Промышленное холодильное оборудование получило весьма широкое распространение в самых различных сферах производства. Основной областью применения агрегатов и установок, принадлежащих к данному классу, является поддержание определенных температурных режимов, необходимых для длительного хранения самых различных товаров, материалов и веществ. Они используются для охлаждения жидкостей, а также продовольственных товаров, химического сырья, технологических смесей и т.д.
Основные характеристики промышленного холодильного оборудования
Применяемые в промышленности, способно создавать рабочие температуры от -150 до +10С. Агрегаты, относящиеся к данному классу, адаптированы для работы в достаточно жестких условиях и обладают высокой степенью надежности комплектующих.
Промышленные холодильные машины работают по принципу теплового насоса, перенося энергию от теплоотдатчика к теплоприемнику. В роли первого в подавляющем большинстве случаев выступает окружающая среда, а принимающим объектом является хладагент. Последние принадлежит к классу веществ, которые способны закипать при давлении 1 атм, и температуре, значительно отличающейся от показателя внешней среды.
Промышленное холодильное оборудование состоит из 8 основных компонентов:
- компрессор;
- испаритель;
- регулятор потока;
- вентилятор;
- соленоидный клапан;
- реверсивный клапан;
Конденсатор осуществляет всасывание паров вещества, выступающего в роли хладагента, где осуществляется повышение его давления и температуры. После этого хладагент поступает в компрессорный блок, наиболее важными параметрами которого являются сжатие и рабочий объем. Конденсатор охлаждает нагретые пары хладагента, за счет чего и происходит передача тепловой энергии в окружающую среду. Испаритель является компонентом, через который проходит охлаждаемая среда и парообразный хладагент.
Промышленные холодильные машины и установки применяются для охлаждения достаточно больших объемов, которые используются складами, овощебазами, линями заморозки, морозильными туннелями, а также больших и сложных систем кондиционирования. В частности такое холодильное оборудование наиболее часто используется для промышленных нужд в цехах переработки пищевой продукции (мяса, птицы, рыбы, молока и т.д.)
Классификация промышленных установок
Все промышленные холодильные установки разделяется на компрессионные и абсорбционные. В первом случае холодильное оборудование представляет собой пароконденсационную машину, которая осуществляет сжатие хладагента посредством компрессорных или турбокомпрессорных блоков. Такие системы используют фреон, либо аммиак, как наиболее эффективные с позиции температуропоглощения вещества.
Абсорбционные установки конденсируют парообразный хладагент при помощи твердого или жидкого вещества-абсорбента, из которого осуществляется испарение рабочего вещества при нагреве за счет более высокого парциального давления. Данные агрегаты бывают непрерывно и периодические действующие, при чем первый тип агрегатов разделяется на насосные и диффузионные.
Холодильное оборудование компрессорного типа различается по типу исполнения компрессора на открытые, полугерметичные и герметичные агрегаты. В зависимости от способа охлаждения конденсаторного блока машины оснащаются системами водяного или воздушного охлаждения. Абсорбционные агрегаты используют в процессе работы большее количество воды и обладают значительными габаритами и весом. Они обладают рядом достоинств по сравнению с компрессорными холодильными установками, в частности, простотой конструкции, более высокой надежностью компонентов, а также возможностью использовать недорогие источники тепла и бесшумностью в работе.
В зависимости от мощности промышленного холодильного оборудования рассчитывается величина возможных выбросов тепловой энергии. Это тепло может быть использовано в 3 направлениях:
- в окружающую среду. Передача тепла осуществляется посредством выносного компрессора.
- в производственное помещение. В данном случае выделяемая тепловая энергия позволяет экономить финансовые средства, необходимые на отопление.
- рекуперация энергии. Выделенное тепло переводится в место, где в нем есть наибольшая потребность.
Основные виды промышленного холодильного оборудования
При выборе промышленного холодильного оборудования необходимо ориентироваться на основные технические параметры предложенных моделей. Следует обратить особое внимание на максимальную величину тепловыделения, а также его динамику на протяжении производственной смены. Кроме того, важно учитывать показатель гидравлического сопротивления узлов и компонентов системы. Необходимо определиться с направлением отвода тепла, а также принять решение о возможности дублирования всей холодильной системы.
На сегодняшний день наиболее часто в промышленности используется холодильное оборудование следующих видов:
- . Данный вид агрегатов применяется в мясном, колбасном, рыбном и хлебобулочном производстве.
- шкафы и камеры шоковой заморозки. Оборудование этого типа применяется на предприятиях, занимающихся производством рыбной, мысной и овощной продукции, а также переработкой и хранением фруктов, ягод и т.д.
- пищевые чиллеры. Данный вид холодильных машин отлично подходит для охлаждения различных жидкостей и отдельных категорий пищевых продуктов;
- чиллеры для охлаждения пластмасс. Такие агрегаты применяются для охлаждения сырьевых полимеров и готовых изделий.
- отделители жидкости и ресиверы и коллекторы;
- морозильные туннели. Данный вид оборудования применяется для заморозки штучных, расфасованных и упакованных товаров в больших количествах.
Обычному человеку, как правило, нет необходимости разбираться в принципе действия холодильной машины, для него важен результат. Результатом работы холодильной установки является: охлажденные продукты – от замороженных овощей, до мясо-молочной продукции или например охлажденный воздух, если речь идет о сплит-системах.
Другое же дело, когда холодильные машины выходит из строя и для проведения ремонта холодильных установок требуется вызов специалиста. В данном случае уже было бы не плохо разбираться в принципе работы таких агрегатов. Хотя бы для того, чтобы понимать необходимость замены или ремонта составляющей холодильной машины.
Основное назначение холодильной установки – это забор тепла от охлаждаемого тела и перенос этого тепла или энергии другому объекту или телу. Для понимания процесса требуется уяснить простую вещь – если мы нагреваем или сжимаем тело, то мы сообщаем этому телу энергию (или тепло), охлаждая и расширяя, мы отбираем энергию. Это основной принцип, на основе которого и построен перенос тепла.
В холодильной машине для переноса тепла применяются хладагенты – рабочие вещества холодильной машины, которые при кипении и в процессе изотермического расширения отнимают теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передают её охлаждающей среде за счёт конденсации
Холодильный компрессор 1 отсасывает газообразный хладагент – фреон из испарителей 3, сжимает его и нагнетает в конденсатор 2. В конденсаторе 2 фреон конденсируется и переходит в жидкое состояние. Из конденсатора 2 жидкий хладагент попадает в ресивер 4, где происходит его накопление. Ресивер оснащен запорными вентилями 19 на входе и выходе. Из ресивера хладагент поступает в фильтр-осушитель 9, где происходит удаление остатков влаги, примесей и загрязнений, после этого проходит через смотровое стекло с индикатором влажности 12, соленоидный вентиль 7 и дросселируется терморегулирующим вентилем 17 в испаритель 3.
В испарителе хладагент кипит, забирая тепло от объекта охлаждения. Пары хладагента из испарителя через фильтр на всасывающей магистрали 11, где они отчищаются от загрязнений, и отделитель жидкости 5 поступают в компрессор 1. Затем цикл работы холодильной установки повторяется.
Отделитель жидкости 5 предотвращает попадание жидкого хладагента в компрессор. Для обеспечения гарантированного возврата масла в картер компрессора, на выходе из компрессора устанавливаться маслоотделитель 6. При этом масло через запорный вентиль 24, фильтр 10 и смотровое стекло 13 по линии возврата – поступает в компрессор.
Виброизоляторы 25, 26 на всасывающей и нагнетательной магистралях гасят вибрации при работе компрессора и препятствуют их распространению по холодильному контуру.
Компрессор оснащён картерным нагревателем 21 и двумя запорными вентилями 20. Картерный нагреватель 21 выпаривает хладагент из масла, предотвращая конденсацию хладагента в картере компрессора во время его стоянки и поддержания заданной температуры масла.
Сегодня в охлаждении нуждается огромное количество продуктов, а еще без холода невозможно реализовать многие технологические процессы. То есть с необходимостью применения холодильных установок мы сталкиваемся в быту, в торговле, на производстве. Далеко не всегда удается использовать естественное охлаждение, ведь оно сможет понизить температуру лишь до параметров окружающего воздуха.
На выручку приходят холодильные установки. Их действие основано на реализации несложных физических процессов испарения и конденсации. К преимуществам машинного охлаждения относится поддержание в автоматическом порядке постоянных низких температур, оптимальных для определенного вида продукта. Также немаловажными являются незначительные удельные эксплуатационные, ремонтные затраты и расходы на своевременное техническое обслуживание.
Для получения холода используется свойство холодильного агента корректировать собственную температуру кипения при изменении давления. Чтобы превратить жидкость в пар, к ней подводится определенное количество теплоты. Аналогично конденсация парообразной среды наблюдается при отборе тепла. На этих простых правилах и основывается принцип работы холодильной установки.
Это оборудование включает в себя четыре узла:
- компрессор
- конденсатор
- терморегулирующий вентиль
- испаритель
Между собой все эти узлы соединяются в замкнутый технологический цикл при помощи трубопроводной обвязки. По этому контуру подается холодильный агент. Это вещество, наделенное способностью кипеть при низких отрицательных температурах. Этот параметр зависит от давления парообразного хладагента в трубках испарителя. Более низкое давление соответствует низкой температуре кипения. Процесс парообразования будет сопровождаться отнятием тепла от той окружающей среды, в которую помещено теплообменное оборудование, что сопровождается ее охлаждением.
При кипении образуются пары хладагента. Они поступают на линию всасывания компрессора, сжимаются им и поступают в теплообменник-конденсатор. Степень сжатия зависит от температуры конденсации. В данном технологическом процессе наблюдается повышение температуры и давления рабочего продукта. Компрессором создают такие выходные параметры, при которых становится возможным переход пара в жидкую среду. Существуют специальные таблицы и диаграммы для определения давления, соответствующего определенной температуре. Это относится к процессу кипения и конденсации паров рабочей среды.
Конденсатор – это теплообменник, в котором горячие пары хладагента охлаждаются до температуры конденсации и переходят из пара в жидкость. Это происходит путем отбора от теплообменника тепла окружающим воздухом. Процесс реализуется при помощи естественной или же искусственной вентиляции. Второй вариант зачастую применяется в промышленных холодильных машинах.
После конденсатора жидкая рабочая среда поступает в терморегулирующий вентиль (дроссель). При его срабатывании давление и температура понижается рабочих параметров испарителя. Технологический процесс вновь идет по кругу. Чтобы получить холод необходимо подобрать температуру кипения хладагента, ниже параметров охлаждаемой среды.
На рисунке представлена схема простейшей установки, рассмотрев которую можно наглядно представить принцип работы холодильной машины. Из обозначений:
- «И» — испаритель
- «К» -компрессор
- «КС» — конденсатор
- «Д» — дроссельный вентиль
Стрелочками указано направление технологического процесса.
Помимо перечисленных основных узлов, холодильная машина оснащается приборами автоматики, фильтрами, осушителями и иными устройствами. Благодаря им установка максимально автоматизируется, обеспечивая эффективную работу с минимальным контролем со стороны человека.
В качестве холодильного агента сегодня в основном используются различные фреоны. Часть из них постепенно выводится из употребления ввиду негативного воздействия на окружающую среду. Доказано, что некоторые фреоны разрушают озоновый слой. Им на смену пришли новые, безопасные продукты, такие как R134а, R417а и пропан. Аммиак применяется лишь в масштабных промышленных установках.
Теоретический и реальный цикл холодильной установки
На этом рисунке представлен теоретический цикл простейшей холодильной установки. Видно, что в испарителе происходит не только непосредственно испарение, но и перегрев пара. А в конденсаторе пар превращается в жидкость и несколько переохлаждается. Это необходимо в целях повышения энергоэффективности технологического процесса.
Левая часть кривой – это жидкость в состоянии насыщения, а правая – насыщенный пар. То, что между ними – паро-жидкостная смесь. На линии D-A` происходит изменение теплосодержания холодильного агента, сопровождающееся выделением тепла. А вот отрезок В-С` наоборот, указывает на выделение холода в процессе кипения рабочей среды в трубках испарителя.
Реальный рабочий цикл отличается от теоретического ввиду наличия потерь давления на трубопроводной обвязке компрессора, а также на его клапанах.
Чтобы компенсировать данные потери работа сжатия должна быть увеличена, что снизит эффективности цикла. Данный параметр определяется отношением холодильной мощности, выделяемой в испарителе к мощности, потребляемой компрессором и электрической сети. Эффективность работы установки – это сравнительный параметр. Он не указывает непосредственно на производительность холодильника. Если данный параметр 3,3, это будет указывать, что на единицу электроэнергии, потребляемой установкой, приходится 3,3 единицы произведенного ею холода. Чем больше этот показатель, тем выше эффективность установки.
Устройство и принцип работы холодильной установки
Процесс охлаждения в холодильной машине основан на физическом явлении поглощения тепла при кипении () жидкости. Температура кипения жидкости зависит от физической природы жидкости и от давления окружающей" среды. Чем выше давление, тем выше температура жидкости и, наоборот, чем ниже давление, тем при более низкой температуре жидкость закипает и испаряется. При одинаковых условиях разные жидкости имеют разные температуры кипения, так, например, при нормальном атмосферном давлении вода закипает при температуре +100°С, этиловый спирт +78°С, R-22 минус 40,8°С, фреон R-502 минус 45,6°С, фреон R-407 минус 43,56°С, жидкий азот минус 174°С.
Жидкий фреон, являющийся в настоящее время основным хладагентом холодильной машины, находящийся в открытом сосуде при нормальном атмосферном давлении, немедленно вскипает. При этом происходит интенсивное поглощение тепла из окружающей среды, сосуд покрывается инеем из-за конденсации и замораживания паров воды из окружающего воздуха. Процесс кипения жидкого фреона будет продолжаться до тех пор, пока весь фреон не перейдет в газообразное состояние, либо давление над жидким фреоном не возрастет до определенного уровня и при этом не прекратится процесс испарения его из жидкой фазы.
Аналогичный процесс кипения хладагента происходит в холодильной машине, с той лишь разницей, что кипение хладагента происходит не в открытом сосуде, а в специальном, герметичном узле- теплообменнике, который носит название - . При этом кипящий в трубках испарителя хладагент активно поглощает тепло от материала трубок испарителя. В свою очередь материал трубок испарителя омывается жидкостью или воздухом и как результат процесса происходит охлаждение жидкости или воздуха.
Для того, чтобы процесс кипения хладагента в испарителе происходил непрерывно, необходимо постоянно из испарителя удалять газообразный и «подливать» жидкий хладагент.
Для отвода выделяемого тепла используется алюминиевый теплообменник с оребренной поверхностью, называемый конденсатором. Для удаления паров хладагента из испарителя и создания необходимого для конденсации давления используется специальный насос - компрессор.
Элементом холодильной установки является также регулятор потока хладагента, так называемая дроссилирующая . Все элементы холодильной машины соединяются трубопроводом в последовательную цепь, обеспечивая тем самым замкнутую систему.
Принцип работы холодильных установок. Видео
Пока техника исправно функционирует, пользователя не интересует, как она устроена. Знания о том, как работает холодильник, понадобятся, когда возникла поломка: помогут избежать серьезной неисправности или быстро определить место. Правильная эксплуатация также во многом зависит от осведомленности пользователя. В статье рассмотрим устройство бытового холодильника и его работу.
Как устроен компрессорный холодильник
«Атлант», «Стинол», «Индезит» и другие модели оснащаются компрессорами, которые запускают процесс охлаждения в камере.
Основные составляющие части:
- Компрессор (мотор). Бывает инверторным и линейным. Благодаря запуску мотора фреон передвигается по трубкам системы, обеспечивая охлаждение в камерах.
- Конденсатор - это трубки на задней стенке корпуса (в последних моделях может размещаться сбоку). Тепло, которое вырабатывает компрессор во время работы, конденсатор отдает окружающей среде. Так холодильник не перегревается.
Вот почему производители запрещают устанавливать технику возле батарей, радиаторов и печей. Тогда перегрева не избежать, и мотор быстро выйдет из строя .
- Испаритель. Здесь фреон закипает и переходит в газообразное состояние. При этом забирается большое количество тепла, трубки в камере охлаждаются вместе с воздухом в отделении.
- Вентиль для терморегуляции. Поддерживает заданное давление для движения хладагента.
- Хладагент - это газ-фреон или изобутан. Он циркулирует по системе, способствуя охлаждению в камерах.
Важно правильно понимать, как работает техника: она не вырабатывает холод. Воздух охлаждается благодаря отбору тепла и его отдаче окружающему пространству. Фреон проходит в испаритель, поглощает тепло и переходит в парообразное состояние. Двигатель приводит в действие поршень мотора. Последний сжимает фреон и создает давление для его перегонки по системе. Попадая в конденсатор, хладагент остывает (тепло выходит наружу), превращаясь в жидкость.
Чтобы установить нужный температурный режим в камерах, устанавливается терморегулятор. В моделях с электронным управлением (LG, «Самсунг», «Бош») достаточно выставить значения на панели.
Переходя в фильтр-осушитель, хладагент избавляется от влаги и проходит по трубкам капилляра. После чего снова попадает в испаритель. Мотор перегоняет фреон и повторяет цикл, пока в отделении не установится оптимальная температура. Как только это случится, плата управления посылает сигнал пускозащитному реле, которое отключает двигатель.
Однокамерный и двухкамерный холодильник
Несмотря на одинаковое строение, различия в принципе работы все-таки есть. Старые двухкамерные модели оснащены одним испарителем для обеих камер. Поэтому, если при разморозке механически убирать наледь и задеть испаритель, из строя выйдет весь холодильник.
Новый двухкамерный шкаф имеет два отделения, каждый из которых оснащен испарителем. Обе камеры изолированы друг от друга. Обычно в таких случаях морозилка находится снизу, а холодильный отсек - сверху.
Поскольку в холодильнике есть зоны с нулевой температурой (читайте, что такое зона свежести в холодильнике), фреон охлаждается в морозилке до определенного уровня, а затем перемещается в верхнее отделение. Как только показатели достигают нормы, срабатывает терморегулятор, и пусковое реле отключает мотор.
Наиболее востребованы приборы с одим мотором, хотя с двумя компрессорами также набирают популярность. Последние функционируют так же, просто за каждую камеру отвечает отдельный компрессор.
Но не только в двухкамерной технике можно отдельно устанавливать температуру. Есть такие приборы («Минск» 126, 128 и 130), где установлены электромагнитные клапаны. Они перекрывают подачу фреона в отделение холодильника. Исходя из показаний регулятора температуры выполняется охлаждение.
Более сложная конструкция предусматривает размещение специальных датчиков, которые измеряют температуру снаружи и регулируют ее внутри камеры.
Как долго работает компрессор
Точные показания не указаны в инструкции. Главное, чтобы мощности мотора хватало на нормальную заморозку продукции. Существует общий коэффициент работы: если прибор функционирует 15 минут и 25 минут отдыхает, тогда 15/(15+25) = 0,37.
Если подсчитанные показатели оказались менее 0,2, значит нужно отрегулировать показания термореле. Более 0,6 указывает на нарушение герметичности камеры.
Абсорбционный холодильник
В данной конструкции рабочая жидкость (аммиак) испаряется. Хладагент циркулирует по системе благодаря растворению аммиака в воде. Затем жидкость переходит в десорбер, а потом в дефлегматор, где снова разделяется на воду и аммиак.
Холодильники данного типа редко используются в быту, поскольку в основе ядовитые компоненты.
Модели с No Frost и «плачущей» стенкой
Техника с системой Ноу Фрост сегодня на пике популярности. Потому что технология позволяет размораживать холодильник раз в год, только чтобы помыть. Особенности функционирования обеспечивают вывод влаги из системы, поэтому в камере не образуется лед и снег.
В морозильном отделении располагается испаритель. Холод, который он вырабатывает, распространяется по холодильному отделению с помощью вентилятора. В камере на уровне полок есть отверстия, куда выходит холодный поток и равномерно распределяется по отсеку.
После цикла работы запускается оттайка. Таймер запускает ТЭН испарителя. Наледь тает, и влага выводится наружу, где испаряется.
«Плачущий испаритель». Название основано на принципе, при котором во время работы компрессора на испарителе образуется наледь. Как только мотор отключается, лед тает, и конденсат стекает в сливное отверстие. Способ оттайки называется капельный.
Суперзаморозка
Функцию также называют «Быстрая заморозка». Она реализована во многих двухкамерных моделях «Хаер», «Бирюса», «Аристон». В электромеханических моделях режим запускается нажатием кнопки или поворотом регулятора. Компрессор начинает безостановочную работу до тех пор, пока продукты полностью не промерзнут как внутри, так и снаружи. После чего функцию нужно отключить.
Электронное управление автоматически отключает суперзаморозку, согласно сигналам термоэлектрических датчиков.
Электрическая схема
Чтобы самостоятельно отыскать причину неполадки, понадобится знание электрической схемы.
Ток, подающийся на схему, проходит такой путь:
- идет через контакты термореле (1);
- кнопки оттайки (2);
- теплового реле (3);
- пускозащитного реле (5);
- подается на рабочую обмотку двигателя мотора (4.1).
Нерабочая обмотка двигателя пропускает напряжение больше заданного значения. При этом срабатывает пусковое реле, замыкает контакты и запускает обмотку. После достижения нужной температуры, контакты термореле размыкаются, и двигатель останавливает работу мотора.
Теперь вы понимаете устройство холодильника и как он должен работать. Это поможет правильно эксплуатировать прибор и продлить срок его использования.
