Принцип работы рефрижератора. Принцип работы рефрижератора Рефрижератор
![]()
|
Принцип работы рефрижератора Рефрижератор — это холодильная установка, предназначенная для перевозки скоропортящихся продуктов. Основная задача установки — это поддержание оптимальной температуры на протяжении периода перевозки продукта. [1] Холодильная установка рефрижератора рассчитана для передачи теплоты от холодного источника к горячему. Согласно второму закону термодинамики теплота не может переходить от холодного тела к горячему сама собой. В холодильной установке такая передача теплоты происходит благодаря механической энергии компрессора, затрачиваемой на сжатие и подачу паров хладагента по кругу циркуляции холодильной машины. На рисунке 1а видим схематический принцип работы холодильной установки, а на рисунке 1б показан принципиальный цикл холодильной установки. Принцип работы рефрижератора Рефрижератор — это холодильная установка, предназначенная для перевозки скоропортящихся продуктов. Основная задача установки — это поддержание оптимальной температуры на протяжении периода перевозки продукта. [1] Холодильная установка рефрижератора рассчитана для передачи теплоты от холодного источника к горячему. Согласно второму закону термодинамики теплота не может переходить от холодного тела к горячему сама собой. В холодильной установке такая передача теплоты происходит благодаря механической энергии компрессора, затрачиваемой на сжатие и подачу паров хладагента по кругу циркуляции холодильной машины. На рисунке 1а видим схематический принцип работы холодильной установки, а на рисунке 1б показан принципиальный цикл холодильной установки. [2] ![]() Рис. 1. А — схема работы холодильной установки; б — цикл работы холодильной установки рефрижератора. 1,2-компрессор, 3-конденсатор, 5-регулирующий вентиль; 6,7-испаритель Основными составляющими частями холодильной установки рефрижератора являются: компрессор, получающий энергию от двигателя автомобиля; конденсатор, находящийся снаружи рефрижератора; испаритель, установленный внутри фургона; терморегулирующий расширительный вентиль, являющийся регулирующим дросселирующим устройством; хладагент, циркулирующий в системе как охлаждающее вещество с определёнными физическими характеристиками. Компрессор. В компрессоре над газом совершается техническая работа LТЕХН, Дж, она ровна: LТЕХН = ‒ LКМ, (1) Где LКМ — работа компрессора, Дж. Знак минус говорит о том, что не газ совершает работу (как, например, в детандере), а, наоборот, над газом совершается работа. В компрессоре происходит адиабатное сжатие, то есть без теплообмена с окружающей средой (Q=0), сжимается до давления Р2 и нагревается до температуры Т2 (см. рисунок 1б процесс 1–2). В случае адиабатного процесса работа сжатия идет по закону сохранения и превращения энергии, в этом случае изменяется только энтальпии газа. В компрессоре происходит сжатие хладагента, за счёт чего его температура повышается. Конденсатор. В конденсаторе горячий хладагент охлаждается при постоянном давлении (р2–5=const). За счёт охлаждения газ сначала превращается в пар, который постепенно конденсируется и превращается в жидкость (см. рисунок 1б линия конденсации 2–5). Следует учитывать, что процесс конденсации в области “жидкость + пар” (отрезок 3–5 на линии конденсации) происходит не только при постоянном давлении РКД, но и при постоянной температуре ТКД. Это происходит до тех пор, пока весь пар не превратиться в жидкость (точка 5). Тепло при конденсации отводится от рабочего тела и передаётся окружающей среде. Таким образом, в конденсаторе хладагент под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состояние, выделяя тепло. Терморегулирующий вентиль (ТрВ). Терморегулирующий вентиль необходим для создания требуемой разности давлений между конденсатором и испарителем, при котором происходит цикл теплопередачи. В регулирующем вентиле хладагент расширяется, проходя через малое отверстие. При этом давление его уменьшается, а объём растёт. Процесс расширения в вентиле происходит без совершения внешней технической работы. Совершается только внешняя работа: работа против сил внешнего давления, которую называют работой проталкивания. Совершается ещё одна работа против сил трения, которая переходит в тепло. За счёт этого тепла растёт энтропия парожидкостной смеси хладагента. Особенностью процессов дросселирования парожидкостных смесей является то, что энтальпия в этих процессах остаётся постоянной (i5=i6), а энтропия растёт (s6>s5) благодаря работе трения, переходящей в тепло. При дросселировании парожидкостные смеси расширяются, при этом совершается работа между молекулами смесей против сил взаимодействия. Эта работа совершается за счёт внутренней энергии смеси. В общем случае при дросселировании вещество может нагреваться, охлаждаться или не менять свою температуру. Всё зависит от физических свойств вещества и параметров окружающей среды. В рассмотренном случаи используется хладагент 404а, при дросселировании его парожидкостная смесь охлаждается. Испаритель. Параметры регулирующего вентиля рВ (см. рисунок 1а) рассчитаны так, что давление хладагента в испарителе холодильной установки уменьшается настолько, что вещество начинает кипеть при этом давлении. Хладагент кипит в испарителе И при постоянных температуре ТИ и давлении РИ (см. на рисунке 1б процесс 6–7). Кипение в этом процессе происходит в результате того, что температура парожидкостной смеси хладагента, существенно ниже окружающей его среды в испарителе. Поэтому, согласно второму закону термодинамики, тепло самопроизвольно переходит от более горячего к более холодному телу. Процесс испарения жидкого хладагента в испарителе сопровождается поглощением тепла, которое отбирается от проходящего через испаритель воздушного потока. Воздух, находящийся в фургоне рефрижератора, продувается через испаритель и охлаждается. Влага, содержащаяся в воздухе, конденсируется, либо сливается по дренажным трубкам во внешнюю среду. Термодинамическое состояние точкой 7 на линии сухого насыщенного пара (см. рисунок 1б). Такой пар нельзя подавать под поршень компрессора, так как при быстром сжатии он может превратиться в жидкость, что будет причиной аварии компрессора и выхода его из строя. Для того чтобы исключить поломку компрессора (устранить так называемый “влажный ход” компрессора), насыщенный пар, перед тем как он направится в компрессор, подогревают естественным путём. При этом сухой насыщенный пар превращается в перегретый пар (см. процесс 7–1), т. е. — в газ, который подаётся на вход компрессора. Затем хладагент направляется в компрессор и цикл снова повторяется. [3] Режимы рефрижераторной холодильной установки Основная задача холодильной установки рефрижератора состоит в создании благоприятных температурных условий на время перевозки груза и поддержание заданных температурно-влажностных режимов в охлаждаемом рабочем помещении фургона во время хранения и транспортировки груза. Температурный диапазон таких холодильных установок: от ―20 до +10ᵒС. Существуют следующие эксплуатационные режимы: охлаждение, нагрев и оттаивание. Режим охлаждения. Режим охлаждения (см. рисунок 2) идентичен процессу в холодильной машине. В холодильной установке рефрижератора хладагент циркулирует под давлением. В некоторых точках системы хладагент находится под разным давлением и в разном агрегатном состоянии (жидкость, пар или газ). Процесс перехода из одного агрегатного состояния в другое сопровождается поглощением или выделением тепла. Процесс охлаждения происходит следующим образом. Через всасывающий клапан (линия низкого давления) в компрессор (1) поступает газ хладагент с низким давлением, компрессор сжимает газообразный хладагент от 8 до 11 атм. Сжатие сопровождается повышением температуры хладагента. В процессе сжатия компрессор направляет газ по линии нагнетания трехходовой клапан (2). Из клапана хладагент следует в конденсатор, и проходит по змеевику конденсатора (3). Змеевик конденсатора омывается воздухом из окружающей среды, который имеет более низкую температуру, чем хладагент. Таким образом, хладагент в змеевике охлаждается до точки конденсации. Процесс конденсации всегда сопровождается выделением тепла, которое отдается потоку воздуха. После этого жидкий хладагент подается в ресивер (4), а затем поступает во влагоотделитель (5), где отфильтровываются примеси, и удаляется влага. Жидкий хладагент под высоким давлением направляется в теплообменник (6), где происходит переохлаждение хладагента. На выходе из теплообменника жидкий хладагент направляется в вентиль высокой скорости (7), после него хладагент находится под низким давлением. Температура кипения жидкости ниже температуры в фургоне, и жидкость начинает кипеть (испаряться), превращаясь в газ. Воздух из фургона автомобиля прогоняется через испаритель за счет вентиляторов испарителя. Процесс испарения жидкого хладагента в испарителе сопровождается поглощением тепла, которое отбирается от проходящего через змеевик испарителя (8) воздушного потока. Влага, содержащаяся в воздухе, конденсируется на испарителе и сливается по дренажным трубкам во внешнюю среду. Хладагент перегревается в теплообменнике и идет по линии всасывания, через вентиль всасывания (9) в компрессор и цикл повторяется. Режим нагрева. Рефрижератор предназначен для использования не только в летний период времени, когда существует необходимость охлаждения продукции до необходимой температуры, но и в зимний период, когда температура перевозимой продукции не должна опускаться ниже предела от 0 до +5 °С (например, при перевозке цветов и зелени). Режим нагрева (см. рисунок 3) происходит следующим образом: через всасывающий клапан в компрессор (1) поступает горячий газ. Компрессор сжимает его и направляет через трехходовой клапан (2) (линия высокого давления) в конденсатор. В режиме нагрева газ проходит по змеевику конденсатора (3), но не конденсируется, а проходит в газообразном состоянии до вентиля высокой скорости (4), после него хладагент поступает в испаритель. Воздух, который находится в фургоне ниже температуры хладагента, поэтому проходя через змеевик испарителя (5), газ конденсируется. Процесс конденсации хладагента сопровождается выделением тепла, которое отдается потоку воздуха из фургона. Парожидкостный хладагент направляется в накопитель (6), где образуется «зона» жидкость + пар. В накопителе остается жидкий хладагент, а хладагент пар направляется по линии всасывания в компрессор, и процесс повторяется. Отличительной особенностью работы рефрижераторной установки в режиме тепло является то, что вентиляторы конденсора в течение продолжительного времени не работают. В камере испарителя вентиляторы установки включаются не сразу после первого включения, а с задержкой (в интервале от 1 до 10 минут), которая зависит от температуры внешней среды. ![]() ![]() Режим оттаивания. При нормальной эксплуатации на змеевике испарителя постепенно нарастает иней. Периодически этот иней нужно растапливать, чтобы предотвратить поломку в охлаждении и обдувке фургона. Режим оттаивания (см. рисунок 4) происходит следующим образом: горячий газообразный хладагент проходит через змеевик испарителя для растапливания инея (или льда). Горячий газ поступает по линии всасывания в компрессор (1). В режиме оттаивания срабатывает трехходовой клапан (2), который перекрывает вход конденсатора. Поэтому хладагент проходит через открывшийся трехходовой клапан в испаритель (4), где газообразный хладагент начинает конденсироваться. Парожидкостный хладагент поступает в накопитель (5), где образуется «зона» жидкость + пар. В накопителе остается жидкий хладагент, а хладагент пар направляется по линии всасывания в компрессор. ![]() Талая вода сливается из установки на землю по дренажным трубкам. Во время режима оттаивания заслонка оттаивания закрывается, чтобы воспрепятствовать проникновению тёплого наружного воздуха в грузовой отсек. Предусмотрены два способа включения режима оттаивания: автоматически, при этом используются датчики температуры, и ручное включение позволяет оператору включить цикл оттаивания, нажав на кнопку. Литература: Холодильная техника и технология: Учебник / Под ред. А. В. Руцкого. М.: ИНФРА. М. 2004. 587с. Белозеров, Г. А. Авторефрижераторный транспорт и контейнеры: Б. С. Бабакин и др. — Санкт-Петербург 2010. 198с. Голянд. М.М., Малеванный Б. Н. / Холодильное технологическое оборудование. Учеб. для вузов. — М.: Пищевая промышленность. — 1977г. 336 с. Уханов, А. П. Специальная автомобильная техника: уч. пособие/ М. В. Рыблов Д. А. Уханов — Пенза 2016. 130с |