Холодильні машини, які використовують витрату зовнішньої роботи, страница 2

Для енергетичної оцінки холодильного циклу користуються холодильним коефіцієнтом ε, що являє собою відношення q₀ до енергії l, затрачуваної на адіабатичний стиск 1 кг робочого тіла при здійсненні холодильного циклу

.                                           (1)

Схема і цикл парової компресійної машини.      

Принципова схема та термодинамічний цикл в s, T - діаграмі парової компресійної холодильної машини показані на рис. 4 і 5. Основними елементами машини є компресор 1, конденсатор 2, регулюючий вентиль 3 і випарник 4, з'єднані   між собою трубопроводами.

Компресор відсмоктує пари холодильного агенту з випарника, стискає їх по адіабаті 1'—2' з тиску кипіння р₀ до тиску конденсації р і нагнітає у конденсатор.

Рис. 1. Схема парової компресійної холодильної машини: 1 - компресор,   2 -конденсатор, 3 - регулюючий   вентиль,  4 - випарник, 5 - теплова ізоляція, 6 - охолоджуване приміщення.

У конденсаторі від холодильного агента відводиться  енергія холодною водою або навколишнім повітря і стислі пари при постійному тиску р і температурі Т конденсуються (ізотерма 2'—3').

Рис. 2 Зображення циклу парової компресійної холодильної машини в s, T – діаграмі.

Рідкий       холодильний агент   із   конденсатора     направляється через дроселюючий  вентиль (або регулюючий вентиль)   у  випарник. Проходячи через регулюючий   вентиль,     холодильний агент дроселюється з тиску конденсації до тиску  кипіння р₀. При цьому відбувається зниження температури холодильного агента від Т до Т₀. Вважається, що процес дроселювання йде при постійної энтальпии. Тому процес у регулюючому вентилі на розглянутій діаграмі зображується лінією 3'—4', яка являє собою ізоентальпу. У випарнику холодильний агент кипить при постійному тиску р₀ і температурі Т₀ (процес 4'—1').

Пари холодильного агента в стані, який характеризується точкою 1', засмоктуються компресором.

Кількість теплоти q'₀, яку віднімає 1 кг холодильного агенту від охолоджуваного середовища, на діаграмі пропорційно площі а— в—1'—4'—а, а робота l, що витрачається на здійснення циклу і віднесена теж до 1 кг холодильного агенту, — площі 1'—2'—3'—с—1'.

Очевидно і холодильний коефіцієнт циклу може бути виражений     

.                               (2)

Цикл  із  переохолодженням холодильного агенту

Рис.3. Зображення вs, T – діаграмі

холодильного циклу з процесом

переохолодження при роботі компресора

вологим ходом. 

Більшість сучасних установок для збільшення ε працює з переохолодженням холодильного агента.

Переохолодження полягає в тому, що рідина, яка утворюється при конденсації холодильного агента, охолоджується без зміни тиску на кілька градусів нижче температури, що відповідає тиску насичених парів у конденсаторі.

Вs, T – діаграмі процес переохолодження зображується лінією   3'-3    (рис.6), яка практично співпадає з лівою граничною кривою, так як для більшості холодильних агентів ізобари рідкого стану речовини збігаються з лівою граничною кривою. Кінцева температура холодильного агенту при переохолодженні (у точці 3) називається температурою переохолодження і позначається буквою t_п). Із цією температурою холодильний агент надходить до регулюючого вентиля.

У регулюючому   вентилі процес  дроселювання при роботі з переохолодженням протікає по ізоентальпі 3—4, яка відповідає меншому   значенню   ентальпії, ніж у циклі без переохолодження. Точка 4, щовідповідає стану   холодильного агента наприкінці процесу дроселювання, розташована на ізобарі кипіння значно ближче    до кривої    рідини  (х = 0), ніж точка 4'. У зв'язку із цим процес кипіння  у випарнику зображується     відрізком     4—1',       завдяки      чому холодопродуктивність   кожного   кілограма   холодильного агента зростає на  величину Δq׳₀,  зображену на діаграмі пл. d—4—4'—а (горизонтальна штриховка), тобто виражається вже не величиною

q₀ = пл. а—4'—1'—в—а,  а величиною q₀ = q׳₀ + Δq׳₀пл. d —4—1'— в— d. Затрачувана ж у компресорі робота стиску l залишається без зміни і графічно зображується, як і в циклі без переохолодження, пл. 1'—2'—3'—с—1'. Таким чином, переохолодження холодильного агента викликає збільшення   холодопродуктивності  машини без збільшення витрати роботи в компресорі, тобто підвищення холодильного коефіцієнту.

Практично переохолодження відбувається до температури на 5—10° С нижче температури конденсації. Досягається це в конденсаторі або в окремому апараті - переохолоджувачі, який розташовують між конденсатором і регулюючим вентилем.

У фреонових холодильних машинах переохолодження здійснюється звичайно в спеціальних теплообмінниках, охолоджуючим середовищем у яких служать пари холодильного агента, які відсмоктують із випарника компресором.