4.3.3. Робочі цикли холодильних машин

Теоретично найкращим (ідеальним) циклом холодильної машини є зворот-

ний цикл Карно. Його TS-діаграму зображено на рис. 4.3. Цикл складається з

чотирьох процесів зміни стану робочого тіла (холодоагенту):

– лінія 1-2 – адіабатний стиск у ком-

Т

пресорі;

23– лінія 2-3 – ізотермічна конденсація

tk

у конденсаторі з відведенням теп-

лоти у навколишнє середовище;

i3i2

– лінія 3-4 – адіабатне розширення

x=1

(дроселювання) у регулюючому ве-t0

1

4

нтилі;

x=0

– лінія 4-1 – ізотермічне випарову-

i1i4S

вання у випарнику за рахунок теп-

Рис. 4.3. TS-діаграма зворотного циклу

лоти від охолоджуваних продуктів.

Карно холодильної машини

Цикл реальної парокомпресорної

холодильної машини відрізняється від ідеального зворотного циклу Карно тим,

що стиск у компресорі не є адіабатним (ізоентропійним). Крім того, можливі

втрати холоду в трубопроводах на стороні низького тиску. TS-діаграму термо-

динамічного циклу парокомпресорної холодильної машини зображено на

рис. 4.4. Цикл складається з таких процесів зміни стану робочого тіла (холодоа-

генту):

– лінія 1-2 – адіабатний стиск у компресорі;

– лінія 2-2′ – ізобарне охолодження

перегрітої пари у конденсаторі доT

2

температури насичення;

– лінія 2′-3 – ізотермічна конденса-

ція насиченої пари у конденсаторі;

32′

– лінія 3-4 – адіабатне розширення

(дроселювання) у регулюючому

вентилі (вважається, що ентальпія14

холодоагенту до дроселюванняx=1

дорівнює його ентальпії післяx=0

дроселювання);

S

– лінія 4-1 – ізобарне кипіння та ізо-

Рис. 4.4. TS-діаграма циклу парокомп-

термічне випаровування холодоа-

ресорної холодильної машини

генту у випарнику.

Ефективність циклу холодильної машини характеризує холодильний кое-

фіцієнт

Q

 1,

L

де Q1 – кількість теплоти, яку 1 кг холодоагенту отримує від охолоджуваних

продуктів (питома масова холодопродуктивність холодоагенту), Дж/кг;

L – виконана зовнішня питома робота, Дж/кг.

35

Холодильний коефіцієнт зворотного циклу Карно

Tх.к

к ,

Tн.с  Tх.к

де Тх.к і Тн.с – температури відповідно охолоджуваних продуктів (у холодиль-

ній камері) та навколишнього середовища, К.

Холодильний коефіцієнт зворотного циклу Карно εк є максимальним серед

усіх можливих значень інших зворотних циклів холодильних машин при одна-

ковій різниці температур (Тн.с  Тх.к). На відміну від ККД теплового двигуна,

який завжди менший від одиниці, холодильний коефіцієнт може приймати

будь-які значення від 0 до +∞. Кращою є та холодильна машина, яка для пере-

несення однакової кількості теплоти від холодного середовища до гарячого ви-

конує меншу роботу.

Степінь термодинамічної досконалості циклу холодильної машини



т .

к

Для спрощення розрахунків циклів парокомпресорних холодильних машин

використовують Pi-діаграми їх холодоагентів. Для прикладу на рис. 4.5 зобра-

жено Pi-діаграму циклу холодильної машини, яка працює на фреоні-12.

Р, МПа

К

4,0

3,0

2,0

1,0

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

4

0

-100

5

50

0

400

300

200

100

3

2

1

350

400

450

500

530

540

560

кДж/кг

Рис. 4.5. Pi-діаграма циклу фреонової парокомпресорної холодильної машини

4.4. Опис лабораторної установки

Лабораторна установка є діючою моделлю холодильної машини і склада-

ється з випарника у холодильній камері, герметичного мотор-компресора, кон-

денсатора повітряного охолодження з вентилятором, дросельного вентиля, ре-

гулятора потужності, електромагнітного пускача, з’єднувальних трубопроводів

та арматури.

36