Что такое машинное охлаждение кратко

Обновлено: 05.07.2024

Машинное охлаждение как способ получения холода за счет изменения агрегатного состояния хладагента. Испаритель как охлаждающая батарея, поглощающая тепло окружающей среды. Хладагенты как рабочие вещества паровых холодильных машин и их характеристика.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 07.03.2011
Размер файла 255,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Машинное охлаждение -- способ получения холода за счет изменения агрегатного состояния хладагента, кипения его при низких температурах с отводом от охлаждаемого тела или среды необходимой для этого теплоты парообразования.

Для последующей конденсации паров хладагента требуется предварительное повышение их давления и температуры.

В основу машинного способа охлаждения может быть положено также адиабатическое (без подвода и отвода тепла) расширение сжатого газа. При расширении сжатого газа температура его значительно понижается, так как внешняя работа в этом случае совершается за счет внутренней энергии газа. На этом принципе основана работа воздушных холодильных машин.

Охлаждение путем расширения сжатого газа, в частности воздуха, отлично от всех способов охлаждения. Воздух при этом не меняет своего агрегатного состояния, как лед, смеси и хладон, он только нагревается, воспринимая теплоту окружающей среды (от охлаждаемого тела).

Широкое применение машинного охлаждения в торговле объясняется рядом его эксплуатационных свойств и экономических преимуществ. Стабильный и легко регулируемый температурный режим, автоматическое действие холодильной машины без больших затрат труда на техническое обслуживание, лучшие санитарно-гигиенические условия хранения продуктов, компактность и общая экономичность определяют целесообразность применения машинного охлаждения.

На предприятиях оптовой и розничной торговли используют в основном паровые холодильные машины, действие которых основано на кипении при низких температурах специальных рабочих веществ -- хладагентов Паровые холодильные машины подразделяют на компрессионные, в которых пары хладагента подвергаются сжатию в компрессоре с затратой механической энергии, и абсорбционные, в которых пары хладагента поглощаются абсорбентом.

Устройство и принцип действия компрессионной холодильной машины. Компрессионная холодильная машина (рис. 3.1) состоит из следующих основных узлов: испарителя, компрессора, конденсатора, ресивера, фильтра, терморегулирующего вентиля. Автоматическое действие машины обеспечивается терморегулирующим вентилем и регулятором давления. К вспомогательным аппаратам, способствующим повышению экономичности и надежности работы машины, относятся: ресивер, фильтр, теплообменник, осушитель. Машина приводится в действие электродвигателем.

Испаритель -- охлаждающая батарея, которая поглощает тепло окружающей среды за счет кипящего в ней при низкой температуре хладагента. В зависимости от вида охлаждаемой среды различают испарители для охлаждения жидкости и воздуха.

Рис. Схема устройства компрессионной холодильной машины: 1 -- компрессор; 2 -- конденсатор; 3 -- ресивер; 4 -- фильтр; 5 -- терморегулирующий вентиль; 6 -- испаритель; 7 -- охлаждаемая камера; 8 -- электродвигатель; 9 -- магнитный пускатель; 10 -- кнопочный включатель; 11 -- реле давления.

Компрессор предназначен для отсасывания паров хладагента из испарителя, сжатия и нагнетания их в перегретом состоянии в конденсатор. В малых холодильных машинах применяют поршневые и ротационные компрессоры, причем наибольшее распространение получили поршневые.

Конденсатор -- теплообменный аппарат, служащий для сжижения паров хладагента путем их охлаждения. По виду охлаждающей среды конденсаторы выпускают с водяным и воздушным охлаждением. Конденсаторы с принудительным движением воздуха имеют вертикально расположенные плоские змеевики из медных или стальных оребренных труб Естественное воздушное охлаждение применяется, только в холодильных машинах бытовых электрохолодильников Конденсаторы с водяным охлаждением бывают кожухозмеевиковые и кожухотрубные.

Ресивер -- резервуар, служащий для сбора жидкого хладагента с целью обеспечения его равномерного поступления к терморегулирующему вентилю и в испаритель. В малых хладоновых машинах ресивер предназначен для сбора хладагента во время ремонта машины.

Фильтр состоит из медных или латунных сеток и суконных прокладок. Он служит для очистки системы и хлад агента от механических загрязнений, образовавшихся в результате недостаточной очистки их при изготовлении монтаже и ремонте. Фильтры бывают жидкостные и паровые. Жидкостный фильтр устанавливается после ресивера перед терморегулирующим вентилем, паровой -- на всасывающей линии компрессора.

Для предотвращения попадания ржавчины и механических частиц в цилиндры малых фреоновых холодильных машин, во всасывающую полость компрессора вставляют фильтр в виде стаканчика из латунной сетки.

Терморегулирующий вентиль обеспечивает равномерное поступление хладона в испаритель, распыляет жидкий хладагент, тем самым понижает давление конденсации до давления испарения.

От правильной регулировки терморегулирующего вентиля во многом зависит экономичность работы холодильном машины. Избыток жидкого хладона в испарителе вследствие влажного хода компрессора может привести к возникновению гидравлического удара. При недостаточном заполнении испарителя жидкостью часть поверхности его не используется, что ведет к нарушению нормального режима работы машины и понижению температуры испарения хладагента.

Регулятор давления состоит из прессостата (регулятора низкого давления) и маноконтроллера (выключателя высокого давления). Для регулировки температурного режима в определенных пределах необходимо, чтобы холодопроизводительность холодильной машины всегда превышала приток тепла к ней. Поэтому в нормальных условиях нет необходимости в непрерывной работе холодильной машины.

Периодическое включение холодильной машины осуществляется прессостатом автоматически. Требуемый температурный режим достигается путем регулирования продолжительности перерывов работы холодильной машины. Маноконтроллер служит для защиты от чрезмерного повышения давления в линии нагнетания. При повышении давления в конденсаторе свыше 10 атм. (норма -- 6--8 атм.) он размыкает цепь катушки магнитного пускателя, питание электродвигателя отключается и холодильная машина останавливается.

Работа холодильной машины происходит следующим образом. Легкоиспаряющаяся жидкость (хладон-12) поступает через терморегулирующий вентиль в испаритель. Попадая в условия низкого давления, она кипит, превращаясь в пар, и при этом отбирает тепло у воздуха, окружающего испаритель.

Из испарителя пары хладона отсасываются компрессором, сжижаются и в перегретом от сжатия состоянии нагнетаются в конденсатор. В охлаждаемом водой или воздухом конденсаторе они превращаются в жидкость. Жидкий хладон стекает по трубам конденсатора и скапливается в ресивере, откуда под давлением проходит через фильтр, где задерживаются механические примеси (песок, окалина и др.).

Очищенный от примеси хладон, проходя через узкое отверстие терморегулирующего вентиля, дросселируется (мнется), распыляется и при резком снижении давления и температуры поступает в испаритель, после чего цикл повторяется.

Рабочий цикл холодильной машины с учетом взаимодействия приборов автоматики состоит в следующем. При выключенном электродвигателе контакты реле давления разомкнуты, терморегулирующий вентиль не пропускает жидкий хладон из конденсатора в испаритель, так как игла до конца вошла в седловину и плотно закрыла проходное сечение. В испарителе в это время продолжается процесс кипения оставшегося после выключения машины жидкого хладагента. От притока внешнего тепла температура испарителя постепенно повышается и, следовательно, давление скопившихся в нем паров возрастает. Давление в испарителе будет расти до тех пор, пока прессостат реле давления не замкнет контакты, и машина не вступит в работу.

С включением машины в работу начинается отсос перегретых паров из испарителя в компрессор. Это влечет за собой повышение температуры и давления в чувствительном патроне терморегулирующего вентиля, вследствие чего игольчатый клапан открывает проходное отверстие. Жидкий хладагент, интенсивно кипя, устремляется в трубы испарителя. Кипение сопровождается значительным понижением температуры парожидкостной смеси, в результате чего охлаждаются стенки испарителя, окружающий его воздух и скоропортящиеся продукты.

Понижение температуры окружающей среды снижает величину теплопритока, Кипение становится менее интенсивным, сокращается количество пара, падает давление в испарителе до предела, при котором реле давления размыкает контакты и машина останавливается. К моменту выключения машины уменьшается подача жидкого хладагента в испаритель, поскольку избыток поступившего в него хладагента ведет к снижению температуры выходящих паров и к автоматическому прикрытию игольчатого клапана терморегулирующего вентиля. Через несколько секунд после остановки машины давление в термобаллоне и испарителе окончательно сравнивается и игольчатый клапан закрывается.

получение машинный холод хладагент

Хладагенты -- это рабочие вещества паровых холодильных машин, с помощью которых обеспечивается получение низких температур. Наиболее распространенные из них -- хладон и аммиак.

При выборе хладагента руководствуются его термодинамическими, теплофизическими, физико-химическими и физиологическими свойствами. Важное значение имеет также его стоимость и доступность. Хладагенты не должны быть ядовиты, не должны вызывать удушья и раздражения слизистых оболочек глаз, носа и дыхательных путей человека.

Хладон-12 (R-12) имеет химическую формулу CHF2C12 (дифтордихлорметан). Он представляет собой газообразное бесцветное вещество со слабым специфическим запахом, который начинает ощущаться при объемном содержании его паров в воздухе свыше 20%. Хладон-12 обладает хорошими термодинамическими свойствами.

Хладон-22 (R-22), или дифтормонохлорметан (CHF2C1), так же как и хладон-12, обладает хорошими термодинамическими и эксплуатационными свойствами. Отличается он более низкой температурой кипения и более высокой теплотой парообразования. Объемная холодопроизводительность хладона-22 примерно в 1,6 раза больше, чем хладона-12.

Аммиак (NH3) -- бесцветный газ с удушливым сильным характерным запахом. Аммиак имеет достаточно высокую объемную холодопроизводительность. Производство его основано главным образом на методе соединения водорода с азотом при высоком давлении с наличием катализатора. Аммиак применяют и для получения низких температур (до - 70°С) при глубоком вакууме. Теплота парообразования, теплоемкость и коэффициент теплопроводности у аммиака выше, а вязкость жидкости меньше, чем у хладонов. Поэтому он имеет высокий коэффициент теплоотдачи. Стоимость аммиака невысока по сравнению с другими хладагентами.

Как известно, некоторые хладагенты обладают озоноразрушающей способностью, что не может не тревожить международную общественность.

Хлорсодержащие хладагенты, достигая стратосферы, разлагаются там ультрафиолетовыми лучами и высвобождают хлор, быстро реагирующий с озоном, разрушая, таким образом, озоновый слой.

Способность хлорсодержащих хладагентов вызывать этот процесс называется озоноразрушающим потенциалом - ОРП.

Рис. Озоноразрушающий потенциал

Способность различных веществ вызывать процессы глобального потепления называется потенциалом глобального потепления -- ПГП (рис 3.3).

Рис. Потенциал глобального потепления

Продолжительность жизни хладагентов в атмосфере также очень важный фактор. Это показатель времени, в течение которого различные вещества сохраняются в атмосфере и могут влиять на окружающую среду. Иными словами, чем дольше химикат или хладон сохраняется в атмосфере, тем он менее экологически безопасен (рис 3 4).

Рис. Срок жизни хладагентов в атмосфере

В 1985г. в Вене была принята Конвенция о защите озонового слоя. К ней присоединились 127 государств, включая Россию и страны СНГ.

В 1989г. вступил в силу Монреальский протокол о постепенном сокращении, а затем и о полном прекращении в 2030г. выпуска озоноразрушающих хладагентов. К опасным группам были отнесены хладоны R-11, R-12, R-113, R-114, R-115, R-12B1, R-13B1, R-114B2. В 90-х гг. текст протокола был ужесточен путем введения ограничений не только на производство, но и на торговлю, экспорт и импорт любой холодильной техники, содержащей озоноразрушающие вещества.

Российская Федерация приняла на себя обязательства, вытекающие из Монреальского протокола об охране озонового слоя. Согласно принятым решениям, R-502 запрещен к производству с 1 января 1996г. Для R-22 установлены более отдаленные сроки -- сокращение производства и использования с 2005г. и полный запрет начиная с 2020г.

Для замены R-502 и R-22 основными мировыми производителями химической продукции были разработаны и выпускаются переходные (с содержанием хлорфторуглеводородов) и озонобезопасные (состоящие только из фторуглеводородов) смеси хладагентов.

К переходным хладагентам относятся R-402, R-403B и R-408A, которые могут использоваться в действующем оборудовании. Большая часть этих новых рабочих веществ появилась сегодня на российском рынке.

Озонобезопасные хладагенты R-507, R-404A, R-134A можно рекомендовать как для работы в новом оборудовании, так и для реконструкции низкотемпературных холодильных систем. Они разработаны для замены R-22 в действующем и выпускающему в настоящее время оборудовании.

Для производителей все более трудным становится рациональный подбор хладагента применительно к конкретному объекту. Поэтому проблема использования в качестве хладагентов природных веществ, и в первую очередь аммиака, наиболее актуальна сейчас у производителей холодильного оборудования.

Аммиачные холодильные установки эксплуатируются уже около 120 лет. В России подавляющая часть потребности в холоде для стационарных холодильников обеспечивается именно аммиачными холодильными установками.

В 90-х гг. и в Западной Европе значительно расширилось использование аммиака, поскольку он:

* не разрушает озоновый слой,

* не оказывает прямого воздействия на глобальный тепловой эффект;

* обладает отличными термодинамическими свойствами;

* имеет высокий коэффициент теплоотдачи при кипении и конденсации;

* имеет высокую энергетическую эффективность в холодильном цикле;

* обладает низкой стоимостью, производство его доступно, проблемы его воспламеняемости и токсичности сегодня разрешимы, что делает его привлекательным для производителей холодильного оборудования.

Подобные документы

Использование холода в кондитерском производстве. Оптимальные параметры охлаждающих сред для производства конфет. Группировка потребителей холода по изотермам холода. Расчет термодинамических циклов холодильных машин. Схема системы хладоснабжения.

курсовая работа [71,1 K], добавлен 19.06.2011

Физические основы получения искусственного холода. Холодильные агенты и промежуточные хладоносители, их свойства и требования, предъявляемые к ним. Типы холодильных машин и агрегатов, системы охлаждения, ремонт установок и задачи их эксплуатации.

контрольная работа [44,9 K], добавлен 29.03.2011

Системы охлаждения холодильных камер. Основные способы получения холода. Устройство и принцип действия компрессионной холодильной машины. Холодильные машины и агрегаты, применяемые в современной торговой деятельности. Их конструкция и основные виды.

курсовая работа [1,3 M], добавлен 17.04.2010

Разработка системы управления технологическим процессом получения холода и управляющей программы для нее. Расчет экономического эффекта от ее внедрения. Выбор аппаратных средств контроля регулирования. Определение настроечных параметров регулятора.

дипломная работа [935,5 K], добавлен 21.08.2013

История и современное состояние испарителей холодильных установок. Камерные приборы тихого охлаждения. Классификация и конструкции основных типов испарителей холодильных установок. Камерные приборы тихого охлаждения. Модернизация атмосферных испарителей.

курсовая работа [5,3 M], добавлен 12.10.2013

Изучение термодинамических диаграмм холодильных агентов. Построение цикла в диаграммах. Агрегатное состояние хладагента и значение его параметров в узловых точках. Характеристика процессов, составляющих цикл. Нанесение линии заданной температуры кипения.

творческая работа [13,0 K], добавлен 13.05.2009

Использование в холодильной технике летучих жидкостей. Наиболее употребительные хладагенты. Простой паровой цикл механической холодильной машины. Единицы измерения холода. Термоэлектрическое охлаждение. Схема компрессионной холодильной установки.

Машинное (искусственное) охлаждение широко применяется в торговле в связи с простотой поддержания требуемых температурных режимов, небольшой трудоемкостью при эксплуатации по сравнению с другими способами охлаждения. Машинное охлаждение наиболее совершенно в санитарно - гигиеническом отношении и позволяет создать весьма благоприятные условия хранения скоропортящихся продуктов при требуемой температуре.

Принцип действия холодильной техники, применяемой при машинном охлаждении, основан на получении низких температур за счет изменения агрегатного состояния специального вещества —холодильного агента. Холодильный агент вследствие кипения его при низких температурах отводит от охлаждаемого тела или среды тепло, а затем передает его при последующей конденсации паров окружающей среде при относительно высоких температурах. Для осуществления этого процесса необходимы затраты энергии и наличие замкнутого цикла, что обеспечивается паровыми холодильными машинами.

По способу повышения давления и температуры паров перед конденсацией паровые холодильные машины разделяют на компрессионные, в которых сжатие паров осуществляется компрессором с затратой для этого механической энергии, и абсорбционные, в которых поглощение паров обеспечивается соответствующим абсорбентом, а выделение паров происходит путем выпаривания раствора и затраты тепловой энергии.

Самым совершенным способом получения искусственного холода высокого качества является машинный способ охлаждения, позволяющий автоматически поддерживать требуемые температурные режимы в охлаждаемых объектах.
Машинные способы охлаждения основаны на передаче тепла от менее нагретого тела (воздух охлаждаемого помещения) к более нагретому (окружающая среда). В большинстве холодильных машин, кроме установок воздушного охлаждения, для такого переноса тепла используется холодильный агент — вещество, имеющее низкую температуру кипения при нормальном атмосферном давлении. Наибольшее применение получили холодильные агенты — аммиак и фреоны. Аммиак (NН3) кипит при нормальном атмосферном давлении при -33,4° С, фреон-12 (СF2Сl2) — при -29,8° С, фреон-22 (СНР2Сl) — при -40,8° С. В процессе кипения жидкий холодильный агент интенсивно испаряется, поглощая тепло из окружающей его среды Циркулируя в установке, холодильный агент все время изменяет свое агрегатное состояние, превращаясь из жидкости в пар, а из пара снова в жидкость.
Как известно из термодинамики, перенос теша от источника с низкой температурой к источнику с более высокой температурой возможен только при затрате механической %ли тепловой энергии. Экономичность работы холодильной машины оценивается холодильным коэффициентом ε, представляющим собой отношение холодопроизводительности машины, то есть количества тепла q0, отводимого от охлаждаемого тела, к затраченной энергии l:

Машинное охлаждение


Идеальным циклом холодильных машин является обратный цикл Карно. Холодильный коэффициент для него принимает вид:

Машинное охлаждение


Все холодильные машины разделяют на две группы. Первую составляют воздушные и паровые компрессионные холодильные машины, требующие для своей работы затрат механической энергии, а вторую — абсорбционные и пароэжекторные установки, работа которых основана на использовании тепловой энергии. В сельском хозяйстве преимущественное распространение поручили компрессионные и (абсорбционные холодильные машины.
Принципиальная схема Компрессионной холодильной установки изображена на рисунке 117. Компрессор отсасывает из испарителя влажные пары холодильного агента с параметрами Ро и То, сжимает их до давления конденсации Рк в температуры Тк, превращая в сухой насыщенный или даже перегретый пар, и нагнетает в конденсатор 2.

Машинное охлаждение


Проходя по змеевику конденсатора, холодильный агент отдает охлаждающей воде или воздуху тепло, воспринятое в охлаждаемом помещении и полученное в компрессоре в процессе сжатия. Вследствие такого теплообмена, протекающего при постоянном давлении и температуре Тк, пары холодильного агента конденсируются в жидкость. Протекая далее через регулирующий вентиль 3, жидкий холодильный агент дросселирует, в результате чего его давление и температура понижаются и становятся равными давлению Р0 и температуре То в испарителе 4.
Испаритель, представляющий собой трубчатую систему, может быть размещен непосредственно в охлаждаемом помещении или в резервуаре с жидкой средой, подлежащей охлаждению. В испарителе влажные пары холодильного агента кипят при постоянном давлении Р0 и температуре Т0 под действием тепла, поступающего от охлаждаемой среды или объекта. Компрессор снова засасывает холодильный агент, и цикл повторяется.
Рассмотренная схема охлаждения с испарителем, находящимся в охлаждаемой камере, проста, экономична и обеспечивает наибольшее охлаждение продуктов. Однако она требует особых мер предосторожности в связи с возможной утечкой хладагента в камере с продуктами.
Для передачи холода на расстояние применяют рассольное охлаждение. В этом случае исключается опасность утечки холодильного агента в охлаждаемых камерах. В испарителе-резервуаре холодильный агент протекает по трубкам, омываемым снаружи рассолом. Холодильный рассол (водный раствор поваренной соли или хлористого кальция) подается центробежным насосом из испарителя в батареи камер холодильника. Восприняв тепло от продуктов, рассол из холодильных камер возвращается в испаритель, где вновь охлаждается. Таким образом, рассол играет роль хладоносителя, передающего холод от испарителя в охлаждаемые помещения.
В абсорбционных холодильных машинах холод получают за счет затраты тепла в виде пара, горячей воды, дымовых газов высокой температуры и т. д. В качестве хладагента в этих машинах чаще всего используется аммиак. Другим рабочим веществом служит вода, которая поглощает (абсорбирует) пары аммиака, образуя водоаммиачный раствор.
Схема абсорбционной холодильной установки приведена на рисунке 118. Испаритель, конденсатор и регулирующий вентиль играют ту же роль, что и в компрессионных холодильных машинах. Остальные элементы установки выполняют функции термохимического компрессора, отсасывающего пары аммиака из испарителя и сжимающего их перед поступлением в конденсатор.

Машинное охлаждение


Насос 7 перекачивает крепкий водоаммиачный раствор с низким давлением из абсорбера 8 в генератор (кипятильник) 4. Под действием подводимого тепла (например, пара) раствор кипит при относительно высоком давлении, равном давлению в конденсаторе. Образующиеся при кипении аммиачные пары проходят через ректификатор (на схеме не показан), в котором очищаются от некоторой примеси водяных паров, и поступают в конденсатор.
После выпаривания аммиака слабый раствор из генератора возвращается при пониженном давлении в абсорбер, пройдя через дроссельный регулирующий вентиль 5 и теплообменник 6.
В абсорбере раствор восстанавливает свою концентрацию за счет поглощения паров аммиака, отсасываемых из испарителя. Выделяющуюся в процессе абсорбции теплоту отводит охлаждающая вода. Обогащенный бодоаммиачный раствор вновь подается насосом в генератор после подогрева в теплообменнике горячим слабым раствором. Применение теплообменника повышает экономичность холодильной установки вследствие уменьшения расхода греющего пара в генераторе и охлаждающей воды в абсорбере.
Помещения охлаждают абсорбционными холодильными машинами так же, как и компрессионными установками, размещая испаритель непосредственно в этом помещении, или через хладоноситель — рассол.

Читайте также: