Обратные циклы. 
Термодинамика и теория теплообмена

Цикл паровой компрессорной холодильной установки

Основной задачей холодильных установок является перенос теплоты от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой за счет затрачиваемой для этого внешней механической работы.

Идеальным циклом холодильных установок является обратный цикл Карно (рис. 5.24). В этом цикле теплота передается от тела с температурой Т_х к телу с температурой Т₂ за счет работы /_ц.

Рис. 5.24. Обратный цикл Карно

Основными характеристиками холодильной установки являются:

• холодопроизводителъностъ — количество теплоты, отводимое в единицу времени от тела с низкой температурой, кДж/с;

где д_{ — удельное количество отводимой теплоты (удельная холодопроизводительность), кДж/кг; М₈ — секундный расход рабочего тела, кг/с;

• холодильный коэффициент

Практическое осуществление холодильной установки, работающей по циклу Карно, затруднительно. Осуществить процессы, близкие к изотермическим, возможно только при достаточно медленном их протекании или в случае конденсации и испарения холодильного агента.

Наиболее широко используются компрессорные и абсорбционные холодильные установки. В свою очередь, компрессорные холодильные установки подразделяют на газовые (воздушные) и паровые. Наибольшее распространение получили холодильные установки, в которых рабочим телом (.хладагентом) являются парообразные вещества (аммиак и различные галогензамещенные углеводороды — хладоны (фреоны)) с низкой температурой кипения.

Принципиальная схема парокомпрессорной холодильной установки и ее цикл представлены на рис. 5.25, где кроме известной диаграммы 7х использована диаграмма 1п р — г. Идеальным циклом паровой компрессорной установки является обратный цикл Ренкина.

Рис. 5 25. Схема парокомпрессорной холодильной установки и ее идеальный цикл:

а — принципиальная схема; б — диаграмма 7 $; в — диаграмма 1п р — i

Компрессор 4 засасывает из испарителя 1 сухой насыщенный или слегка перегретый пар хладагента и адиабатно сжимает его до давления р_к (процесс 1—2). Из компрессора перегретый пар поступает в конденсатор 3, где охлаждается до температуры конденсации ?_к (процесс 2—3), а затем конденсируется (процесс 3—4'), отдавая в окружающую среду теплоту г/₂. После конденсации жидкий хладагент подвергается дросселированию в специальном клапане 2 (процесс 4'—5). Полученный влажный пар при давлении р_Исп поступает в испаритель, где и испаряется при температуре ?_исп, отбирая теплоту ср от охлаждаемой среды (процесс 5—1).

Удельная холодопроизводительноегь 1 кг рабочего тела в установке составляет.

теплота, отводимая в конденсаторе, равна.

Работа, затрачиваемая на адиабатное сжатие хладагента в компрессоре,

Поскольку в процессе дросселирования энтальпия не изменяется, то = — Ч-

Холодильный коэффициент рассмотренного теоретического цикла парокомпрессорной холодильной машины.

Если известны полная и удельная q_x холодопроизводительности, можно вычислить количество хладагента, циркулирующего в машине, кг/с:

Мощность, потребляемая компрессором в теоретическом цикле, кВт, составляет.

Увеличение холодопроизводительности возможно при дополнительном переохлаждении жидкости в конденсаторе (процесс 4'—4).

Невыгодность дросселирования, сопровождающегося диссипацией энергии, по сравнению с адиабатным расширением от давления р_к до р_иси с производством работы в расширительном цилиндре компенсируется существенным упрощением конструкции и удобством регулирования работы холодильной установки.