9.4. Холодильный агрегат

Холодильный агрегат бытового холодильника состоит из мотор-компрессора, испарителя, конденсатора, системы трубопроводов и фильтра-осушителя.

В наиболее распространенных бытовых холодильниках компрессор установлен внизу, под шкафом, конденсатор — на задней стенке, а испаритель образует небольшое морозильное отделение в верхней части камеры. Иногда применяется иная компоновка: компрессор устанавливают на шкафу, горизонтальный и частично наклонный конденсатор — над ним, а испаритель, как и в предыдущем случае, — в верхней части камеры, т. е. под компрессором (рис. 9.7).

Рис. 9.7. Компоновка холодильных агрегатов бытовых холодильников с нижним (а) и верхним (б) расположением компрессора

В напольных холодильниках различают три типа агрегатов: агрегаты с испарителем, который устанавливают через люк задней стенки шкафа; агрегаты с испарителем, который монтируют через дверной проем; несъемные холодильные агрегаты, установленные в шкаф и залитые пенополиуретаном.

Компрессоры по конструкции подразделяют на исполнения:

ХКВ — с кривошипно-кулисным механизмом;

ХШВ — с шатунным механизмом.

Компрессоры выпускаются без устройства дополнительного охлаждения и с ним (М).

Структура условного обозначения компрессора выглядит так:

1 — компрессор хладоновый герметичный;

2 — описанный объем (см³/1 ход);

3 — напряжение и частота тока;

4 — устройство для дополнительного охлаждения имеется;

5 — климатическое исполнение (только для исполнения Т);

6 — обозначение стандарта.

Пример условного обозначения компрессора хладонового, герметичного, кулисного, с вертикальной осью вращения, описанного объема 5 см³/1 ход, для сети с напряжением 220 В и частотой 50 Гц, без устройства дополнительного охлаждения, климатического исполнения УХЛ:

ХКВ 5–1 ГОСТ 17008-85.

Пример условного обозначения компрессора хладонового, герметичного, шатунного, с вертикальной осью вращения, описанного объема 5 см³/1 ход, для сети с напряжением 115 В и частотой 60 Гц, с устройством дополнительного охлаждения масла, климатического исполнения Т:

ХШВ 5–2 МТ ГОСТ 17008-85.

Примечания: 1. Описанный объем — объем, который вытесняется поршнем за единицу времени или за один ход при номинальной частоте вращения.

2. УХЛ — для условий эксплуатации в районе с тропическим климатом.

Основные технические характеристики компрессоров приведены в табл. 9.7.

В бытовых холодильниках отечественного производства применяют одноцилиндровые поршневые непрямоточные компрессоры трех типов: ДХ, ФГ и ХКВ, работающие на хладоне-12 и озонобезопасных хладагентах.

Компрессор ДХ имеет кривошипно-шатунный механизм, горизонтальный вал с частотой вращения 1500 мин^-1 и наружную подвеску, а компрессоры ФГ и ХКВ — кривошипно-кулисный механизм с вертикальным валом с частотой вращения 3000 мин^-1 и внутреннюю подвеску.

Мотор-компрессоры типов ДХ и ФГ можно внешне отличить по подвеске. В мотор-компрессоре ДХ компрессор и двигатель закреплены жестко в кожухе, подвешенном (или опирающемся) на раме и пружинах.

Компрессор и двигатель мотор-компрессора ФГ подвешены на пружинах внутри кожуха, а кожух жестко закреплен на раме. Кроме внешнего различия (по подвеске) эти компрессоры и двигатели отличаются также своей конструкцией.

Компрессор и электродвигатель агрегата соединены общим валом и заключены в герметичный кожух.

Кривошипно-кулисный мотор-компрессор (рис. 9.8) с вертикальным расположением вала подвешен на пружинах 23 (рис. 9.9) внутри герметичного кожуха 1. В зависимости от конструкции подвески пружины работают на сжатие или растяжение и служат для гашения колебаний, возникающих при работе компрессора.

Рис. 9.8. Общий вид кривошипно-кулисного мотор-компрессора:

_{1 — нагнетательный патрубок; 2 — операционный патрубок; 3 — всасывающий патрубок; 4 — патрубки устройства для дополнительного охлаждения}

Электродвигатель однофазный, асинхронный, с пусковой обмоткой. Для пуска двигателя и защиты его от перегрузок применяют пуско-защитное реле, соединенное с двигателем при помощи клеммной колодки, закрепленной на проходных контактах пластинчатой скобой. Реле установлено на раме.

Ротор 2 электродвигателя помещен непосредственно на валу 21 компрессора. Статор 3 электродвигателя прикреплен к корпусу 6 компрессора четырьмя винтами 4. Обмотка статора двухполюсная, четырехкатушечная. Корпус компрессора чугунный, одновременно служащий опорой вала. Цилиндр 16 отлит вместе с глушителями. Он установлен на корпусе мотор-компрессора по четырем контрольным штифтам 8 и прикреплен к корпусу двумя винтами. Для уменьшения инерционных масс поршень 18 изготовлен полым из листовой стали. Ползун 20 кулисы чугунный. На торце цилиндра установлена прокладка 15 всасывающего клапана и сам клапан 14 по двум установочным цилиндрическим штифтам 8. Нагнетательный клапан 12 вместе с ограничителем прикреплен к седлу заклепками. Клапаны установлены на штифты 8. На тех же штифтах имеются скобы, которые ограничивают подъем клапана. Высота подъема всасывающего клапана 0,5 мм, нагнетательного — 1,18 мм. Диаметр всасывающего отверстия 5 мм, нагнетательного — 3,4 мм. Подъем клапана ограничен, чтобы не было чрезмерных перегибов и стуков.

Седло 13 клапанов и головка 10 цилиндра отлиты из чугуна. Вал ротора вращается в подшипнике корпуса компрессора. Кожух изготовлен из листовой стали.

Трущиеся части компрессора смазываются под действием центробежной силы через косое отверстие в нижнем торце коренной шейки вала. При вращении вала 21 масло, попадая в наклонный канал, поднимается вверх и поступает к трущейся паре вал 21 — корпус 6 компрессора. Пара поршень 18 — цилиндр 16 смазывается разбрызгиванием. Пары хладона всасываются из кожуха в цилиндр 16 через глушитель всасывания и нагнетаются в трубку 22. Змеевик нагнетательной трубки 22 способствует гашению колебаний мотор-компрессор, корпус которого опирается на три буферные пружины 23. Пружины предохраняет от выпадения шпилька 24.

Кожух 1 закрыт сверху крышкой 7, приваренной по фланцу и ограничивающей перемещение мотор-компрессора вверх.

Конденсатор холодильного агрегата является теплообменным аппаратом, в котором хладагент отдает тепло окружающей его среде. Пары хладагента, охлаждаясь до температуры конденсации, переходят в жидкое состояние. Конденсатор представляет собой трубопровод, изогнутый в виде змеевика, внутрь которого поступают пары хладона. Змеевик охлаждается снаружи окружающим воздухом. Наружная поверхность змеевика обычно недостаточна для отвода тепла воздухом, поэтому поверхность змеевика увеличивают за счет большого количества ребер, креплением змеевика к металлическому листу и другими способами.

Широкое распространение получили конденсаторы конвективного охлаждения с проволочным оребрением (рис. 9.10, а). Конденсатор представляет собой змеевик из медной трубки с приваренными к ней с обеих сторон (друг против друга) ребрами из стальной проволоки диаметром 1,2…2 мм. Применяются также конденсаторы щитовые с завальцованной трубкой (холодильники ЗИЛ-6З, ЗИЛ-64).

В холодильниках старых моделей применялись листотрубчатые конденсаторы. Листотрубчатый щитовой конденсатор (рис. 9.10, б) состоит из змеевика, который приварен, припаян или плотно прижат к металлическому листу, выполняющему роль сплошного ребра. В листе иногда делают прорези с отбортовкой по типу жалюзи. Это увеличивает теплопередающие поверхности за счет торцов отогнутых металлических язычков и циркуляции воздуха. Диаметр труб 4,75…8 мм, шаг 35…60 мм, толщина листа 0,5…1 мм.

Рис. 9.9. Конструкция кривошипно-кулисного мотор-компрессора (в сборе):

_{1 — герметичный кожух в сборе; 2 — ротор электродвигателя; 3 — статор электродвигателя; 4, 5 — винты; 6 —корпус компрессора; 7 — крышка кожуха; 8 — штифты; 9 — винт; 10 — головка цилиндра; 11 — прокладка клапана нагнетания; 12 — нагнетательный клапан; 13 — седло клапанов; 14 — клапан всасывающий; 15 — прокладка всасывающего клапана; 16, 17 — цилиндры; 18 — поршень; 19 — обойма; 20 — ползун; 21 — вал; 22 — трубка нагнетательная; 23 — пружина буферная; 24 — шпилька}

Трубы змеевика на листе обычно располагают горизонтально. В некоторых листотрубчатых конденсаторах их располагают вертикально, чтобы последние витки трубопровода не нагревались от кожуха компрессора. Длина трубопровода конденсатора составляет 6500… 14 000 мм.

Листотрубчатый прокатно-сварной конденсатор (рис. 9.10, в) изготовлен из алюминиевого листа толщиной 1,5 мм с раздутыми в нем каналами змеевика. Конденсатор имеет форму сплюснутой трубы и закреплен на задней стенке шкафа холодильника. При сравнительно небольших размерах конденсатор работает эффективно благодаря высокой теплопроводности алюминия и теплопередачи через однородную среду. Для более эффективной циркуляции воздуха в щите сделаны сквозные просечки. Конденсатор с одной стороны соединен трубопроводами с нагнетательной линией компрессора, а с другой через фильтр и капиллярную трубку — с испарителем. Для защиты от коррозии конденсатор окрашивают черной эмалью.

Существенным недостатком конденсатора этого типа является его выход из строя при засорении капиллярной трубки. Происходит вздутие листа алюминия и его разрыв.

Рис. 9.10. Конструкция конденсаторов холодильного агрегата:

_{а — с проволочным оребрением; б — листотрубчатый; в — прокатно-сварной}

В испарителе происходит передача тепла от охлаждаемого объекта к испаряющемуся (кипящему) вследствие этого холодильному агенту. По принципу действия испарители аналогичны конденсаторам, но отличаются тем, что в конденсаторе холодильный агент отдает тепло окружающей среде, а в испарителях поглощает его из охлаждаемой среды.

В однокамерных холодильниках испаритель предназначен для хранения замороженных продуктов, поэтому его делают в виде полки. Для поддержания низкой температуры испаритель закрывают спереди дверцей, а сзади стенкой. Такой испаритель является низкотемпературным (морозильным) отделением. В настоящее время применяются алюминиевые испарители, изготовленные прокатно-сварным методом. Исходным материалом для их изготовления служат листы алюминия марки АД, АД-1.

Испарители имеют каналы различной конфигурации и отличаются способом крепления в холодильной камере. В некоторых холодильных агрегатах испарители отличаются тем, что система каналов у них имеет вместо двух выходных отверстий для присоединения капиллярной и всасывающей трубки лишь одно. У таких агрегатов капиллярная трубка проходит внутри всасывающей. Конец всасывающей трубки приваривают в торце выходного канала испарителя, а капиллярная трубка проходит через выходной канал во входной, где ее обжимают, чтобы не было перетекания хладона из входного канала в выходной.

Для защиты алюминиевых испарителей от коррозии их анодируют в сернокислых или хромокислых ваннах. Испарители выпускают различных конструкций. Широкое распространение в холодильниках ранних выпусков имели испарители, изготовленные в виде перевернутой буквы П (рис. 9.11, а), часто вытянутой во всю ширину камеры, с полкой для продуктов. В современных холодильниках с морозильными отделениями во всю ширину камеры испарители делают в виде вытянутой буквы О (рис. 9.11, б) или повернутой вверх буквы С. Испаритель крепят к потолку или боковым стенкам камеры.

Рис. 9.11. Конструкция испарителей:

_{а — в виде перевернутой буквы П; б — О-образной формы; в — листотрубчатый (вид снизу)}

В настоящее время в некоторых моделях двухкамерных холодильников применяют листотрубчатые (рис. 9.11, в) секционные испарители, плоские, расположенные на задней стенке камеры холодильника или устанавливаемые горизонтально (в этом случае испаритель одновременно является полкой). Трубопровод испарителя диаметром 8 мм прикреплен к металлическому листу с внутренней стороны. Для крепления трубопровода и циркуляции воздуха на листе сделаны просечки.

В холодильниках ранних выпусков («ЗИЛ-Москва», «Саратов-2» и др.) применялись стальные испарители из двух сваренных листов нержавеющей стали. Стальные испарители отличаются относительно небольшими размерами и большой прочностью.

Капиллярная трубка в сборе с отсасывающей служит регулирующим устройством для подачи жидкого хладагента в испаритель. Она представляет собой медный трубопровод с внутренним диаметром 0,5…0,8 и длиной 2800…3000 мм (в зависимости от модели холодильника), соединяющий стороны высокого и низкого давления в системе холодильного агрегата. Имея небольшую проходимость (5,6…8,5 л/мин), капиллярная трубка является дросселем и создает перепад давления между конденсатором и испарителем и подает в испаритель определенное количество жидкого хладона.

К преимуществам капиллярных трубок по сравнению с другими дросселирующими устройствами (например, с терморегулирующими вентилями) следует отнести простоту конструкции, отсутствие движущихся частей и надежность в работе.

Недостатком капиллярной трубки является невозможность необходимого регулирования подачи хладона в испаритель при разных температурных условиях эксплуатации холодильника. Учитывая это, проходимость капиллярной трубки устанавливают исходя из нормальных эксплуатационных условий холодильника.

Для улучшения теплообмена между отсасывающими холодными парами и теплым жидким хладагентом, которые движутся противотоком, капиллярную и отсасывающую трубки спаивают между собой на большом участке. В некоторых холодильниках капиллярную трубку наматывают на отсасывающую или помещают внутри нее.

Фильтр устанавливают у входа в капиллярную трубку для предохранения ее от засорения твердыми частицами. Фильтры изготовляют из мелких латунных сеток или металлокерамики. Металлокерамический фильтр состоит из бронзовых шариков диаметром 0,3 мм, сплавленных в столбик конусообразной формы, заключенный в металлический корпус. Капиллярную трубку припаивают к металлокерамическому фильтру под углом 30°. В большинстве холодильников фильтр смонтирован в одном корпусе с осушительным патроном. По краям корпуса расположены сетки, а между сетками — адсорбент.

Адсорбенты. Для очистки рабочей среды хладоновых холодильных машин от влаги и кислот применяют адсорбенты различных марок. Ими заполняют фильтры-осушители.

Эффективными поглотителями влаги являются синтетические цеолиты NaA-2MШ и NaA-2KT. Их выпускают в виде таблеток или шариков размером 1,55…3,50 мм. По сравнению с минеральными адсорбентами (силикагелем, алюмогелем и др.) цеолиты хорошо поглощают воду из холодильного агента. Преимущества цеолита по сравнению с силикагелем становятся еще значительнее при наличии масла в холодильном агенте.

Синтетический цеолит NaA-2MШ предназначен для заполнения осушительных патронов бытовых холодильников, работающих на хладоне-12. Он активно адсорбирует следы воды и почти поглощает холодильные агенты и смазочные масла.

Осушительный патрон служит для поглощения влаги из хладагента и предохранения регулирующего устройства (капиллярной трубки) от замерзания в нем воды. Корпус 2 (рис. 9.12, а) осушительного патрона состоит из металлической трубки длиной 105…135 мм и диаметром 12…18 мм с вытянутыми концами, в отверстия которых впаивают соответствующие трубопроводы холодильного агрегата.

Внутри корпуса патрона помещают 10…18 г адсорбента 3 (синтетического цеолита). Адсорбенты имеют простую кристаллическую структуру. Мельчайшие поры соединены узкими каналами. Благодаря такой структуре возникает избирательная адсорбция, т. е. свойство молекулярного сита, когда в полости пор проникают лишь те молекулы, размер которых меньше диаметра каналов. Поэтому вся активная поверхность и объем пор используются для удержания молекул воды и не засоряются прочими веществами с более крупными молекулами (в частности, хладоном и маслом).

Корпус осушительного патрона в зависимости от места установок его в агрегате изготавливают из стальных, медных или алюминиевых трубок. Адсорбент 3 помещают в корпус патрона между сетками 4 с обоймами 1, которые установлены на входе и выходе патрона. Если осушительный патрон помещен в штампованном испарителе, корпусом осушителя служит коллектор испарителя, куда кладут адсорбент в сетчатом чехле. Осушительные патроны с силикагелем обычно ставят в холодильной зоне агрегата — испарителе. Осушительные патроны с цеолитом устанавливают на стороне нагнетания перед входом в капиллярную трубку, т. е. там же, где находится фильтр. В этом случае осушительный патрон совмещают с фильтром (фильтр-осушитель).

Наряду с медной сеткой используют металлокерамику. Фильтр 7 (рис. 9.12, б) состоит из большого количества бронзовых шариков диаметром 0,25 мм, которые в результате спекания образуют столбик конической формы. Между прилегающими друг к другу поверхностями шариков имеются мельчайшие зазоры, образующие многочисленные лабиринты, которые, однако, не препятствуют проходу жидкого хладагента. Для увеличения поверхности фильтра в торце большого основания конуса имеется глухое отверстие.

Во входное отверстие корпуса 6 фильтра запаивают трубку 5 конденсатора, в выходное — капиллярную трубку 8.

Рис. 9.12. Конструкция фильтра — осушительного патрона:

_{а — без металлокерамики: 1 — обойма сетки фильтра; 2 — корпус; 3 — адсорбент; 4 — сетка фильтра;}

_{б — с металлокерамикой: 5 — трубка конденсатора; 6 — корпус; 7 — фильтр; 8 — капиллярная трубка}

Работа холодильного агрегата. Рабочий процесс в холодильном агрегате рассмотрим на примере агрегата компрессионного типа (рис. 9.13). Парообразный хладагент при низком давлении и низкой температуре отсасывается из испарителя 4 в цилиндр компрессора 1. При обратном ходе поршня в цилиндре пар сжимается, в результате чего температура его сильно повышается. При высоком давлении и температуре пар хладагента из компрессора направляется в конденсатор 2, представляющий собой теплообменный аппарате большой поверхностью охлаждения. В конденсаторе, охлаждаемом окружающим воздухом, пары хладагента конденсируются и жидкий хладагент под высоким давлением поступает к регулирующему устройству 3.

Рис. 9.13. Схема работы агрегата компрессионного типа:

_{1 — компрессор; 2 — конденсатор; 3 — регулирующее устройство; 4 — испаритель}

По пути к регулирующему устройству жидкий хладагент охлаждается за счет перегрева холодных отсасываемых паров. Охлаждение производится в теплообменнике, конструктивное исполнение которого в простейшем случае осуществляют при пайкой жидкостного трубопровода к отсасывающему. Охлаждение жидкого хладагента за счет перегрева отсасываемых паров увеличивает холодопроизводительность агрегата.

В регулирующем устройстве происходит дросселирование жидкого хладагента, в результате чего давление хладагента понижается до давления кипения. В испарителе жидкий хладагент, отбирая тепло от охлаждаемой среды, кипит и, превращаясь в пар, засасывается компрессором. После этого цикл повторяется.

В процессе работы агрегата хладагент не расходуется, а лишь переходит из парообразного состояния в жидкое, перенося при этом тепло от охлаждаемой среды в окружающий воздух. При этом затрачивается электрическая энергия, необходимая для работы компрессора.

Основными величинами, характеризующими агрегат, являются холодопроизводительность и затрачиваемая при этом работа.

Холодопроизводительность агрегата определяется количеством тепла, которое он в состоянии отнять от охлаждаемой среды в течение часа.