Машина холодильная

Реферат: Холодильные машины

Принцип действия компрессионных холодильных машин

Принцип действия абсорбционных холодильных машин

Принцип действия пароэжекторных холодильных машин

Принцип действия холодильных машин на вихревых охладителях

Принцип действия термоэлектрических холодильных машин

Холодильная техника – это научная дисциплина и отрасль техники, охватывающая методы получения и использования низких температур (холода) для производства и хранения пищевых продуктов.

Использование холодильной техники позволяет сохранять свойства пищевых продуктов, а также получать пищевые продукты с новыми свойствами.

Без холодильной техники невозможно снабдить растущее население качественными продуктами питания. В процессе производства и увеличения объёмов реализации пищевых продуктов важна роль холодильной техники, которая позволяет:

— создавать запасы скоропортящихся пищевых продуктов в широком ассортименте;

— увеличивать продолжительность хранения замороженных пищевых продуктов;

— продавать пищевые продукты сезонного производства равномерно в течение года;

— снижать товарные потери при хранении и транспортировке продовольственных товаров;

— внедрять прогрессивные методы оказания услуг населению предприятиями торговли и общественного питания.

Холодильная машина — устройство, служащее для отвода теплоты от охлаждаемого тела при температуре более низкой, чем температура окружающей среды. Процессы, происходящие в холодильных машинах, являются частным случаем термодинамических процессов, т. е. таких, в которых происходит последовательное изменение параметров состояния рабочего вещества: температуры, давления, удельного объема, энтальпии. 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. Холодильные машины используются для получения температур от 10°С до -150°С. Область более низких температур относится к криогенной технике. Работа холодильной машины характеризуется их холодопроизводительностью.

Первые холодильная машина 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 холодильную машину, которая положила начало холодильному машиностроению.

Рис. 1. Схема холодильного цикла.

Принцип действия компрессионных холодильных машин

Компрессионные холодильники — наиболее распространённые и универсальные. Основными составляющими частями такого холодильника являются:

— компрессор, получающий энергию от электрической сети;

— конденсатор, находящийся снаружи холодильника;

— испаритель, находящийся внутри холодильника;

— терморегулирующий расширительный вентиль, ТРВ, являющийся дросселирующим устройством;

— хладагент, циркулирующее в системе вещество с определёнными физическими характеристиками.

Ко всем элементам холодильной машины предъявляется требование высокой герметичности. В зависимости от вида холодильного компрессора компрессионные машины подразделяются на поршневые, турбокомпрессорные, ротационные и винтовые.

Хладагент под давлением через дросселирующее отверстие (капилляр или ТРВ) поступает в испаритель, где за счёт резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости и превращение ее в пар. При этом хладагент отнимает тепло 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 тепло во внешнюю среду, и конденсируется, то есть превращается в жидкость. Процесс повторяется вновь.

Таким образом, в конденсаторе хладагент под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состояние, выделяя тепло, а в испарителе под воздействием низкого давления вскипает и переходит в газообразное, поглощая тепло.

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, 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.

Обычно также присутствует теплообменник, выравнивающий температуру на выходе из конденсатора и из испарителя. В результате к дросселю поступает уже охлажденный хладагент, который затем ещё сильнее охлаждается в испарителе, в то время как хладагент, поступивший из конденсатора подогревается, прежде чем поступить в компрессор и конденсатор. Это позволяет увеличить эффективность холодильника.

При достижении необходимой температуры температурный датчик размыкает электрическую цепь и компрессор останавливается. При повышении температуры (за счёт внешних факторов) датчик вновь включает компрессор.

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.

В многоступенчатых холодильных машин сжатие пара производится последовательно в несколько ступеней с охлаждением его между отдельными ступенями. При этом в двухступенчатых холодильных машинах получают температуру кипения хладагента до -80 °С.

В каскадных холодильных машинах, представляющих собой несколько последовательно включенных холодильных машин, которые работают на различных, наиболее подходящих по своим термодинамическим свойствам для заданных температурных условий хладагентах, получают температуру кипения до -150 °С.

Принцип действия абсорбционных холодильных машин

Рабочим веществом в абсорбционных холодильниках служат растворы двух компонентов с различными температурами кипения при одинаковом давлении. Компонент, кипящий при более низкой температуре, выполняет функцию хладагента; второй служит абсорбентом. 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).

Принцип действия пароэжекторных холодильных машин

Способ получения холода без совершения механической работы состоит в эжекции пара из испарителя. В такой установке хладагентом является вода, поэтому температура в холодильной камере не может быть ниже 0° С.

Пароэжекторный холодильник состоит из эжектора, испарителя, конденсатора, насоса и ТРВ. Хладагентом служит вода, в качестве источника энергии используется пар давлением 0,3-1 МН/м2, который 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.

Пароэжекторные установки находят применение в промышленности, там, где имеются пар высокого и среднего давления и дешевая вода для охлаждения. Эти установки используются также на судах, поскольку небольшое число движущихся частей упрощает их обслуживание и ремонт.

Принцип действия холодильных машин на вихревых охладителях

Охлаждение осуществляется за счёт расширения предварительно сжатого компрессором воздуха в блоках специальных вихревых охладителей.

Распространения не получил из-за большой шумности, необходимости подвода сжатого (до 10-20 Атм) воздуха и очень большого его расхода, низкого КПД. Достоинства — большая безопасность использования, так как не используется электричество и нет ни движущихся механических частей, ни опасных химических соединений в конструкции; долговечность, надёжность.

Воздушно-расширительные холодильные машины относятся к классу холодильно-газовых машин. Хладагентом служит воздух. В области температур примерно до -80°С экономическая эффективность воздушных машин ниже, чем парокомпрессионных. Более экономичными являются регенеративные воздушные холодильные машины, в которых воздух перед расширением охлаждается либо в противоточном теплообменнике, либо в теплообменнике-регенераторе. В зависимости от давления используемого сжатого воздуха воздушные холодильные машины подразделяются на машины высокого и низкого давления. Различают воздушные машины, работающие по замкнутому и разомкнутому циклу.

Принцип действия термоэлектрических холодильных машин

Термоэлектрический холодильник строится на элементах Пельтье, бесшумен, но большого распространения не получил из-за дороговизны охлаждающих термоэлектрических элементов. Тем не менее, сумки-холодильники, небольшие автомобильные холодильники и кулеры питевой воды часто делаются с охлаждением от элементов Пельтье.

Рис. 2. Термоэлектрический холодильник (может быть сделан портативным). 1 – охлаждающие ребра; 2 – вентилятор; 3 – жалюзи; 4 – термоэлементы; 5 – тепловая изоляция; 6 – холодные пластины.

ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА

Холодильная машина — машина, отводящая тепло от охлаждаемого объекта с помощью низких температур (от 10 до 50 °С). Принцип работы холодильной машины — это тепловой насос. Он состоит в заборе тепла у охлаждаемого тела и передаче его окружающей среде (например, воздуху или воде, которые обладают температурой более высокой, чем охлаждаемое тело). Основная характеристика холодильной машины — это холодопроизводительность, которая может составлять от нескольких сотен ватт до нескольких мегаватт.

Холодильные машины различаются по характеру работы хладоносителя (ее рабочего вещества) и бывают парокомпрессионными, пароэжекторными, абсорбционными, воздушно-расширительными. Работа холодильной машины основана на совершении ее хладагентом холодильного цикла — обратного круговорота термодинамического процесса. Парокомпрессионные, пароэжекторные и абсорбционные машины осуществляют охлаждение тела за счет кипения жидкостей, имеющих низкую температуру кипения.

Воздушно-расширительные холодильные машины охлаждают тело при помощи расширения сжатого воздуха в специальном устройстве — детандере. Способ длительного хранения продуктов или других веществ при помощи их охлаждения, т. е. в охлажденном виде, был известен давно, и это способствовало созданию таких холодильных устройств. Но произошло это только с общим ростом машиностроения в XIX в. Самые первые холодильные машины появились в 1810 г. в Великобритании — конструктор Дж. Лесли; в 1850 г. во Франции — конструктор Ф. Карре; в 1878 г. в Германии — конструктор Ф. Виндхаузен. Самая первая машина была абсорбционная, созданная в начале XIX в., и уже во второй половине XIX в. была построена парокомпрессионная холодильная машина.

Современная промышленность предлагает комплексные решения для различных отраслей. Ярким примером тому служит ЧАО НПП «Холод» holod-ru.com.

Парокомпрессионные холодильные машины

Конструкция включает компрессор, испаритель, конденсатор, теплообменник, терморегулирующий вентиль (дроссель), соединенные между собой трубопроводом. Трубопровод имеет запорную, предохранительную и регулирующую арматуру. По принципу действия различают следующие компрессоры: поршневые, турбокомпрессионные, ротационные, винтовые.

Парокомпрессионные холодильные машины — самые универсальные и распространенные, все их устройства и части обладают высокой герметичностью. Принцип их работы основан на замкнутом цикле, который выполняет циркулирующий хладагент. Кипение хладагента осуществляется в испарителе при низкой температуре, при этом отводится тепло от охлаждаемого тела, образуется пар, который компрессор отсасывает, сжимает и далее направляет в конденсатор.

При конденсации пара образуется жидкость — хладагент, направляющийся через терморегулирующий вентиль и снова возвращающийся в испаритель для начала нового цикла. Чтобы получить низкие температуры (ниже 30 °С), применяют холодильные машины с многоступенчатым (или каскадным) устройством. Многоступенчатые машины имеют несколько ступеней охлаждения для последовательного сжатия пара. Каскадные машины — это последовательность нескольких холодильных машин, они вырабатывают низкую температуру кипения (150 °С).

Пароэжекторные холодильные машины

Конструкция включает эжектор, испаритель, конденсатор, насос, терморегулирующий вентиль. Источник энергии в этих машинах — пар, давление которого 0,3—1 Мн/м2 (3—10 кгс/см2). Хладагент — вода. В эжекторе расширяется пар, поступающий через сопло эжектора, это понижает давление в испарителе и охлаждает воду. Пар из испарителя и из эжектора идет в конденсатор и преобразуется в жидкость с отдачей тепла в окружающую среду.

Абсорбционные холодильные машины

Конструкция включает абсорбер, испаритель, конденсатор, кипятильник, насос, терморегулирующий вентиль. Рабочее вещество — бинарные растворы, кипящие при разной температуре. Раствор с более высокой температурой кипения — абсорбент, раствор с более низкой температурой кипения — хладагент.

Если температуры от 0 до 45 °С, то рабочее вещество — раствор аммиака. Хладагент — аммиак. Если температуры больше 0 °С, то рабочее вещество — водный раствор бромида лития. Хладагент — вода. Хладагент испаряется, отводя тепло от охлаждаемого тела, и пар впитывает абсорбер. Концентрированный раствор, образованный при этом, насос откачивает в кипятильник, где хладагент испаряется. Абсорбционные машины эффективно используются на объектах с вторичными энергоресурсами: отработанными водой, газами, паром.

Воздушно-расширительные холодильные машины — это холодильногазовые машины с температурами 80 °С. Хладагент — воздух с различным давлением. Но эффективность воздушно-расширительных машин ниже, чем у парокомпрессионных.

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

Холодильные машины и установки предназначены для искусственного снижения и поддержания пониженной температуры ниже температуры окружающей среды от 10 °С и до -153 °С в заданном охлаждаемом объекте. Машины и установки для создания более низких температур называются криогенными. Отвод и перенос теплоты осуществляется за счет потребляемой при этом энергии. Холодильная установка выполняется по проекту в зависимости от проектного задания, определяющего охлаждаемый объект, необходимого интервала температур охлаждения, источников энергии и видов охлаждающей среды (жидкая или газообразная).

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.

Началом развития холодильного машиностроения в широких размерах можно считать создание Карлом Линде в 1874 году первой аммиачной паро-компрессорной холодильной машины. С тех пор появилось много разновидностей холодильных машин, которые можно сгруппировать по принципу работы следующим образом: паро-компрессионнные, упрощенно называемые компрессорные, обычно с электроприводом; теплоиспользующие холодильные машины: абсорбционные холодильные машины и пароэжекторные; воздушно-расширительные, которые при температуре ниже -90 °С экономичнее компрессорных, и термоэлектрические, которые встраиваются в приборы.

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.

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.

Чтобы отводимая от «холодного» источника теплота могла быть отдана «горячему» источнику (обычно — окружающему воздуху), необходимо поднять температуру рабочего тела выше температуры окружающей среды. Это достигается быстрым (адиабатным) сжатием рабочего тела с затратой работы или подводом к нему теплоты извне.

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.

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

Рис. 14. Схема воздушной холодильной установки: ХК — холодильная камера; К — компрессор; ТО — теплообменник; Д — расширительный цилиндр (детандер)

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

Фреон R-12 ССl2F2

Фреон R-22 CHF2CI

Фреон R-134A CF3CFH2

В XX веке в качестве хладагентов широко применяли различные фреоны на основе фторхлоруглеродов. Они вызывали активное разрушение озонового слоя, в связи, с чем в настоящее время их применение ограничено, и в качестве основного хладагента используют хладагент К- 134А (открыт в 1992 году) на основе этана. Его термодинамические свойства близки к свойствам фреона К-12. У обоих хладагентов несущественно различаются молекулярные массы, теплоты парообразования и температуры кипения, но, в отличие от К-12, хладагент К-134А не агрессивен по отношению к озоновому слою Земли.

Схема ПКХУ и цикл в T-s-координатах показаны на рис. 15 и 16. В ПКХУ понижение давления и температуры осуществляется дросселированием хладагента при его протекании через редукционный вентиль РВ, проходное сечение которого может изменяться.

Хладагент из холодильной камеры ХК поступает в компрессор К, в котором адиабатно сжимается в процессе 1 -2. Образующийся при этом сухой насыщенный пар поступает в КД, где конденсируется при постоянных значениях давления и температуры в процессе 2-3. Выделяющаяся теплота q1 отводится к «горячему» источнику, которым в большинстве случаев является окружающий воздух. Образовавшийся конденсат дросселируется в редукционном вентиле РВ с переменным проходным сечением, что позволяет изменять давление выходящего из него влажного пара (процесс 3-4).

Рис. 15. Принципиальная схема (а) и цикл в T-s-координатах (б) парокомпрессорной холодильной установки: КД — конденсатор; К — компрессор; ХК — холодильная камера; РВ — редукционный вентиль

Поскольку протекающий при неизменном значении энтальпии (h3 — h) процесс дросселирования необратим, его изображают пунктирной линией. Полученный в результате процесса влажный насыщенный пар небольшой степени сухости попадает в теплообменник холодильной камеры, где при постоянных значениях давления и температуры испаряется за счет теплоты q2b отбираемой от находящихся в камере предметов (процесс 4-1).

Рис. 16. Принципиальная схема парокомпрессорного холодильника: 1 — холодильная камера; 2 — теплоизоляция; 3 — компрессор; 4 — сжатый горячий пар; 5 — теплообменник; 6 — охлаждающий воздух или охлаждающая вода; 7 — жидкий хладагент; 8 — дроссельный вентиль (расширитель); 9 — расширившаяся, охлажденная и частично испарившаяся жидкость; 10 — охладитель (испаритель); 11 — испарившийся теплоноситель

В результате «подсушивания» степень сухости хладагента растет. Количество теплоты, отбираемой у охлаждаемых в холодильной камере предметов, в Т-Б-координатах определяется площадью прямоугольника под изотермой 4-1.

Использование в ПКХУ легкокипящих жидкостей в качестве рабочего тела позволяет приблизиться к обратному циклу Карно.

Вместо дросселирующего вентиля для понижения температуры можно использовать и расширительный цилиндр — детандер (см. рис. 14). При этом установка будет работать по обратному циклу Карно (12-3-5-1). Тогда теплота, отбираемая у охлаждаемых предметов, будет большей — она определится площадью под изотермой 5-4-1. Несмотря на частичную компенсацию затрат энергии на привод компрессора положительной работой, получаемой при расширении хладагента в расширительном цилиндре, такие установки не применяют ввиду их конструктивной сложности и больших габаритных размеров. К тому же в установках с дросселем переменного сечения гораздо проще регулировать температуру в холодильной камере.

Рис 17. Цикл парокомпрессорной холодильной установки с перегревом рабочего тела

Для этого достаточно лишь изменить площадь проходного сечения дросселирующего вентиля, что приводит к изменению давления и соответствующей ему температуры насыщенных паров хладагента на выходе из вентиля.

В настоящее время вместо поршневых компрессоров в основном используют лопаточные компрессоры (рис. 18). О большей экономичности ПКХУ по сравнению с воздушными установками свидетельствует и тот факт, что отношение холодильных коэффициентов ПКХУ и обратного цикла Карно

Источники:
Реферат Холодильные машины
Реферат: Холодильные машины Содержание Введение Холодильная машина Принцип действия компрессионных холодильных машин Принцип действия абсорбционных холодильных машин Принцип действия пароэжекторн…
http://ek-b.ru/promyshlennost_proizvodstvo/referat_xolodilnye_mashiny.html
ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА 1
Холодильная машина — машина, отводящая тепло от охлаждаемого объекта с помощью низких температур (от 10 до 50 °
http://enciklopediya-tehniki.ru/promyshlennost-na-h/holodilnaya-mashina.html
Холодильные машины и установки
Холодильные машины и установки. Устройство, виды, принцип действия холодильных машин. Холодильные машины и установки предназначены для искусственного снижения и поддержания пониженной
http://www.eti.su/articles/over/over_1534.html

COMMENTS