Принципиальная схема парокомпрессорной установки

Рис. 3.1. Принципиальная схема парокомпрессорной установки:

1 – компрессор; 2 – охлаждаемое помещение (рефрижератор); 3 – дроссельный

вентиль; 4 – конденсатор.

Рис. 3.2. Холодильный цикл парокомпрессорной установки

Процессы:

(1-2) – сжатие по адиабате влажного пара в компрессоре и получение сухого насыщенного или перегретого пара. Степень перегрева не более 130-140⁰С из соображений прочности и термостойкости масла. Из компрессора (1) перегретый пар поступает в конденсатор (4);

(2-3) – отдача теплоты перегрева при постоянном давлении от перегретого пара к охлаждающей воде с понижением температуры до Тн₂.

(3-4) – отдача теплоты при конденсации влажного насыщенного пара, переводящей его в состояние кипящей жидкости (точка 4). Эта жидкость подается к 3 – дроссельному вентилю;

(4-5) – дросселирование кипящей жидкости (при I=const) с понижением давления и температуры и превращение во влажный насыщенный пар с небольшой степенью сухости х₅=0,1…0,2;

(5-1) – влажный насыщенный пар подается в рефрижератор, где при подводе теплоты от помещения при постоянном давлении и температуре, он расширяется и увеличивает степень сухости х до 0,9…0,95 (точка 1) далее этот пар засасывается в компрессор.

Если парокомпрессорные холодильные установки обслуживает несколько потребителей холода, то влажный насыщенный пар подается после дросселя не в рефрижератор, а в испаритель, где отнимает теплоту от незамерзающего рассола: обычно это водные растворы хлорида натрия NaCl и калия KCl (так 22,4% раствор NaCl замерзает при температуре –21,2⁰С). Рассол с помощью насосов циркулирует между испарителем и охлаждаемым помещением.

Удельная холодопроизводительность (или холодильный эффект) – это количество теплоты q₂, получаемой 1 кг хладоагента от охлаждаемого помещения (рассола).

(3.1)

Количество теплоты, отдаваемой в конденсаторе 1 кг хладоагента:

(3.2)

Внешняя работа, затрачиваемая на 1кг хладоагента в цикле парокомпрессорных холодильных установок:

(3.3)

При дросселировании большая часть кинетической энергии потока после сужения из–за наличия вихревых движений переходит в теплоту, которая воспринимается газом (или паром) и ведет к увеличению энтропии , а рабочее тело не возвращается в первоначальное состояние (по Р и Т), несмотря на равенство скоростей и энтальпий. Таким образом, процесс дросселирования, будучи по существу адиабатным, является типично необратимым процессом с потерей энергии (диссипацией) на преодоление местного сопротивления.

Графическое изображение дросселирования (4 - 5) имеет условный характер (i=const только в начальном и конечном состояниях, а между ними i переменна).

Положение точки 5 на рис. 2 устанавливается из условия , откуда равно .

Здесь:

Точка 7 – условно принята за начало отсчета i.

Если в качестве холодильного агента использовать низкокипящую жидкость, то, располагая часть цикла в двухфазной области (ВНП), можно заменить в значительной степени изобарные процессы – изотермическими.

Если вместо дросселирования использовать адиабатное расширение (в детандере – расширительном цилиндре) 4-6, а влажный насыщенный пар в компрессоре сжимать только до состояния сухого насыщенного пара, то получим обратимый цикл Карно – идеальный цикл парокомпрессорных холодильных установок.

Детандер эффективнее (больше холодильный эффект), чем дроссельный вентиль, но с помощью дроссельного вентиля можно регулировать температуру охлаждения.

Рис.3.3. Обратимый цикл Карно в парокомпрессорных установках

Внешняя работа в обратном цикле Карно получается меньше на величину площади 5-5’-6’-6 (рис.2) – потери энергии на диссипации при дросселировании.