Компоненты холодильного контура

"Принцип охлаждения сжатого пара" - это принцип работы замкнутых контуров хладагента, используемых в холодильных машинах.

Хладагент испаряется внутри контура, а именно, в теплообменнике, который называется испарителем, и при этом поглощается энергия из воздуха вокруг испарителя. Охлажденный таким образом воздух подается в оборудование для хранения охлаждённых продуктов естественным образом или вентиляторами (подробнее см. разделы "ПЕРЕДАЧА ХОЛОДА" и "ДАВЛЕНИЕ И ТЕМПЕРАТУРА").

Перешедший в газообразное состояние хладагент более не может поглощать энергию в значительном количестве, поэтому его необходимо вернуть в жидкое состояние путем конденсации.

Соответственно, необходима среда, которая "холодна" настолько, чтобы поглотить энергию из хладагента, и логично, что это не может быть, например, оборудование для хранения продуктов, куда просто подается холодный воздух.

Поэтому, можно использовать зависимость температуры перехода вещества из одного состояния в другое от давления - чем выше давление, тем выше температура. Для этого потребуется компрессор, который будет сжимать газообразный хладагент до давления, которое должно быть выше давления в испарителе (примерно в 8-10 раз!), чтобы процесс конденсации хладагента мог происходить при температуре, соответствующей температуре источника "холода", в качестве которого обычно выступает окружающий воздух.

Таким образом, конденсация происходит при высокой температуре (обычно 35-55°C) внутри теплообменник, где контактируют две среды: окружающий воздух и хладагент. Хладагент конденсируется и возвращается в жидкое состояние, а окружающий воздух нагревается.

На момент выхода из конденсатора жидкий хладагент все еще находится под высоким давлением. Соответственно, необходимо расширительное устройство для расширения жидкого хладагента и снижения его давления до значения, при котором он может испаряться. Теперь хладагент полностью вернулся в исходное состояние (жидкий хладагент с низким давлением и температурой) и готов снова поглощать энергию из воздуха, который будет охлаждаться и подаваться в оборудование для хранения охлажденных продуктов.

Таким образом, основные компоненты контура хладагента это:

Испаритель: теплообменный аппарат воздушного типа (с оребрением) похож на радиатор, а теплообменный аппарат водяного типа (пластинчатый или трубчатый теплообменник) имеет более компактные размеры. Обмен тепла по принципу теплопроводности происходит между испаряющимся хладагентом, который переходит из жидкого состояния в газообразное, и воздухом (или водой) вокруг теплообменника, который, соответственно, охлаждается. Процесс испарения протекает практически при постоянном давлении (слегка снижается) и температуре. На выходе из испарителя хладагент превращается в перегретый газ, температура которого немного выше температуры испарения.

Компрессор: представляет собой устройство объемного сжатия, или, иначе говоря, постепенного уменьшения объема вращающимися роторами или двигающимися поршнями. Компрессор предназначен для циркуляции хладагента по контуру, в частности, всасывать хладагент в газообразном состоянии из испарителя, и затем сжимать его и нагнетать под более высоким давлением в конденсатор. Механическая работа, выполняемая компрессором, приводит к значительному повышению температуры газообразного хладагента (может подниматься выше 100°C), и при этом расходуется электроэнергия. Мощность потребления компрессора определяется разностью двух рабочих давлений. Хладагент на входе в компрессор должен находиться в газообразном состоянии, потому что жидкости практически не сжимаются. Компрессор включается, когда установка должна производить холод и обычно регулируется системами управления по температуре.

Конденсатор: теплообменный аппарат похожий на испаритель, только несколько больше по размеру. В качестве конденсатора может использоваться оребренный теплообменник, пластинчатый теплообменником или трубчатый теплообменник. В этом теплообменнике происходит обмен энергией между воздухом (или водой), которым его обдувают вентиляторы, и горячим газообразным хладагентом, нагнетаемым компрессором. Хладагент охлаждается, затем конденсируется практически при неизменной температуре и давлении, и, соответственно, слегка переохлаждается. На выходе конденсатора хладагент находится в жидком состоянии под высоким давлением и температурой, которая немного ниже температуры конденсации.

Расширительное устройство: представляет калиброванную дюзу, тонкую капиллярную трубку или механический/приводной регулирующий вентиль с микропроцессорным управлением. Сужение расширительного устройства приводит к понижению давления жидкого хладагента на выходе конденсатора без передачи энергии. Принцип действия основан на законе Бернулли, согласно которому скорость потока жидкости, проходящего через узкое отверстие, значительное возрастает, а давление и температура снижаются. Таким образом, жидкий хладагент возвращается в состояние низкого давления и низкой температуры, и снова готов к испарению. Далее, весь цикл повторяется, как описано выше.

Расширительное устройство также выполняет функцию регулирования расхода хладагента в контуре. Слишком высокий расход хладагента может повредить компрессор, потому что он не будет успевать полностью испаряться в испарителе и частично будет попадать в компрессор в жидком состоянии. И, наоборот, слишком низкий расход хладагента понижает производительность, потому что испаритель получается лишь частично заполненным хладагентом.