Цикл с переохлаждением холодильного агента

Глава III

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ И СХЕМЫ ПАРОВЫХ КОМПРЕССИОННЫХ Холодильных МАШИН

 

СХЕМА И ЦИКЛ ПАРОВОЙ КОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

 

Принципиальная схема и термодинамический цикл в s, Т-диаграмме паровой компрессионной холодильной машины показаны на рис.4 и 5. Основными элементами машины являются компрессор 1, конденсатор 2, регулирующий вентиль 3 и испаритель 4, соединенные между собой трубопроводами.

Компрессор отсасывает пары холодильного агента из испарителя, сжимает их по адиабате 1'-2' с давления кипения p₀ до давления конденсации p и нагнетает в конденсатор. В конденсаторе от холодильного агента отводится энергия холодной водой или окружающим воздухом и сжатые пары при постоянном давлении p и температуре T конденсируются (изотерма 2'-3').

 

Рис.4. Схема паровой компрессионной холодильной машины: 1 – компрессор, 2 - конденсатор, 3 - регулирующий вентиль, 4 - испаритель, 5 - тепловая изоляция, 6 - охлаждаемое помещение.

 

Жидкий холодильный агент из конденсатора направляется через регулирующий вентиль в испаритель. Проходя через регулирующий вентиль, холодильный агент дросселирует и с давления конденсации p до давления кипения p₀. При этом происходит понижение температуры холодильного агента от T до T₀. Принимается, что процесс дросселирования идет при постоянной энтальпии. Поэтому процесс в регулирующем вентиле на рассматриваемой диаграмме изображается линией 3'-4', представляющей собой изоэнтальпу. В испарителе холодильный агент кипит при постоянном давлении p₀ и температуре Т₀ (процесс 4'-1').

Пары холодильного агента в состоянии, характеризуемом точкой 1', засасываются компрессором.

Количество тепла q₀', отнимаемое 1 кг холодильного агента от охлаждаемой среды, на диаграмме пропорционально площади а-b-1'-4'-а, а работа l, затрачиваемая на осуществление цикла и отнесенная тоже к 1 кг холодильного агента, - площади 1'-2'-3'-с-1'.

Очевидно, и холодильный коэффициент цикла может быть выражен

. (3)

ЦИКЛ С ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЕМ ХОЛОДИЛЬНОГО АГЕНТА

 

Большинство современных установок для увеличения ε работает с переохлаждением холодильного агента.

Переохлаждение заключается в том, что образующая при конденсации холодильного агента жидкость охлаждается без изменения давления на несколько градусов ниже температуры, соответствующей давлению насыщенных паров в конденсаторе.

В s, Т-диаграмме процесс переохлаждения изображается линией 3'-3 (рис.6), практически совпадающей с левой пограничной кривой, так как для большинства холодильных агентов изобары жидкого состояния вещества совпадают с левой пограничной кривой. Конечная температура холодильного агента при переохлаждении (в точке 3) называется температурой переохлаждения и обозначается буквой t_п. С этой температурой холодильный агент поступает к регулирующему вентилю.

В регулирующем вентиле процесс дросселирования при работе с переохлаждением протекает по изоэнтальпе 3-4, соответствующей меньшему значению энтальпии, чем в цикле без переохлаждения. Точка 4, соответствующая состоянию холодильного агента в конце процесса дросселирования, расположена на изобаре кипения значительно ближе к кривой жидкости (х=0), чем точка 4'. В связи с этим процесс кипения в испарителе изображается отрезком 4-1', благодаря чему холодопроизводительность каждого килограмма холодильного агента возрастает на величину ∆q₀', изображенную на диаграмме пл. d-4-4'-a (горизонтальная штриховка), т.е. выражается уже не величиной q₀=пл.a-4'-1'-b-a, а величиной q₀=q₀'+∆q₀'пл.d-4-1'-b-d. Затрачиваемая же в компрессоре работа сжатия l остается без изменения и графически изображается, как и в цикле без переохлаждения, пл.1'-2'-3'-с-1'. Таким образом, переохлаждение холодильного агента вызывает увеличение холодопроизводительности машины без увеличения затраты работы в компрессоре, т.е. повышение холодильного коэффициента.

Практически переохлаждение производится до температуры на 5-10°С ниже температуры конденсации. Достигается это в конденсаторе или в отдельном аппарате - переохладителе, который располагают между конденсатором и регулирующим вентилем.

Во фреоновых холодильных машинах переохлаждение осуществляется обычно в специальных теплообменниках, охлаждающей средой в которых служат пары холодильного агента, отсасываемые из испарителя компрессором.