5.1.2. Цикл воздушной холодильной установки

Холодильный агент – воздух, который в процессе работы не изменяет своего агрегатного состояния.

Схема работы воздушной холодильной машины имеет вид (рис. 5.2).

Воздух из охлаждаемого помещения 2 засасывается компрессором 3, где в процессе 2-3 (при р₂ = const) отбирается теплота от охлаждаемого тела, а температура воздуха повышается от до . Затем нагретый воздух в компрессоре 3, адиабатно сжимается до давления р₁ с повышением температуры от до (процесс 3-4) с затратой работы. Наконец воздух поступает в охладитель 4 и охлаждается водой (процесс 4-1), где температура его понижается до (окружающего воздуха) при р₁ = const. При этом отдается теплота После этого воздух поступает в расширитель (1), где совершает работу (т.е. вращает ЭГ) при расширении до давления р₂ (процесс 1-2) и температура воздуха уменьшается до (-60) ÷ (-70 ^оС) от до . Затем воздух снова поступает в охлаждаемое помещение.

Рис. 5.2

Холодильный коэффициент установки определяется

(5.3)

Вследствие значительной необратимости в процессах теплообмена, значение ε < ε_Карно примерно в 4,5 ÷ 5,5 раза. Повышение ε достигается применением регенераций теплоты и турбокомпрессоров, заменяющих поршневой компрессор.

5.1.3. Цикл парокомпрессионной холодильной установки

Отличительная особенность этой установки от воздушной состоит в том, что отвод и подвод теплоты производится по изотермам, а не по изобарам (рис.5.3).

Изотермические процессы осуществляются при использовании в качестве холодильного агента какой-либо низкокипящей жидкости, у которой температура кипения при атмосферном давлении меньше ≤ 0 ^оС.

Влажный насыщенный пар холодильного агента сжимается в компрессоре (1) (см. рис. 5.3, а) до давления р₁, в результате влажность пара уменьшается и в конце сжатия пар становится сухим насыщенным – процесс 1-2. После компрессора пар поступает в конденсатор (2), где при р₁ = const и Т₁ = const по линии 2-3 пар превращается в жидкость за счет отдачи теплоты парообразования охлаждающей жидкости (см. рис. 5.3, б).

Из конденсатора жидкость поступает в редукционный клапан (дроссель) 3, где давление понижается от р₃ до р₄ по линии 3-4, это процесс сопровождается понижением температуры от до с частичным испарением жидкости и образованием влажного пара.

В охлаждаемом помещении (рефрежераторе) 4 этот пар отбирает теплоту от охлаждаемого объекта и подсушивается при р₂ = const и Т₂ = const по линии 4-1.

Затем цикл повторяется.

Рис. 5.3

Холодильный коэффициент определяется по формуле

(5.4)

Преимущества:

- более высокий теоретический холодильный коэффициент ≈ 4,85…4,75, против Карно ε = 5,74;

- отсутствие расширительного цилиндра и малый объемный расход холодильного агента;

- небольшие габариты машины.

Верхняя температура цикла Т₁ зависит от температуры охлаждающей воды и составляет 25 – 30 ^оС, нижняя температура – Т₂ = 0 до 120 ^оС. Холодильными агентами являются: аммиак – NH₃, хлористый метил – CH₃Cl, фреоны – 14, 13, 22 и фреон-12 – в бытовых холодильниках.