1.5 Класифікація холодильних установок

Установки для трансформації тепла можуть класифіковатися за рядом ознак: за принципом роботи, по характеру трансформації, по характеру протікання процесів у часі. За принципом роботи установки для трансформації тепла можна поділити на два види: термомеханічні системи, принцип роботи яких заснований на використанні процесів підвищення й зниження тиску якого-небудь робочого тіла, і електромагнітні системи, принцип роботи яких заснований на використанні постійних або змінних електричних або магнітних полів.

Установки першого виду, найпоширеніші, залежно від способу підвищення тиску робочого тіла діляться на три групи: компресійні, сорбціонні й струминні.

Принцип роботи компресійних установок заснований на підвищенні тиску за допомогою механічного або термічного впливу на робочий агент.

Компресійні установки діляться на парорідинні, газорідинні й газові. У парорідинних та газорідинних установках агрегатний стан агента в процесі роботи змінюється (конденсація стислого й випар розширеного агента). У першому випадку стиснення відбувається при температурах нижче критичної (в області пари) та близьких до неї; у другому — при температурах, що істотно перевищують критичну.

У газових установках агрегатний стан агента в процесі роботи не змінюється, оскільки скрізь температура робочого тіла більше критичної.

У компресійних установках використається електрична або механічна енергія.

У деяких випадках, наприклад у так званих термомеханічних компресорах, стиск здійснюється шляхом використання потоку тепла при Т >> Т_кр.

Принцип роботи сорбційних установок заснований на підвищенні тиску робочого тіла при послідовному здійсненні термохімічних реакцій поглинання (сорбції) робочого агента відповідним сорбентом з відводом тепла, а потім виділення (десорбції) робочого агента із сорбенту, що супроводжується підведенням тепла.У цих установках використовується властивість пари деяких речовин змінювати температуру при адіабатно- му змішанні (єкзо- і ендотермічне змішання) або відповідно виділяти чи поглинати тепло в ізотермічних умовах.

За допомогою процесів сорбції й десорбції у сорбційних установках виконуються функції, аналогічні процесам усмоктування й нагнітання, при використанні механічних або термомеханічниих компресорів. Такий спосіб компресії називається термохімічним.

Сорбційні установки поділяються на абсорбційні й адсорбційні. В абсорбційних установках сорбція здійснюється в масі (усередині) абсорбенту через границю розділу рідкої й парової фаз. В адсорбційних установках процес сорбції відбувається на розвиненій поверхні адсорбенту, що перебуває, як правило, у твердому вигляді.

Струминні установки засновані на використанні кінетичної енергії потоку пари або газу для підвищення тиску робочого агента. Струмінь пари або газу, що виходить з великою швидкістю з сопла, створює ежектуючий ефект в результаті якого відбувається усмоктування, а потім стиск робочого тіла.

Струминні установки за характером зміни стану робочого тіла звичайно належать до парорідинних.

Серед установок другого виду, тобто електромагнітних установок, знайшли деяке практичне застосування такі типи трансформаторів тепла:

– термоелектричні системи, засновані на ефекті Пельтьє. Процес трансформації тепла в цих установках здійснюється шляхом безпосе- реднього використання постійного електричного поля в послідовно з'єднаних різнорідних напівпровідниках (напівпровідникові трансфор- матори тепла). При пропущенні через ці елементи електричного струму на спаях між ними виникає різниця температур. При підведенні до холодних спаїв тепла низького потенціалу від гарячих спаїв відводиться тепло підвищеного потенціалу;

– магнітокалоричні системи, у яких процес трансформації тепла здійснюється послідовним намагнічуванням і розмагнічуванням парамагнетиків або феромагнітних тіл, температура яких підвищується при збільшенні напруженості магнітного поля й знижується при її зменшенні.

За характером протікання процесу в часі, установки діляться на дві групи – безперервної та періодичної дії. Перші працюють безупинно протягом усього терміну між плановими зупинками; їхні характе- ристики змінюються тільки в межах, обумовлених регулюванням. Другі працюють періодично, за певним тимчасовим графіком, коли періоди одержання холоду (або тепла) чергуються з періодами, коли холод (або тепло) не виробляється. Установки періодичної дії звичайно термоди- намічно менш ефективні, але економічно часто можуть бути більш вигідними через менші габарити й менше число елементів устаткування, завдяки можливості сполучення різних функцій в одному апараті.

Розглядаючи режими роботи холодильних установок, варто вказати на умовність у визначенні стаціонарного режиму. Практично, режим роботи холодильної установки завжди нестаціонарний, тому що спостерігаються коливання температури із заданою амплітудою біля середнього її значення. Такі режими характерні для холодильних установок розподільних (торговельних), виробничих холодильників. Нестаціонарні режими властиві установкам і системам, що обробляють тіла, у яких протікають процеси з фазовими переходами й переміщенням зони проморожування. Температурний режим залежить від зміни теплового навантаження. Останнє змінюється за різними законами, особливо при циклічних процесах завантаження апаратів або камер для заморожування. Для згладжування теплового навантаження і його стабілізації застосовують акумулятори холоду.

Розглядаючи особливості холодильних установок залежно від використаного робочого тіла, слід зазначити, що їхня специфіка визначається властивостями холодоагентів. Однокомпонентні чисті холодоагенти, що перебувають у експлуатації в сучасних холодильних установках, добре вивчені, та є достатня кількість рекомендацій, що відбивають специфіку холодильних установок. У Монреалі підписана міжнародна угода (1986 р.), що передбачає поступове вилучення застосування хлорфторвуглеводородів у побуті й у промисловості через руйнування озонового шару в атмосфері Землі. Виконуючи Монреальську угоду, у нашій країні ведеться робота з заміни фреонів, що сильно впливають на озоновий шар в атмосфері.

У наш час основне промислове застосування знайшли холодильні установки компресійного, сорбційного (абсорбційного) і струминного (эжекторного) типів; особливо широко використовуються компресійні установки, на яких ми і зосередимо свою увагу.