Chladicí stroje a zařízení. Konstrukce, typy, princip činnosti chladicích strojů.

Chladicí stroje a zařízení jsou určeny k umělému snižování a udržování nízké teploty pod teplotou okolí od 10 °C do -153 °C v daném chlazeném objektu. Stroje a zařízení pro vytváření nižších teplot se nazývají kryogenní. Odvod a přenos tepla se provádí v důsledku spotřebované energie. Chladicí jednotka se provádí dle projektu v závislosti na specifikaci návrhu, která definuje chlazený objekt, požadovaný rozsah chladících teplot, zdroje energie a druhy chladícího média (kapalné nebo plynné).

Chladicí jednotka se může skládat z jednoho nebo více chladicích strojů vybavených pomocnými zařízeními: napájecím a vodovodním systémem, přístrojovými, regulačními a ovládacími zařízeními a také systémem výměny tepla s chlazeným objektem. Chladicí jednotku lze instalovat uvnitř, venku, v dopravě a v různých zařízeních, ve kterých je potřeba udržovat danou nízkou teplotu a odvádět přebytečnou vzdušnou vlhkost.

Systém výměny tepla s chlazeným objektem může být s přímým chlazením chladivem, v uzavřeném systému, v otevřeném systému, jako při chlazení suchým ledem, nebo vzduchem ve vzduchovém chladicím stroji. Uzavřený systém může mít také mezilehlé chladivo, které přenáší chlad z chladicí jednotky do chlazeného objektu.

Vytvoření prvního čpavkového parního kompresorového chladicího stroje Karlem Lindem v roce 1874 lze považovat za počátek rozvoje chladicí techniky ve velkém měřítku. Od té doby se objevilo mnoho druhů chladicích strojů, které lze seskupit podle principu činnosti následovně: parní komprese, jednoduše nazývaná kompresor, obvykle s elektrickým pohonem; chladicí stroje využívající teplo: absorpční chladicí stroje a parní ejektor; vzduchové expanze, které jsou hospodárnější než kompresorové při teplotách pod -90 °C, a termoelektrické, které jsou zabudovány do zařízení.

Každý typ chladicích jednotek a strojů má své vlastní charakteristiky, podle kterých se volí oblast jejich použití. V současné době se chladicí stroje a zařízení používají v mnoha oblastech národního hospodářství i v každodenním životě.

2. Termodynamické oběhy chladicích jednotek

Přenos tepla z méně vyhřívaného na více vyhřívaný zdroj je možný, pokud je organizován jakýkoli kompenzační proces. V tomto ohledu jsou cykly chladicích jednotek vždy realizovány v důsledku spotřeby energie.

Aby se teplo odebrané ze zdroje „studeného“ přeneslo do zdroje „horkého“ (zpravidla okolní vzduch), je nutné zvýšit teplotu pracovní tekutiny nad teplotu okolí. Toho je dosaženo rychlým (adiabatickým) stlačováním pracovní tekutiny s vynaložením práce nebo přívodem tepla k ní zvenčí.

V reverzních cyklech je množství tepla odebraného z pracovní tekutiny vždy větší než množství dodaného tepla a celková práce stlačení je větší než celková práce expanze. Díky tomu jsou zařízení pracující v podobných cyklech spotřebiteli energie. Takové ideální termodynamické cykly chladicích jednotek již byly diskutovány výše v odstavci 10 tématu 3. Chladicí jednotky se liší v použité pracovní tekutině a principu činnosti. Přenos tepla ze „studeného“ zdroje na „teplý“ může být proveden z důvodu nákladů na práci nebo nákladů na teplo.

2.1. Jednotky chlazení vzduchu

Ve vzduchových chladicích jednotkách se vzduch používá jako pracovní tekutina a teplo se přenáší ze „studeného“ zdroje do „horkého“ zdroje prostřednictvím vynaložení mechanické energie. Snížení teploty vzduchu potřebného k chlazení chladicí komory je v těchto instalacích dosaženo v důsledku její rychlé expanze, ve které je omezena doba výměny tepla a práce je prováděna především díky vnitřní energii, díky níž teplota kapek pracovní kapaliny. Schéma jednotky chlazení vzduchu je na obr. 7.14

Obr. 14. Schéma chladicí jednotky vzduchu: ХК – chladicí komora; K – kompresor; TO – výměník tepla; D – expanzní válec (expandér)

Teplota vzduchu vstupujícího z chladicí komory XK do válce kompresoru K stoupá v důsledku adiabatické komprese (proces 1 – 2) nad teplotu okolí T3. Při proudění vzduchu trubkami výměníku TO klesá jeho teplota při konstantním tlaku – teoreticky na okolní teplotu T3. V tomto případě vzduch uvolňuje teplo q (J/kg) do okolí. Výsledkem je, že měrný objem vzduchu dosáhne minimální hodnoty v3 a vzduch proudí do válce expanzního válce – expandéru D. V expandéru je díky adiabatické expanzi (proces 4-3) vykonána užitečná práce ekvivalentní do ztmavené oblasti 5-6-4-3-4 , teplota vzduchu klesne pod teplotu položek chlazených v chladicím oddílu. Takto ochlazený vzduch vstupuje do chladicí komory. V důsledku výměny tepla s chlazenými předměty stoupá teplota vzduchu při konstantním tlaku (izobar 1-1) na výchozí hodnotu (bod 2). V tomto případě je teplo q2 (J/kg) dodáváno z chlazených předmětů do vzduchu. Hodnota q 1, nazývaná chladící kapacita, je množství tepla přijatého XNUMX kg pracovní tekutiny z chlazených předmětů.

2.2. Chladicí jednotky s parním kompresorem

V parokompresních chladicích jednotkách (SCRU) se jako pracovní kapalina používají nízkovroucí kapaliny (tab. 1), což umožňuje realizovat procesy přívodu a odvodu tepla podle izoterm. K tomuto účelu se používají procesy varu a kondenzace pracovní tekutiny (chladiva) při konstantních hodnotách tlaku.

Bod varu tvar při tlaku p = 0,1 MPa, °C

Kritická teplota, °C

Teplota tuhnutí, tfreeze, °С

Latentní výparné teplo při bodu varu, kJ/kg

Doba čtení 6 min Zveřejněno 14.12.2019

Chladicí zařízení funguje podle jednoduchého schématu, ale ne každý mu rozumí. Podělím se o to, z jakých komponent se zařízení skládá a jak funguje. Dozvíte se, jak je uspořádán mechanismus provozu zařízení s jedním a dvěma motory.

Jak funguje lednička pro začátečníky

Samotné zařízení nevytváří chlad, funguje jako tepelné čerpadlo. Technologie chlazení je zjednodušeně řečeno následující: zařízení přenáší teplo z chladicího prostoru do místnosti. Pro splnění tohoto úkolu je zařízení vybaveno následujícími komponenty:

• 1 nebo 2 kompresory;
• kondenzátor, známý také jako externí chladič;
• výparník;
• freon.

Při odpařování se jakákoli kapalina ochlazuje. Při stlačování a kondenzaci se zahřívá. Vysvětlím to jasně na příkladech:

1. Chladivo, ohřáté na +5 stupňů, proniká do kompresoru.
2. Stlačí ho do kapalného stavu.
3. Během kondenzace se činidlo zahřeje až na +40 stupňů.
4. Poté pod vlivem tlaku přechází činidlo do kondenzátoru, kde se ochladí na +25 stupňů.
5. Chladivo vstupuje do výparníku, kde expanduje a vaří.
6. Freon se ochladí na 0 stupňů a ochladí chladicí komoru.
7. Odebíráním tepla z hlavního prostoru se teplota freonu zvýší na +5 stupňů.
8. Proces se opakuje.

Toho je dosaženo fyzikálními vlastnostmi látky. Její bod varu je výrazně nižší než 0 stupňů, takže vře a přechází do páry.

Konstrukce a princip činnosti chladničky

Kapalinná pracovní hmota proudí do výparníku a okamžitě se rozpíná a přeměňuje se na plynnou strukturu. Její teplotní ukazatele se snižují a uvnitř zařízení se stává chladnější než mikroklima. V důsledku toho se značka na teploměru v sekci zkracuje a freon se zahřívá.

Kompresor

Motor chladicího zařízení se dělí na invertorový a lineární. Spuštěním kompresoru se chladivo pohybuje trubkami a vytváří ochlazování v komorách. Mechanismus je schopen vytvořit tlakový rozdíl mezi výtlačnou a přijímací trubkou pro dobrou cirkulaci chladiva. Celý provoz chladničky závisí na fungování kompresoru.

Kondenzátor (externí radiátor)

Změny teploty v místnosti způsobují různé procesy, které vedou ke vzniku vlhkosti. Kondenzátor je důležitým prvkem systému a je to trubice o tloušťce až 5 mm. Jeho funkcí je odvádět teplý vzduch z pracovní kapaliny do místnosti. U mnoha modelů je kondenzátor umístěn v zadní části zařízení, protože mechanický náraz ho může poškodit.

Odpařovač

Výparník pracovní kapaliny je zodpovědný za chlazení prostředí. Tato součást je umístěna na vnější nebo vnitřní straně mrazničky. Snižuje míru vlivu prostředí na vnitřní klima.

Kapilární trubice

Zařízení využívá plyn, který zajišťuje pokles teploty v hlavní komoře a mrazáku. Ke snížení tlaku se používá kapilární trubice o tloušťce 1,5–3 mm. Je umístěna mezi kondenzátorem a odpařovacím prostorem.

Filtr sušička

Skupenství plynu v chladničce musí zůstat nezměněné. Někdy se do něj dostane voda, která je odstraněna speciálním filtrem. Jedná se o trubici o tloušťce 10-20 mm. Konce dehydratátoru jsou zasunuty do kapilární trubice a kondenzátoru. Je zajištěn vysoký stupeň utěsnění.

Uvnitř filtru se nachází zeolit, což je minerální látka s porézní texturou. Díky instalaci síťky se prvek nedostává do systému. Ani při delším používání není nutné měnit trubici.

Důležité: Některé společnosti nabízejí možnost výměny filtru, kdy se starý materiál odstraní a nahradí novým.

Termostatický ventil (TRV, vařák)

Přídavný kotel je nutný k udržení požadovaného tlaku v odpařovací sekci prostřednictvím kapalné pracovní směsi a k regulaci spotřeby freonu v závislosti na teplotních podmínkách. Ventil je namontován ve směru distribuce freonu. Chladivo za přídavným kotlem expanduje, což má za následek náhlý pokles tlaku a teploty v chladicí sekci. Freon začne vřít a postupně odvádí teplé vzduchové masy z komory.

Uvnitř tělesa ventilu je otvor, do kterého je umístěna tryska nebo proud. Hlavním účelem je udržovat požadovaný objem chladiva dodávaného do výparníku.

Termostatický ventil (TERV) udržuje konstantní přehřátí freonových par při opuštění odpařovací komory. Ventil je ideálním expanzním mechanismem pro zařízení a split systémy. Umožňuje přizpůsobit rychlost odpařování průtoku chladiva.

Regulátor teploty

Termostat řídí teplotu v chladničce a vysílá signály do motoru, který zapíná nebo vypíná v závislosti na stupni chlazení v zařízení. Obsluha je jednoduchá – na jedné straně termostatu je hermeticky uzavřená trubice s freonem. Na druhém konci jsou kontakty elektrického obvodu, kterým je motor ovládán.

Termostat má pružinu. Ta stlačuje a uvolňuje kontakty. Právě její činnost určuje, jak dobře budou plnit svůj úkol. Napínací síla se nastavuje přepínací pákou.

Princip fungování dvoukomorové chladničky

Zařízení se dvěma komorami se liší od jednokomorového tím, že každá jeho sekce má svůj vlastní výparník. V takovém zařízení jsou také obě sekce umístěny odděleně. U dvoukomorových modelů je mraznička umístěna dole a hlavní sekce nahoře.

S jedním kompresorem

V každodenním životě se nejčastěji používají zařízení s jedním motorem. Použití takové jednotky je pro majitele levnější. Její provoz je vždy spojen se současným chlazením obou prostorů.

Se dvěma kompresory

Dvoukomorové zařízení funguje jednoduše – nejprve pracovní plynná hmota sníží teplotu ve výparníku mrazničky na nastavenou mínusovou teplotu. Poté se kapalina přesune do odpařovací sekce hlavní komory. Když výparník dosáhne požadované mínusové teploty, sepne se termostat, který zastaví kompresor.

Důležité: U zařízení se dvěma komorami můžete vypnout jednu komoru, jejíž provoz majitel nepotřebuje.

Jak funguje samorozmrazování

S příchodem chladniček vybavených speciálními systémy, které zabraňují tvorbě ledu v komorách, se problémy s námrazou staly irelevantní.

Odkapávací systém (Direct Cool)

Na zadní straně zařízení je výparník. V něm cirkuluje chladicí kapalina. Umožňuje komoře dosáhnout požadované teploty. V okamžiku zamrznutí se objeví tenká vrstva ledu, podobná jinovatce. To se vysvětluje tím, že voda kondenzuje na chladnějším povrchu.

Po vypnutí motoru se led roztaje a otvorem proudí do výparníku. Cyklus se poté opakuje. Systém odkapávání funguje automaticky a střídá procesy mrazení a rozmrazování. Díky tomu silná vrstva ledu mizí. Udržovaná optimální vlhkost, která zaručuje dlouhou trvanlivost produktů, funguje perfektně.

Důležité: Chladnička se odmrazuje až 4krát denně po stejné době. Zařízení udržuje suché klima.

Jak funguje chladnička No Frost

Výraz se překládá jako „bez mrazu“. Zařízení má vestavěný ventilátor, který přenáší chlad z výparníku umístěného v mrazáku. Chladivý proud se nejprve rozprostírá po mrazáku a poté proudí otvory do chladicího prostoru.

Díky cirkulaci vzduchu je teplota rovnoměrně rozložena v celém zařízení. K odstranění ledu se používá topné těleso umístěné pod výparníkem. Zapíná se několikrát denně časovačem. Voda vytéká ven.

Invertorové a klasické chladničky

Invertorová zařízení jsou tak pojmenována podle principu fungování kompresoru. Liší se od lineárních motorů tím, že otáčky kompresoru lze měnit. To znamená, že jednotka může přepínat z jednoho provozního režimu do druhého.

Řídicí jednotka chladničky mění střídavý proud na stejnosměrný a poté jej zpět na střídavý proud, ale s jinou frekvencí. Tento proces se nazývá inverze. Takové změny pomáhají provádět přesné nastavení výstupních parametrů zátěže.

Informace o principech fungování a mechanismech chladničky mohou být užitečné, pokud se zařízení náhle porouchá. Majitel bude schopen určit místo poruchy nebo jejímu vzniku zabránit.