Тепловые процессы идеальной холодильной машины в диаграммах Т — S и lg P — i

Теоретические (идеальные) циклы холодильных машин рассчитывают исходяизследующих предположений:

- процессы кипения и конденсации протекают при неизменных давлениях и температурах;

- компрессор идеальный (без теплообмена, трения, потерь на дросселирование, вредного пространства и утечек);

- сжатие адиабатическое;

- понижение давления хладагента, поступающего из конденсатора в испаритель, происходит в дроссельном регулирующем вентиле;

- состояние хладагента в трубопроводах не изменяется.

На рисунке 43, а показана принципиальная схема идеальной холодильной машины, состоящей из конденсатора, компрессора, детандера и испарителя. Цикл такой машины происходит в области влажного пара между пограничными кривыми Х= 0 и Х = 1 (см. рисунок 43, б), а ее холодопроизводительность определяется площадью — 1—4 — ). Сухой насыщенный пар нагнетается компрессором Iв конденсатор II, где конденсируется при постоянном давлении Р_Ки температуре Т_К(на рисунке 43, б этолиния 2—3), отдавая охлаждающей среде (воде или воздуху) тепло q_к, полученное в испарителе, а также тепло, эквивалентное работе компрессора L.

Рисунок 43. Схема идеальной холодильной машины

и её цикл в координатах Т – S

Из конденсатора жидкий хладагент поступает в детандер III, в котором происходит его расширение по изоэнтропе (линия 3 - 4), с совершением работы L_Р, которая используется для привода компрессора. В результате расширения температура и давление хладагента понижается до Т_ои Р_о соответственно, а затем поступает в испаритель IV.

В современных компрессионных холодильных машинах детандер заменен на дроссельный вентиль, тем самым адиабатическое расширение заменяется изоэнтальпийным расширением (i = const), который в холодильной технике называется дросселированием.

Радикальным путем повышения термодинамической эффективности холодильной машины является установка регенеративного теплообменника перед всасыванием паров хладагента в полость компрессора, как это показано на рисунке 44.

а – принципиальная схема холодильной машины; б и в – тепловые процессы в координатах Т – S и р - i соответственно, I– компрессор, II– конденсатор, III– регенеративный теплообменник, IV– испаритель

Рисунок 44. Схема работы холодильной машины с регенеративным теплообменником

В регенеративном теплообменнике III происходит переохлаждение жидкости за счет перегрева холодного пара, поступающего из испарителя IV. В конденсаторе II пар переходит в жидкость (линия 2" — 3), и затем направляется в теплообменник III, где он переохлаждается (линия 3—3'), за счет пара поступающего из испарителя IV. В результате переохлаждения хладагента в регенеративном теплообменнике III холодопроизводительность установки возрастает на величину Dq_о, соответствующую площади —4¹ — 4 — , и следовательно увеличивается холодильный коэффициент. При этом одновременно исключается возможность возникновение гидравлического удара в поршневом компрессоре.