1

X. Хладилни машини и апарати

Хладилните инсталации се разделят на две основни групи: 

инсталации за умерено 

охлаждане

и 

инсталации за дълбоко охлаждане.

Към първите се отнасят 

компресорните парови и газови хладилни машини

, работата 

на
които е свързана със загуба на механична енергия. Тук влизат и 

абсорбционните и

пароежекторни хладилни машини

, при които в студопроизводството също се 

изразходва
топлина.
К ъм вторите се отнасят 

инсталациите предназначени за компремиране на газове и

разделяне на газови смеси.
1. Компресорни хладилни машини
1 . 1 . Термодинамични основи на изкуственото охлаждане и хладилни
цикли

Работата на хладилните машини се основава на факта, че охлаждащата среда отнема 
топлина и
я предава на тяло с по-висока температура(вода или въздух), т.е. извършва се преход на 
топлина от
по-малко нагрято тяло към по-нагрято. Съгласно вторият принцип на термодинамиката, 
такъв
преход е възможен само при допълнителна загуба на работа, като се реализира обратен
термодинамичен процес или хладилен цикъл. В качеството на такъв хладилен цикъл е 
приет
обратния 

цикъл на Карно

, който се осъществява с помощта на работно тяло наречено 

хладилен
агент.
Х л адилната машина включва 4 основни елемента: компресор, кондензатор, 
разширителен
цилиндър и изпарител, в които се извършват процесите съответстващи на обратния 
цикъл на
Карно. Схемата на хладилната машина и топлинната диаграма са представени на 
фиг.102.
Фиг.102. Схема (а) и Т-S-диаграма(б) на изпарителна хладилна машина:
1 – 2 - компримиране на влажната пара от налягане p

0 

до нaлягaнe р;

2 – 3 – кондензация на парите при налягане р;
3 - 4 - адиабатичнo разширение в разширителния цилиндър;
4 - 1 — изпарение на течността при налягане р

0

Най-разпространени хладилни машини са компресорните, като в качеството на работни 
тела в
тях се използуват парообразни свиваеми и газообразни несвиваеми тела.

1.1.1. Цикъл на едностепенно свиване

Т е о ретичният цикъл на изпарителната компресорна машина значително се различава 
от
цикъла на Карно:
- вместо 

__________адиабатично разширение на течния хладилен агент в разширителния цилиндър

се извършва дроселиране

, което значително опростява хладилната инсталация;

2
- свиването на влажните пари е заменено със свиване на сухи пари. Преход от влажния

ход на компресора към сухия ход е свързан с повишаване на работните коефициенти на
компресора и предупреждения за възможни хидравлични удари.
- преохлаждането на течния хладилен агент преди регулиращия вентил, няколкократно
увеличава студопроизводителността и намалява дроселиращите загуби.

1.1.2. Цикъл на двустепенно свиване

П р и ниски температури на изпарение и високи температури на кондензация, степента 
на
свиване р/р

0 

на парите на хладилния агент в компресора става значително. Това води до 

рязко
снижаване на коефициента на подаване и увеличава загубите при дроселиране. При 
двустепенно
свиване се препоръчва преход при р/р

0 

≥ 9. Двустепенното свиване позволява 

осъществяване на
междинно охлаждане и двустепенно регулиране, т.е. създава се възможност за 
получаване на две
температури на кипене в един цикъл. На фиг.103 са показани принципните схеми и Т-s 
–
диаграмите на циклите с двустепенно охлаждане с непълно(а) и пълно(б) 
промеждутъчно
охлаждане. На практика е широко разпространен цикъла за двустепенно свиване с една 
ниска
температура на изпарение. В този случай в схемата отсъства изпарител за високо 
налягане.
Фиг.103. Схеми и диаграми цикли с двустепенно свиване
а - с непълно междинно охлаждане; б - с пълно междинно охлаждане; 1 - 2 - свиване в 
степента на
низко налягане; 2 - 3' - охлаждане във водния хладник; 3' - 3 - охлаждане в междинния 
съд(б); 3' - 4'
- свиване в степента на високо налягане на парата от водния хладник(а); 3 - 4 - свиване 
в степента
на високо налягане на парата от изпарителя за високо налягане и отделителя на 
течност(а) и
всичката пара(б); 3" - 4" – свиване на паровата смес в степента за високо налягане; 4" – 
5 -
охлаждане и кондензация на парите; 5 - 6 – преохлаждане на хладилния агент; 6 - 7 - 
първо
дроселиране; 8 - 9 - второ дроселиране; 8 - 3 – изпарение от изпарителя за високо 
налягане; 9 – 1
изпарение в изпарителя за ниско налягане
В зависимост от предназначението на хладилните машини, способа за междинното 
охлаждане
на парите и броя на изпарителите на двустепенните машини се изпълняват по различни 
схеми.
3

1.1.3. Цикъл на тристепенно свиване

П ри ниски температури изпаренията се провеждат в цикли с тристепенно свиване, 
които се
характеризират с последователно дроселиране на течния хладилен агент в три 
регулиращи вентила

с отвеждане на образуващата се пара. Схема и диаграма на хладилните машини за 
получаване на
твърд въглероден двуокис(сух лед), работеща по принципа на тристепенното свиване е 
представена
на фиг.104. Цикълът за получаване на твърдия въглероден двуокис, е основан на факта, 
че тройната
точка характеризира сравнително висока температура(-56,60С) при абсолютно налягане 
5,3 атм. В
тройната точка газообразната, течната и твърда фаза се намират в равновесие. При 
абсолютно
налягане по-ниско от 5,3атм, т.е. след третото длоселиране се получава двуфазна 
система: пари–
твърд СО2, попадаща в специален генератор. Трябва да се отбележи, че за разлика от 
обикновените
тристепенни инсталации, машината за сух лед работи в прекъснат цикъл. Твърдият лед
периодически се извежда от системата като готов продукт.
Фиг.104. Схема(а) и диаграма (б) на тристепенно свиване:
1 – 2 - свиване на СО

2 

в първата степен; 3 - 4 - свиване на СО

2 

във втората степен; 5 – 6 - 

свиване
на СО

2 

в третата степен; 6 – 7 - охлаждане и кондензация на СО

2

; 7 – 8 - първо 

дроселиране; 9 – 10
- второ дроселиране; 11 – 12 – трето дроселиране; 12 – 14 - процес на образуване на 
твърд СО

2

1.1.4. Каскаден цикъл

При необходимост от постигане на още по-ниски температури се преминава в каскаден 
цикъл.
Каскадната хладилна машина представлява система от работещи отделно хладилни 
машини
включени последователно(фиг.105). Кондензаторът на ниския елемент на каскадата се 
явява
изпарител на по-горния елемент. Каскадните машини имат висок хладилен коефициент, 
поради
възможността за използване на различни хладилни агенти в отделните машини с 
различни по
стойности критични температури.
Фиг.105. Схема(а) и диаграма на цикъла(б) каскадна хладилна машина
1 - 2 - свиване NH

3

; 2 - 3 – охлаждане, кондензация, преохлаждане NH

3

; 3 - 4 – 

дроселиране NH

3

;

4 -1 – изпарение NH

3

; 1 - 2 – свиване Ф-13; 2’ - 3’ – охлаждане и кондензация Ф-13;

3’- 4’ – дроселиране Ф-13; 4’- 1’ – изпарение Ф-13
4

1.2. Хладилен агент

В хладилната техника днес се използуват различни вещества(повече от 30), като 
хладилни
агенти. Основните критерии за тяхното оценяване са:

- термодинамичните свойства на хладилния агент, като:

- граници на налягането при които се осъществява процеса в машината;
- обемна студопроизводителност;
- критични параметри ;
- температура на замръзване и др.