Парокомпрессионные холодильные системы: принцип работы и компоненты

Работа парокомпрессионной холодильной системы основывается на нескольких основных принципах. Её способность охлаждать в основном базируется на циркуляции хладагента – рабочего вещества, которое переносит тепло по непрерывный системе трубок. Поскольку тепло постоянно нужно отводить от продуктов и объема, в котором они хранятся к холодной, хладагент может непрерывно двигаться, обеспечивая в холодильнике среду с пониженной температурой. Основными принципами работы холодильника являются:

1. Теплопередача
   Поскольку  тепло постоянно передается от относительно теплых предметов к более холодным, внутренняя среда  холодильника охлаждается благодаря отбору тепла еще более холодной поверхностью испарителя. Испаритель охлаждается хладагентом, который на данном этапе цикла является газом. Отбирая тепло холодильной камеры, хладагент переносит его наружу, продолжая движение по трубке.  В результате температура внутри холодильника падает. Для оптимизации эффекта охлаждения, трубка имеют спиральную форму, что увеличивает ее площадь и возможность теплопередачи.
2. Сжатие и конденсация
   После того, как хладагент проходит через трубки холодильника, он нагревается и, покинув холодильную, поступает в компрессор. Компрессор еще более нагревает хладагент, сжимая газ. Горячий сжатый хладагент затем поступает в охладитель на внешней стороне холодильника - конденсатор. Проходя через конденсатор, хладагент выделяет тепло в окружающий воздух. Когда хладагент полностью проходит через теплообменник конденсатора, его температура падает настолько, что он опять превращается в жидкость.
3. Испарение
   Когда жидкость испаряется, ее температура резко падает. На этом принципе основана работа расширительного клапана, который работает как распылитель спрея. Расширительный клапан распыляет жидкий хладагент на крошечные капельки, которые тут же испаряются, резко понижая свою температуру. После этого хладагент вновь поступает в испаритель, начиная новый цикл охлаждения.

В некоторых коммерческих и промышленных холодильных системах тепло, отбираемое у охлаждаемой камеры и выделяемое компрессором, используется для отопления помещений. Это позволяет сократить расходы на отопление.

Рис. Холодильный цикл парокомпрессионной холодильной машины. Тепло может использоваться для отопления.

Компоненты парокомпрессионного холодильного оборудования

Основными узлами парокомпрессионного холодильного оборудования являются компрессор, испаритель, конденсатор и терморегулирующий вентиль.

Компрессор

В парокомпрессионной холодильной машине одним из основных узлов является компрессор. Его задача – сжимать газообразный хладагент, что повышает его температуру, и поддерживать его давление в конденсаторе, что обеспечивает циркуляцию хладагента.

В системе охлаждения компрессор находится между двумя группами трубок – катушками испарителя и конденсатора. В зависимости от конструкции оборудования, компрессор обычно располагается в задней части холодильника или рядом на полу. Когда компрессор включается, шум его работы обычно может быть слышен. Охлаждение в морозильной камере или холодильнике происходит только в том случае, если компрессор работает должным образом.

Работа компрессора контролируется с помощью термостата внутри морозильной камеры. Он заставляет компрессор периодически включаться и выключаться в течение дня. Из-за этого компрессор со временем, может столкнуться с проблемами и выйти из строя, что потребует технического обслуживания. Высокая температура сжимаемого газа может привести к изменению свойств смазки, что также может препятствовать эффективной работе.

Конденсатор и испаритель

Если компрессор обеспечивает движение хладагента по холодильному циклу, то конденсатор и испаритель служат для обмена теплом между хладагентом и окружающей средой. О  работе конденсатора и испарителя - вы можете узнать из статьи Теплообменная аппаратура холодильного агрегата - конденсатор и испаритель.

Терморегулирующий (дроссельный) вентиль

Терморегулирующий вентиль (сокращенно ТРВ) регулирует количество хладагента, поступающего из конденсатора в испаритель так, чтобы хладагент полностью превращался в пар в испарителе. Для того чтобы гарантировать, что из испарителя в компрессор не попадут капли жидкости, хладагент не только нагревается до температуры кипения, но и подвергается перегреву до достижения определенной температуры выше температуры насыщения. Температура хладагента на выходе из испарителя контролируется специальным датчиком, который регулирует открытие и закрытие клапана вентиля. Клапан закрыт пружиной, а датчик, выполненный в виде колбы, заполнен газом, аналогичным хладагенту. При увеличении температуры газа в датчике давление в нем растет, и клапан открывается, а при понижении температуры (и, соответственно, давления) – закрывается.

Терморегулирующий вентиль является ключевым элементом холодильного цикла. Чтобы жидкий хладагент мог перейти в газообразную фазу а его температура – упасть, в испарителе должно поддерживаться низкое давление.

Рис. Охлаждаемая камера и холодильный агрегат.

Вспомогательная аппаратура

Кроме терморегулирующего вентиля бесперебойная работа холодильных машин обеспечивается ресивером, отделителем жидкости, фильтрами-осушителями, регулятором давления и термостатом. Ресивер является резервуаром, в котором хладагент собирается перед поступлением в терморегулирующий вентиль, и служит для равномерности его подачи. Отделитель жидкости устанавливается перед компрессором для его защиты от попадания капель хладагента. Фильтры-осушители очищают хладагент от загрязнений и предотвращают попадание твердых частиц в компрессор. Паровые фильтры устанавливают на всасывающей линии компрессора, а жидкостные – после ресивера перед терморегулирующим вентилем. Регулятор давления (прессостат) защищает компрессор от низкого давления всасывания и повышенного давления нагнетания. Термостат служит для периодического включения и выключения компрессора. Цифровой дисплей электронного термостата позволяет следить за температурой и текущим состоянием системы.

© "Система 4", Киев, 2012