Kako hladnjak radi: struktura i princip rada glavnih tipova hladnjaka. Princip rada rashladne jedinice

Nemoguće je zamisliti kućnu udobnost moderne osobe bez frižidera. Dizajniran je za dugotrajno skladištenje hrane. Prema naučnicima, svaki član porodice otvori vrata i do 40 puta dnevno. Gledamo unutra ne razmišljajući o tome kako radi naš frižider.

U našem članku ćemo detaljno pogledati dizajn i princip rada različitih hladnjaka.

Kako funkcioniše frižider?

Svaki moderni frižider sastoji se od sljedećih glavnih jedinica:

1. Motor.
2. Kondenzator.
3. Isparivač.
4. Kapilarna cijev.
5. Filter za sušenje.
6. Boiler.

Dijagram rada frižidera

Električni motor

Motor je glavna komponenta kućnog aparata. Dizajniran za cirkulaciju rashladnog sredstva (freona) kroz cijevi.

Motor se sastoji od dvije jedinice:

• električni motor;
• kompresor.

Električni motor pretvara električnu struju u mehaničku energiju. Jedinica se sastoji od dva dijela - rotora i statora.

Kućište statora je napravljeno od nekoliko bakrenih namotaja. Rotor ima izgled čelične osovine. Rotor je povezan sa klipnim sistemom motora.

Kada je motor priključen na napajanje, u zavojnicama se javlja elektromagnetna indukcija. To je uzrok obrtnog momenta. Centrifugalna sila uzrokuje rotaciju rotora.

Jeste li znali da hladnjak čini 10% ukupne potrošnje električne energije. Otvorena vrata uređaja povećavaju potrošnju električne energije nekoliko puta.

Kada se rotor motora okreće, klip se kreće linearno. Prednji zid klipa komprimira i ispušta radni fluid do radnog stanja.

Položaj motora hladnjaka

U modernim rashladnim sistemima, elektromotor se nalazi unutar kompresora. Ovaj raspored blokira spontano curenje gasa.

Da bi se smanjile vibracije, motor je postavljen na opružni metalni ovjes. Opruga se može nalaziti izvan ili unutar uređaja. U modernim jedinicama, opruga se nalazi unutar kućišta motora. Ovo vam omogućava da efikasno prigušite vibracije tokom rada uređaja.

Kondenzator

To je serpentinasti cjevovod prečnika do 5 milimetara. Dizajniran za odvođenje toplote iz radnog fluida u okolinu. Kondenzator se nalazi na stražnjoj vanjskoj površini uređaja.

Isparivač

To je sistem tankih cijevi. Dizajniran za isparavanje radnog fluida i hlađenje okolnog prostora. Nalazi se unutar ili izvan zamrzivača.

Kompresorski uređaj

Kapilarna cijev

Dizajniran za smanjenje pritiska gasa. Ima prečnik od 1,5 do 3 milimetra. Nalazi se u području između isparivača i kondenzatora.

Filter sušač

Dizajniran za pročišćavanje radnog plina od vlage. Izgleda kao bakarna cijev prečnika od 10 do 20 mm. Krajevi cijevi su produženi i hermetički zatvoreni kapilarnom cijevi i kondenzatorom.

Pažnja! Filter sušač ima jednosmjerni princip rada. Uređaj nije dizajniran za rad u obrnutom načinu rada. Ako je filter pogrešno instaliran, jedinica može pokvariti.

Unutar cijevi se nalazi zeolit ​​- mineralno punilo sa visoko poroznom strukturom. Na oba kraja cijevi postavljene su zaštitne mreže.

Filter sušač

Na strani kondenzatora ugrađena je metalna mreža s veličinama ćelija do 2 mm. Sa strane kapilarne cijevi ugrađena je sintetička mrežica. Veličine ćelija takve mreže su desetine milimetra.

Boiler

To je metalni kontejner. Instaliran u području između isparivača i ulaza kompresora. Dizajniran da dovede freon do ključanja uz naknadno isparavanje.

Služi za zaštitu motora od ulaska tekućine. Ulazak radnog fluida može dovesti do njegovog kvara.

Kako funkcioniše frižider?

Glavni princip rada svakog hladnjaka temelji se na dvije radne operacije:

1. Ekstrakcija toplotne energije iz uređaja u okolni prostor.
2. Koncentracija hladnoće unutar tijela uređaja.

Za ekstrakciju toplote koristi se rashladno sredstvo koje se zove freon. To je gasovita supstanca na bazi etana, fluora i hlora. Freon ima jedinstvenu sposobnost da pređe iz gasovitog u tečno stanje i nazad. Prijelaz iz jednog stanja u drugo nastaje kada se pritisak promijeni.

Rad sistema za hlađenje je sljedeći. Kompresor usisava freon unutra. Unutar uređaja radi električni motor. Motor pokreće klip. Kada se klip kreće, gas se kompresuje.

Šematski dijagram frižidera

Proces kompresije plina podijeljen je u dvije faze. U prvoj fazi, klip se vraća. Kada se klip pomera, otvara se usisni ventil. Kroz otvorenu rupu freon ulazi u plinsku komoru.

U drugoj fazi, klip se kreće u suprotnom smjeru. Prilikom kretanja unazad, klip komprimira gas. Komprimirani freon pritiska na ploču izlaznog ventila. Pritisak u komori naglo raste. Kako pritisak raste, plin se zagrijava do temperature od 100° C. Ispušni ventil se otvara i ispušta plin napolje.

Zagrijani freon iz komore ulazi u vanjski izmjenjivač topline (kondenzator). Na putu kroz kondenzator, freon odaje toplinu prema van. Na krajnjoj točki kondenzatora temperatura plina se smanjuje na 55°C.

Jeste li znali da su prvi hladnjaci koristili sumpor dioksid kao rashladno sredstvo? Takvi uređaji bili su vrlo opasni zbog velike vjerovatnoće smanjenja pritiska u sistemu.

Tokom procesa prijenosa topline dolazi do kondenzacije plina. Freon se iz gasovitog stanja pretvara u tečnost.

Iz kondenzatora tečni freon ulazi u filter sušač. Ovdje se vlaga apsorbira posebnim sorbentom. Iz filtera plin freon ulazi u kapilarnu cijev.

Kapilarna cijev igra ulogu svojevrsnog čepa (prepreke). Na ulazu u cijev, tlak plina se smanjuje. Rashladno sredstvo se pretvara u tečnost. Freon teče iz kapilarne cijevi do isparivača. Kada pritisak padne, freon isparava. Zajedno sa pritiskom opada i temperatura gasa. Kada freon uđe u isparivač, temperatura je – 23°C.

Freon prolazi kroz izmjenjivač topline unutar odjeljka hladnjaka. Ohlađeni plin uklanja toplinu s unutrašnje površine cijevi isparivača. Kada se toplota oslobodi, unutrašnjost frižidera se hladi.

Nakon isparivača, freon se usisava u kompresor. Zatvoreni ciklus se ponavlja.

Glavne vrste rashladnih sistema

Na osnovu principa rada razlikuju se sljedeće vrste hladnjaka:

• kompresija;
• adsorpcija;
• termoelektrični;
• ejektor pare.

U kompresijskim jedinicama kretanje rashladnog sredstva se vrši promenom pritiska u sistemu. Pritisak radnog fluida reguliše kompresor. Kompresorski rashladni sistemi su najčešći tip rashladnih uređaja.

U apsorpcionim jedinicama do kretanja rashladnog sredstva dolazi zbog njegovog zagrijavanja iz sustava grijanja. Kao radna smjesa koristi se amonijak. Nedostatak sistema je velika opasnost i složenost održavanja. Ova vrsta kućnih aparata je zastarjela i sada je ukinuta.

Jeste li znali da je prvi frižider proizvela američka kompanija General Electric davne 1911. godine? Uređaj je napravljen od drveta. Kao rashladno sredstvo korišten je sumpor dioksid.

Glavni princip rada termoelektričnih frižidera zasniva se na apsorpciji toplote tokom interakcije dva vodiča tokom prolaska električne struje kroz njih. Ovaj princip je poznat kao Peltierov efekat. Prednost uređaja je njegova visoka pouzdanost i izdržljivost. Nedostatak je visoka cijena poluvodičkih sistema.

Jedinice za izbacivanje pare koriste vodu. Ulogu pogonskog sistema obavlja izbacivač. Radni fluid ulazi u isparivač. Ovdje tečnost ključa i formira vodenu paru. Kada se stvara toplina, temperatura vode naglo opada.

Ohlađena voda se koristi za hlađenje hrane. Vodena para se uklanja ejektorom u kondenzator. U kondenzatoru se vodena para hladi, pretvara u kondenzat i vraća se u isparivač. Prednost takvih instalacija je njihova jednostavnost dizajna, sigurnost i ekološka prihvatljivost. Nedostatak sistema parnog ejektora je značajna potrošnja vode i električne energije za zagrijavanje.

Princip rada apsorpcionih frižidera

Rad apsorpcionih uređaja zasniva se na cirkulaciji i isparavanju tečnog rashladnog sredstva. Amonijak se koristi kao rashladno sredstvo. Ulogu upijača (apsorbera) obavlja otopina amonijaka na bazi vode.

Šema rada apsorpcionog uređaja

Vodonik i natrijum hromat se dodaju u sistem za hlađenje aparata. Vodonik je namijenjen za regulaciju pritiska u sistemu. Natrijum hromat štiti unutrašnje zidove cevi od korozije.

Jeste li znali da stari sovjetski hladnjaci koriste freon R12 na bazi klora kao smjesu za hlađenje. Glavni nedostatak je njegovo destruktivno djelovanje na ozonski omotač Zemlje.

Kada je priključen na napajanje, generator-kotao zagrijava radni fluid. Radna smjesa je vodeni rastvor amonijaka. Rastvor amonijaka se nalazi u posebnom rezervoaru.

Zagrijavanje rashladnog sredstva uzrokuje isparavanje amonijaka. Pare amonijaka ulaze u kondenzator. Ovdje se amonijak kondenzira i pretvara u tekućinu.

Tečni amonijak ulazi u isparivač. Odavde se tečni amonijak meša sa vodonikom. Razlika u tlaku između dvije tvari uzrokuje isparavanje amonijaka. Proces isparavanja je praćen oslobađanjem toplote i hlađenjem amonijaka do -4°C. Zajedno sa amonijakom hladi se i isparivač.

Ohlađeni isparivač upija toplinu iz okolnog prostora. Nakon isparavanja, amonijak ulazi u adsorber. Adsorber sadrži čistu vodu. Ovdje se amonijak miješa sa vodom. Rastvor amonijaka ulazi u rezervoar. Rastvor amonijaka iz rezervoara ulazi u generator-kotao i zatvoreni ciklus se ponavlja.

Vodeni rastvori acetona, litijum bromida i acetilena mogu se koristiti kao zamena za amonijak.

Prednost apsorpcionih uređaja je tihi rad jedinica.

Princip rada frižidera koji se samoodmrzava

Proces odmrzavanja u jedinicama sa sistemom za samoodleđivanje odvija se automatski.

Postoje dvije vrste sistema za samoodmrzavanje:

1. Drip.
2. Vjetrovno (bez mraza).

Kod uređaja sa sistemom kapanja, isparivač se nalazi na stražnjoj stijenci uređaja. Tokom rada uređaja, na stražnjem zidu se stvara mraz. Prilikom odmrzavanja mraz struji kroz posebne oluke u donji dio uređaja. Kompresor, zagrijan na visoku temperaturu, isparava tečnost.

U instalacijama sa sistemom vjetra, hladan zrak iz isparivača na stražnjoj stijenci se uduvava u kućište posebnim ventilatorom. Tokom ciklusa odmrzavanja, mraz teče niz žljebove u poseban otvor.

Industrijski frižideri

Industrijski uređaji razlikuju se od uređaja za domaćinstvo po snazi ​​instalacije i veličini rashladnih komora. Snaga motora opreme doseže nekoliko desetina kilovata. Radna temperatura zamrzivača kreće se od +5 do – 50°C.

Da li ste znali da najveća industrijska hladnjača zauzima 24 km2 površine. Ovaj gigant se nalazi u Ženevi (Švajcarska) i služi u naučne svrhe tokom rada hadronskog sudarača.

Industrijske jedinice su dizajnirane za hlađenje i duboko zamrzavanje velikih količina hrane. Zapremina zamrzivača kreće se od 5 do 5000 tona. Koristi se u preduzećima za nabavku i preradu.

Princip rada inverter frižidera

Inverterski kompresori su dizajnirani da akumuliraju i pretvaraju jednosmernu struju u naizmeničnu struju napona od 220 V. Princip rada se zasniva na mogućnosti nesmetane kontrole broja obrtaja vratila motora.

Uređaj sa inverterskim motorom

Kada je uključen, pretvarač brzo podiže potreban broj okretaja kako bi stvorio potrebnu temperaturu unutar kućišta. Kada se dostignu navedeni parametri, uređaj prelazi u stanje pripravnosti. Čim temperatura unutar kućišta poraste, senzor temperature se aktivira i brzina motora se povećava.

Termostat za frižider

Termostat je dizajniran da održava podešenu temperaturu unutar sistema. Uređaj je hermetički zatvoren na jednom kraju kapilarne cijevi. Drugi kraj kapilarne cijevi spojen je na isparivač.

Glavni element termostatskog uređaja svakog hladnjaka je termostat. Konstrukcija termičkog releja sastoji se od mijeha i poluge za napajanje.

Termostat uređaj

Mjeh je valovita opruga koja u svojim prstenovima sadrži freon. Ovisno o temperaturi freona, opruga se sabija ili rasteže. Kako temperatura rashladnog sredstva opada, opruga se skuplja.

Da li ste znali da moderni kućni frižideri koriste freon R600a na bazi izobutana. Ovo rashladno sredstvo ne uništava ozonski omotač planete i ne izaziva efekat staklene bašte.

Pod uticajem kompresije, poluga zatvara kontakte i povezuje kompresor u rad. Kako temperatura raste, opruga se rasteže. Poluga za napajanje otvara strujni krug i motor se isključuje.

Frižider bez struje - činjenica ili fikcija?

Stanovnik Nigerije Mohammed Ba Abba dobio je patent za frižider bez struje 2003. godine. Uređaj se sastoji od glinenih posuda različitih veličina. Posude se slažu jedna u drugu po ruskom principu „matrjoške“.

Frižider bez struje

Prostor između posuda je ispunjen mokrim peskom. Kao pokrivač koristi se vlažna krpa. Pod uticajem toplog vazduha, vlaga iz peska isparava. Isparavanje vode dovodi do smanjenja temperature unutar posuda. To vam omogućava da dugo skladištite hranu u vrućim klimama bez korištenja električne energije.

Poznavanje strukture i principa rada hladnjaka omogućit će vam da sami izvršite jednostavne popravke uređaja. Ako je sistem ispravno konfiguriran, uređaj će raditi dugi niz godina. Za složenije kvarove trebate kontaktirati stručnjake servisnog centra.

Struktura, kao i princip rada frižidera, površno se proučavaju na časovima fizike, međutim, nema svaka odrasla osoba ideju o tome kako hladnjak radi? Razmatranje i analiza glavnih tehničkih aspekata pomoći će u praksi da se produži vijek trajanja i poboljšaju performanse kućnog hladnjaka.

Kompresioni frižider

Najbolje je razmotriti dizajn hladnjaka koristeći uzorak kompresije kao primjer, jer se ovi uređaji najčešće koriste u svakodnevnom životu:

1. – uređaj koji koristi klip za potiskivanje rashladnog sredstva (gasa), stvarajući različite pritiske u različitim delovima sistema;
2. Isparivač– kontejner u koji ulazi tečni gas koji upija toplotu iz rashladne komore;
3. Kondenzator– posuda u kojoj komprimovani gas oslobađa toplotu u okolni prostor;
4. Termostatski ventil– uređaj koji održava potreban pritisak rashladnog sredstva;
5. Rashladno sredstvo- mješavina plinova (najčešće se koristi freon), koja pod utjecajem kompresora cirkulira u sistemu, uzimajući i oslobađajući toplinu u njegovim različitim dijelovima.

Rad frižidera

Strukturu frižidera, kao i princip rada frižidera sa jednom komorom, možete razumeti gledanjem odgovarajućeg videa:

Najvažniji aspekt u razumijevanju načina rada mašine za kompresiju je da ona ne stvara hladnoću kao takvu. Hladnoća nastaje zbog topline koja se uzima iz unutrašnjosti uređaja i šalje van. Ovu funkciju obavlja freon. Prilikom ulaska u isparivač, koji se obično sastoji od aluminijskih cijevi ili ploča zavarenih zajedno, para freona apsorbira toplinu.

Ovo treba da znate: u starim frižiderima, telo isparivača je ujedno i telo zamrzivača. Prilikom odmrzavanja ove komore ne biste trebali koristiti oštre predmete za uklanjanje leda, jer će sav freon ispariti kroz slomljeno kućište isparivača. Frižider bez rashladnog sredstva prestaje da radi i podliježe skupim popravkama.

Zatim, pod uticajem kompresora, para freona napušta isparivač i odlazi u kondenzator (sistem cevi koje se nalaze unutar zidova i na zadnjoj strani jedinice). U kondenzatoru se rashladno sredstvo hladi, postepeno postaje tečno. Na svom putu do isparivača, mješavina plina se suši u filter sušaču i također prolazi kroz kapilarnu cijev. Na ulazu u isparivač, zbog povećanja unutrašnjeg promjera cijevi, tlak opada i plin postaje para. Ciklus se ponavlja dok se ne postigne željena temperatura.

Kako radi kompresor?

Koristeći klip, kompresor pomiče rashladno sredstvo iz jednog sistema cijevi u drugi, naizmjenično mijenjajući fizičko stanje freona. Kada se rashladno sredstvo dovodi u kondenzator, kompresor ga snažno komprimira, uzrokujući zagrijavanje freona. Nakon dugog puta kroz labirint kondenzatorskih cijevi, ohlađeni freon ulazi u isparivač kroz proširenu cijev. Zbog nagle promjene tlaka, rashladno sredstvo se brzo hladi. Sada para freona može apsorbirati određenu dozu topline i proći u sistem cijevi kondenzatora.

U kućanskim aparatima koriste se potpuno zatvorena kućišta kompresora koja ne dopuštaju prolaz radne mješavine plina. U svrhu nepropusnosti, elektromotor koji pokreće klip nalazi se i unutar kućišta kompresora. Svi dijelovi koji trljaju unutar motora-kompresora su podmazani posebnim uljem.

Električni dijagram hladnjaka može biti koristan za one koji su spremni samostalno dijagnosticirati i popraviti hladnjak:

Dizajn i princip rada dvokomornog hladnjaka

Dizajn dvokomornog hladnjaka razlikuje se od jednokomornog po tome što svaki odjeljak ima svoj isparivač. Za razliku od svojih prethodnika, u dvokomornim uređajima oba su odjeljka izolirana jedan od drugog. Kod takvih uređaja zamrzivač se obično nalazi na dnu, a rashladni dio na vrhu. Princip rada hladnjaka s dvije komore je da radna mješavina plina prvo hladi isparivač zamrzivača do određene temperature ispod nule. Tek nakon toga freon prelazi u isparivač rashladne komore. Nakon što isparivač rashladne komore dostigne određenu temperaturu ispod nule, aktivira se termostat, zaustavljajući motor.

U svakodnevnom životu češće se koriste dvokomorni uređaji s jednim kompresorom. U jedinicama sa dva motora princip rada hladnjaka se ne mijenja bitno, samo jedan kompresor radi za zamrzivač, drugi za odjeljak hladnjaka. Općenito je prihvaćeno da je rad hladnjaka s jednim kompresorom ekonomičniji, ali u stvarnosti to nije uvijek slučaj. Uostalom, u uređaju s dva motora možete isključiti jednu od kamera koja vam nije potrebna. Rad dvokomornog hladnjaka sa jednim kompresorom uvijek uključuje istovremeno hlađenje obje komore.

Hladnjak i temperatura okoline

Uputstva za upotrebu većine kućnih frižidera navode na kojoj temperaturi je najbolje raditi. Minimalna prihvatljiva temperatura je +5 Celzijusa. Može li frižider da radi u hladnim uslovima, posebno na niskim temperaturama? Pogledajmo moguće probleme:

• Termostat ne radi ispravno. U normalnim uslovima, termostat prekida električni krug kada se postigne potrebna temperatura. Kada se zrak unutra zagrije, termostat će ponovo zatvoriti električni krug i motor će nastaviti s radom. U uvjetima temperatura okoline ispod nule, termostat najvjerovatnije neće ponovo uključiti kompresor, jer toplina unutar komore jednostavno nema odakle;
• Poteškoće pri pokretanju kompresora. Kod starijih uređaja najčešće su se koristila rashladna sredstva R12 i R22. Za normalan rad korišćena su rashladna ulja koja na temperaturama ispod +5C postaju pregusta, što znači da će pokretanje i pomeranje klipa biti otežano;
• Pojava efekta "mokrog trčanja". Pošto u frižideru nema toplote, rad isparivača je poremećen. Para zasićena kapljicama ulazi u kompresor. Kao rezultat dužeg rada u takvim uvjetima, doći će do oštećenja cjelokupne mehanike motora.

Jednostavnim riječima, nježan odnos prema uređaju značajno će produžiti njegov vijek trajanja.

Princip rada apsorpcionog frižidera

U apsorpcionom aparatu hlađenje je povezano s isparavanjem radne smjese. Najčešće je ova tvar amonijak. Kretanje rashladnog sredstva nastaje kao rezultat rastvaranja amonijaka u vodi. Iz apsorbera otopina amonijaka ulazi u desorber, a zatim u refluks kondenzator, u kojem se smjesa razdvaja na svoje izvorne komponente. U kondenzatoru, amonijak postaje tečan i vraća se u isparivač.

Kretanje tečnosti je obezbeđeno mlaznim pumpama. Pored vode i amonijaka, sistem sadrži vodonik ili drugi inertni gas.

Najčešće je potreban apsorpcijski hladnjak gdje je nemoguće koristiti konvencionalni analog kompresije. U svakodnevnom životu takvi se uređaji rijetko koriste, jer su relativno kratkotrajni, a rashladno sredstvo je otrovna tvar.

Način rada i mirovanja kompresijskog hladnjaka

Mnogi korisnici su zainteresovani za pitanje: koliko dugo treba da radi frižider? Jedini pravi kriterij za normalan rad kućnog aparata je dovoljan stupanj zamrzavanja i hlađenja hrane u njemu.

Koliko dugo frižider može da radi i koliko treba da miruje, nije navedeno ni u jednom uputstvu, međutim, postoji koncept „koeficijenta optimalnog radnog vremena“. Da bi se to izračunalo, trajanje radnog ciklusa se dijeli na zbir radnog i neradnog ciklusa. Tako će, na primjer, hladnjak koji je radio 15 minuta uz daljnjih 25 minuta odmora imati koeficijent 15/(15+25) = 0,37. Što je ovaj koeficijent manji, hladnjak bolje radi. Ako je rezultat proračuna broj manji od 0,2, najvjerovatnije je temperatura u hladnjaku pogrešno podešena. Koeficijent veći od 0,6 znači da je nepropusnost jedinice prekinuta.

Kako funkcioniše No Frost frižider?

Frižideri sa sistemom no frost imaju samo jedan isparivač, koji je skriven u zamrzivaču iza plastičnog zida. Hladnoća se sa njega prenosi pomoću ventilatora, koji se nalazi iza isparivača. Kroz tehnološke otvore hladan vazduh ulazi u zamrzivač, a zatim u frižider.

U kontaktu sa

Hlađenje raznih predmeta – hrane, vode, drugih tečnosti, vazduha, tehničkih gasova i dr. na temperature ispod temperature okoline se odvija korišćenjem različitih vrsta rashladnih mašina. Mašina za hlađenje, uglavnom, ne proizvodi hladnoću, ona je samo vrsta pumpe koja prenosi toplotu sa manje zagrejanih tela na više zagrejana. Proces hlađenja zasniva se na stalnom ponavljanju tzv. obrnuti termodinamički ili drugim riječima rashladni ciklus. U najčešćem parno-kompresionom ciklusu hlađenja, prijenos topline se događa tokom faznih transformacija rashladnog sredstva – njegovog isparavanja (ključanja) i kondenzacije zbog potrošnje energije koja se dovodi izvana.

Glavni elementi rashladne mašine uz pomoć kojih se ostvaruje njen radni ciklus su:

• kompresor - element rashladnog ciklusa koji povećava pritisak rashladnog sredstva i njegovu cirkulaciju u krugu rashladne mašine;
• Uređaj za prigušivanje (kapilarna cijev, termostatski ventil) služi za regulaciju količine rashladnog sredstva koje ulazi u isparivač ovisno o pregrijavanju na isparivaču.
• isparivač (hladnjak) - izmjenjivač topline u kojem rashladno sredstvo ključa (sa apsorpcijom topline) i sam proces hlađenja;
• kondenzator - izmjenjivač topline u kojem se, kao rezultat faznog prijelaza rashladnog sredstva iz plinovitog u tekuće stanje, uklonjena toplina ispušta u okolinu.

U tom slučaju potrebno je imati i druge pomoćne elemente u rashladnoj mašini, kao što su elektromagnetni (magnetni) ventili, instrumentacija, kontrolna stakla, filter sušači itd. Svi elementi su međusobno povezani u zatvorenom unutrašnjem krugu pomoću toplinski izoliranih cjevovoda. Rashladni krug je napunjen rashladnim sredstvom u potrebnoj količini. Glavna energetska karakteristika rashladne mašine je koeficijent hlađenja, koji je određen omjerom količine topline odvedene iz hlađenog izvora i utrošene energije.

Frižideri su nekoliko tipova, u zavisnosti od principa rada i rashladnog sredstva koje se koristi. Najčešći su parna kompresija, ejektor pare, apsorpcioni, vazdušni i termoelektrični.

Rashladno sredstvo

Rashladno sredstvo je radna tvar rashladnog ciklusa čija je glavna karakteristika niska tačka ključanja. Kao rashladna sredstva najčešće se koriste različiti ugljikovodični spojevi, koji mogu sadržavati atome klora, fluora ili broma. Rashladno sredstvo također može biti amonijak, ugljični dioksid, propan itd. Zrak se rijetko koristi kao rashladno sredstvo. Ukupno je poznato oko stotinu vrsta rashladnih sredstava, ali se samo oko 40 industrijski proizvodi i široko se koristi u rashladnoj, kriogenici, klimatizaciji i drugim industrijama, a to su R12, R22, R134A, R407C, R404A, R410A, R717, R507. i drugi. Glavna područja primjene rashladnih sredstava su rashladna i hemijska industrija. Osim toga, neki freoni se koriste kao pogonska goriva u proizvodnji raznih proizvoda u aerosolnoj ambalaži; sredstva za pjenjenje u proizvodnji poliuretana i proizvoda za toplinsku izolaciju; rastvarači; a također i kao tvari koje inhibiraju reakciju sagorijevanja za sisteme za gašenje požara različitih visokorizičnih objekata - termo i nuklearnih elektrana, civilnih morskih plovila, ratnih brodova i podmornica.

Termostatski ekspanzioni ventil (TRV)

Termostatski ekspanzioni ventil (TEV), jedna od glavnih komponenti rashladnih mašina, poznat je kao najčešći element za prigušivanje i precizno regulisanje protoka rashladnog sredstva u isparivač. Ekspanzioni ventil koristi igličasti ventil koji se nalazi pored baze u obliku kuke kao regulator protoka rashladnog sredstva. Količina i brzina protoka rashladnog sredstva određuju se površinom protoka ekspanzijskog ventila i ovise o temperaturi na izlazu iz isparivača. Kada se temperatura rashladnog sredstva koje izlazi iz isparivača promijeni, mijenja se i pritisak unutar ovog sistema. Kada se tlak promijeni, područje protoka ekspanzijskog ventila se mijenja i, shodno tome, protok rashladnog sredstva se mijenja.

Termalni sistem se u fabrici puni tačno definisanom količinom istog rashladnog sredstva, koje je radna supstanca ove rashladne mašine. Zadatak ekspanzionog ventila je da priguši i reguliše protok rashladnog sredstva na ulazu u isparivač tako da se proces hlađenja u njemu odvija najefikasnije. U tom slučaju, rashladno sredstvo mora u potpunosti preći u stanje pare. Ovo je neophodno za pouzdan rad kompresora i sprečavanje njegovog rada tzv. “mokri” udar (tj. kompresija tekućine). Toplotni cilindar je pričvršćen na cevovod između isparivača i kompresora, a na mestu pričvršćivanja potrebno je obezbediti pouzdan toplotni kontakt i toplotnu izolaciju od uticaja temperature okoline. U posljednjih 15-20 godina, elektronski ekspanzijski ventili postali su široko rasprostranjeni u rashladnoj tehnologiji. Razlikuju se po tome što nemaju vanjski termalni sistem, a njegovu ulogu igra termistor pričvršćen na cjevovod iza isparivača, spojen kabelom na mikroprocesorski kontroler, koji zauzvrat upravlja elektronskim ekspanzijskim ventilom i općenito , sve radne procese rashladne mašine.

Elektromagnetni ventil se koristi za on-off regulaciju (“otvoreno-zatvoreno”) dovoda rashladnog sredstva u isparivač rashladne mašine ili za otvaranje i zatvaranje određenih sekcija cevovoda iz spoljašnjeg signala. Kada nema napajanja zavojnicu, disk ventila, pod uticajem posebne opruge, drži magnetni ventil zatvorenim. Kada se primijeni struja, jezgro elektromagneta, povezano šipkom s pločom, savladava silu opruge i uvlači se u zavojnicu, čime podiže ploču i otvara područje protoka ventila za dovod rashladnog sredstva.

Kontrolno staklo u rashladnoj mašini je dizajnirano da odredi:

1. stanje rashladnog sredstva;
2. prisutnost vlage u rashladnom sredstvu, što je određeno bojom indikatora.

Kontrolno staklo se obično montira u cevovod na izlazu iz prijemnika za skladištenje. Strukturno, staklo za gledanje je zatvoreno metalno kućište sa prozirnim staklenim prozorom. Ako se, kada rashladna mašina radi, u prozoru primeti protok tečnosti sa pojedinačnim mjehurićima pare rashladnog sredstva, to može ukazivati ​​na nedovoljno punjenje ili druge kvarove u njenom radu. Na drugom kraju gornjeg cjevovoda, u neposrednoj blizini regulatora protoka, može se postaviti i drugo kontrolno staklo, što može biti elektromagnetni ventil, ekspanzioni ventil ili kapilarna cijev. Boja indikatora ukazuje na prisustvo ili odsustvo vlage u rashladnom krugu.

Filter sušač ili uložak zeolita je još jedan važan element kruga rashladne mašine. Potrebno je ukloniti vlagu i mehaničke nečistoće iz rashladnog sredstva, čime se štiti od začepljenja ekspanzijskog ventila. Obično se montira pomoću zalemljenih ili fiting priključaka direktno u cjevovod između kondenzatora i ekspanzijskog ventila (magnetni ventil, kapilarna cijev). Najčešće je to konstruktivno komad bakrene cijevi promjera 16...30 i dužine 90...170 mm, obostrano valjan i sa spojnim cijevima. Unutra su na rubovima ugrađene dvije metalne filterske mrežice između kojih se nalazi granulirani (1,5...3,0 mm) adsorbent, obično sintetički zeolit. Ovo je tzv sušač filtera za jednokratnu upotrebu, ali postoje dizajni filtera za višekratnu upotrebu sa sklopivim kućištem i navojnim priključcima za cjevovod koji zahtijevaju samo povremenu zamjenu unutrašnjeg uloška zeolita. Zamjena filtera-sušača ili uloška za jednokratnu upotrebu neophodna je nakon svakog otvaranja unutrašnjeg kruga rashladne mašine. Postoje jednosmjerni filteri dizajnirani da rade u sistemima „samo hladno” i dvosmjerni filteri koji se koriste u jedinicama „toplo-hladno”.

Prijemnik

Prijemnik je zapečaćeni cilindrični akumulacioni rezervoar različitih kapaciteta, napravljen od čeličnog lima, i služi za sakupljanje tečnog rashladnog sredstva i njegovo ravnomerno snabdevanje regulatorom protoka (TRV, kapilarna cev) i isparivačem. Postoje prijemnici i vertikalnog i horizontalnog tipa. Postoje linearni, drenažni, cirkulacijski i zaštitni prijemnici. Linearni prijemnik se ugrađuje pomoću lemljenih spojeva u cjevovodu između kondenzatora i ekspanzijskog ventila i obavlja sljedeće funkcije:

• osigurava neprekidan i neprekidan rad rashladne mašine pod različitim termičkim opterećenjima;
• je hidraulična zaptivka koja sprečava da para rashladnog sredstva uđe u ekspanzioni ventil;
• obavlja funkciju separatora ulja i zraka;
• Oslobađa cijevi kondenzatora od tekućeg rashladnog sredstva.

Odvodni prijemnici se koriste za prikupljanje i skladištenje cjelokupne količine napunjenog rashladnog sredstva tijekom popravki i servisnih radova povezanih sa smanjenjem tlaka unutarnjeg kruga rashladne mašine.

Cirkulacioni prijemnici se koriste u pumpno-cirkulacijskim krugovima za dovod tekućeg rashladnog sredstva u isparivač kako bi se osigurao kontinuirani rad pumpe i ugrađuju se u cjevovod nakon isparivača na tački s najnižom nadmorskom visinom radi slobodnog odvoda tekućine u njega.

Zaštitni prijemnici su dizajnirani za kola bez pumpe za dovod freona u isparivač, ugrađeni su zajedno sa separatorima tečnosti u usisni cevovod između isparivača i kompresora. Služe za zaštitu kompresora od mogućeg mokrog rada.

Regulator pritiska - automatski kontrolirani kontrolni ventil koji se koristi za smanjenje ili održavanje tlaka rashladnog sredstva mijenjanjem hidrauličkog otpora protoku tekućeg rashladnog sredstva koji prolazi kroz njega. Strukturno se sastoji od tri glavna elementa: kontrolnog ventila, njegovog aktuatora i mjernog elementa. Pogon direktno djeluje na disk ventila, mijenjajući ili zatvarajući područje protoka. Merni element upoređuje trenutnu i podešenu vrednost pritiska rashladnog sredstva i generiše kontrolni signal za aktuator regulacionog ventila. U rashladnoj tehnici postoje regulatori niskog pritiska, koji se češće nazivaju prekidači pritiska. Oni kontroliraju tlak ključanja u isparivaču i ugrađeni su u usisnu cijev nizvodno od isparivača. Regulatori visokog pritiska nazivaju se manokontroleri. Najčešće se koriste u rashladnim mašinama sa vazdušno hlađenim kondenzatorom za održavanje minimalno potrebnog pritiska kondenzacije pri smanjenju spoljne temperature vazduha tokom prelaznog i hladnog perioda godine, čime se obezbeđuje tzv. zimska regulacija. Regulator pritiska je ugrađen u ispusni cevovod između kompresora i kondenzatora.

Princip rada rashladne jedinice

Za dobivanje umjetne hladnoće, tehnologija koristi svojstvo tekućine da mijenja svoju tačku ključanja u zavisnosti od pritiska.

Da bi se tečnost pretvorila u paru, mora joj se dostaviti određena količina toplote. Naprotiv, transformacija pare u tečnost (proces kondenzacije) se dešava kada se toplota ukloni iz pare.

Rashladna jedinica se sastoji od četiri glavna dijela: kompresora, kondenzatora, regulacijskog ventila i hladnjaka zraka (isparivača), međusobno povezanih cjevovodima.

U ovoj shemi, rashladno sredstvo cirkulira u zatvorenoj petlji - supstanca koja može ključati na niskim temperaturama, ovisno o tlaku pare u hladnjaku zraka. Što je niži ovaj pritisak, niža je tačka ključanja. Proces ključanja rashladnog sredstva je praćen odvođenjem toplote iz okoline u kojoj se nalazi zračni hladnjak, uslijed čega se ova okolina hladi.

Pare rashladnog sredstva koje se formiraju u hladnjaku zraka usisava se kompresorom, komprimira u njemu i pumpa u kondenzator. Tokom procesa kompresije, pritisak i temperatura pare rashladnog sredstva se povećavaju. Tako kompresor stvara, s jedne strane, smanjeni tlak u hladnjaku zraka, neophodan da rashladno sredstvo proključa na niskoj temperaturi, a s druge strane, povećani ispusni tlak, pri kojem se prenosi rashladno sredstvo iz kompresora do kondenzatora moguće.

U kondenzatoru se vruće pare rashladnog sredstva kondenzuju, odnosno pretvaraju se u tečnost. Kondenzacija pare nastaje kao rezultat uklanjanja topline iz nje hlađenjem kondenzatora zrakom.

Za postizanje hladnoće potrebno je da temperatura ključanja (isparavanja) rashladnog sredstva bude niža od temperature ohlađenog medija.

Rashladna jedinica AR-3 je jedna jedinica postavljena na okvir sa toplotnoizolacijskim zidom koji odvaja dio koji isparava (hladnjak zraka) od ostatka opreme. Isparljivi dio ulazi u otvor napravljen u prednjem zidu tovarnog prostora. Vanjski zrak se usisava kroz kondenzator pomoću aksijalnog ventilatora u strojarnicu.

Ventilator hladnjaka zraka nalazi se na istoj osovini kao i ventilator kondenzatora, koji cirkuliše zrak u tovarnom prostoru.

Dakle, u rashladnoj jedinici AR-3 postoje dva nezavisna vazdušna sistema:
— sistem cirkulacije ohlađenog vazduha u tovarnom prostoru (vazduh sa poda tovarnog prostora kroz vodni vazdušni kanal se aksijalnim ventilatorom usisava u hladnjak vazduha, hladi i ispušta ispod plafona tovarnog prostora);
— sistem za hlađenje kondenzatora.

Aksijalni ventilator smješten unutar strojarnice uvlači zrak iz okoline kroz otvore prednje ploče karoserije, ulazi u kondenzator, hladi ga i izbacuje kroz lamele postavljene na bočnim vratima strojarnice.

Za hlađenje motora karburatora, zrak se uvlači kroz poseban prozor na prednjem zidu karoserije i ispušta se u motorni prostor. Zagrijani zrak iz strojarnice izlazi kroz otvore na bočnim vratima.

Upravljačka ploča i svi uređaji za automatizaciju, kao i mjerni instrumenti, nalaze se na lijevoj (u pravcu kretanja vozila) strani rashladnog uređaja i imaju slobodan pristup.

Gorivo se dovodi do motora karburatora iz rezervoara postavljenog u gornjem dijelu jedinice.

Rashladna jedinica je zatvoreni hermetički sistem koji se sastoji od četiri glavna dijela: hladnjaka zraka, freonskog kompresora, kondenzatora i termostatskog ventila, povezanih u seriju cjevovodima. Ovaj sistem je ispunjen rashladnim sredstvom freon-12, koje u njemu neprekidno cirkuliše, prelazeći1 iz jednog dela u drugi.

Kompresor usisava pare freona nastale tokom ključanja iz hladnjaka zraka 8 i komprimira ih do tlaka kondenzacije. Istovremeno sa porastom pritiska pare, njihova temperatura takođe raste na 70-80 °C. Zagrijana para freona iz kompresora se pumpa kroz cjevovod u kondenzator. U kondenzatoru se para freona kondenzuje, odnosno pretvara se u tečnost. Kondenzacija para nastaje kao rezultat uklanjanja iz njih. topline putem zraka koji duva na vanjsku površinu kondenzatora.

Tečni freon iz kondenzatora ulazi u prijemnik (rezervni kontejner). Iz prijemnika tečni freon se usmjerava u izmjenjivač topline, gdje se, prolazeći kroz zavojnice, prehlađuje zbog razmjene toplote sa hladnom parom freona koja se kreće prema njoj iz hladnjaka zraka. Zatim tečni freon ulazi u filter sušač, gdje se čisti od vlage i zagađivača pomoću sredstva za sušenje - silika gela.

Rice. 2. Hlađenje
1 - kontrolna tabla; 2 - instrument tabla; 3 - blok ventilatora; 4 - kondenzator 5 - filter sušač; 9- izmjenjivač topline; 10- termoizolacioni zid; 1. motor UD-2; 15 - relej-regulator PP24-G; 16 - termostatski presor FV-6; 19 - elektromotor A-51-2;

Iz filtera-sušača tečni freon se usmjerava na ventil za kontrolu temperature, koji služi za regulaciju količine freona koji ulazi u hladnjak (isparivač).

U termostatskom ventilu, prolazeći kroz rupu malog prečnika, freon se gasi, odnosno naglo snižava pritisak. U tom slučaju, njegov tlak opada od tlaka kondenzacije do tlaka isparavanja.

Smanjenje tlaka dovodi do smanjenja temperature freona. Freon u obliku mješavine para i tekućine ulazi u hladnjak zraka kroz razdjelnik tekućine i ciklus se ponavlja.

Freon, koji struji kroz cijevi hladnjaka zraka pod niskim tlakom, intenzivno ključa i, isparavajući, prelazi iz tekućeg stanja u stanje pare.

Toplotu koja je potrebna za isparavanje (latentna toplota isparavanja) apsorbuje freon kroz zidove hladnjaka vazduha iz vazduha u teretnoj prostoriji koji ventilator ubacuje kroz rebrastu površinu hladnjaka vazduha.

Rice. 3. Dijagram protoka zraka u rashladnoj jedinici: A-protok zraka za hlađenje kondenzatora; B - protok vazduha za hlađenje motora karburatora

U tim uslovima temperatura vazduha u tovarnom prostoru opada i proizvodi koji se nalaze u tovarnom prostoru, prenoseći svoju toplotu na hladniji vazduh, se hlade.

Termostatski ventil deli freonski sistem na dva dela: vod visokog pritiska (pritisak pražnjenja ili kondenzacije) - od ispusne šupljine kompresora do termostatskog ventila, i vod niskog pritiska (pritisak usisavanja ili isparavanja) - od termostatski ventil na usisnu šupljinu kompresora.

Iz zračnog hladnjaka pare freona se usisavaju kroz usisni cjevovod pomoću kompresora i dovode u izmjenjivač topline, gdje se, prolazeći kroz međucijevni prostor, pregrijavaju tekućim freonom koji prolazi kroz zavojnicu. Zatim para freona ulazi u kompresor, a dalje opisani proces cirkulacije freona u rashladnoj jedinici odvija se u zatvorenom ciklusu.

U kondenzatoru freon, pretvarajući se iz pare u tečnost, odaje toplotu uduvanom vazduhu iz okolne atmosfere, a u hladnjaku vazduha, pretvarajući se iz tečnosti u paru, apsorbuje toplotu iz vazduha u tovarnoj prostoriji, čime se smanjuje temperatura u tovarnoj prostoriji.

Dakle, u rashladnoj jedinici cirkuliše rashladno sredstvo - freon-12, koji se sam po sebi ne troši, a za proizvodnju hladnoće troši se samo mehanička energija kompresora koji pokreće karburator ili elektromotor.

Snaga rashladne jedinice određena je rashladnim kapacitetom po satu rada i mjeri se količinom topline (kilokalorije na sat) koju rashladna jedinica može ukloniti u roku od sat vremena iz ohlađene sredine, u ovom slučaju iz tovarnog prostora. frižidera.

Kompresor rashladne jedinice pokreće se preko klinastog remena motorom karburatora, a kada radi iz električne mreže, elektromotorom.

Od remenice kompresora, kretanje se prenosi klinastim remenom na DC generator i osovinu ventilatora, što stvara protok zraka kroz kondenzator i hladnjak zraka.

Temperatura (od -15° do +4°C) u tovarnom prostoru karoserije se održava automatski pomoću dvopoložajnog termičkog releja TDDA.

Kada je potrebno održavati pozitivnu temperaturu u teretnom dijelu karoserije, rashladni kapacitet instalacije može se naglo smanjiti pomoću kontrolnog ventila na usisnoj cijevi. U tom slučaju, kalem ventila mora biti okrenut u smjeru kazaljke na satu do kraja.

Rashladne mašine i instalacije dizajnirani su da umjetno smanje i održavaju nisku temperaturu ispod temperature okoline od 10 °C do -153 °C u datom hlađenom objektu. Mašine i instalacije za stvaranje nižih temperatura nazivaju se kriogene. Odvođenje i prijenos topline vrši se zbog utrošene energije. Rashladni uređaj se izvodi prema projektu, u zavisnosti od projektne specifikacije koja definira objekt koji se hladi, potrebnog raspona temperatura hlađenja, izvora energije i vrste rashladnog medija (tečnog ili plinovitog).

Rashladni uređaj se može sastojati od jedne ili više rashladnih mašina opremljenih pomoćnom opremom: sistemom za napajanje i vodosnabdevanje, instrumentima, regulacionim i kontrolnim uređajima, kao i sistemom razmene toplote sa hlađenim objektom. Rashladni uređaj se može ugraditi u zatvorenom prostoru, na otvorenom, u transportu iu raznim uređajima u kojima je potrebno održavati zadanu nisku temperaturu i uklanjati višak vlage iz zraka.

Sistem razmene toplote sa hlađenim objektom može biti sa direktnim hlađenjem rashladnim sredstvom, u zatvorenom sistemu, u otvorenom sistemu, kao kod hlađenja suvim ledom, ili vazduhom u vazdušnoj rashladnoj mašini. Zatvoreni sistem može imati i srednje sredstvo za hlađenje koje prenosi hladnoću iz rashladne jedinice do objekta koji se hladi.

Stvaranje prve rashladne mašine sa parnim kompresorom amonijaka od strane Karla Lindea 1874. godine može se smatrati početkom razvoja rashladne tehnike u velikim razmerama. Od tada su se pojavile mnoge varijante rashladnih mašina koje se mogu grupirati prema principu rada na sledeći način: parna kompresija, jednostavno nazvana kompresor, obično sa električnim pogonom; rashladne mašine koje koriste toplotu: apsorpcione rashladne mašine i parni ejektor; vazdušne ekspanzione, koje su ekonomičnije od kompresorskih na temperaturama ispod -90°C, i termoelektrične koje se ugrađuju u uređaje.

Svaka vrsta rashladnih jedinica i mašina ima svoje karakteristike, prema kojima se bira njihovo područje primjene. Trenutno se rashladne mašine i instalacije koriste u mnogim oblastima nacionalne privrede i svakodnevnom životu.

2. Termodinamički ciklusi rashladnih uređaja

Prijenos topline sa manje zagrijanog na više zagrijani izvor postaje moguć ako se organizira bilo kakav kompenzacijski proces. U tom smislu, ciklusi rashladnih jedinica se uvijek realizuju kao rezultat potrošnje energije.

Da bi se toplina koja je odvedena iz „hladnog” izvora prenijela na „vrući” izvor (obično okolni zrak), potrebno je podići temperaturu radnog fluida iznad temperature okoline. To se postiže brzim (adijabatskim) kompresijom radnog fluida uz utrošak rada ili dovod topline na njega izvana.

U obrnutim ciklusima, količina topline koja se uklanja iz radnog fluida je uvijek veća od količine dovedene topline, a ukupan rad kompresije je veći od ukupnog rada ekspanzije. Zbog toga su instalacije koje rade na sličnim ciklusima potrošači energije. O takvim idealnim termodinamičkim ciklusima rashladnih jedinica već je bilo riječi u pasusu 10. teme 3. Rashladne jedinice se razlikuju po korištenom radnom fluidu i principu rada. Prijenos topline sa "hladnog" izvora na "vrući" može se izvršiti zbog cijene rada ili cijene topline.

2.1. Uređaji za hlađenje zraka

U vazdušnim rashladnim jedinicama vazduh se koristi kao radni fluid, a toplota se prenosi sa „hladnog“ izvora na „vrući“ izvor trošenjem mehaničke energije. Smanjenje temperature vazduha potrebnog za hlađenje rashladne komore postiže se u ovim instalacijama kao rezultat njenog brzog širenja, pri čemu je vreme razmene toplote ograničeno, a rad se uglavnom obavlja zbog unutrašnje energije, zbog čega se temperatura pada radnog fluida. Dijagram rashladne jedinice zraka prikazan je na slici 7.14

Rice. 14. : HK - rashladna komora; K - kompresor; TO - izmjenjivač topline; D - ekspanzioni cilindar (ekpander)

Temperatura zraka koji ulazi iz rashladne komore XK u cilindar kompresora K raste kao rezultat adijabatske kompresije (proces 1 - 2) iznad temperature okoline T3. Kada zrak struji kroz cijevi izmjenjivača topline TO, njegova temperatura pri konstantnom pritisku opada - teoretski na temperaturu okoline T3. U tom slučaju, zrak otpušta toplinu q (J/kg) u okolinu. Kao rezultat, specifična zapremina vazduha dostiže minimalnu vrednost v3, a vazduh struji u cilindar ekspanzionog cilindra - ekspander D. U ekspanderu, usled adijabatskog širenja (proces 3-4), koristan rad se obavlja ekvivalentan do zamračenog područja 3-5-6-4-3, temperatura zraka pada ispod temperature predmeta hlađenih u odeljku frižidera. Ovako ohlađen vazduh ulazi u rashladnu komoru. Kao rezultat razmene toplote sa ohlađenim objektima, temperatura vazduha pri konstantnom pritisku (izobara 4-1) raste do svoje početne vrednosti (tačka 1). U ovom slučaju, toplota q2 (J/kg) se dovodi iz hlađenih predmeta u vazduh. Vrijednost q 2, koja se naziva kapacitet hlađenja, je količina topline koju primi 1 kg radnog fluida iz ohlađenih predmeta.

2.2. Rashladne jedinice parnog kompresora

U rashladnim jedinicama parnog kompresora (SCRU) kao radni fluid koriste se tečnosti niskog ključanja (tabela 1), što omogućava sprovođenje procesa dovoda i odvođenja toplote prema izotermama. U tu svrhu koriste se procesi ključanja i kondenzacije radnog fluida (rashladnog sredstva) pri konstantnim vrijednostima tlaka.

Tabela 1.

U 20. veku, različiti freoni na bazi hlorofluorougljenika bili su široko korišćeni kao rashladna sredstva. Oni su izazvali aktivno uništavanje ozonskog omotača, pa je njihova upotreba trenutno ograničena, a kao glavno rashladno sredstvo koristi se rashladno sredstvo K-134A (otkriveno 1992. godine) na bazi etana. Njegova termodinamička svojstva su bliska onima freona K-12. Oba rashladna sredstva imaju neznatno različite molekularne težine, toplote isparavanja i tačke ključanja, ali, za razliku od K-12, rashladno sredstvo K-134A nije agresivno prema ozonskom omotaču Zemlje.

PKHU šema i ciklus u T-s koordinatama prikazani su na Sl. 15 i 16. U PKHU, pritisak i temperatura se smanjuju prigušivanjem rashladnog sredstva dok ono teče kroz ventil za smanjenje pritiska RV, čija površina protoka može varirati.

Rashladno sredstvo iz rashladne komore XK ulazi u kompresor K, u kojem se adijabatski komprimira u procesu 1 -2. Rezultirajuća suha zasićena para ulazi u regulator pritiska, gdje se kondenzira pri konstantnom pritisku i temperaturi u procesu 2-3. Oslobođena toplota q1 prenosi se na „vrući“ izvor, koji je u većini slučajeva okolni vazduh. Nastali kondenzat se prigušuje u redukcionom ventilu RV s promjenjivom površinom protoka, što vam omogućava promjenu tlaka mokre pare koja izlazi iz njega (proces 3-4).

Rice. 15. Šematski dijagram (a) i ciklus u T-s-koordinatama (b) rashladne jedinice parnog kompresora: KD - kondenzator; K - kompresor; HK - rashladna komora; RV - ventil za smanjenje pritiska

Budući da je proces prigušivanja, koji se odvija pri konstantnoj vrijednosti entalpije (h3 - h), nepovratan, prikazan je isprekidanom linijom. Mokra zasićena para malog stepena suvoće dobijena kao rezultat procesa ulazi u izmjenjivač topline rashladne komore, gdje, pri konstantnim vrijednostima tlaka i temperature, isparava zbog topline q2b oduzete od objekata u komora (proces 4-1).

Rice. 16. : 1 - frižider; 2 - toplotna izolacija; 3 - kompresor; 4 - komprimovana vruća para; 5 - izmjenjivač topline; 6 - rashladni vazduh ili rashladna voda; 7 - tečno rashladno sredstvo; 8 - prigušni ventil (ekpander); 9 - ekspandirana, ohlađena i delimično isparena tečnost; 10 - hladnjak (isparivač); 11 - ispareno rashladno sredstvo

Kao rezultat "sušenja", povećava se stepen suhoće rashladnog sredstva. Količina topline koja se uzima od predmeta hlađenih u rashladnoj komori u T-B koordinatama određena je površinom pravokutnika ispod izoterme 4-1.

Upotreba tečnosti niskog ključanja kao radnog fluida u PKhU omogućava da se pristupi obrnutom Carnotovom ciklusu.

Umjesto prigušnog ventila, za snižavanje temperature može se koristiti ekspanzioni cilindar - ekspander (vidi sliku 14). U tom slučaju, instalacija će raditi prema obrnutom Carnot ciklusu (12-3-5-1). Tada će toplina koja se uzima od hlađenih objekata biti veća - to će biti određeno površinom ispod izoterme 5-4-1. Unatoč djelomičnoj kompenzaciji troškova energije za pogon kompresora pozitivnim radom dobivenim tijekom ekspanzije rashladnog sredstva u ekspanzionom cilindru, takve instalacije se ne koriste zbog svoje strukturalne složenosti i velikih ukupnih dimenzija. Osim toga, u instalacijama s prigušivačem promjenjivog presjeka mnogo je lakše regulirati temperaturu u rashladnoj komori.

Slika 17.

Da biste to učinili, dovoljno je samo promijeniti područje protoka prigušnog ventila, što dovodi do promjene tlaka i odgovarajuće temperature zasićene pare rashladnog sredstva na izlazu iz ventila.

Trenutno se umjesto klipnih kompresora uglavnom koriste lopatičasti kompresori (Sl. 18). O većoj efikasnosti PKHU u odnosu na jedinice bazirane na vazduhu svjedoči i činjenica da je odnos rashladnih koeficijenata PKHU i obrnutog Carnotovog ciklusa

U stvarnim instalacijama parnog kompresora, ne mokra, već suha ili čak pregrijana para ulazi u kompresor iz izmjenjivača topline isparivača rashladne komore (Sl. 17). Ovo povećava rasipanje toplote q2, smanjuje intenzitet razmene toplote između rashladnog sredstva i zidova cilindra i poboljšava uslove podmazivanja za grupu klipa kompresora. U takvom ciklusu dolazi do određenog prehlađenja radnog fluida u kondenzatoru (izobara sekcija 4-5).

Rice. 18.

2.3. Parni ejektor rashladne jedinice

Ciklus rashladne jedinice parnog ejektora (sl. 19 i 20) se također izvodi korištenjem toplinske, a ne mehaničke energije.

Rice. 19.: HK - rashladna komora; E - izbacivač; KD - kondenzator; RV - ventil za smanjenje pritiska; N - pumpa; KA - kotlovnica

Rice. 20.

U ovom slučaju, kompenzacija je spontani prijenos topline sa više zagrijanog tijela na manje zagrijano tijelo. Para bilo koje tečnosti može se koristiti kao radni fluid. Međutim, obično se koristi najjeftinije i najpristupačnije rashladno sredstvo - vodena para pri niskom pritisku i temperaturi.

Iz kotlovskog postrojenja para ulazi u ejektorsku mlaznicu E. Kada para istječe velikom brzinom, stvara se vakuum u komori za miješanje iza mlaznice, pod čijim se utjecajem rashladno sredstvo usisava u komoru za miješanje iz rashladne komore rashladne komore. hladna soba. U ejektorskom difuzoru brzina smjese se smanjuje, a tlak i temperatura rastu. Zatim mješavina pare ulazi u kondenzator KD, gdje se pretvara u tekućinu kao rezultat topline q1 koja se odvodi u okolinu. Zbog višestrukog smanjenja specifične zapremine tokom procesa kondenzacije, pritisak se smanjuje na vrednost na kojoj je temperatura zasićenja približno 20 °C. Jedan dio kondenzata pumpa se pumpom H u kotlovsku jedinicu KA, a drugi se podvrgava gušenju u ventilu RV, zbog čega se, sa smanjenjem tlaka i temperature, vlažna para sa blagim stepenom suhoće se formira. U izmenjivaču toplote-isparivaču XK ova para se suši na konstantnoj temperaturi, oduzimajući toplotu q2 od ohlađenih predmeta, a zatim ponovo ulazi u ejektor pare.

Budući da su troškovi mehaničke energije za pumpanje tekuće faze u apsorpcionim i parnim ejektorskim rashladnim jedinicama izuzetno mali, oni se zanemaruju, a efikasnost takvih jedinica procjenjuje se koeficijentom iskorištavanja topline, koji predstavlja omjer topline oduzete od hlađenih uređaja. objekti na toplinu koja se koristi za implementaciju ciklusa.

Da bi se postigle niske temperature kao rezultat prijenosa topline na "vrući" izvor, mogu se koristiti i drugi principi. Na primjer, temperatura se može sniziti kao rezultat isparavanja vode. Ovaj princip se koristi u toplim i suhim klimama u evaporativnim klima uređajima.

3. Kućni i industrijski hladnjaci

Hladnjak je uređaj koji održava nisku temperaturu u toplinski izoliranoj komori. Obično se koriste za skladištenje hrane i drugih predmeta koji zahtijevaju skladištenje u hladnom stanju.

Na sl. 21 prikazuje dijagram rada jednokomornog hladnjaka, a sl. 22 - svrha glavnih dijelova frižidera.

Rice. 21.

Rice. 22.

Rad frižidera se zasniva na upotrebi toplotne pumpe, koja prenosi toplotu iz radne komore frižidera ka spoljašnjosti, gde se ispušta u spoljašnju sredinu. U industrijskim hladnjacima, zapremina radne komore može doseći desetine i stotine m3.

Frižideri mogu biti dva tipa: srednjetemperaturne komore za skladištenje hrane i zamrzivači niske temperature. Međutim, u posljednje vrijeme, dvokomorni hladnjaci, koji uključuju obje komponente, postali su najrasprostranjeniji.

Frižideri dolaze u četiri tipa: 1 - kompresijski; 2 - apsorpcija; 3 - termoelektrični; 4 - sa vrtložnim hladnjacima.

Rice. 23. : 1 - kondenzator; 2 - kapilar; 3 - isparivač; 4 - kompresor

Rice. 24.

Glavne komponente frižidera su:

1 - kompresor koji prima energiju iz električne mreže;

2 - kondenzator koji se nalazi izvan frižidera;

3 - isparivač koji se nalazi unutar frižidera;

4 - termostatski ekspanzioni ventil (TEV), koji je uređaj za prigušivanje;

5 - rashladno sredstvo (tvar koja cirkulira u sistemu sa određenim fizičkim karakteristikama - obično freon).

3.1. Princip rada kompresionog frižidera

Teorijska osnova na kojoj je izgrađen princip rada frižidera, čiji je dijagram prikazan na Sl. 23 je drugi zakon termodinamike. Rashladni gas u frižiderima radi ono što se zove obrnuti Carnot ciklus. U ovom slučaju, glavni prijenos topline nije zasnovan na Carnot ciklusu, već na faznim prijelazima - isparavanju i kondenzaciji. U principu, moguće je napraviti frižider koristeći samo Carnot ciklus, ali da bi se postigle visoke performanse, biće potreban ili kompresor koji stvara veoma visok pritisak ili veoma velika površina izmjenjivača topline za hlađenje i grijanje. .

Rashladno sredstvo ulazi u isparivač pod pritiskom kroz prigušni otvor (kapilarni ili ekspanzioni ventil), gdje zbog naglog pada tlaka dolazi do isparavanje tečnost i pretvaranje u paru. U tom slučaju rashladno sredstvo oduzima toplinu unutarnjim zidovima isparivača, zbog čega se unutrašnji prostor hladnjaka hladi. Kompresor izvlači rashladno sredstvo iz isparivača u obliku pare, komprimira ga, zbog čega temperatura rashladnog sredstva raste i gura ga u kondenzator. U kondenzatoru se rashladno sredstvo zagrijano kao rezultat kompresije hladi, oslobađajući toplinu u vanjsko okruženje, i kondenzuje, tj. pretvara u tečnost. Proces se ponovo ponavlja. Tako se u kondenzatoru rashladno sredstvo (obično freon) pod uticajem visokog pritiska kondenzuje i prelazi u tečno stanje, oslobađajući toplotu, a u isparivaču, pod uticajem niskog pritiska, rashladno sredstvo ključa i prelazi u gasovito stanje. , upija toplotu.

Termostatski ekspanzioni ventil (TEV) je neophodan za stvaranje potrebne razlike tlaka između kondenzatora i isparivača na kojoj se odvija ciklus prijenosa topline. Omogućava vam da pravilno (najpotpunije) ispunite unutrašnji volumen isparivača prokuhanim rashladnim sredstvom. Protočna površina ekspanzijskog ventila se mijenja kako se toplinsko opterećenje na isparivaču smanjuje, a kako se temperatura u komori smanjuje, količina cirkulirajućeg rashladnog sredstva se smanjuje. Kapilara je analog ekspanzijskog ventila. Ne mijenja svoj poprečni presjek, već guši određenu količinu rashladnog sredstva, ovisno o tlaku na ulazu i izlazu kapilare, njenom promjeru i vrsti rashladnog sredstva.

Kada se postigne željena temperatura, senzor temperature otvara električni krug i kompresor se zaustavlja. Kada temperatura poraste (zbog vanjskih faktora), senzor ponovo uključuje kompresor.

3.2. Princip rada apsorpcionog frižidera

Apsorpcijski vodeno-amonijačni hladnjak koristi svojstvo jednog od široko korištenih rashladnih sredstava - amonijaka - da se dobro otapa u vodi (do 1000 zapremina amonijaka na 1 zapreminu vode). Princip rada apsorpcione rashladne jedinice prikazan je na Sl. 26, a dijagram strujnog kola je na Sl. 27.

Rice. 26.

Rice. 27. : GP - generator pare; KD - kondenzator; RV1, RV2 - redukcioni ventili; HK - rashladna komora; Ab - apsorber; N - pumpa

U ovom slučaju, uklanjanje plinovitog rashladnog sredstva iz zavojnice isparivača, potrebnog za svaki isparivački hladnjak, vrši se apsorbiranjem sa vodom, a otopina amonijaka u kojoj se zatim pumpa u poseban spremnik (desorber/generator) i tamo se zagrijavanjem se razlaže na amonijak i vodu. Pare amonijaka i vode iz njega pod pritiskom ulaze u uređaj za odvajanje (destilacijski stup), gdje se pare amonijaka odvajaju od vode. Zatim gotovo čisti amonijak ulazi u kondenzator, gdje se nakon hlađenja kondenzira i kroz prigušnicu ponovo ulazi u isparivač radi isparavanja. Takav toplotni motor može koristiti razne uređaje, uključujući mlazne pumpe, za pumpanje otopine rashladnog sredstva i nema pokretne mehaničke dijelove. Osim amonijaka i vode, mogu se koristiti i drugi parovi tvari - na primjer, otopina litijum bromida, acetilen i aceton. Prednosti apsorpcionih frižidera su tih rad, odsustvo pokretnih mehaničkih delova, mogućnost rada od grejanja direktnim sagorevanjem goriva, nedostatak je nizak kapacitet hlađenja po jedinici zapremine.

3.3. Princip rada termoelektričnog frižidera

Postoje uređaji zasnovani na Peltierovom efektu, koji se sastoji u apsorpciji topline od strane jednog od spojeva termoparova (različitih provodnika) dok se na drugom spoju oslobađa ako struja prolazi kroz njih. Ovaj princip se posebno koristi u rashladnim torbama. Moguće je i snižavanje i povećanje temperature uz pomoć vrtložnih cijevi koje je predložio francuski inženjer Rank, u kojima se temperatura značajno mijenja duž polumjera vrtložnog strujanja zraka koji se u njima kreće.

Termoelektrični frižider je baziran na Peltier elementima. Nečujan je, ali nije u širokoj upotrebi zbog visoke cijene rashladnih termoelektričnih elemenata. Međutim, hladnjaci za male automobile i rashladni uređaji za pitku vodu često se proizvode sa Peltierovim hlađenjem.

3.4. Princip rada frižidera pomoću vrtložnih hladnjaka

Hlađenje se vrši ekspanzijom vazduha prethodno komprimovanog kompresorom u blokovima specijalnih vrtložnih hladnjaka. Nisu rasprostranjeni zbog visokog nivoa buke, potrebe za dovodom komprimovanog (do 1,0-2,0 MPa) vazduha i veoma velike potrošnje, niske efikasnosti. Prednosti - veća sigurnost (ne koristi se električna energija, nema pokretnih dijelova ili opasnih kemijskih spojeva), trajnost i pouzdanost.

4. Primjeri rashladnih uređaja

Neki dijagrami i opisi rashladnih uređaja za različite namjene, kao i njihove fotografije, prikazani su na sl. 27-34.

Rice. 27.

Rice. 28.

Rice. 29.

Slika 32.

Rice. 33.

Na primjer, kompresorsko-kondenzatorske rashladne jedinice (tip AKK) ili kompresorsko-prijemne jedinice (tip AKR), prikazane na sl. 34, projektovani su za rad sa održavanjem temperatura od +15 °C do -40 °C u komorama zapremine od 12 do 2500 m3.

Rashladna jedinica uključuje: 1 - kompresor-kondenzator ili kompresor-prijemnik; 2 - hladnjak zraka; 3 - termostatski ventil (TRV); 4 - solenoidni ventil; 5 - kontrolna tabla.

Povratak