2.2.4. Холодильне обладнання та теплові насоси.

Зменшення теплопритоків у холодильну камеру та від охоло-джуємих об'єктів. Регулювання коефіцієнта навантаження компресорів. Вибір раціонального температурного режиму. Портативні засоби вимірювання параметрів роботи установки: температури та тиску холодильних агентів, електричної потужності електричного компресора.

Література: [3]: с.124-130.

2.2.4. Холодильне обладнання та теплові насоси

2.2.4.1. Загальна характеристика холодильних систем

В наш час штучний холод здобув самого широкого застосування у всіх галузях господарства України: харчовій і хімічній промисловості, торгівлі і громадському харчуванні, при прокладанні шахт в водоносних ґрунтах, кондиціонуванні повітря, загартуванні стальних виробів, в медицині, на транспорті, шовківництві, квітництві, фармакологічній промисловості та інших.

Всяке нагріте тіло можна охолодити природнім шляхом до температури оточуючого середовища. Охолодити тіло до температури нижче, чим температура оточуючого середовища, можна тільки штучним шляхом.

Відняти тепло від тіла може тільки друге тіло, температура якого нижче температури тіла, яке охолоджується. Кількість теплоти, яку відбирає охолоджуюче тіло від охолоджуємого тіла або середовища, визначає його холодильний ефект або холодопродуктивність.

Середовищем, яке охолоджується може бути повітря камери з швидкопсующимися продуктами, земельний грунт при прокладанні шахт та інше.

В якості охолодильників використовуються тіла, які здійснюють такі фізичні процеси, що протікають при низьких температурах зі значним поглинанням теплоти. До них відносяться процеси зміни агре-гатного стану тіла, процеси розширення, термоелектричні процеси та інші.

Діапазон температур, який досягається при штучному охолодженні великий, тому розрізняють зону помірного холоду, в якій получають температуру до -100°С, і зону глибокого холоду, коли досягається температура нижче -100°С (межею є абсолютний нуль – 273,2°С). Глибокий холод використовується головним чином для скраплювання повітря і других газів. Помірне охолоджування широко використовується в різних галузях господарства України.

Безперервне охолоджування можна забезпечити з одною і тою ж кількістю охолоджуючої речовини, коли після одержання холодильного ефекту вернути її в початковий стан. Враховуючи, що температура кипіння рідини залежить від тиску, можна досягти необхідної температури кипіння. Для цього необхідно підтримувати в апараті необхідний тиск, який відповідає властивостям рідини, яка кипить. При зниженні тиску температура кипіння понижується. Наприклад, вода при атмосферному тиску кипить при 100°С, але коли її помістити в закриту посудину і знизити тиск до 0,0009 МПа, вода закипить при 5°С. Аміак при тиску 0,1 МПа кипить при -33,6°С, при пониженні тиску до 0,05 МПа температура кипіння знизиться до -46,5°С.

Якщо закритий апарат з насиченою рідиною помістити в охо-лоджуєме середовище, температура якого декілька вище температури кипіння рідини при тиску, який створено в апараті, то рідина закипить. Теплота, яка необхідна для пароутворення, буде відніматись від охолоджуємого середовища. Для підтримання постійного тиску в апараті і постійної низької температури пари, яка утворюється, необхідно її постійно відводити.

Більшість холодильних установок працюють на основі стандартного циклу випаровування – компресії.

Схема простої одноступеневої холодильної машини представлена на рис.5.1. Вона складається з компресора 1, конденсатора 2, розширювального клапану 4, випарника 5, насосу (або вентилятору) 3 для охолоджування конденсатору і насосу (або вентилятору) 6 для холодної сторони.

Рис. 6.1. Схема простої одноступеневої холодильної машини

Всі елементи з’єднані трубопроводами і машина представляє собою герметично закриту систему.

Холодильна установка працює наступним чином. Пара, яка утворюється при кипінні рідини в випарнику 5, відсмоктується компреcором 1 і стискується від тиску р_о до тиску р_к, на що затрачується робота.Al_км. При стисненні температура пари підвищується від Т_о до Т_к.

Стиснена пара нагнітається в конденсатор 2, де вона в результаті охолодження водою (або повітрям) конденсується. Рідина поступає в розширювальний клапан 4, де адіабатично розширюється до тиску р_о. При цьому температура знижується від Т_к до Т_о. В процесі розширення робоче тіло виробляє роботу Al_розш. Далі робоче тіло (холодильний агент) поступає в випарник 5, який розташований в об’єкті, який охолоджується. В випарнику холодильний агент кипить і забирає теплоту від середовища, яке охолоджується. При цьому він переходить в пароподібний стан і потім знову засмоктується компресором 1.

Холодопродуктивність 1 кг холодильного агенту – q_o, Дж/кг.

Робота, яка витрачається на проведення кругового процесу, рівна різниці робіт, витраченої в компресорі і отриманої в розширювальному клапані

(5.1)

Холодильний коефіцієнт циклу

Повну характеристику зворотнього циклу дає тепловий коефіцієнт, який представляє собою відношення холодопродуктивності машини до енергії теплоти, яка витрачується в тепловому двигуні на одержання роботи, необхідної для роботи холодильного циклу

(5.2)

де Q_o – холодопродуктивність машини; Q_витр – кількість теплоти, витраченої в тепловому двигуні.