Работа № 5

Испытание бытового холодильника

Введение. Искусственный холодшироко применяется в различных отраслях промышленности, в сельском хозяйстве (например, для ох­лаждения мясомолочных продуктов, помещений), строительном деле при строительстве подземных железных дорог, при проходке шахт), в медицине, в быту и т.д.

Достижение температуры в каком-либо помещении или у какого-либо тела ниже окружающей среды и непрерывное поддержание этой темпера­туры осуществляется в холодильных установках. Для этого необходимо отнимать тепло от тела, имеющего более низкую температуру, и пере­давать это тепло в окружающую среду с более высокой температурой.

Рис. 1. Схема паровой компрессорной холодильной установки: 1 – компрессор; 2 – кондиционер; 3 – дроссельный клапан; 4 – испаритель

Рис. 2. Теоретический цикл компрессионной холодильной установки

Теоретически цикл холодильных установок является обратным цик­лом Карно. В реальных условиях из-за трудностей, связанных с осу­ществлением цикла Карно, его не применяют.

Для получения искусственного холода применяются различные уста­новки, а именно: компрессионные, пароэжекторные и абсорбционные. В настоящее время наибольшее распространение получили компрессион­ные холодильные установки. По роду работающих в них холодильного агентов они делятся в свою очередь на воздушные и паровые; в последних рабочим телом или холодильным агентом являются пары различ­ных жидкостей, кипящих при низких температурах.

Холодильное действие происходит в то время, когда эти жидкости (холодильный агент) испаряются и отнимают при этом от окружающей среды теплоту, необходимую для парообразования. Во время парообра­зования, а следовательно, и отнятия теплоты температура самого хо­лодильного агрегата остается постоянной.

Наибольшее распространение в качестве холодильного агента полу­чилиаммиак NH₃ и фреоны - фторохлоропроизводные углеводорода ти­па С_mH_xF_yClz _. Из фреонов чаще всего применяются дихлордифторматан СF₂Cl₂ (фреон-12), хлорметил CH₃Cl др. Достоинством фреонов является низкие температуры в конце сжатия и при его затвердевании. В зависимости от химического состава температура кипения фреонов колеблется в широком интервале, что позволяет использоватьих в хо­лодильной технике для различных целей. В воздушных компрессионных холодильных установках, холодильным агентом в которых является воздух, понижение температуры рабочего тела происходит при его расширении с производством внешней работы. При таком расширении, особенно в условиях адиабатного процесса, температура рабочего тела значительно может снизиться. Преимуществом воздушной компрессионной холодильной установки является распространенность и безвредность рабочего тела (воздуха). Основным недостаткамиэтой установки, из-за которых они в настоящее время не при­меняются, являются низкие значения холодильного коэффициента и сложность конструкции вследствие необходимости иметь специально конструктивно сложный расширительный цилиндр.

Ограничимся рассмотрением цикла паровой компрессионной холодиль­ной установки, которые в настоящее время получили наибольшее приме­нение.

На рис. 1 приведена простейшая схема паровой компрессионной холодильной установки и на рис. 2 - теоретический цикл компрессионной холодильной установки в РV и ТS диаграммах.

Компрессор 1 засасывает влажный пар холодильного агентаиз испари­теля 4 (рефрижератора) и сжимает его адиабатно (линия 1-2). В кон­це сжатия может. быть как сухой, так и перегретый пар. Сжатый холо­дильной агент поступает в конденсатор 2 (охладитель), где пары кон­денсируются в жидкость, передавая тепло q₁ при постоянном давлении (линия 2-2-3) до превращения в кипящую жидкость с температурой Т_к. Из конденсатора холодильный агент (кипящая жидкость) проходит че­рез дроссельный клапан 3, превращается во влажный пар более низко­го давления и температуры. При этом происходит частичное испарение жидкости. Этот процесс дросселирования, как необратимый и на диаграмме изображен условно (линия 3-4). Энтальпия до и после дросселивания одинаковы; давление и температура понижаются. В зависимости от степени открытия дроссельного клапана в испаритель поступает оп­ределенное количество холодильного агента в соответствии с заданной холодопроизводительностью.

После дросселя холодильный агент поступает в охлаждаемое помещение (испаритель) - 4, где при неизменном давлении и температуре (линия 4-1) расширятся и подсушивается, отнимая тепло q₂ от по­мещения (холодильной камеры - 4). Холодильный агент с состоянием в точке 1 засасывается компрессором 1 и цикл повторяется.

Количество тепла q₂ отнимаемого от охлаждаемого помещения, равное полученному теплу одним кг холодильного агента в испарителе, называется холодопроизводительностью и графически изображаются в диаграмме площадью 1-1-4-4-, (в определенном масштабе).

Автоматически записывается:

Абсолютная величина тепла q₁, отдаваемогоодним кг холодильного агента в конденсаторе, равна:

т.к. i₃ = i₄ (дросселирование) и графически на диаграмме ТS тепло и отображаются площадью 3-3-2-2-1-3 (в масштабе).

Тепло, эквивалентное затраченной работе на 1 кг холодильного агента, равно:

Уравнение(1) показывает, что работа, затрачиваемого в холодильной установке, равна работе сжатия холодильногоагента в идеальном компрессоре.

Если энтальпию в точке 5 принятьза нуль, то в ТS -диаграмме энтальпия i₂ изображается площадью 5-5-1-1-5 и энтальпия i₁ изобра­жается площадью 5-5-3-2-2-1-5 (в масштабе), а тепло, эквивалентное затраченной работе l_ц = i₁ - i₂ изображается (в масштабе) площадью 5-3-2-2-1-5.

Степень термодинамичного совершенства работы холодильной установки оценивается холодильным коэффициентом - e.

Цель проведения работы. Знакомство с устройством и принципом работы холодильной установки и методами оценки его эффективности.

Объект испытаний. Бытовой холодильник с парокомпрессорной холодильной установкой «ЗИЛ-МОСКВА».

Описание бытового холодильника «ЗИЛ-МОСКВА» и его краткие технические данные.

Шкаф холодильника цельнометаллический, сварной конструкции. Внутри шкафа находится холодильная камера/между стенками наружного шкафа и холодильной камеры находится слой теплоизоляционного мате­риала, предотвращающего проникновение в камеру тепла извне. Охлаждение холодильной камеры и находящихся вней пищевых продуктов осуществляется холодильным агрегатом. Холодильный агрегат герметического компрессионного типа, рассчитан на многолетний период работы. Он состоит из поршневого компрессора и, однофазного электродвигателя переменного тока, конденсатора, испарителя, системы трубопроводов, а также включает в себя пусковую защитную и терморегулирующую автоматическую аппаратуру.

Компрессор и электродвигатель заключены в общий герметический кожух. Все соединения трубопроводов, неразборные. Для уменьшения шума во время работы холодильника кожух электродвигателя и компрес­сора подвешены на пружинах.

Алюминиевый конденсатор прокатно-сварного типа соединен трубо­проводами с одной стороны с нагнетательной линией компрессора, а с другой стороны через специальный фильтр и длинную капиллярную трубку с алюминиевым испарителем (замораживателем). Испаритель соединен проводом с внутренней полостью кожуха компрессора.

Система холодильного агрегата заполнена холодоагентом фреоном-12. Компрессор смазывается специальным маслом залитым в кожух. Холодоагент и масло не меняются в течение всего времени эксплуатации хо­лодильника.

Холодильный агрегат работает следующим образом: компрессор засасывает пары фреона из кожуха компрессора, сжимают ихи нагнетает в конденсатор. В конденсаторе пары фреона превращаются в жидкий фреон, который через капиллярную трубу поступает в испаритель. Капиллярная трубка создает необходимый для работы перепад давления между конденсатором и испарителем (выполняет роль дроссельного клапана). Так как давление в испарителе ниже, чем в конденсаторе, поступающий в испаритель жидкий фреон испаряется, отнимая тепло от стенок испарителя и соприкасающегося с ним воздуха. Пары фреона из испарителя отсасываются в кожух компрессора и цикл повторяется. Для поддержания требуемого теплового режима внутри холодильной камеры холодильный агрегат работает периодически, включаясь и выключаясь при помощи автоматически действующего терморегулятора (тер­мостат), который реагирует на изменение температуры стенки испарителя.

Компрессор приводится в действие однофазным электродвигателем переменного тока. Электродвигатель включается пусковым реле, предназначенным для защиты электродвигателя от перегрузок.

2. Краткие технические данные холодильника

2. Результаты испытаний

После осмотра и проверки холодильника, а также измерительных приборов, включается электродвигатель холодильной установки и определяется расход электроэнергии на замораживание определенной порции воды и понижение температуры воздуха в холодильнике на заданную величину.

Порядок обработки результатов испытаний

1. Масса воздуха в холодильной и морозильной камерах определяется:

где: r_воз – плотность воздуха, кг/м³; V – объем холодильной и морозильной камер, м³.

Плотность воздуха в холодильнике определяется из уравнения:

где Р₁ –атмосферное давление воздуха.

2. Количество теплоты, отнятое в холодильнике от воздуха и воды:

где: С_р^’, С_р – теплоемкость воздуха; g – удельная теплота плавления льда, равная 335, 2 кДж/кг.

Примечание: Возможность охлаждения льда ниже 0 ⁰С не учитывается.

Теплоемкость воздуха в холодильной и морозильной камерах определяется из выражения:

Сравнительный холодильный коэффициент определяется из выражения:

4. Определить количество тепла, отданное помещению (окружающей среде).

5. Определить коэффициент использования энергии установки, если бы она работала в режиме теплового насоса (e₁).

6. Определить коэффициент использования энергии установки, если бы она работала в режиме комбинированной машины (машина, предназначенная как для выработки тепла, так и для выработки холода) e₂.

Примечание: Коэффициент использования энергии у тепловых насосов и комбинированных машин определяется как отношение полезно использованного тепла к затраченной работе.

Порядок оформления отчета

Отчет должен включать название темы, цель проведения работы, краткое описание работы холодильника, схему работы парокомпрессорной холодильной установки, технические данные холодильника, описание применявшихся при испытании приборов, PV и TS диаграммы цикла парокомпрессорной холодильной установки, таблицу замеренных величин, обработку результатов испытаний, окончательные данные этой обработки в виде таблицы и выводы об эффективности холодильника.