Цикл парокомпрессионной холодильной установки

Низкое значение холодильного коэффициента воздушной холодильной установки обусловлено тем, что подвод и отвод тепла производятся, не по изотермам, а по изобарам. Эти процессы удается осуществить изотермически, если в качестве холодильного агента используется влажный пар какой-либо низкокипящей жидкости, т.е. жидкости, у которой температура кипения при атмосферном давлении t_н < 0°С.

Эти соображения лежат в основе устройства парокомпрессионных холодильных установок.

Влажный пар холодильного агента сжимается в компрессоре 1 до давления p₁, причем влажность его уменьшается и в конце сжатия пар становится сухим насыщенным. В Ts - диаграмме сжатие в компрессоре изображается линией 1-2. После компрессора пар поступает в конденсатор 2, где за счет отдачи теплоты парообразования охлаждающей воде при постоянных давлении p₁ и температуре T₁ по линии 2-3 он превращается в жидкость.

Из конденсатора жидкость поступает в редукционный вентиль 3, где она дросселируется с понижением давления от p₁ до р₂ по линии 3-4, что сопровождается понижением температуры до Т₂ и частичным испарением жидкости, которая таким образом превращается во влажный пар.

В рефрижераторе 4 этот пар отбирает тепло от охлаждаемого объекта и подсушивается при постоянных давлении р₂ и температуре Т₂ по линии 4-1, чем цикл и завершается.

В процессе 4-1 влажный пар холодильного агента получает в рефрижераторе тепло

,

в процессе 2-3 холодильный агент отдает теплоту охлаждающей воде конденсатора в количестве

.

Кроме того, известно, что при дросселировании энтальпия не изменяется, следовательно, i₃ = i₄, откуда i₃-i₅ = i₄ - i₅ или пл. 5-3-3^/-5-5 = пл. 5-4-4^/-5-5 и пл. 6-4-4^/-3^/-6 = пл. 5-3-6-5.

Следовательно, затрачиваемая на цикл работа

или .

Полученный результат подтверждает, что изображение процесса дросселирования в Ts-диаграмме имеет совершенно условный характер: затрачиваемая в цикле 1-2-3-4-1 работа оказывается больше площади 1-2-3-4-1 на величину площади 5-4-3-5.

Основные требования, предъявляемые к холодильным агентам парокомпрессионных установок, сводятся к тому, чтобы, во-первых, температурный интервал цикла лежал между критической и тройной точками их (т.е. чтобы в этом интервале мог быть использован влажный пар); во-вторых, нужно, чтобы в этом интервале температур давление насыщенных паров холодильного агента было не слишком низким, но и не слишком высоким.

Верхняя температура цикла Т₁ определяется значением температуры охлаждающей воды. Принимая последнюю в среднем равной 20°С, получаем температуру T₁ примерно 25 – 30°С.

Нижняя температура цикла Т₂ задается в зависимости от назначения холодильной установки и соответствующей температуры охлаждаемого объекта, которая может быть равной от 0 до 120°С, а иногда еще ниже.

В соответствии с этими требованиями хорошим холодильным агентом является аммиак NH₃. Близким по этим характеристикам к аммиаку холодильным агентом является хлористый метил СН₃С1.