Парокомпрессионные холодильные машины

Компрессионные холодильные машины наиболее распространены и экономичны. В качестве хладагента в них используются аммиак (NH₃), диоксид серы (SО₂) или диоксид углерода (СО₂).

Наименьшие энергетические затраты на получение искусственного холода достигаются в идеальной компрессионной машине, работающей по обратному циклу Карно, представленному на диаграмме Т – S (рис. 8.1).

Принцип работы идеальной компрессионной машины (рис. 8.1, а) заключается в следующем. Пары хладагента 1 подаются в компрессор I, где подвергаются сжатию при постоянном значении

энтропии (адиабата 1 – 2) (рис. 8.1, б). В теплообменнике-конденсаторе II происходит конденсация паров 2 при постоянной температуре (изотерма 2 – 3). Далее жидкий хладагент 3 попадает в детандер III, в котором происходит его расширение (адиабата 3 – 4). Испарение хладагента 4 осуществляется в теплообменнике-испарителе IV при постоянной температуре (изотерма 4 – 1), после чего он возвращается в первоначальное состояние, с которого начиналось рассмотрение процесса.

Теплота, отводимая от среды при испарении 1 кг хладагента (удельная холодопроизводительность), графически может изображаться площадью а – 4 – 1 – b и равна q₀ = Т₀*ΔS. Соответственно, теплота, отводимая от 1 кг хладагента при конденсации, изображается площадью b – 2 – 3 – а и определяется как q = TкΔS.

Затраченная механическая работа (компрессор, детандер) составит

Холодильный коэффициент идеального цикла ε_ид равен отношению получаемой в нем удельной холодопроизводительности к совершенной механической работе

На практике вместо детандера в компрессионных машинах используют дроссельное устройство (рис. 8.2), работающее в изоэнталъпийном режиме (дроссельный эффект Джоуля – Томпсона). Используемый эффект заключается в снижении температуры реального газа (пара) при дросселировании на величину ΔТ, пропорциональную перепаду давлений на входе и выходе из дроссельного устройства

Δр=р₁ - р₂.

Компрессионные холодильные машины могут работать в режиме «влажного» или «сухого» хода кома рессора.

кл с «влажным» ходом компрессора (рис. 8.3, а) наиболее близок к обратному циклу Карно и поэтому обладает наиболее высокой эффективностью. Отличие заключается в том, что процесс дросселирования осуществляется при постоянной энтальпии (изоэнтальпа 3 – 4). Линия 3' – 3 соответствует возможному переохлаждению среды в теплообменнике-конденсаторе.

Холодильный коэффициент в этом случае определяется отношением удельной хладопроизводительности в теплоо6менникеиспарителе (i₁ – i₄) к удельной производительности компрессора (i₂ – i₁)

Несмотря на энергетические преимущества, цикл с влажным ходом компрессора обладает рядом недостатков, таких как большие тепловые потери при контакте хладагента со стенками цилиндра компрессора и наличие гидравлических ударов, вызывающих повреждение внутренней поверхности цилиндра.

Поэтому в компрессионных холодильных установках чаще используют цикл с «сухим» ходом компрессора, при котором сжатию подвергается перегретый (сухой) пар.

Цикл включает следующие стадии (рис. 8.3, б): сжатие сухого пара в компрессоре по адиабате 1 – 2, охлаждение перегретого пара до насыщения по изобаре 2 – 2', конденсация по изотерме 2' – 3', переохлаждение по линии равновесия 3' – 3 (если в этом есть необходимость), дросселирование по изоэнтальпе 3 – 4 и испарение по изотерме 4 – 1.