9.4. Цикл парової компресійної холодильної установки

Розглянемо цикл парової компресійної холодильної установки із сухим ходом компресора, тобто т. 1 знаходиться в області сухої насиченої пари.

Значно вигіднішим та зручнішим порівняно з повітряною холодильною машиною є парова компресійна установка, яка дозволяє в області насиченої пари наблизити холодильний цикл до оберненого циклу Карно (процеси відведення тепла – конденсація, та підводу теплоти – випаровування є ізобарно-ізотермічними процесами.

Рис. 9.5. Принципова схема парової компресійної холодильної установки із сухим ходом компресора: 1–компресор; 2–конденсатор; 3–редукційний вентиль (дросель); 4–випарник.

Рис. 9.6. Графічне зображення циклу ПКХУ в Т-s– координатах

Насичена пара холодоагенту, який кипить при низькій температурі, всмоктується в циліндр компресора І та адіабатно стискається (пр. 1-2) від тиску p₁ до тиску p₂. При цьому компресор виконує роботу l₀ на стискання пари холодоагенту, яка перегрівається від температури Т₂ до Т₁^І. З циліндра компресора І перегріта пара холодоагенту подається в холодильник-конденсатор ІІ, в якому від холодоагента охолоджуючою водою відбирається теплота в кількості q₁. Проходить ізобарний (р₂ = const) процес охолодження перегрітої пари холодоагента від температури Т₁^І до температури насичення при даному тиску Т₁ (пр. 2-2^І) та ізобарно-ізотермічний процес конденсації насиченої пари холодоагенту (пр. 2^І-3) при Т₁ = const та р₂ = const. Для дальшого охолодження робочого тіла (рідкого) та зниження його тиску можна було б використати розширювальну машину (детандер), в якій реалізувався б адіабатний процес розширення холодоагента, що супроводжується пониженням його температури (пр. 3-3^ІІ). Але, як ми вже говорили, конструктивно неможливо створити таку машину, в якій могла би розширюватися рідина. Тому для пониження температури холодоагента та його тиску в результаті розширення робочого тіла використовують редукційний вентиль – дросель ІІІ (пр. 3-4–дроселювання, – ізоентальпійний процес при і = const). Температура робочого тіла при цьому знижується від Т₁ до Т₂, а тиск знижується від р₂ до р₁. Холодоагент переходить із рідкого стану в паро-рідинний (т. 4 знаходиться в області вологої пари під кривою). Після дроселя холодоагент з температурою Т₂ та тиском р₁ надходить у випарник ІV, який знаходиться в холодильній камері. У випарнику проходить висушування парорідкого холодоагента за рахунок теплоти q₀, яка відбирається від охолоджуваного середовища-(ізотермічно-ізобарний процес 4-1 при Т₂ = const та р₁ = const). В точці 1 холодоагент вже буде знаходиться в стані насиченої пари при X₁ = 1. В циліндр компресора надходить суха насичена пара холодоагента і цикл повторюється.

Кількість теплоти, яка відводиться у випарнику від охолоджуваного середовища одиницею маси холодоагента – це холодопродуктивність q_о.

Холодопродуктивність парової компресійної холодильної машини при використанні детандера еквівалентна на Т-s –діаграмі площі 1-3^ІІ-б-в-1, тобто q_о = і - і₃^ІІ, а при використанні дроселя - площі 1-4-а-в-1, тобто q_о = і₁ - і₄.

Хоча заміна детандера дроселем спрощує конструкцію холодильної машини, але разом з тим зменшується її холодопродуктивність q₀, що графічно еквівалентна на T-s – діаграмі площі 4-3΄΄-б-а-4, або аналітично

q₀ = і₄ – і₃ ^ІІ. (9.23)