Чиллер (от англ. «сhill» — охлаждать) — устройство для охлаждения воды или незамерзающей жидкости (вода+добавка).
В современном мире применяется в системах кондиционирования (чиллер+ фанкойл),
а также широко в производстве для охлаждения термопласт автоматов, экструдеров и прочее.

План семинара

• Введение
• Презентация охладителя жидкости «АНГАРА»
• Обзор рынка
• 1. Основы термодинамики
• 1.1 Основы теплопередачи
• 1.2 Коэффициент теплопередачи
• 1.3 Фазовые переходы веществ
• 1.4 Основные процессы получения искусственного холода
• 1.5 Охлаждение при изменении агрегатного состояния рабочего тела
• 1.6 Охлаждение при расширении газообразного рабочего тела с совершением полезной работы
• 1.7 Охлаждение при дросселировании рабочего тела
• 1.8 Охлаждение за счет вихревого эффекта
• 1.9 Термоэлектрическое охлаждение
• 2. Рабочие процессы холодильных машин
• 2.1 Хладагенты
• 2.2 Теплоносители
• 2.3 Принципы работы холодильной машины
• 2.3.1 Принципы работы холодильной машины
• 3. Конструктивные особенности охладителя жидкости
• 3.1 Конденсатор
• 3.2 Испаритель
• 3.3 Компрессор
• 3.4 Холодильная арматура и автоматика
• 3.5 Гидромодуль
• 4 Расчет теплового потока и выбор чиллера
• 5 Градирня. Драйкуллер (сухая градирня)
• 6 Работа драйкуллера в связке с чиллером
• 7 Эксплуатация охладителя жидкости «АНГАРА»

1.8 Охлаждение за счет вихревого эффекта

Искусственное охлаждение, основанное на расширении сжа­того газообразного рабочего тела с последующим разделением потоков на теплый и холодный в специальном устройстве, полу­чило название вихревого эффекта. Устройство для реализации дан­ного эффекта называется вихревой трубой (рис. 1.5).



Рис. 1.5. Схема вихревой трубы: 1—вихревая труба; 2 —диафрагма; 3— сопло; 4—вентиль
Газообразное рабочее тело (чаще всего воздух), сжатый и ох­лажденный до температуры окружающей среды, подается в вих­ревую трубу 1 через сопла 3. В трубе воздух расширяется и совер­шает вращательное вихревое движение, в результате которого потоки разделяются. Более теплый поток воздуха выходит через вентиль 4, а более холодный — через диафрагму 2. Вихревой эф­фект реализуется без совершения внешней работы.

1.9 Термоэлектрическое охлаждение

Данный способ получения искусственного охлаждения заключается в том, что под действием электрического тока, проходящего по цепи из двух разнородных материалов, спаи этих материалов будут иметь разную темпе­ратуру. Пара разнородных мате­риалов, объединенных в цепь, получила название термоэле­мента (рис. 1.6). В качестве ма­териалов термоэлемента 1 и 3могут использоваться металлы или полупроводники. Эти мате­риалы соединяются металли­ческими пластинами 2 и 4, слу­жащими одновременно для по­глощения теплоты Q0 oт охлаж­даемой среды и отвода теплоты на более высоком температур­ном уровне Qт в окружающую среду.
Положительными свойства охладителей с термоэлементами являются их портативность, бесшумность и отсутствие движущихся частей. Но стоимость этих устройств достаточно высока и они потребляют большое количество электроэнергии. Промышленность выпускает термоэлектрические охладители для холодильных шкафов, охлаждаемых баров, переносных автомобильных холодильников.
Рис. 1.6. Термоэлектрический охладитель.
1,3- материалы термоэлемента;
2,4 - металлические пластины;
5— источник тока.

2. Рабочие процессы холодильных машин.

Холодильным агентом (хладогентом)называется вещество, используемое в любом холодильном процессе для поглощения теплоты, отводимой от охлаждаемого объекта.
Теплоносителем называется вещество, осуществляющее передачу теплоты от охлаждаемого объекта к приемнику теплоты. В качестве хладагента можно использовать любое вещество в твердом, жидком или газообразном состояниях. Единственное требование- температура хладагента должна быть ниже температуры охлаждаемого тела.

2.1 Хладагенты

В холодильной технике применяют достаточно большое число жидких и газообразных хладагентов. В настоящее время известно более 40 хладагентов, но только 15 из них находят практическое применение. Помимо однокомпонентных (или чистых) хладаген­тов в последнее время находят применение многочисленные смеси, составленные из двух и более чистых хладагентов.
Идеальный хладагент должен обладать хорошими термодина­мическими показателями и обеспечивать высокую эффективность работы холодильной машины. Кроме того, хладагент должен быть химически стабильным, не разлагаться и не вступать в реакции с металлами и смазочными маслами. Хладагент должен обеспечивать безопасность эксплуатации — не воспламеняться, не образовывать взрывчатых соединений, не быть токсичным.
Поскольку не существует идеального хладагента, который под­ходил бы по всем показателям, на практике применяют хладаген­ты, соответствующие наиболее важным требованиям. К наиболее широко используемым хладагентам относится аммиак, фреоны, чистые углеводороды и вода.
В России принята разработанная Международной организаци­ей по стандартизации (ИСО) специальная система обозначения хладагентов. Хладагент обозначается буквой R и числом. Буква R — это первая буква в слове Refrigerant — хладагент. Цифры обознача­ли марку хладагента и его структуру.
Смеси хладагентов обозначают как названия компонентов через дробь, а в скобках дают соотношение массовых долей. Так смесь хладагентов, состоящая на 90% из R22 и 10% из R12, обо­значают как R22/К12 (90/10).
Азеотропные смеси — это смеси, ведущие себя как однокомпонентное вещество. В процессах кипения и конденсации этих смесей не изменяются соотношения между компонентами. Эти хладагенты условно обозначают цифрами 500, 501 и т.п. Например, хорошо известный хладагент R 502 представляет собой азеотропную смесь, состоящую на 48,8% из хладагента R22 и на 51,2% из R115, и имеет еще одно обозначение — R22/R115 (48,8/51,2).
Хладагенты неорганического происхождения (аммиак, вода) обозначают цифрой 700, к которой прибавляют молекулярную массу вещества. По этой системе обозначений аммиак и вода име­ют номера R717 и R718 соответственно.
Основные характеристики наиболее часто применяемых хладагентов приведены в табл. 2.1.

Физические свойства хладагентов

В малых холодильных машинах, которыми оснащается торго­вое холодильное оборудование, в качестве хладагентов используют следующие: R12, R22, R502, R13, R134а.
В последнее время начинают применять озонобезопасный хла­дагент R134а, но число холодильных машин, работающих на дан­ном хладагенте, мало.
Хладагент R12(дифтордихлорметан — ССl2F2). Наиболее рас­пространенный хладагент для малых холодильных машин и быто­вых холодильников. Бесцветный газ, тяжелее воздуха, практически без запаха. При концентрации в воздухе более 20% появляется слабый сладковатый запах эфира. Хладагент не горит и не образует с воздухом взрывоопасной смеси, хорошо растворяет смазоч­ное масло в рабочем диапазоне температур, крайне мало раство­ряется в воде. В отсутствие влаги нейтрален практически по всем металлам. При температуре выше 330oС R12 в присутствии метал­лов разлагается с образованием хлористого и фтористого водоро­да и небольшого количества ядовитого газа — фосгена. При содер­жании R12 в воздухе до 20% он безвреден для человека.
Хладагент R12 применяют в одноступенчатых средне температурных холодильных машинах с диапазоном кипения 10...-25 °С.
ХладагентR22(дифтормонохлорметан — СНF2С1). Бесцветный газ со слабым запахом хлороформа, имеет более низкую темпера­туру кипения и более высокое давление конденсации, чем R12, для одинаковых условий. Он нейтрален к металлам, не горит и не образует с воздухом взрывчатых смесей, неограниченно раство­ряет смазочное масло при температурах не ниже -10...-20 oС. При более низких температурах масло начинает отделяться от хлада­гента и образует масляную пленку, препятствующую процессу кипения.
Использование R22 в малых холодильных машинах вместо R12 позволяет на 35...40% снизить производительность компрессора при той же холодопроизводительности. Это, в свою очередь, при­водит к снижению металлоемкости холодильной машины.
Даже при низких температурах кипения R22 давление его на всасывании в компрессор будет выше барометрического, что по­вышает надежность работы компрессора, особенно при низко­температурных режимах.
Хладагент R22 используют в одно- и двухступенчатых низко­температурных холодильных машинах, а также в холодильных ма­шинах воздушных кондиционеров. Диапазон кипения R22 доста­точно широк  -75...+10 oС.
ХладагентR502представляет собой азеотропную смесь хлада­гентов:48,8% R22 и 51,2% R115 (пентафтормонохлорэтан — С2С1F5).
Хладагент R502 не горит, не взрывоопасен, химически стаби­лен и менее токсичен, чем R22. Объемная холодопроизводительность R502 выше, чем у R22, при одинаковых температурах кипе­ния, а температура нагнетания значительно (около 20 oС) ниже. Хладагент R502 находит применение в средне- и низкотемпера­турных холодильных машинах, бытовых холодильных и каскад­ных холодильных машинах.
Использование R502 вместо R22 в низкотемпературных холо­дильных машинах повышает холодопроизводительность на 20...40% и улучшает энергетические показатели компрессора на 10...12%. Термодинамические свойства R502 приведены в табл.2.2.
ХладагентR13(трифтормонохлорметан СF3С1). Хладагент R13 не горит, не взрывоопасен, практически безвреден для человека. Растворимость в смазочном масле ограничена.
R13 применяют в каскадных холодильных машинах на нижних контурах при температурах кипения -70...-110oС.

Аммиак R717(NН3). Бесцветный газ с резким запахом, темпе­ратура кипения NН3 при барометрическом давлении -33,3°С. Он обладает хорошими термодинамическими свойствами, большой объемной холодопроизводительностью.
Аммиак практически нерастворим в масле и очень интенсивно поглощается водой. Утечки аммиака из холодной системы легко обнаруживаются по запаху или с помощью лакмусовой бумаги. С черными металлами (сталь, чугун) аммиак не вступает в реакцию, но в присутствии влаги разъедает цинк, медь и медные сплавы.
Оказывает вредное воздействие на человека — раздражает слизистые оболочки глаз, желудка, дыхательных путей, вызывает ожоги кожного покрова и спазмы дыхательных органов. Обладая резким запахом, аммиак распознается органами осязания челове­ка при концентрации 0,0005%. При содержании аммиака в возду­хе свыше 0,5% возможно отравление человека. При концентра­ции в воздухе 16... 27% R717 (аммиак) образует взрывчатую смесь.
Аммиак — дешевый хладагент с очень хорошими термодина­мическими характеристиками. Он применяется в средних и круп­ных холодильных машинах с поршневыми и винтовыми компрес­сорами. Холодильные машины, работающие на R717, функцио­нируют при температуре кипения хладагента до -70 °С. В малых холодильных машинах NН3 не применяется из-за его токсичности и взрывоопасности.
Характеристики хладагента R717 и других хладагентов.

Хладагенты в рабочем диапазоне температур для холодильной машины могут находиться в жидком и парообразном состоянии. Существенное влияние на состояние хладагента оказывает давле­ние. Причем для хладагента в замкнутом объеме температура и давление взаимосвязаны. Повышение температуры хладагента в замкнутом объеме сопровождается повышением температуры, и наоборот.
Вода (R718) при атмосферном давлении кипит при температу­ре 100 oС. Эту температуру имеет жидкость на дне сосуда и водя­ной пар, находящийся над поверхностью воды. Температура, при которой вещество превращается из жидкости в пар, называется температурой насыщения. Жидкость, имеющая температуру на­сыщения, называется насыщенной, а пар — насыщенным. Темпе­ратура насыщения для конкретного давления — это максималь­ная температура, которую может иметь жидкость, и минимальная температура, которую может иметь пар. Причем эта температура одинакова для жидкости и пара. Если к жидкости постоянно под­водится теплота, то жидкость кипит, а пар через открытый вен­тиль выводится за пределы сосуда. Давление и температура жидко­сти и пара остаются постоянными до тех пор, пока в емкости будет находиться жидкость.
Если вентиль частично прикрыть, то давление пара над уров­нем жидкости и соответственно давление жидкости повысятся. Если давление кипящей жидкости (давление насыщения) повы­сится на 97,2 кПа, то температура кипения (температура насыще­ния) до 120 oС. Новое значение температуры насыщения получено благодаря увеличению давления. Данный эффект используется в бы­товой кастрюле-скороварке.

Рис.2.1 Термодинамические диаграммы: а - в координатах T-S;в – в координатах lgp-i

Понижение давления пара над уровнем кипящей жидкости приводит к понижению температуры ки­пения жидкости.
Взаимосвязь между температурой и давлением в состоянии на­сыщения существует для всех хладагентов. В табл. 2.2 приведено соотношение между температурой и давлением наиболее часто используемых хладагентов в состоянии насыщения.
Для анализа процессов, происходящих в холодильных маши­нах, и определения параметров хладагентов помимо таблиц исполь­зуют термодинамические диаграммы (рис. 2.1). Чаще всего свойства хладагентов представляют в диаграммах с координатами Т—s(тем­пература — энтропия) и lgр—i(давление — энтальпия). Для каж­дого хладагента существует своя термодинамическая диаграмма, позволяющая определять параметры состояния, — давление p, тем­пературу Т, удельный объем v, энтропию s и энтальпию i. Все термодинамические диаграммы строятся для 1 кг рабочего тела.
Как правило, термодинамические диаграммы имеют прямо­угольные координаты. Кривой выпуклой линией диаграмма раз­делена на несколько областей. Верхняя часть выпуклой линии обо­значена точкой Ки называется критической. При температуре рабочего тела (хладагента) выше критической (выше точки К) хладагент может находиться только в газообразном состоянии. Ниже критической точки рабочее тело может находиться в газообраз­ном, жидком или парожидкостном состояниях. Линии, отходя­щие от критической точки К, называются пограничными кривы­ми, делящими диаграмму на отдельные области.