2.4. Схема и принцип работы компрессионной холодильной машины

Парокомпрессионные холодильные машины являются наиболее распространёнными и универсальными устройствами. Если рассматривать холодильную технику, задействованную в быту, то парокомпрессионная холодильная машина является главной частью любой установки и называется компрессионным холодильным агрегатом.

Холодильный агрегат компрессионного типа (рис.2.9) предназначен для осуществления главного процесса – охлаждения продуктов, жидкостей или воздуха, т.е. отбора их тепла и передачи его в окружающую среду. Иначе говоря, он предназначен для производства холода.

Компрессионный холодильный агрегат – это замкнутая герметичная система, внутри которой принудительно циркулирует хладагент, рабочее тело холодильной машины.

В качестве хладагента в современных холодильных установках используют газы, не разрушающие озоновый слой, и являющиеся различными производными углеводородов, как правило, это фреоны. Фреоны – это в нормальных условиях газы, жидкости, которых кипят при температурах: –29 ÷ –50°С. Основное назначение хладагента – перенос тепла продуктов во внешнюю среду. При работе агрегата компрессионного типа, вследствие совершения механической работы сжатия, происходит изменение агрегатного состояния хладагента из газа в жидкость, которая, испаряясь, отнимает теплоту продуктов, жидкостей или воздуха, а затем, на этапе конденсации (превращения газа в жидкость), отдает его в окружающую среду.

Поясним, принцип работы холодильного агрегата на примере бытового холодильника для охлаждения продуктов. При включении холодильного агрегата начинает работать мотор-компрессор 1, который представляет собой поршневой насос, приводимый в движение электромотором. Хладагент сжимается поршнем компрессора до давления 810 атм. около 50 раз в секунду. Вследствие сжатия, температура хладагента повышается до уровня на 1520°С выше, чем температура окружающей среды. Из-за малой продолжительности сжатия хладагента, он не успевает отдать это тепло в окружающую среду, т.е. реализуется адиабатное сжатие (процесс, происходящий без изменения внутренней энергии, т.е. без теплообмена с окружающей средой).

Затем сжатый до давления 810 атм. и «горячий» (на 1520°С выше температуры окружающей среды) хладагент попадает в конденсатор 2  теплообменный аппарат, выполненный в виде трубчатого оребренного змеевика (рёбра необходимы для увеличения площади теплообмена, т.е. повышения его эффективности при минимальных размерах). В теплообменном аппарате происходит охлаждение горячего хладагента, окружающим змеевик воздухом. Из-за чего и происходит конденсация, т.е. превращение хладагента в жидкость (давление в конденсаторе 810 атм. на входе и несколько ниже на выходе из него входе , температура на входе на 1520 °С выше температуры окружающей среды, а на выходе близка к ней).

Из конденсатора жидкий хладагент, с температурой окружающей среды, попадает в фильтр-осушитель 3. В фильтре-осушителе, заполненном металлическими сетками с гранулами селикогеля, происходит задержание механических примесей и воды, содержащихся в хладагенте. Механические примеси образуются вследствие работы компрессора, а вода из-за химических реакций между хладагентом, маслом и присадками, необходимыми для предотвращения коррозии элементов агрегата.

Из фильтра-осушителя жидкий хладагент попадает в дросселирующий элемент агрегата  капиллярную трубку 4. Капиллярная трубка имеет проходной диаметр 0,8  1 мм и длину 5  6 м, диаметр капиллярной трубки много меньше, чем диаметр фильтра-осушителя. В ней происходит падение давления жидкого хладагента с 810 атм. до 1 атм. за счет трения жидкости о стенки капиллярной трубки. Однако вследствие трения происходит выделение тепла, что приводит к частичному закипанию жидкости (образование пузырьков). Для уменьшения такого нагревания хладагента капиллярная трубка «наматывается» на холодную всасывающую трубку.

Затем жидкий закипающий хладагент попадает в испаритель 5, представляющий собой теплообменный аппарат с диаметром трубки 810 мм. Испаритель выполнен в виде отдельной камеры, внутри которой находятся продукты. При испарении, происходит отбор тепла от продуктов, а температура опускается до температуры, близкой к температуре кипения (–18 ÷ –24 ºС). Температура несколько ниже, чем температура кипения хладагента вследствие частичного закипания хладагента в капиллярной трубке и других потерь. При кипении давление хладагента остаётся неизменным, т.е. около 1 атм.

Холодные пары хладагента по всасывающей трубке 7 попадают в компрессор, и цикл продолжается пока он работает. Температура на входе всасывающей трубки –18 ÷ –24 ºС, а на выходе +15 ÷ +20⁰С. Повышение температуры во всасывающей трубке происходит вследствие ее теплообмена с капиллярной трубкой.

Таким образом, пока работает компрессор, продукты охлаждаются. Экономия электроэнергии достигается отключением компрессора, что приводит к медленному повышению температуры продуктов из-за теплообмена с окружающей средой. Как только эта температура повышается до установленного терморегулятором предела, компрессор вновь включается и температура понижается, т.е. автоматически организуется экономичная прерывистая работа компрессора.

Преимущества:

-простота конструкции;

-технологичность изготовления и ремонта;

-экономичность при работе;

-простота эксплуатации;

-долговечность.

Недостатки:

-наличие трущихся частей в компрессоре;

-шум при работе, который возрастает при длительной эксплуатации.