3.8. Регулювання температури повітря в охолоджуваному об'ємі

Процеси в кожному з елементів холодильної машини взаємо­залежні і значною мірою залежать від теплопритоків до поверхні випарника. Це означає, що при змінній величині теплопритоків у випарнику може утворитися різна кількість пари. Для нормальної роботи холодильної машини компресор повинен при будь-якому температурному режимі забезпечувати відведення заданої кількості пари з випарника.

Отже, холодопродуктивність компресора завжди повинна бути розрахована на найбільшу величину теплопритоків. Наприклад, компресор домашнього холодильника повинен забезпечити його роботу навіть при температурі зовнішнього повітря ґ₃.п.=32°С і за умови його повного завантаження. Тому компресор холодильної машини для будь-якого типу холодильного устаткування розрахову­ється на максимальну величину теплопритоків в охолоджуваний обсяг.

Отже, загальною вимогою до комплектації холодильних машин холодильного устаткування є відповідність холодопродуктивності компресора максимальній холодопродуктивності випарника, тобто компресор повинен відводити з випарника пару, що у ньому утвориться.

При зменшенні теплопритоків в охолоджуваний обсяг у випарнику утвориться невелика кількість пари, внаслідок чого в ньому знижуються тиск і температура кипіння t₀. Оскільки температура повітря в охолоджуваному об'ємі 4.к. залежить від температури кипіння, вона також знижується, але менше, ніж температура кипіння холодильного агента у випарнику. Однак навіть ці невеликі коливання температури повітря в охолоджуваному об'ємі технологічно неприйнятні.

При зберіганні охолоджених продуктів температура повітря може знизитися нижче технологічно заданої температури ґ_в._{к min}, що неприпустимо, оскільки можливе замерзання продукту, зміна його вихідних властивостей. Природно, що при досягненні заданої гранично низької температури кипіння холодильного агента у випарнику чи повітря в охолоджуваному обсязі, варто відключити електродвигун компресора. При підвищенні температури кипіння холодильного агента компресор включається.

Регулювати холодопродуктивність компресора можна й іншими способами: плавним (для двигунів постійного струму) чи східчастою зміною швидкості обертання ротора електродвигуна, відведенням частини холодильного агента з нагнітального трубопроводу в усмокту­вальну порожнину циліндра компресора (байпасирування) та ін. Однак у холодильних машинах з малою і середньою холодопродуктивністю метод пуску і зупинки компресора є найбільш розповсюдженим завдяки його простоті та економічній ефективності.

3.8.1. Прилади автоматичного регулювання температури повітря у торговому холодильному устаткуванні

Прилади прямого регулювання температури повітря в охолоджуваному обсязі

Основним регульованим технологічним параметром у холодильному устаткуванні є температура повітря. Тому прилади, що регулюють температуру в охолоджуваному об'ємі і, відповідно, холодопродуктивність холодильної машини, називають приладами прямого регулювання.

У цих приладах чутливий елемент, що сприймає зміну температури повітря в охолоджуваному обсязі, має вигляд невеликого термобалона, заповненого холодильним агентом. Тиск холодильного агента в термобалоні пропорційний зміні температури повітря. Елемент, що сприймає зміну тиску в термобалоні, виконується у вигляді сильфона. Термобалон із сильфоном з'єднуються капілярною трубкою. Прилади подібного типу називають регуляторами темпе­ратури прямої дії.

Регулятори температури застосовують у малих холодильних установках для регулювання температури повітря в охолоджуваному обсязі шляхом включення і вимикання компресора холодильної машини. Термобалон розташовують усередині, а корпус регулятора температури з ручками настроювання - поза холодильною камерою.

Недоліком реле температури прямого регулювання є велика теплова інерційність приладу, внаслідок чого неможливо підтриму­вати температуру повітря в охолоджуваному обсязі точно на заданому рівні.

Реле температури, в яких втілено принцип непрямого регулювання температури в охолоджуваному обсязі, конструктивно

більш прості. Вони, як правило, не мають термобалона, оскільки реагують не на температуру повітря, а на температуру кипіння холодильного агента у випарнику холодильної машини, яка на Ю...17°С нижче за температуру повітря. У цьому випадку капілярна трубка приєднується безпосередньо до поверхні випарника.

Такий метод з позиції вимог до збереження продуктів має значні переваги перед розглянутим вище. При великій амплітуді коливань температури кипіння холодильного агента у випарнику амплітуда коливань температури повітря значно менша. Наприклад, при амплітуді коливань температури кипіння холодильного агента у випарнику -25°С амплітуда коливань температури повітря на відстані 0,05 м від поверхні випарника складає менше 4°С.

Рис. 3.22. Реле температури : 1 - термобалон; 2 - капілярна трубка; 3 - сильфон; 4 - електричні контакти

Реле температури використовують в однокамерних побутових компресійних холодильниках.

Діапазон настроювання такого реле на температуру роз'єднання контактів складає від -18,5 до -7,5°С. Диференціал приладу, що визначає величину амплітуди коливань температури, нерегульований і складає в середньому 6-10°С. Це означає, що компресор холодильної машини при даній величині диференціала вмикається при температурі на 6-10°С вище від температури роз'єднання електричних контактів реле.

Реле температури, що використовується в торговому холо­дильному устаткуванні, призначене для керування роботою холодильної машини (залежно від температури у випарнику) і напівавтоматичного відтавання шару інею з поверхні випарника.

Для цього варто натиснути на кнопку відтавання і компресор холодильної машини припиняє роботу. Після завершення відтавання компресор автоматично включається.

Рис. 3.23. Реле температури :

1 - капіляр; 2 - сильфон; 3 - важіль; 4,22 - пружини; 5 - повзун;

б - двоплечовий важіль; 7 - кнопка відтавання; 8 - ручка настроювання;

9, 14 - перекидні пружини; 10,12,15,19 - гвинти; 11,18- важелі;

13 — шток; 16 - клема; 17 - рухомий контакт; 20 — корпус; 21 - вісь

Реле температури (рис.3.22) за своїм функціональним призна­ченням практично не відрізняється від іншого реле температури, однак має менші габаритні розміри, що дозволяє вбудовувати прилад в обмежений обсяг холодильного устаткування.

Сучасне холодильне устаткування комплектується переважно не механічними, а електронними регуляторами температури.

Незалежно від того, яка система регулювання температури повітря в холодильному устаткуванні використовується, в основу регулювання холодопродуктивності холодильних машин, встановле­них у холодильному устаткуванні, покладений принцип пуску і зупинки компресора. При цьому неминучі зміни температури кипіння холодильного агента у випарнику і відповідно повітря в охолоджува­ному об'ємі. Виключити подібні зміни в разі потреби можна, використовуючи вентиль постійного тиску "до себе", що підтримує кипіння холодильного агента у випарнику і тим самим - температуру повітря в холодильній камері.

Автоматичне регулювання кількості рідкого холодильного агента, що подається у випарник

При нормальній роботі рідина у випарник надходить у кількості, що википає. Якщо рідини буде надходити більше, то випарник переповнюється і рідина потрапляє у всмоктувальну лінію, і компресор, що знижує його продуктивність, може викликати гідравлічний удар. Якщо ж рідина буде надходити у випарник у недостатній кількості, то продуктивність випарника зменшиться (зменшиться його активно діюча поверхня), і робота машини буде менш економічною або температура в охолоджуваному об'єкті не буде досягнута.

Заповнення випарника холодильним агентом регулюють за допомогою теплорегулювальних вентилів (ТРВ), що реагують на зміну перегріву пари, яка виходить з випарника.

Терморегулювальні вентилі, їх застосовують для регулювання заповнення переважно змійовикових випарників (рис. 3.24). Чуттєвим елементом приладу є термочуттєвий балон, з'єднаний капілярною трубкою з порожниною над пружною мембраною, що затиснута між корпусом і кришкою. Ця герметична система заповнена насиченими парами того ж робочого тіла, на якому працює ця установка (чи іншого тіла, близького за термодинамічними властивостями). Термочуттєвий балон кріплять на паровому трубопроводі у місці виходу його з випарника. Мембрана з'єднана з клапаном стрижнем. Клапан перекриває прохідний перетин вентиля. Рідкий холодильний агент, що проходить через кільцевий отвір між сідлом і клапаном вентиля, дроселюється і надходить у випарну систему. Мембрана знаходиться під впливом двох тисків: зверху на мембрану діє тиск пари в чуттєвому елементі р'о, що визначається температурою на виході з випарника (де притиснутий термобалон); знизу - тиск кипіння ро.

За способом підведення в порожнину під мембрану тиску р„ розрізняють Терморегулювальні вентилі з внутрішнім і зовнішнім вирівнюванням. У вентилях із внутрішнім вирівнюванням (рис, 3.24, а) порожнина під мембраною безпосередньо поєднується з порожниною після дроселювання. У вентилях із зовнішнім вирівнюванням (рис. 3.24, б) порожнина під мембраною відділена від порожнини, у якій знаходиться холодильний агент після дроселювання, кришкою, і з'єднана трубкою з випарником у тому місці, де притиснутий термочуттєвий балон (на виході з випарника).

Рис. 3.24. Схема регулювання заповнення випарника рідким холодильним

агентом після перегріву пари: а - терморегулювальний вентиль із внутрішнім тиском, б - терморегулювальний вентиль із зовнішнім тиском:

1 - термочуттєвий балон; 2 - капілярна трубка; 3 - мембрана;

4 - стрижень; 5 - клапан; 6 - пружина; 7 - регулювальний гвинт;

8 - кришка; 9 - трубка

Якщо з випарника виходить вологий чи сухий насичений пар, температура якого дорівнює температурі кипіння, то тиск у чуттєвому елементі ро дорівнює тиску у випарнику Р₀.

Отже, мембрана знаходиться під дією однакових тисків, і чуттєвий елемент приладу ніякого сигналу не видає. При цьому клапан вентиля (регулювальний елемент) закритий, тому що він притискається до сідла пружиною, натяг якої регулюється гвинтом (елемент, що задає). При зменшенні рідини у випарнику з нього виходить перегріта пара, у зв'язку з чим тиск пари в чуттєвому елементі над мембраною ро стане більшим, ніж під мембраною ро.-Коли різниця зусиль зверху і знизу виявиться достатньою для подолання пружності пружини, клапан почне відкриватися. При підвищенні температури перегріву пари клапан вентиля відкривається більше. Перегрів пари на виході з випарника, при якому почне відкриватися клапан, встановлюють регулювальним гвинтом, що змінює натяг пружини.

Таким чином, у терморегулювальному вентилі зусилля від прогину мембрани (сигнал чуттєвого елемента) і натягу пружини (сигнал елемента, що задає) сприймаються стрижнем (елемент порівняння) і різниця цих зусиль передається клапану (регулю­вальний елемент).

Терморегулювальний вентиль із зовнішнім рівнянням тиску застосовують у випарниках зі значним гідравлічним опором, щоб виключити вплив падіння тиску на виході з випарника.

Рис. 3.25. Схема підключення вентиля