5. Схема компрессионной холодильной машины. Холодильный цикл.

Компрессионная холодильная машина состоит из четырех основных частей: испарителя, компрессора, конденсатора и терморегулирующего вентиля (ТРВ). Охлаждение может быть естественным или принудительным.

Компрессор холодильной машины предназначен для осуществления следующих процессов: всасывания паров хладагента из испарителя, адиабатического их сжатия и нагнетания в конденсатор. Если же теплопритоки на испаритель сильно уменьшатся (произошло полное охлаждение продуктов), то и количество пара в испарителе будет очень незначительным, т.е. в испарителе практически не будет паров, а следовательно, компрессору нечего отводить из испарителя и он автоматически выключается. Работа компрессора по всасыванию паров обеспечивает определенное давление и соответственно температуру кипения хладагента в испарителе. Компрессор, забирая пары из испарителя, фактически выводит тепло из камеры.

Процессы холодильного цикла связаны с различными видами теплообмена: в испарителе хладагент отбирает тепло от воздуха охлаждаемой камеры или от хладоносителя, в конденсаторе тепло передается охлаждающей среде (воде или воздуху). Испаритель и конденсатор — основные тепло-обменные аппараты.

Испаритель — это аппарат, в котором жидкий хладагент кипит при низком давлении, отводя тепло от охлаждаемого объекта (продуктов). Чем ниже давление, поддерживаемое в испарителе, тем ниже температура кипящей жидкости. Температуру кипения, как правило, поддерживают на 10—15 °С ниже температуры воздуха в камере. Температура воздуха в камере зависит от вида охлаждаемого продукта. Конструкция испарителя зависит от вида охлаждающей среды, необходимой холодопроизводительности, свойств самого хладагента и от температурного напора между средами.

Конденсатор — аппарат, предназначенный для осуществления теплообмена между хладагентом и охлаждающей средой. В процессе теплообмена от хладагента отводится энергия, которая передается охлаждающей среде, а сам хладагент охлаждается и конденсируется. Охлаждающая же среда нагревается. В зависимости от вида охлаждающей среды различают конденсаторы с воздушным и водяным охлаждением.

Терморегулирующий вентиль (ТРВ) обеспечивает заполнение испарителя жидким хладагентом в оптимальных пределах. Переполнение испарителя может привести к его попаданию в компрессор и к поломке, а его малое заполнение резко снижает эффективность работы испарителя.

Кроме вышеперечисленных основных частей холодильная машина оснащена другими частями: приборами автоматики, пускозащитной электроаппаратурой, теплообменниками, фильтром-осушителем, ресивером.

Холодильный цикл - обратный круговой термодинамический процесс, используемый для искусственного охлаждения. Кроме основного теоретического холодильного цикла холодильных машин всех систем существуют усложненные циклы (многоступенчатые, каскадные, с регенерацией теплоты и др.), назначение которых - повышение экономичности, расширение интервала температур и т. д.

Холодильные циклы используются в холодильных машинах, холодильно-газовых машинах. Практически наиболее широко применяются холодильные циклы, основанные на испарении жидкости, использовании Джоуля-Томсона эффекта, расширении рабочего тела в детандере. С помощью этих холодильные циклы можно получать низкие температуры, вплоть до ~ 0,3 К. Одним из наиболее энергетически выгодных является обратный Карно цикл. К нему приближается цикл идеальной парокомпрессионной холодильной машины. Цикл состоит из двух адиабатических процессов (1—2, 3—4) и двух изотермических процессов (4—1, 2—3). В этом цикле в испарителе холодильной машины происходит кипение хладагента (линия 4—1) при температуре To и давлении pk за счёт теплоты охлаждаемой среды. Испарившийся хладагент отсасывается компрессором, адиабатически (энтропия S-const) сжимается в нём до давления pk и температуры Tk (линия 1—2) и подаётся в конденсатор, где происходит его конденсация (линия 2—3) при неизменных давлении и температуре. Отвод теплоты конденсации осуществляется охлаждающей жидкостью или воздухом. Полученный жидкий хладагент возвращается в испаритель через расширительный цилиндр — детандер, в котором происходит адиабатическое понижение давления и температуры (линия 3—4) до исходных значений (p0 и T0). Процесс сопровождается частичным испарением хладагента.