Регенерация теплоты в циклах холодильных установок

Для холодильных установок большой холодопроизводительности является актуальным вопрос повышения их экономичности. Одним из способов повышения экономичности энергетических и холодильных установок является использования регенеративного теплообмена (теплообмен между одним и тем же рабочим телом, находящимся в разных процессах термодинамического цикла). Поскольку температура пара на выходе из испарителя (точка 1а, рис. 8а) ниже температуры жидкого фреона на выходе из конденсатора (точка 3а) даже при наличии поверхностного переохлаждения жидкого хладагента (процесс 3-3а), то имеются все условия для реализации теплообмена между ними.

Направив потоки хладагента, находящиеся в разных процессах холодильного цикла, в общий теплообменник, который в этом случае называется регенеративным, получают с одной стороны переохлаждение жидкого холодильного агента (процесс 3а-3в), а с другой – перегрев его паров (процесс 1а-1в), (см рис. 8а). При этом процесс переохлаждения жидкого холодильного агента увеличивает удельную массовую холодопроизводительность на величину пропорциональную площади а-4а-4в-в-а, а перегрев паров – увеличивает работу сжатия пропорционально площади (1а-2а-2в-1в-1а) (см. рис.8a). Однако при этом гарантируется «сухой ход компрессора» при всех возможных режимах работы холодильной установки. Правда, при этом увеличивается температура рабочего тела после компрессора, что требует увеличения теплообменной поверхности конденсатора для отвода теплоты перегретого пара. К тому же увеличивается средняя температура процесса отвода теплоты в окружающую среду, а значит, увеличивается внешняя необратимость цикла. Наконец, при регенерации уменьшается коэффициент подачи компрессора.

Таким образом, регенеративный теплообмен обуславливает ряд качественно противоположных эффектов, поэтому решение об энергетической целесообразности регенерации теплоты в холодильном цикле принимают на основании, рассчитываемого для конкретных условий работы холодильной установки, соотношения

.

Первое неравенство, как правило, выполняется для большинства хладагентов, но в определенном интервале температур для каждого хладагента (для многих хладагентов при сравнительно низких температурах).

Одной из задач настоящей лабораторной работы является проверка целесообразности (нецелесообразности) использования регенерации в холодильной установке, работающей в заданном температурном интервале и использующей заданный хладагент.

Для термодинамических расчетов и анализов холодильных циклов широко используются две диаграммы: T,s и lgр,h. Достоинством диаграммы lgр,h является то, что три из четырёх процессов, образующих цикл простейшей холодильной установки, изображаются на ней прямыми линиями, при этом количество подводимой и отводимой теплоты, а также работа цикла изображаются соответствующими отрезками прямых (см. рис. 9).

Здесь процесс 1в-2в – обратимое адиабатное (изоэнтропное) сжатие хладагента в компрессоре; 2в-3а – изобарный процесс отвода теплоты от хладагента в окружающую среду, реализуемый в конденсаторе, в том числе: 2в-2 процесс снятия перегрева пара, 2-3 процесс конденсации, наконец, процесс 3-3а поверхностное переохлаждения жидкого хладагента в конденсаторе. Переохлаждению жидкого хладагента в регенеративном теплообменнике соответствует процесс 3а-3в. Соответственно процесс 1а-1в – перегрев пара в этом теплообменнике; 3в-4в – изоэнтальпийный процесс дросселирования под действием разности давлений р_k и р_и. При этом понижается температура хладагента от Т_к до Т_и . Наконец, 4в-1а – процесс испарения (кипения) холодильного агента в испарителе с отбором теплоты от охлаждаемого объекта (помещения, в котором установлен испаритель).

Рис.10. Принципиальная схема простейшей холодильной установки

в символах ЕСКД

Рис.11. Принципиальная схема холодильной установки с регенеративным переохлаждением жидкого хладагента и перегревом его паров