10.2 Судовые холодильные установки

Все суда оборудованы холодильными установками, которые используются для хранения запасов пищевых продуктов, а также установками кондиционирования воздуха. Кроме этих холодильных установок отдельные суда (морозильные траулеры, рефрижераторы, газовозы) оснащены очень мощными холодильными установками технологического назначения. Наиболее распространены на флоте компрессионные холодильные установки. В качестве холодильных агентов в них применяются низкокипящие жидкости (аммиак, фреоны).

Холодильная установка осуществляет «перекачку» тепла с низкого на более высокий температурный уровень. Механизм, осуществляющий такую перекачку – компрессор – основной узел холодильной установки.

На рис. 10.1 показана схема и цикл в T-S и p-h диаграммах простейшей холодильной установки, с регенеративным теплообменником.

Холодильная установка состоит из двух ветвей давления. Создает эти ветви давления компрессор. Всасывая пары холодильного агента в точке 1, он создает давление испарения (кипения) холодильного агента в приборах охлаждения. Величина давления и, соответственно, температура кипения холодильного агента, определяется исходя из технологической необходимости. Процесс 1-2 это процесс адиабатного сжатия паров хладагента в компрессоре. Компрессор сжимает пары холодильного агента до давления конденсации. Температура конденсации и, соответственно, давление конденсации определяются температурой охлаждающей воды. Процесс 2-в-3 происходит в конденсаторе.2-в – это изобарный процесс снятия перегрева пара, в-3 – изобарно-изотермический процесс конденсации паров хладагента. Процессы 3-4 и а-1 проходят в регенеративном теплообменнике. Сконденсированный хладагент переохлаждается (3-4), а пары хладагента повышают свою температуру (а-1) перед компрессором, что создает условия безопасной работы компрессора, исключая попадание жидкости в компрессор. Далее, в точке 4 агент попадает в регулирующий вентиль, где происходит процесс дросселирования холодильного агента от давления конденсации до давления испарения. Процесс дросселирования (4-5) проходит по изоэнтальпии (h₄=h₅) и сопровождается испарением части жидкого агента, который попадает в приборы охлаждения уже в виде парожидкостной смеси. Процесс 5-а происходит в приборах охлаждения, где агент выкипает, отнимая тепло у хранящихся продуктов, охлаждая воздух и поддерживая температуру обусловленную технологией.

Таким образом в холодильной установке за счет затраты энергии на привод компрессора происходит отбор тепловой энергии от низкотемпературного источника, и передача этой энергии в конденсаторе охлаждающей среде. Количество тепла отводимого в конденсаторе q_к определяется в T-S диаграмме площадью под 2-в-3. Холодопроизводительность установки q_о – площадь под 5-а. Разность q_к-q_о – это работа затраченная в компрессоре

L=q_к-q_о=h₂-h_1. (10.3)

Совершенство холодильной установки оценивается следующими показателями:

1) холодопроизводительностью q_о = h_а- h₅ (10.4)

2) работой компрессора L = h₂ - h₁ (10.5)

3) холодильным коэффициентом (10.6)

Существенное увеличение холодопроизводительности дает переохлаждение сконденсированного холодильного агента, за счет перегрева пара перед всасыванием в компрессор. Это несколько увеличивает работу компрессора, но при этом повышает холодильный коэффициент. Применение подобных регенеративных теплообменников характерно для фреоновых холодильных установок. Перегрев пара на всасывании позволяет избежать влажного хода компрессора и возникающей из-за этого аварийной ситуации.