Цикл холодильной машины

Цикл холодильной машины –  ряд процессов, происходящих в  машине особой конструкции для достижения охлаждения. В зависимости от типа и конструкции эти процессы могут выглядеть по-разному.

Получение искусственного холода

Выработка холода, то есть охлаждение тел или сред играет не последнюю роль во многих отраслях производства, торговле и других сферах деятельности человека. Холод вырабатывают в машинах, которые посредством затраты энергии осуществляют перенос теплоты от охлаждаемого тела в окружающую среду.

Грамотный выбор параметров, режимов эксплуатации и разновидности позволяет существенно снизить расходы на электроэнергию. Поэтому нужно иметь знать о принципах получения функционирования оборудования и представлять себе цикл работы холодильной машины.

Обратные циклы

Для отбора теплоты от охлаждаемого объекта и ее передачи в окружающую среду, чередуется определенная повторяющаяся последовательность термодинамических процессов, носящих характер замкнутого цикла. Его называют холодильным циклом.

Он осуществляется с затратой работы, в итоге которой  теплота передается от менее нагретого тела к более нагретому. Идеальным циклом считается обратимый цикл Карно. В нем сжатие происходит сначала по адиабате с затратой внешней энергии, а затем по изотерме с передачей теплоты внешнему источнику. Потом идет расширение рабочего тела по адиабате с отдачей внешней энергии и понижением температуры.

Цикл парокомпрессионной одноступенчатой машины

Сухой насыщенный пар всасывается компрессором при низком давлении и сжимается. Образуется перегретый пар. Его сжатие в компрессоре выполняется с затратой механической работы.

Пар из компрессора движется в конденсатор. Там при неизменном давлении он сначала охлаждается в результате отвода теплоты в окружающую среду, а затем полностью конденсируется. После этого он подвергается дросселированию специальным клапаном. Давление и температура во время процесса понижаются, а часть жидкости превращается в пар.

Влажный пар, образовавшийся в ходе дросселирования, перемещается в испаритель. Там посредством теплоты охлаждаемого тела жидкая составляющая хладагента снова переходит в сухой насыщенный пар. После всасывания его компрессором процессы повторяются. Для функционирования парокомпрессионных агрегатов в качестве хладагента выбираются вещества, имеющие низкий порог кипения при давлении близком к атмосферному.

Цикл абсорбционной машины

Абсорбционные установки устроены совсем по-другому. В них применяются бинарные смеси, состоящие из двух компонентов, температура кипения, при одинаковом давлении которых сильно различается. От концентрации раствора будет зависеть и его температура кипения. Легко закипающий компонент раствор  является хладагентом. Другой, имеющий более высокую точку кипения, является абсорбентом, так как предназначен для абсорбции.

В парогенераторе содержится концентрированный раствор аммиака и воды. Здесь благодаря затрачиваемой теплоте, полученной от внешнего источника, при стабильном давлении аммиак выпаривается из воды. Полученный пар попадает в конденсатор, где конденсируется, что сопровождается отдачей теплоты.

Образованный конденсат пропускается через дроссельный вентиль, в результате чего падает давление и температура. После дросселирования смесь жидкости и пара следует в испаритель для отъема теплоты от охлаждаемой среды. При заборе теплоты продолжается испарение аммиака. Все процессы, происходящие в испарителе, конденсаторе и дросселирующем устройстве, идентичны таковым в парокомпрессионной модели.

Пары аммиака направляются в абсорбер и поглощаются слабым водяным раствором, температура при этом повышается. Чтобы способность к поглощению не терялась, лишняя теплота отводится воздухом. Также постоянно добавляется чистый абсорбент из парогенератора, поставляемого через дроссельный вентиль.

Концентрированный раствор снова перемещается в парогенератор при помощи насоса. Из всего сказанного можно сделать вывод, что абсорбционная машина отличается от парогенераторной преимущественно способом сжатия.

Цикл парокомпрессионной машины с двухступенчатым сжатием

Для получения более низких показателей используются двухступенчатые агрегаты. Они гораздо сложнее и дороже, но их применение оправдано более высокой энергетической эффективностью.

Из испарителя в компрессор первой ступени подается насыщенный сухой пар. Здесь он сжимается с повышением давления. После сжатия пары попадают в промежуточный холодильник, и их температура снижается при стабильном давлении. Далее они смешиваются с сухим паром из дополнительного сосуда и перемещаются в компрессор второй ступени, где снова сжимаются.

После повторного сжатия пары подаются в конденсатор, где от них при постоянном давлении отводится теплота. На выходе из конденсатора хладагент является кипящей жидкостью. В таком виде он проходит через дроссельное устройство, что сопровождается падением температуры и давления.  Хладагент преобразуется во влажный насыщенный пар - смесь сухого пара и кипящей жидкости.

В дополнительном сосуде они разделяются. Сухой пар смешивается с паром из промежуточного холодильника первой ступени сжатия, поступает в компрессор 2-й ступени и все описанное выше повторяется. Из дополнительного сосуда хладагент проходит через второе дроссельное устройство  в испаритель. Там он забирает тепло из охлаждаемого объема и преобразуется в сухой насыщенный пар.

Как видите, в зависимости от разновидности и устройства оборудования, есть некоторые различия в процессе достижения нужных показателей. Знание их функционирования поможет вам сориентироваться в выборе, но его все равно обязательно нужно согласовать со специалистами. Так как определение оптимальной холодопроизводительности, энергоэффективности достигается путем проведения довольно сложных и объемных расчетов.