Общие сведения.
Схема и циклы каскадных фреоновых холодильных машин
Схема и цикл двухступенчатой аммиачной холодильной машины со змеевиковым промежуточным сосудом
Отрицательных последствий влияния большого значения отношения Рк/Р0 на характеристики холодильной машины можно избежать заменой одноступенчатого рабочего цикла многоступенчатым.
Считается, что переходить к многоступенчатому сжатию следует, если Рк/Р0≥8.
На холодильниках промышленности и торговли наиболее распространены двухступенчатые аммиачные холодильные машины, создающие необходимые условия для холодильной обработки и хранения замороженных пищевых продуктов.
Перегретый пар аммиака всасывается компрессором первой ступени КМ1, сжимается в нем до промежуточного давления Рпр (процесс 1-2) и нагнетается в промежуточный сосуд ПС под уровень жидкого хладагента. Барботируя через слой жидкости, пар охлаждается до насыщенного состояния (2-2”), затем снова перегревается (2”-3) и всасывается компрессором второй ступени КМ2.
В компрессоре КМ2 пар сжимается от промежуточного давления Рпр до давления конденсации Рк (3-4) и нагнетается в конденсатор КД. Здесь пар охлаждается (4-4”) и конденсируется (4”-4’). Сконденсированная насыщенная жидкость здесь же в конденсаторе может переохлаждаться (4’-5) в зависимости от его конструкции на 3-4 0С.
Переохлажденная жидкость поступает в змеевик промежуточно сосуда, где дополнительно переохлаждается (5-6). Змеевик находится под уровнем кипящего хладагента (состояние 7’) при температуре tпр.
Таким образом, теоретическим пределом переохлаждения жидкого хладагента (при давлении конденсации Рк) в змеевике является промежуточная температура tпр. Практически же температура tа будет на 3…5 0С выше. Разность этих температур называют недорекуперацией.
После переохлаждения основной массовый поток хладагента G1 (в кг/с) дросселируется в регулирующем вентиле РВ1 (6-8) и поступает в испаритель И. Небольшая же часть этого потока дросселируется в регулирующем вентиле РВ2 (6-7) и поступает в промежуточный сосуд. Образующийся в процессе дросселирования пар G’ вместе с основным массовым потоком G1 всасывается компрессором второй ступени КМ2. К ним добавляется еще массовый поток G”, образующийся в промежуточном сосуде при кипении хладагента за счет отвода теплоты от змеевика и охлаждения пара в процессе 2-2” при его барботировании через слой жидкого хладагента.
Таким образом,
,
т. е. массовый поток G2, всасываемый компрессором КМ2, больше массового потока G1, проходящего через испаритель и компрессор КМ1, на сумму 
, которая составляет 10-20% от G1.
Объемный поток пара, всасываемого компрессором КМ1 в несколько раз больше объемного потока пара, всасываемого компрессором КМ2.
Из диаграммы видно, что при двухступенчатом сжатии температура t4 заметно ниже температуры t4а. Этот фактор, а также то, что отношения давлений Рк/Р0, обеспечивают лучшие характеристики работы компрессоров при двухступенчатом сжатии, чем при одноступенчатом.
Дополнительное переохлаждение жидкого хладагента в змеевике промежуточного сосуда позволяет увеличить удельную массовую холодопроизводительность машины на величину ∆q0.
В ряде случаев, обычно для экспериментальных или других специальных целей, необходимы низкие температуры порядка -80…-100 0С. Использование в этих случаях многоступенчатых холодильных машин, работающих на одном хладагенте, нецелесообразно.
При работе на хладагенте среднего давления R12 или R22 давление кипения будет существенно ниже атмосферного, а удельный объем пара всасываемого компрессором, очень большим. Поэтому компрессор нижней ступени будет иметь увеличенные габаритные размеры и металлоемкость.
Применение одного хладагента высокого давления невозможно из-за низкой критической температуры, а аммиак вообще нельзя использовать, так как его температура замерзания -78 0С.
Для получения низких температур эффективны так называемые каскадные фреоновые холодильные машины. Они представляют собой систему отдельных одноступенчатых или двухступенчатых машин, работающих на разных хладагентах.
Машина состоит из двух одноступенчатых холодильных машин, одна из которых – нижняя ступень каскада – работает на хладагенте R13, а другая – верхняя ступень – на хладагенте R22.
Обе ступени каскадной машины объединяет один общий аппарат конденсатор-испаритель КД-И. Он служит конденсатором для хладагента R13 и испарителем для хладагента R22. В нем теплота конденсации R13 передается кипящему R22.
Использование в нижней ступени R13 позволяет иметь в испарителе низкую температуру кипения (до -80 0С) при давлении кипения Р0 выше атмосферного.
Сравнительно малый объем всасываемого пара V1 обуславливает небольшие габаритные размеры и металлоемкость нижней ступени.
Рабочие вещества паровых холодильных машин и хладоносители.
Под рабочим телом или хладагентом понимают физическое тело, с помощью которого совершается отдельный термодинамический процесс или цикл. От характеристик хладагента зависят конструкция машины и расход эл. энергии. Поэтому при выборе учитывают его термодинамические, теплофизические и физико – химические свойства. Хладагенты имеют обычно низкую температуру кипения при атмосферном давлении.
В настоящее время наиболее распространенными хладагентами являются вода, аммиак, хладоны и воздух, а практически в холодильной технике применяются более 20 наименований хладагентов.
Вода – применяется главным образом в установках кондиционирования воздуха, где обычно температура теплоносителя больше нуля tн>0 °С. Как хладогент ее в основном используют в установках абсорбционного и эжекторного типов. Температура тройной точки 
.
Аммиак – применяют в поршневых компрессионных, а так же в абсорбционных установках.
(+) Преимущества: малый удельный объем при температуре испарения, большая теплота парообразования, незначительная растворимость в масле.
(-) Недостатки: ядовитость, горючесть, взрывоопасность при концентрациях 16 – 26,8 %. В присутствии воды разъедает цинк, медь, бронзу и др. медные сплавы, за исключением фосфористой бронзы.
Хладоны – галоидопроизводные предельных углеводородов. В нашей стране хладонами называют фреоны – это торговая марка хладагента пренадлежит американской фирме "Дюпон", которая в 1929 г. впервые синтезировала фреон – 12. В технической литературе и паспортных данных распространено название фреон и продолжают его применять. Все они химически инертны, мало- и невзрывоопасны.
Галоидные соединения насыщенных углеводородов 
получены путем замены атомов водорода, атомами фтора, хлора, брома 
очень многочисленны, что позволяет получить широкий спектр их свойств. Числа молекул отдельных составляющих, входящих в эти химические соединения, связаны зависимостью х + у + z + u=2n + 2.
Сокращенное обозначение хладагента строится по формуле R – № где R – символ, обозначающий хладагент, № - номер хладона. Для хладонов номер расшифровывается в следующем порядке. Первая цифра в двухзначном номере или первые две цифры в трехзначном номере обозначают тот насыщенный углеводород , на базе которого получен хладон.
Азеотропные смеси – нераздельно кипящая однородная смесь (гомогенная), перегоняющаяся без разделения на фракции (компоненты) и без изменения температуры кипения.
Неазеотропные смеси характеризуются различием равновесных концентраций компонентов в жидкой и газовой фазах. Перегоняются с разделением на компоненты. Кипение и конденсация их происходит при переменных температурах. Их используют для увеличения холодопроизводительности.
Номерация групп углеводородов
Установлены следующие цифры:
1 – СН4 (метан);
11 – С2Н6 (этан);
21 – С3Н8 (пропан);
31 – С4Н10 (бутан).
Справа (после номера) пишут число атомов фтора: 
.
При наличии в хладоне атомов брома после основного номера пишут букву В, а за ней число атомов брома: 
.
В обозначениях смесей хладагентов указывают название составляющих и их массовых долей, например, смесь состоящую из 90 % R22 и 10 % R12 обозначают R22/R12 (90/10).