2.3. Пароэжекторные холодильные установки
Цикл пароэжекторной холодильной установки (рис. 19 и 20) также осуществляют за счет затраты тепловой, а не механической энергии.
Рис. 19. Принципиальная схема пароэжекторной холодильной установки: ХК – холодильная камера; Э – эжектор; КД – конденсатор; РВ – редукционный вентиль; Н – насос; КА – котельный агрегат
Рис. 20. Схема пароэжекторной холодильной установки со смешивающим конденсатором
При этом компенсирующим является самопроизвольный перенос теплоты от более нагретого тела к менее нагретому телу. В качестве рабочего тела может использоваться пар любой жидкости. Однако обычно используют самый дешевый и доступный хладагент – водяной пар при низких значениях давления и температуры.
Из котельной установки пар поступает в сопло эжектора Э. При истечении пара с большой скоростью в камере смешения за соплом создается разрежение, под действием которого в камеру смешения подсасывается хладагент из холодильной камеры ХК. В диффузоре эжектора скорость смеси уменьшается, а давление и температура растут. Затем паровая смесь поступает в конденсатор КД, где превращается в жидкость в результате отведения в окружающую среду теплоты q1. В связи с многократным уменьшением удельного объема в процессе конденсации давление понижается до значения, при котором температура насыщения приблизительно равна 20 °С. Одна часть конденсата перекачивается насосом Н в котельный агрегат КА, а другая – подвергается дросселированию в вентиле РВ, в результате чего при понижении давления и температуры образуется влажный пар с небольшой степенью сухости. В теплообменнике-испарителе ХК этот пар подсушивается при постоянной температуре, отбирая теплоту q2 у охлаждаемых предметов, а затем вновь поступает в паровой эжектор.
Поскольку затраты механической энергии на перекачивание жидкой фазы в абсорбционных и пароэжекторных холодильных установках крайне малы, ими пренебрегают, и эффективность таких установок оценивают коэффициентом теплоиспользования, представляющим собой отношение отбираемой от охлаждаемых предметов теплоты к теплоте, используемой для реализации циклов.
Для получения низких температур в результате переноса теплоты к «горячему» источнику принципиально могут использовать и иные принципы. Например, температуру можно понижать в результате испарения воды. Этот принцип применяют в условиях жаркого и сухого климата в испарительных кондиционерах.
Холодильники с системой No Frost
В дословном переводе название системы означает: “без инея”. Это достигается с помощью встроенного вентилятора, который передаёт холод от единственного испарителя, размещённого в морозилке. Сначала холодный воздух распространяется внутри морозильной камеры, а затем через отверстия переходит в холодильный отсек.
За счёт циркуляции воздуха достигается равномерное распределение температуры в камерах. Для удаления наледи используется электронагреватель, находящийся под испарителем, который включается по сигналу таймера несколько раз в сутки. Образующаяся вода выводится наружу. В остальном устройство и принцип работы те же, что у обычных моделей.
Устройство и принцип работы разных видов холодильников
Все холодильники имеют общий принцип работы, но, в зависимости от модели и используемой охлаждающей установки, особенности процесса поддержания низкой температуры в камере могут отличаться.
Однокамерные и двухкамерные холодильники
Однокамерные и двухкамерные холодильники работают примерно по тому же принципу. Главное отличие состоит в работе испарителей. Старые двухкамерные агрегаты оборудованы одним испарителем для обеих камер. В новых моделях есть испаритель в каждой камере, которые полностью изолированы друг от друга.
В однокамерных холодильниках испаритель размещен в верхней части рефрижератора, под которым располагается поддон. Его закрытие и открытие регулирует подачу холодного воздуха в основную холодильную камеру. Чтобы не допустить появление излишнего конденсата на стенках, в холодильнике предусмотрена капиллярная трубка.
В двухкамерных же холодильниках испарители выполняют роль разделительной перегородки теплоизоляции. В такой системе хладагент закачивается в испаритель через капиллярную трубку и передается во второй только в том случае, когда его температура падает ниже нуля. Когда второй испаритель тоже обмерзает, включается термореле, которое приостанавливает работу компрессора.
Компрессорные холодильники
Компрессорный холодильники работают на основе компрессорной системы. Это самый распространенный тип устройства холодильника. Они удобны в использовании и обслуживании, а также расходуют не так много электроэнергии.
Компрессорные холодильники, в основном, производят Atlant, Indesit и Stinol. Такие модели состоят из двух основных компонентов:
- компрессор — мотор, который может быть инверторным или линейным. При его запуске фреон перемещается по трубкам системы, обеспечивая равномерное охлаждение основной и морозильной камер;
- конденсатор — змеевидная система трубок, расположенная на задней внешней части корпуса холодильника, которая выводит в окружающую среду тепло, вырабатываемое компрессором;
- хладагент — изобутан или фреон, который перемещается по системе холодильника, охлаждая ее;
- вентиль для осуществления терморегуляции — поддерживает постоянное давление для равномерной циркуляции хладагента.
За счет этого приводится в действие компрессор, который сжимает фреон и создает определенное давление, необходимое для его передвижения по трубкам всей системы. При попадании в конденсатор, хладагент превращается в жидкость.
Далее хладагент выводится в фильтр-осушитель, очищается от влаги и проходит по трубкам капиллярной системы, снова попадая в испаритель. После этого компрессор снова начинает перегонку фреона и весь цикл повторяется заново. Когда температура достигнет нужной отметки, реле автоматически отключает двигатель.
Абсорбционные холодильники
Абсорбционные холодильники работают на основе циркуляции и испарения аммиака, который выступает в роли хладагента. В качестве абсорбента действует аммиачный раствор на воде.
При включении холодильного агрегата в генераторе производится нагрев рабочей жидкости (аммиачного раствора). Когда температура достигает отметки кипения, аммиак начинает превращаться в пар, который выводится в конденсатор.
Далее аммиак превращается в жидкость и попадает в испаритель, где смешивается с водородом. Резонанс давления приводит к испарению сжиженного аммиака, при котором выделяется тепло.
Аммиачный пар передается в адсорбер с очищенной водой. Полученный раствор поступает в генератор-кипятильник и цикл повторяется по новой, пока температура достигнет нужного уровня.
Холодильник с технологией «No Frost»
Холодильники с технологией No Frost (с англ. «без мороза»), позволяют эксплуатировать его без частых разморозок. Это возможно благодаря полному выводу влаги из холодильной системы, за счет чего в камере не образуется наледь.
Главный принцип технологии заключается в том, что после каждого полного цикла работы автоматически запускается режим оттаивания. Реле активирует испаритель, из-за чего лед начинает таять, а вся влага выводится наружу и полностью испаряется. В остальном, принцип работы холодильника такой же, как и в обычных моделях.
Так как в холодильнике с технологией No Frost не образуется лед, его можно размораживать только один-два раза в год, во время очистки и мытья. Основным недостатком при этом является увеличенное потребление электроэнергии за счет непрерывной работы вентилятора.
Принцип работы холодильной установки с двумя компрессорами
Обычно два компрессора устанавливают в двухкамерные агрегаты и модели типа side-by-side. При этом в каждом отделении свой мотор, и пользователь может выставлять температуру для каждого. По сути, это два прибора в одном: можно отключить холодильную камеру, а морозилку оставить, и наоборот.
Холодильник с двумя компрессорами довольно экономичен. Многие интересуются, как такое может быть, ведь два мотора должны тянуть больше энергии. Однако, каждый из двух компрессоров менее энергоемок, в сравнении с теми агрегатами, где установлен только один. Кроме того, допустим, в холодильной камере повысилась температура – включится один компрессор, и тот неэнергоемкий. Мотор не будет затрачивать энергию на охлаждение морозилки, которая и так холодная.
УСТРОЙСТВО ДВУХКОМПРЕССОРНОГО ХОЛОДИЛЬНИКА 1 — компрессоры; 2 — нагнетательные трубки; 3 — конденсатор; 4 — фильтры-осушители; 5 — капилярки; 6 — испаритель морозильной камеры; 7 — испаритель холодильной камеры; 8 — всасывающие трубки.
Еще одно преимущество моделей с двумя компрессорами – можно отключить ненужную камеру. Например, человек уезжает в отпуск, и ему нет смысла оставлять продукты в холодильной камере. Все, что нужно, он перекладывает в морозилку и оставляет работать только ее.
Как устроен холодильник
Любой современный холодильный агрегат состоит из следующих частей:
- поршневого компрессора, который обеспечивает циркуляцию хладагента;
- испарителя расположенного внутри холодильника, забирающего тепло из камеры;
- конденсатора (охладителя) размещённого на задней или боковой стенке агрегата, отводящего тепло в окружающую среду;
- терморегулирующего вентиля, поддерживающего давление на необходимом уровне;
- хладагента (как правило, фреон), который циркулирует внутри трубопроводов, перенося тепло от испарителя к охладителю.
Схема холодильника ATLANT МХМ 1709-00.
Устройство двухкамерного холодильника Атлант.
Принцип работы
Принцип работы холодильника заключается в следующем:
- Тепловая энергия передается из камеры в окружающую среду.
- Холод концентрируется внутри корпуса.
Чтобы отобрать тепло, необходимо применить хладагент, который называется фреоном. Этот газообразный состав состоит из этана, хлора и фтора. Он может переходить в жидкое состояние и газообразное. Это случается при скачках давления.
Компрессор холодильника всасывает хладагент внутрь. В системе используется электрический двигатель, который запускает вращение поршня. Этот механизм вызывает сжатие газа.
Процесс разделен на 2 этапа:
- Изначально поршень движется в возвратном направлении, а когда он смещается, происходит открытие впускного клапана.
- Затем поршень движется в обратном направлении, сжимая газообразное вещество. Сжатый хладагент воздействует на пластину выпускного клапана, что приводит к резкому скачку давления. В результате газ нагревается до +100 °C, а клапан открывается и выпускает его наружу.
Подогретое вещество направляется в конденсатор, а затем передается в окружающую среду. При передаче тепла запускается конденсация газа, а фреон приобретает состояние жидкости.
Саморазмораживающийся
Модели с саморазмораживающейся функцией выполняют цикл разморозки в автоматическом режиме. Всего есть 2 типа таких систем:
- Капельная.
- Ветреная (No frost).
В оборудовании с капельной функцией испаритель размещается сзади аппарата. Когда устройство работает, сзади на стенке появляется иней. В процессе размораживания наледь перемещается по желобам в нижнюю секцию холодильника. По мере нагревания компрессора происходит испарение жидкости.
В моделях с такой системой воздух от испарителя передается внутрь камеры с помощью вентилятора. Затем он стекает по желобкам в специальный отсек.
Слово «ноу фрост» ничего не говорит для новичков. Поэтому при ознакомлении с принципом действия холодильника необходимо уточнить, как работает система No frost и что это такое.
Инверторный
Компрессорные установки в инверторных холодильниках выполняют аккумуляцию и преобразование постоянного тока в переменный с номинальным напряжением в 220 В. Принцип их действия заключается в плавном изменении оборотов двигательного вала.
Когда холодильник запускается, инвертор достигает требуемого количества оборотов для поддержания нормального температурного режима под корпусом. После этого оборудование переходит в стадию ожидания. По мере повышения температуры происходит срабатывание датчика, а скорость вращения растет.
Абсорбционный
Специфика работы абсорбционных моделей сводится к бесперебойной циркуляции и испарению фреона в жидком состоянии. Его роль выполняет аммиак, а в качестве поглотителя (абсорбента) используется водный аммиачный состав.
В системе охлаждения присутствует хромат натрия и водород. Первый обеспечивают защиту стенок от коррозийных процессов, а второй регулирует давление в системе.
Когда оборудование подключается к электроснабжению, кипятильник нагревает рабочий состав, размещенный в специальной емкости. После этого сжиженный хладагент передается испарителю и соединяется с водородом. Из-за разности давлений 2 составов аммиак испаряется.
Охлажденное вещество отнимает тепловую энергию извне.
Промышленные
Промышленное оборудование отличается от бытового показателями мощности и габаритами камер охлаждения. Производительность холодильников достигает нескольких десятков кВт, а рабочий температурный диапазон морозилок варьируется в пределах +5…-50 °C.
Промышленные агрегаты используются для эффективного охлаждения и глубокой заморозки продуктов. Объем камеры варьируется от 5 до 5 тыс. т. Основные сферы применения — предприятия по заготовке и переработке продуктов.
3.1. Принцип работы компрессионного холодильника
Теоретической основой, на которой построен принцип работы холодильников, схема которых показана на рис. 23, является второе начало термодинамики. Охлаждающий газ в холодильниках совершает так называемый обратный цикл Карно. При этом основная передача теплоты основана не на цикле Карно, а на фазовых переходах – испарении и конденсации. В принципе возможно создание холодильника использующего только цикл Карно, но при этом для достижения высокой производительности потребуется или компрессор, создающий очень высокое давление, или очень большая площадь охлаждающего и нагревающего теплообменника.
Хладагент поступает в испаритель под давлением через дросселирующее отверстие (капилляр или ТРВ), где за счёт резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости и превращение ее в пар. При этом хладагент отнимает теплоту у внутренних стенок испарителя, за счёт чего происходит охлаждение внутреннего пространства холодильника. Компрессор засасывает из испарителя хладагент в виде пара, сжимает его, за счёт чего температура хладагента повышается и выталкивает в конденсатор. В конденсаторе нагретый в результате сжатия хладагент остывает, отдавая теплоту во внешнюю среду, и конденсируется, т.е. превращается в жидкость. Процесс повторяется вновь. Таким образом, в конденсаторе хладагент (обычно им является фреон) под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состояние, выделяя теплоту, а в испарителе под воздействием низкого давления хладагент вскипает и переходит в газообразное, поглощая теплоту.
Терморегулирующий вентиль (ТРВ) необходим для создания необходимой разности давлений между конденсатором и испарителем, при которой происходит цикл теплопередачи. Он позволяет правильно (наиболее полно) заполнять внутренний объем испарителя вскипевшим хладагентом. Пропускное сечение ТРВ изменяется по мере снижения тепловой нагрузки на испаритель, причем при понижении температуры в камере количество циркулирующего хладагента уменьшается. Капилляр – это аналог ТРВ. Он не меняет свое сечение, а дросселирует определенное количество хладагента, зависящее от давления на входе и выходе капилляра, его диаметра и типа хладагента.
При достижении необходимой температуры температурный датчик размыкает электрическую цепь и компрессор останавливается. При повышении температуры (за счёт внешних факторов) датчик вновь включает компрессор.
Принцип работы холодильника
Сейчас в продаже можно найти несколько разновидностей холодильников, отличающихся друг от друга принципом функционирования. Давайте рассмотрим принципы работы холодильника для новичков, простым языком.
Принцип работы абсорбционных холодильников
Такая техника не имеет компрессора, а в качестве хладагента используется аммиак, который при попадании в абсорбер растворяется в воде. Принцип действия абсорбционных холодильника следующий: готовый раствор переходит сначала в десорбер, выполняющий роль испарителя, а затем в дефлегматор, где охлаждается и разделяется на отдельные составляющие. После прохождения конденсатора аммиак становится жидкостью, которая через абсорбер вновь попадает в испаритель.
Саморазмораживающийся тип
В подобных холодильниках разморозка проходит в автоматическом режиме. Все устройства разделяют на два основных типа:
- Капельное.
- Ветреное.
Капельные характеризуются тем, что испаритель находится в задней части устройства. На момент работы образуется иней, который при оттаивании стекает вниз по специальным желобам. Компрессор из-за нагрева до высокой температуры испаряет жидкое вещество.
Ветреная установка снабжается специальным элементом, который задувает внутрь корпуса холодный воздух. На момент оттаивания вещество стекает по специальным желобам в приемник.
Промышленные холодильники
Промышленные модели отличаются от бытовых высокой мощностью морозильного узла и большими размерами камеры.
Оборудование рассматриваемой категории предназначено для глубокой заморозки большого количества продуктов. При этом объем камер может составлять от 5 до 5000 т. Устанавливается промышленное оборудование на заготовительных и перерабатывающих предприятиях.
Принцип работы инверторного холодильника
Электродвигатель стандартного компрессора то запускается, то выключается, испытывая при этом значительные нагрузки. Инверторная установка обеспечивает непрерывную работу мотора, изменяется лишь скорость его вращения. Такой режим позволяет сэкономить электроэнергию и снизить износостойкость отдельных деталей прибора.
Линейный компрессор более экономичный
Принцип работы холодильника ноу фрост с одним компрессором
Главный недостаток обычных холодильников для дома — превращение попадающей в камеру влаги в иней, который покрывает внутренние стенки прибора, перегружает компрессор и препятствует нормальному процессу охлаждения.
При наличии системы No Frost влага не замерзает, поэтому необходимость в регулярной разморозке холодильника отсутствует. Система предполагает наличие вентилятора, который располагается за испарителем и обеспечивает равномерное охлаждение продукции воздушными потоками. При этом на стенках испарителя скапливается конденсат, постепенно начинающий превращаться в иней. Благодаря специальному таймеру периодически включается ТЭН и лед тает. Образовавшаяся жидкость по трубкам перемещается в размещенный вне камеры поддон, откуда испаряется естественным путем.
Принцип работы холодильной установки с двумя компрессорами
В таких холодильных установках есть два компрессора, каждый из которых работает независимо. Один компрессор обеспечивает работу контура, охлаждающего морозильную камеру. Второй – работает на охлаждение основного отсека.
В холодильниках с двумя компрессорами в каждой камере установлен отдельный испаритель. Они не соединены между собой. За счет раздельных контуров охлаждения, такие холодильники отличаются высоким сроком службы.
Плюс двухкамерного холодильника проявляется в случае утечки фреона или поломки. если хладагент выходит из одного контура, второй продолжает работать. То же самое происходит в случае поломки.
Принцип работы двухкамерного холодильника с одним компрессором
В двухкамерном холодильнике с одним компрессором установлены два испарителя. Хотя по сути, они являются разными частями одного и того же элемента (см. рис). Первый находится – в морозильной камере, второй – в обычной. Фреон после прохождения через фильтр-осушитель сначала попадает в первый, потом второй.
При попадании в морозильную камеру хладагент отбирает у нее тепло и нагревается. После этого он попадает в основной отсек, где отбирает тепло у него. За счет того, что его температура несколько повысилась после прохождения морозилки, в обычном отсеке температура не опустится ниже 0 градусов.
Принцип работы двухкамерного холодильника с одним компрессором.
Принцип действия абсорбционных холодильников
В этих агрегатах, работающих на принципе испарения хладагента, которым является аммиак, нет компрессора. Циркуляция поддерживается за счёт растворения его в воде, производимого в абсорбере. После чего аммиачный раствор направляется в десорбер, а затем в дефлегматор, где происходит разделение раствора на составляющие.
После прохода конденсатора аммиак переходит в жидкое состояние и через абсорбер возвращается в испаритель. Если сказать понятными словами абсорбер — это ёмкость для создания и хранения раствора, десорбер — испаритель, дефлегматор — охладитель. Для улучшения рабочих характеристик в раствор добавляется водород или иной инертный газ.
В быту холодильники этого вида встречаются крайне редко, так как недолговечны по сравнению с компрессионными моделями, а аммиак ядовит.
Особенности работы холодильника и его модулей
Условия работы холодильника по параметрам окружающей среды
Как и у любого электрического прибора, у бытовых холодильников имеются ограничения по температуре окружающей среды, причем нижняя граница данного диапазона установлена в +5С.
В случае установки устройства на улице при наличии более низких или даже отрицательных температур, в работе холодильника могут возникнуть следующие проблемы:
- Некорректное функционирование термостата. Как указывалось выше, при достижении требуемой температуры терморегулятор подает сигнал, который размыкает электроцепь и прекращает подачу электрического тока на двигатель, после чего весь холодильник выключается. По море того, как воздух внутри камер начинает нагреваться, цепь замыкается, двигатель запускается, и устройство вновь начинает работать. Однако, при условии слишком холодных температур окружающего воздуха, особенно при их отрицательных значениях, термостат не сработает
- Проблемы с запуском компрессора. В аппаратах предыдущего поколения в качестве хладагента использовались жидкости R12,R22, которые при понижении температуры окружающей (и, соответственно, рабочей) среды ниже +5С приобретали повышенную вязкость, вследствие чего работа механизмов становилась затруднительной.
- Эффект «влажного хода» испарителя. Так как при низких температурах окружающего воздуха тепло в камерах холодильника будет отсутствовать, возникнут проблемы в функционировании испарителя. В компрессор будет поступать газ, насыщенный водяными парами, что через очень короткое время неизбежно приведет к его поломке.
Таким образом, эксплуатация аппарата при низких или отрицательных температурах значительно сократит время его службы и приведет к очень дорогостоящему ремонту.
Режим включения и отключения холодильника
Как правило, не существуют строгих ограничений по времени, в течение которого холодильник должен находиться во включенном либо выключенном состоянии. Эффективность его работы определяется возможностью достигать и поддерживать требуемую температуру как в основном отделении, так и в морозильной камере.
Тем не менее, существует такое понятие, как оптимальный коэффициент времени работы, который считается исходя продолжительности работы и суммарного времени работы и простаивания. Данный коэффициент получается при делении времени рабочего цикла на суммарную продолжительность.
Из расчета видно, что эффективность работы аппарата будет тем выше, чем меньшее значение будет иметь данный коэффициент К примеру, значение показателя в пределах 0,2 означает, что допущена ошибка в выставлении внутренней температуры. Однако, при приближении коэффициента к 0,6 это должно сигнализировать о том, что имеется утечка хладагента.
Принципы работы холодильника No Frost и с «плачущей» стенкой основной камеры
В подобных моделях No frost присутствует испаритель, располагающийся за панелью из пластика в задней стенке морозильной камеры. За ним помещен вентилятор, передающий холод посредством своей работы. За счет специально предусмотренных отверстий холодный воздух охлаждает сперва морозилку, а затеи и основную камеру.
Также данные модели оснащены автоматической системой размораживания, принцип работы которой заключается в том, что при помощи таймера через определенные промежутки времени в течение суток активизируется работа нагревательного элемента, установленного над испарителем. Таким образом, жидкость испаряется наружу, и иней не оседает на стенках морозилки.
Принцип работы «плачущей» задней стенки основан на том, что при работе испарителя на нем образуется лед. Потом, когда холодильник отключается на определенное время, наледь тает, а образовавшаяся жидкость стекает в специально предусмотренное технологическое отверстие (капельный способ).
Функция «суперзаморозки»
Данная функция предусмотрена в двухкамерных моделях современных холодильников, причем, способ запуска данной опции может быть как механическим, так и автоматическим. При подобном режиме компрессор морозилки работает до тех пор, пока все продукты полностью не промерзнут. После чего в устройствах с механическим регулятором ее нужно отключить вручную, в иных моделях она отключается автоматически спустя определенное время.
Максимальный срок работоспособности компрессора ограничивается, как правило, тремя сутками, после чего его требуется отключить во избежание перегрева компрессора.
Производители
Рассмотрим три наиболее известных компании, которые занимаются производством холодильных установок.
Secop
Лидер на рынке среди производителей холодильных установок. Энергетическая эффективность всех компрессоров компании Secop составляет более 20 %.
Объем поршней у разных моделей составляет от 2.4 до 34.4 кубических сантиметра. Немецкая компания дает гарантию, что холодильная установка будет оптимально охлаждать и поддерживать заданную температуру. Герметичный корпус позволяет работать оборудованию в тяжелых условиях.
Panasonic
Качество и долговечность гарантируются спиральными установками. Модели представлены тихими, бесшумными, практически без вибраций образцами.
Как полагается японской продукции, оригинальные устройства надежны и износоустойчивы, так как выполняются из материалов отличного качества. Время эксплуатации агрегата увеличивается за счет специальных подшипников, уменьшающих трение деталей.
Embraco
Бразильская компания является лидером среди производителей герметичных компрессоров. Embraco отличается социальной, экологической и экономической ответственностью.
Производственная мощность и более 10 тысяч сотрудников позволяют производить в год до 40 миллионов единиц продукции, в том числе и компрессоров.
