным агентом, по замкнутой системе, по разомкнутой, как при охлаждении сухим льдом, или воздухом в воздушной холодильной машине. Замкнутая система может также быть с промежуточным хладагентом, который переносит холод от холодильной установки к охлаждаемому объекту.

Каждая разновидность холодильных установок и машин имеет свои особенности, по которым выбирается их область применения. В настоящее время холодильные машины и установки применяются во многих областях народного хозяйства и в быту.

2. Термодинамические циклы холодильных установок

Перенос теплоты от менее нагретого к более нагретому источнику становится возможным в случае организации какого-либо компенсирующего процесса. В связи с этим циклы холодильных установок всегда реализуются в результате затрат энергии.

В обратных циклах количество отводимой от рабочего тела теплоты всегда больше количества подводимой теплоты, а суммарная работа сжатия больше суммарной работы расширения. Благодаря этому установки, работающие по подобным циклам, являются потребителями энергии. Такие идеальные термодинамические циклы холодильных установок уже рассмотрены выше в пункте 10 темы 3. Холодильные установки различаются применяемым рабочим телом и принципом действия. Передача теплоты от «холодного» источника «горячему» может осуществляться за счет затраты работы или же затрат теплоты.

2.1. Воздушные холодильные установки

В воздушных холодильных установках в качестве рабочего тела используется воздух, а передача теплоты от «холодного» источника «горячему» осуществляется за счет затраты механической энергии. Необходимое для охлаждения холодильной камеры понижение температуры воздуха достигается в этих установках в результате быстрого его расширения, при котором время на теплообмен ограничено, и работа в основном совершается за счет внутренней энергии, в связи, с чем температура рабочего тела падает. Схема воздушной холодильной установки показана на рис 7.14

2.2. Парокомпрессорные холодильные установки

В парокомпрессорных холодильных установках (ПКХУ) в качестве рабочего тела применяют легкокипящие жидкости (табл. 1), что позволяет реализовать процессы подвода и отвода теплоты по изотермам. Для этого используются процессы кипения и конденсации рабочего тела (хладагента) при постоянных значениях давлений.

Температура кипения tкип при давлении р = 0,1 МПа, °С

Критическая температура, °С

Температура замерзания, tзам, °С

Скрытая теплота парообразования при tкип, кДж/кг

Источник

Холодильные машины

Описание презентации по отдельным слайдам:

Описание слайда:

Холодильные машины
Подготовили:
учащиеся І курса
политехнического лицея
УВК г. Курахово
Баглай Д., Дуков М.
Учитель Антикуз Е. В.

Описание слайда:

Описание слайда:

Принцип работы холодильных машин
Холодильные машины работают по принципу теплового насоса — отнимают теплоту от охлаждаемого тела и с затратой энергии (механической, тепловой и т.д.) передают её охлаждающей среде (обычно воде или окружающему воздуху), имеющей более высокую температуру, чем охлаждаемое тело.
Работа холодильных машин характеризуется их холодопроизводительностью, которая для современных машин лежит в пределах от нескольких сотен Вт до нескольких МВт.

Описание слайда:

В холодильной технике находят применение несколько систем
парокомпрессионные
абсорбционные
пароэжекторные
воздушно-расширительные

Описание слайда:

Их работа основана на том, что рабочее тело (холодильный агент) за счёт затраты внешней работы совершает обратный круговой термодинамический процесс (холодильный цикл).
В парокомпрессионных, абсорбционных и пароэжекторных холодильных машинах для получения эффекта охлаждения используют кипение низкокипящих жидкостей.
В воздушно-расширительных холодильных машинах охлаждение достигается за счёт расширения сжатого воздуха в детандере.

Описание слайда:

Из истории создания
Первые холодильные машины появились в середине XIX в. Одна из старейших холодильных машин — абсорбционная. Её изобретение и конструктивное оформление связано с именами Дж. Лесли (Великобритания, 1810), Ф. Карре (Франция, 1850) и Ф. Виндхаузена (Германия, 1878).
Первая парокомпрессионная машина, работавшая на эфире, построена Дж. Перкинсом (Великобритания, 1834).
Позднее были созданы аналогичные машины с использованием в качестве хладагента метилового эфира и сернистого ангидрида.
В 1874 К. Линде (Германия) построил аммиачную парокомпрессионную Холодильная машина, которая положила начало холодильному машиностроению.

Описание слайда:

Парокомпрессионные холодильные машины
Парокомпрессионные холодильные машины — наиболее распространённые и универсальные холодильные машины.
Основными элементами машин данного типа являются испаритель, холодильный компрессор, конденсатор и терморегулирующий (дроссельный) вентиль — ТРВ, которые соединены трубопроводом, снабженным запорной, регулирующей и предохранительной арматурой. Ко всем элементам холодильной машины предъявляется требование высокой герметичности.
В зависимости от вида холодильного компрессора парокомпрессионные машины подразделяются на поршневые, турбокомпрессорные, ротационные и винтовые.

Описание слайда:

Схема парокомпрессионной холодильной машины
1 — испаритель; 2 — компрессор; 3 — конденсатор; 4 — теплообменник; 5 — терморегулирующий вентиль.

Описание слайда:

Принцип действия парокомпрессионных ХМ
В парокомпрессионной холодильной машине осуществляется замкнутый цикл циркуляции хладагента. В испарителе хладагент кипит (испаряется) при пониженном давлении и низкой температуре. Необходимая для кипения теплота отнимается от охлаждаемого тела, вследствие чего его температура понижается (вплоть до температуры кипения хладагента). Образовавшийся пар отсасывается компрессором, сжимается в нём до давления конденсации и подаётся в конденсатор, где охлаждается водой или воздухом. Вследствие отвода теплоты от пара он конденсируется. Полученный жидкий хладагент через ТРВ, в котором происходит снижение его температуры и давления, возвращается в испаритель для повторного испарения, замыкая таким образом цикл работы машины. Для повышения экономической эффективности холодильной машины (снижения затрат энергии на единицу отнятого от охлаждаемого тела количества теплоты) иногда перегревают пар, всасываемый компрессором, и переохлаждают жидкость перед дросселированием. По этой же причине для получения температур ниже —30 °С используют многоступенчатые или каскадные холодильные машины.

Описание слайда:

Абсорбционные холодильные машины
Абсорбционная холодильная машина состоит из кипятильника, конденсатора, испарителя, абсорбера, насоса и ТРВ.
Рабочим веществом в абсорбционных холодильных машинах служат растворы двух компонентов (бинарные растворы) с различными температурами кипения при одинаковом давлении. Компонент, кипящий при более низкой температуре, выполняет функцию хладагента; второй служит абсорбентом (поглотителем).
В области температур от 0 до —45 °С применяются машины, где рабочим веществом служит водный раствор аммиака (хладагент — аммиак). При температурах охлаждения выше 0 °С преимущественно используют абсорбционные машины, работающие на водном растворе бромида лития (хладагент — вода).
Применение абсорбционных машин весьма выгодно на предприятиях, где имеются вторичные энергоресурсы (отработанный пар, горячая вода, отходящие газы промышленных печей и т.д.).

Описание слайда:

Схема абсорбционной холодильной машины
1 — испаритель;
2 — абсорбер;
3 — насос;
4 — терморегулирующий вентиль;
5 — кипятильник;
6 — конденсатор.

Описание слайда:

Принцип работы абсорбционных холодильных машин
В испарителе абсорбционной холодильной машины происходит испарение хладагента за счёт теплоты, отнимаемой от охлаждаемого тела.
Образующиеся при этом пары поглощаются в абсорбере.
Полученный концентрированный раствор перекачивается насосом в кипятильник, где за счёт подвода тепловой энергии от внешнего источника из него выпаривается хладагент, а оставшийся раствор вновь возвращается в абсорбер.
Что касается газообразного хладагента, то он из кипятильника направляется в конденсатор, конденсируется там и затем поступает через ТРВ в испаритель на повторное испарение.

Описание слайда:

Пароэжекторные холодильные машины
Состоит из эжектора, испарителя, конденсатора, насоса и ТРВ.
Хладагентом служит вода, в качестве источника энергии используется пар давлением 0,3—1 Мн./м2 (3—10 кгс/см2)

Описание слайда:

Принцип действия пароэжекторной холодильной машины
Пар поступает в сопло эжектора, где расширяется.
В результате в эжекторе и, как следствие, в испарителе машины создаётся пониженное давление, которому соответствует температура кипения воды несколько выше 0 °С (обычно порядка 5 °С).
В испарителе за счёт частичного испарения происходит охлаждение подаваемой потребителю холода воды.
Отсосанный из испарителя пар, а также рабочий пар эжектора поступает в конденсатор, где переходит в жидкое состояние, отдавая теплоту охлаждающей среде.
Часть воды из конденсатора подаётся в испаритель для пополнения убыли охлаждаемой воды.

Описание слайда:

Схема пароэжекторной холодильной машины
1 — эжектор;
2 — испаритель;
3 — потребитель холода;
4 — насос;
5 — терморегулирующий вентиль;
6 — конденсатор.

Источник

Холодильные машины

Применяются несколько типов холодильных машин:

— воздушные холодильные машины;

— паровые компрессорные холодильные машины;

— абсорбционные холодильные машины.

Холодильный коэффициент теоретического цикла воздушной холодильной машины равен

, (3.7)

Рис.3.4-Схема воздушной холодильной машины

Паровая компрессорная холодильная машина. Рабочим телом такой машины являются низкокипящие тела: аммиак, фреоны и др. При атмосферном давлении температура их кипения ниже 0 0 С. Компрессор 1 сжимает пары рабочего тела, которые затем поступают в конденсатор 2, где отдают теплоту при постоянном давлении. Пары при этом конденсируются, превращаясь в жидкость за счет охлаждения водой. Далее жидкость проходит через дроссельный клапан 4, где расширяясь, превращается в пар. Затем рабочее тело виде пара поступает в охлаждаемую камеру 3 (испаритель), где при постоянных давлении и температуре насыщенный пар превращается в нагретый, отнимая теплоту от охлаждаемого тела. Далее пар подается в компрессор и цикл повторяется.

Холодильный коэффициент машины равен

. (3.8)

где q₂ – количество теплоты, отнимаемое от охлаждающего тела, ;

l – затраченная работа, ;

i₁ и i₂ – энтальпия рабочего тела на входе и выходе из компрессора, ;

Рис.3.5-Схема паровой компрессорной холодильной машины

Паровая компрессорная холодильная машина имеет более высокий КПД, чем воздушная.

Абсорбционная холодильная машина. В основу принципа действия абсорбционной холодильной машины положено свойство растворов изменять температуру кипения в зависимости от концентрации. В этих машинах в качестве рабочего тела используется водно-аммиачный раствор, температура которого снижается с повышением концентрации аммиака в растворе (рис.3.12.).

1 – генератор; 2 – конденсатор; 3 – редукционный вентиль;

4 – испаритель; 5 – абсорбер; 6 – насос.

Рис.3.6-Схема абсорбционной холодильной машины

Образовавшиеся в испарителе пары аммиака направляются в абсорбер 5, где поглощаются слабым водно-аммиачным раствором. Здесь использовано свойство слабого аммиачного раствора поглощать холодные пары аммиака. В абсорбер 5 из генератора 1 поступает слабый раствор аммиака, который по мере поглощения паров NH₃ понижает свою концентрацию, а также давление паров р_х и температуру t₅. Насыщенный раствор аммиака насосом 6 перекачивается в генератор 1. В генераторе 1, благодаря подводу извне теплоты Q_ген, происходит кипение раствора при давлении р_к с выделением почти чистого аммиака NH₃. По мере отгонки аммиака раствор обедняется и отводится через редукционный вентиль в абсорбер 5. Выделенные пары аммиака поступают в конденсатор 2, где сжижаются путем отвода теплоты Q_k. Перекачивающий насос 6 повышает давление раствора от Р_х до Р_к. Теплота растворения аммиака в абсорбере Q_a отводится охлаждающей водой или воздухом.

Эффективность работы абсорбционной холодильной установки оценивается коэффициентом использования тепла

, (3.9)

где q_x – холодопроизводительность, т. е. тепло, отбираемое в испарителе;

q₁ – количество тепла, подведенное греющим паром в генераторе;

q_H – затраты тепла на работу насоса.

Абсорбционная холодильная машина имеет ряд преимуществ, благодаря которым они получили широкое распространение: простота обслуживания, невысокая стоимость, возможность использования отработанного тепла. К недостаткам относятся низкий КПД, большой расход воды.

Источник

Полезная информация

Краткое пособие по холодильному оборудованию

Содержание

1. Основные термины и определения

Хладагент – рабочее вещество холодильной машины, которое при кипении и в процессе изотермического расширения отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде за счёт конденсации (воде, воздуху и т. п.). Ранее в холодильных машинах чаще всего использовался фреон, однако сейчас его заменяют альтернативными веществами, так как он наносит вред экологии.

Мощность – это количество холода, вырабатываемого агрегатом за единицу времени. Низкотемпературное оборудование, как правило, обладает большей мощностью, чем средне-температурное, однако не всегда. Чем больше мощность, тем быстрее холодильный агрегат вырабатывает необходимую температуру и точнее корректирует последующую работу холодильной машины при изменении условий окружающей среды.

Площадь выкладки – это пространство, предусмотренное для размещения товара, который видит покупатель. Чем больше соотношение площади выкладки и общей площади торгового оборудования, тем лучше. Например: площадь выкладки в данном случае состоит из полки внутри застеклённой витрины и небольшой верхней полки, находящейся снаружи. Глубина выкладки при этом составляет 775 мм (585 + 190) при истинной глубине витрины 795 мм. Площадь выкладки несомненно увеличивается, если витрина является многоярусной, однако и в этом случае надо помнить, что если между ярусами будет слишком маленькое расстояние, или они все полки будут одной длинны, то они будут перекрывать товар, размещённый на нижних полках.

Энергопотребление – это количество электроэнергии, потребляемой холодильной машиной. Существуют различные показатели энергопотребления – сколько электричества агрегат потребляет в сутки, в неделю, в год, или на единицу товара. Этот параметр является крайне важным при выборе холодильного оборудования и типа холодильного агрегата (выносного или встроенного), так как энергозатраты на эксплуатацию данного оборудования могут существенно варьироваться.

Температура внешней среды так же играет немаловажную роль при выборе холодильного оборудования. Это происходит так как хладагент в процессе работы через стенки трубок постоянно соприкасается с внешней средой (воздухом). В результате термообмена и идёт охлаждение воздуха, однако, если температура окружающей среды не соответствует положенной, то хладагент не успевает пройти весь цикл преобразований из жидкого состояние в газообразное, что приводит к ухудшению работы холодильного оборудования, или его поломке. Исходя из этого параметра, холодильное оборудование может быть предназначено для установки только в помещении, или на улице.

2. Принцип работы холодильного оборудования

Холодильный агрегат представляет собой закрытую цикличную систему, целью которой является охлаждение воздуха. Главными составными частями являются испаритель, компрессор, ресивер и конденсатор. Между собой эти элементы связаны соединительными трубками, внутри которых находится хладагент (вещество, которое, благодаря своей теплопроводности и способности легко переходить из одного состояния в другое, отнимает тепловую энергию охлаждаемого вещества и передает ее окружающей среде).

Компрессор вытягивает газообразный хладагент из испарителя и направляет его в конденсатор, где он быстро остывает под действием прохладного воздуха, нагнетаемого вентиляторами, и переходит в жидкое состояние, отдавая тепло. На следующем этапе, в ресивере, хладагент накапливается. В силу высокой теплопроводности, когда вещество попадает в испаритель, оно закипает и превращается в пар, тем самым, забирая тепло из окружающего его воздуха. Именно на этом этапе агрегат вырабатывает холод. Парообразный хладагент затем так же, под действием компрессора попадает в конденсатор.
Таким образом, холодильный агрегат вырабатывает как холод, так и тепло. Это крайне важно, когда речь идёт о выборе выносной или встроенной холодильной установки.

Для больших помещений (от 100 м²) нередко используются выносные агрегаты, включающие в себя автономный компрессор, испаритель и конденсатор. Они устанавливаются в отдельном помещении вне торгового зала и при помощи специальных труб поставляют холодный воздух непосредственно в холодильные машины. Так как холодильный агрегат вынесен за пределы торгового зала это, во-первых, позволяет увеличить площадь выкладки, так как не занимает место непосредственно внутри холодильного оборудования, во-вторых, не производит никакого шума. К тому же каждый холодильный агрегат вырабатывает тепло в окружающую среду. Чем больше холодильных агрегатов находятся в помещении, тем острее возникает вопрос об охлаждении, кондиционировании данного помещения, тем самым это требует больших затрат энергии. Выносной агрегат позволяет избежать данной проблемы, так как всё тепло, вырабатываемое данной установкой, естественным путём выходит за пределы помещения. К тому же выносной холодильный агрегат, вырабатывающий холод для нескольких холодильных машин значительно более экономичен с точки зрения энергопотребления. Однако есть и некоторые недостатки – обслуживание и устанавливка выносной системы генерации холода – это достаточно трудоёмкий процесс, который может выполнить только специалист.

Для небольших помещений (менее 100 м²) больше подходит оборудование со встроенным агрегатом. Эксплуатация и установка оборудования со встроенным холодильным агрегатом значительно проще, чем оборудование с выносным холодом и не требует дополнительного помещения вне торгового зала. Недостатками в данном случае является шум, производимый агрегатом, и сокращение площади выкладки из-за расположения блока агрегата непосредственно внутри холодильной машины. При большом количестве холодильных машин со встроенным агрегатом возникает вопрос об устранении тепла, которое они вырабатывают при работе. Таким образом, оборудование со встроенным агрегатом значительно менее экономично, чем холодильные машины с выносным холодом.

3. Основные виды торгового холодильного оборудования

В магазинах самообслуживания нередко используются открытые морозильные витрины для непосредственного доступа покупателя к товару. Для поддержания постоянной температуры в морозильной витрине производится постоянная циркуляция воздуха, которая осуществляется принудительным или естественным образом. При естественной циркуляции воздуха, он опускается на продукты из испарителя, что не может гарантировать равномерное распределение температуры в витрине. При принудительной циркуляции работают вентиляторы. Преимущество заключается в равномерном охлаждении продуктов, однако появляется вероятной того, что продукты будут заветрены.
Зачастую холодильные витрины оснащены накопителем. Он может располагаться как с внутренней стороны (магазины с классической выкладкой), так и с внешней (магазины самообслуживания).

Отдельную группу представляют собой кондитерские холодильные витрины. Их принципиальное отличие от других холодильных витрин заключается в большом количестве прозрачных полок. Это обусловлено необходимостью в большой площади выкладки, которая необходима, когда речь идёт о демонстрации кондитерских изделий. В данном типе витрин используется исключительно естественная циркуляция воздуха, так как принудительная может привести к заветриванию товара.

Стандартные размеры холодильных витрин:

Стандартные размеры холодильных шкафов:

Стандартные размеры морозильных ларей:

Существуют два типа бонет:

Стандартные усреднённые размеры сходны с размерами морозильных ларей:

Предназначением холодильной камеры является поддержание более низкой температуры, относительно окружающей среды. Своё применение она широко нашла в крупных магазинах, предприятиях, местах общепита для хранения продуктов, так же нередко используется в цветочных магазинах, аптеках. Холодильные камеры оснащены глухими или стеклянными дверьми, которые могут быть распашными, откатными, или контейнерными.

Классифицируют два основных типа холодильных камер:

За счёт выносного агрегата холодильные камеры считаются очень экономичными, так как потребляют не так много энергии, как холодильные машины со встроенным холодильным агрегатом. Однако они более прихотливы в обслуживании и требуют регулярной сервисной поддержки.

Стандартные усреднённые размеры сходны с размерами морозильных ларей:

3.6. Моноблок представляет собой готовый к применению холодильный агрегат для модульной холодильной камеры малого и среднего объёма (до 1000 л), предназначенный для работы в помещении при температуре окружающей среды от 0 до 32 градусов по Цельсию.

Моноблок целиком вставляется в отверстие камеры, специально вырезанное под данный агрегат. Герметичность помещения достигается при помощи термоизолированной прокладки и силикона. Во внутренней части агрегата располагается испаритель и вентилятора, а в наружной – конденсатор, компрессор и электронный блок управления. В отличие от сплит-системы, моноблок представляет собой единую конструкцию.
Преимущества моноблоков заключаются в том, что их можно устанавливать как во время сборки холодильной камеры, так и после нее. Кроме того, высота расположения агрегата не находится в зависимости от высоты стен, а при необходимости ремонта или установки холодильного оборудования в камеру б/у не требуется разборка потолка.

3.7. Сплит-система представляет собой систему охлаждения воздуха, состоящую из двух блоков: внешнего (компрессорно-конденсаторного агрегата) и внутреннего (испарительного).

Внешний блок располагают вне охлаждаемого помещения: на фасаде здания, на крыше, на открытой лоджии или на балконе, в некоторых случаях (офисные и торговые строения) в общих коридорах и лестничных маршах. Внутренний и внешний блок соединяют между собой с помощью фреоновой и дренажной магистрали, а также электрического соединения.
Так как сплит-система представляет собой два соединённых между собой автономных блока, найти место для её установки значительно проще, чем для моноблока.

Наружный блок сплит-системы состоит из компрессора, конденсатора, капиллярной трубки, 4-х ходового клапана, фильтра-осушителя или ресивера, вентилятора.
Внутренний блок, в зависимости от типа, может располагаться на потолке, полу, стенах или встроен в подвесной потолок.
Сплит-система подходит для использования больших холодильных машин (объём более 1000 л).

Источник