Принцип работы холодильной установки

Холодильное оборудование широко используется в различных областях деятельности человека для сохранения свежести продуктов. Установки работают с использованием различных физических принципов, понимание которых позволяет сделать правильный выбор техники и продлить ее срок службы. Подробно о каждом из вариантов расскажут наши эксперты.

Абсорбционная техника

В холодильном оборудовании абсорбционного типа используются две рабочих жидкости:

• хладагент (как правило, аммиак);

• абсорбент – вещество с высокой поглотительной способностью (серная кислота, вода).

Способность поглощения веществ друг другом положена в основу принципа действия подобных устройств. Конструкция представляет собой замкнутый контур, соединенный трубками узлов: испаритель, абсорбер, генератор, насос и вентили.

Работа абсорбционной холодильной установки осуществляется в следующем порядке:

• растворенный хладагент попадает в испаритель;

• аммиак закипает при 33°С и выделяет пары, за счет которых происходит охлаждение объекта;

• вещество при поступлении в абсорбер поглощается;

• с помощью насоса раствор переносится в обогреваемый генератор;

• вещество нагревается до температуры кипения и выделяет пары аммиака, которые поступают в конденсатор;

• при остывании хладагент переходит в жидкое состояние;

• рабочая жидкость проходит через регулирующий вентиль, сжимается и снова поступает в испаритель.

В ходе повторяющихся циклов аммиак перемещается по замкнутому контуру, отбирает тепло из камеры и выделяет его в конденсаторе в окружающую среду. Работа холодильной установки происходит безостановочно, поэтому расход энергии находится на высоком уровне. При выходе из строя ремонт устройства выполнить затруднительно.

Абсорбционные холодильные установки отличаются компактными размерами и бесшумной работой, так как конструкция не имеет движущихся частей. Аппараты не требовательны к качеству электросети, что позволяет их использовать на промышленных объектах, электропитание которых подвергается пиковым нагрузкам.

Термоэлектрические устройства

Принцип действия холодильников этого типа основан на эффекте Пельтье. Он заключается в поглощении тепла в местах контакта двух проводников, по которым протекает электрический ток.

В конструкцию холодильника входят металлические термоэлектрические элементы кубической формы, которые включены в одну электросхему. Тепло передвигается одновременно с движением тока от одного элемента к другому.

Забор тепла из камеры происходит с помощью алюминиевой пластины, которая передает его металлическим кубам, далее оно поступает на стабилизатор и вентилятором удаляется наружу. Конструкция характеризуется высокой надежностью и невысоким уровнем шума.

Термоэлектрическое холодильное оборудование находит широкое применение в быту.

Оборудование на вихревых охладителях

Центральный элемент устройств этой категории – компрессор, который предназначен для сжатия воздуха. Эффект охлаждения достигается за счет его быстрого расширения в вихревых блоках. 

Вихревые устройства отличаются долговечностью и безопасностью, так как не имеют в своем составе движущихся деталей и не используют потенциально опасные хладагенты.

Высокий расход воздуха, шумная работа и низкая холодопроизводительность ограничивают применение подобной техники

Компрессорная техника

Компрессорные холодильные установки получили наибольшее распространение в различных отраслях промышленности. Удачная конструкция и высокая холодопроизводительность позволяет их использовать в пищевой и фармацевтической промышленности, а также в логистике.

Конструктивные особенности

Для обеспечения эффективной работы холодильное оборудование предусматривает надежную теплоизоляцию, которая играет решающее значение для поддержания заданного температурного режима. В различных моделях применяется наиболее оптимальное решение, например, пеноизол или пенополиуретан. Низкая теплопроводность этих материалов исключает потери тепла.

Холодильная установка предназначена для создания и поддержания температурного режима. Многие модели построены на принципах работы компрессорного холодильника. Также существуют устройства, функционирующие за счет обдува потоком холодного воздуха. Некоторые варианты предусматривают возможность поддержания заданной влажности с помощью специальных систем.

Двери холодильных установок обеспечивают герметичность закрывания, чтобы не допустить потерь холода. К элементам промышленного оборудования предъявляются повышенные требования прочности и надежности. Конструкция дополняется уплотнениями, которые изготавливаются из специальных материалов. Они располагаются по периметру двери, становясь барьером теплому воздуху извне, тем самым повышают энергоэффективность оборудования.

Вентиляция обязательно предусматривается при конструировании холодильных камер. С ее помощью обеспечивается циркуляция холодного воздуха внутри устройства для равномерного распределения температуры по объему и удаления избыточной влаги. В зависимости от модели воздухообмен может осуществляться через специально предусмотренные решетки естественным образом либо с помощью системы принудительной вентиляции.

Холодильные установки обязательно предусматривают возможность контроля и регулирования режима работы. Для этого устройство оснащается различными датчиками и контроллерами. Современное холодильное оборудование может управляться дистанционно, что позволяет оперативно реагировать на изменение параметров.

Устройство холодильной установки

Компрессор – основной агрегат, входящий в конструкцию холодильника. Он необходим для обеспечения принудительной циркуляции хладагента и создания необходимого давления в системе. Функция компрессора – сжатие фреона и придание ему направленного движения. При его работе создаются вибрации, которые компенсируются подвеской. 

Компрессоры бывают двух типов:

• Динамические. Циркуляция хладагента обеспечивается за счет движения лопастей вентилятора центробежного или осевого типа. Конструкция отличается простотой, но не обеспечивает высокий КПД и подвержена интенсивному износу.

• Объемные. Для сжатия рабочего тела используется механическое устройство, запуск которого происходит от электродвигателя. Компрессоры этого типа бывают поршневые и роторные.

Поршневые модели представляют собой электромотор с вертикальным валом, который помещен в кожух, выполненный из металла. После срабатывания пускового реле на устройство подается электрический ток. В результате этого активируется коленвал с закрепленным на нем поршнем. Затем в работу включается система клапанов, за счет которой происходит всасывание паров фреона из испарителя и нагнетание их в конденсатор.

Роторные модели обеспечивают давление двумя роторами, которые движутся во встречном направлении. Хладагент входит в верхний карман и после сжатия выходит через нижнее отверстие. При работе возникают значительные силы трения, поэтому для их снижения между валами вводится смазка.

Конденсаторы могут иметь различную конструкцию, но выполняют они одну функцию – охлаждение паров газа до определенной температуры путем их конденсации, при этом рассеивая тепло в окружающую среду.  

Конструкция испарителя представляет собой алюминиевую трубку либо стальные пластины, соединенные пайкой. Этот элемент находится в контакте с камерой и отбирает тепло из аппарата.

Для поддержания давления хладагента используется терморегулирующий вентиль. Основные узлы устройства соединены между собой трубками, которые образуют замкнутый контур.

Рабочий цикл

Принцип работы холодильной установки заключается в повторении одним за другим следующих циклов:

• При включении устройства в электрическую сеть происходит запуск компрессора, который сжимает газообразный хладагент. При этом одновременно повышается его давление и температура.

• Рабочее тело под избыточным давлением подается в конденсатор.

• Хладагент перемещается по трубке с большой протяженностью, постепенно отдавая накопленное тепло. Его температура повышается до комнатной, при которой газ переходит в жидкое состояние.

• Жидкий хладагент теряет влагу, проходя через фильтр-осушитель.

• Рабочее тело проникает через узкую капиллярную трубку, на выходе из которой его давление снижается. При этом он остывает и переходит в газообразное состояние.

• Пары фреона поступают на испаритель, проходят по его каналам и забирают тепло из холодильной камеры, при этом температура хладагента повышается. Далее он поступает на компрессор.

Описанный рабочий цикл будет повторяться до тех пор, пока агрегат не выйдет на заданный рабочий режим. После этого компрессор перестает работать и включается при отклонении температуры от установленного значения. Размыкание и замыкание электрической цепи осуществляется с помощью терморегулятора.

Удобство работы подобных систем заключается в том, что холодильник работает в автоматическом режиме. Участие человека в процессе заключается лишь в том, чтобы корректировать параметры в зависимости от требований к хранению той или иной продукции. 

Промышленные холодильные установки работают с использованием физических принципов, которые обеспечивают безопасную эксплуатацию оборудования и позволяют обеспечить сохранность различных товаров длительное время. При выборе конструкции учитывают требования к хранению, габариты оборудования и размеры помещения, а также холодопроизводительность и энергоэффективность агрегата.

Автор статьи: Сергей Хорош