Сжатие пара в компрессоре
Холодный парообразный насыщенный хладагент поступает в компрессор (точка С`). В процессе сжатия повышаются его давление и температура (точка D). Теплосодержание также повышается на величину, определяемую отрезком НС`-HD, то есть проекцией линии C`-D на горизонтальную ось.
Конденсация
В конце цикла сжатия (точка D) горячий пар поступает в конденсатор, где начинается его конденсация и переход из состояния горячего пара в состояние горячей жидкости. Этот переход в новое состояние происходит при неизменных давлении и температуре. Следует отметить, что, хотя температура смеси остается практически неизменной, теплосодержание уменьшается за счет отвода тепла от конденсатора и превращения пара в жидкость, поэтому он отображается на диаграмме в виде прямой, параллельной горизонтальной оси.
Риc. 3. Диаграмма давления и теплосодержания Рис. 4. Изображение теоретического цикла сжатия на диаграмме «Давление и теплосодержание»
Процесс в конденсаторе происходит в три стадии: снятие перегрева (D-E), собственно конденсация (Е-А) и переохлаждение жидкости (А-А`).
Рассмотрим кратко каждый этап.
Снятие перегрева (D-E)
Это первая фаза, происходящая в конденсаторе, и в течение ее температура охлаждаемого пара снижается до температуры насыщения или конденсации. На этом этапе происходит лишь отъем излишнего тепла и не происходит изменение агрегатного состояния хладагента.
На этом участке снимается примерно 10−20% общего теплосъема в конденсаторе.
Конденсация (Е-А) Температура конденсации охлаждаемого пара и образующейся жидкости сохраняется постоянной на протяжении всей этой фазы. Происходит изменение агрегатного состояния хладагента с переходом насыщенного пара в состояние насыщенной жидкости. На этом участке снимается 60−80% теплосъема.
Переохлаждение жидкости (А-А`)
На этой фазе хладагент, находящийся в жидком состоянии, подвергается дальнейшему охлаждению, в результате чего его температура понижается. Получается переохлажденная жидкость (по отношению к состоянию насыщенной жидкости) без изменения агрегатного состояния.
Переохлаждение хладагента дает значительные энергетические преимущества: при нормальном функционировании понижение температуры хладагента на один градус соответствует повышению мощности холодильной машины примерно на 1% при том же уровне энергопотребления.
Количество тепла, выделяемого в конденсаторе Участок D-A` соответствует изменению теплосодержания хладагента в конденсаторе и характеризует количество тепла, выделяемого в конденсаторе.
Регулятор потока (А`-B)
Переохлажденная жидкость с параметрами в точке А` поступает на регулятор потока (капиллярную трубку или терморегулирующий расширительный клапан), где происходит резкое снижение давления. Если давление за регулятором потока становится достаточно низким, то кипение хладагента может происходить непосредственно за регулятором, достигая параметров точки В.
Испарение жидкости в испарителе (В-C)
Смесь жидкости и пара (точка В) поступает в испаритель, где она поглощает тепло от окружающей среды (потока воздуха) и переходит полностью в парообразное состояние (точка С). Процесс идет при постоянной температуре, но с увеличением теплосодержания.
Как уже говорилось выше, парообразный хладагент несколько перегревается на выходе испарителя. Главная задача фазы перегрева (С-С`) — обеспечение полного испарения остающихся капель жидкости, чтобы в компрессор поступал только парообразный хладагент. Для этого требуется повышение площади теплообменной поверхности испарителя на 2−3% на каждые 0,5°С перегрева. Поскольку обычно перегрев соответствуют 5−8°С, то увеличение площади поверхности испарителя может составлять около 20%, что безусловно оправдано, так как увеличивает эффективность охлаждения.
Количество тепла, поглощаемого испарителем Участок HB-НС` соответствует изменению теплосодержания хладагента в испарителе и характеризует количество тепла, поглощаемого испарителем.
Реальный цикл охлаждения
В действительности в результате потерь давления, возникающих на линии всасывания и нагнетания, а также в клапанах компрессора, цикл охлаждения отображается на диаграмме несколько иным образом (рис. 5).
Из-за потерь давления на входе (участок C`-L) компрессор должен производить всасывание при давлении ниже давления испарения.
С другой стороны, из-за потерь давления на выходе (участок М-D`), компрессор должен сжимать парообразный хладагент до давлений выше давления конденсации.
Необходимость компенсации потерь увеличивает работу сжатия и снижает эффективность цикла.
Помимо потерь давления в трубопроводах и клапанах, на отклонение реального цикла от теоретического влияют также потери в процессе сжатия.
Рис. 5. Изображение цикла реального сжатия на диаграмме «Давление-теплосодержание»
C`L: потеря давления при всасывании
MD: потеря давления при выходе
HDHC`: теоретический термический эквивалент сжатия
HD`HC`: реальный термический эквивалент сжатия
C`D: теоретическое сжатие
LM: реальное сжатие
Во-первых, процесс сжатия в компрессоре отличается от адиабатического, поэтому реальная работа сжатия оказывается выше теоретической, что также ведет к энергетическим потерям.
Во-вторых, в компрессоре имеются чисто механические потери, приводящие к увеличению потребной мощности электродвигателя компрессора и увеличению работы сжатия.
В третьих, из-за того, что давление в цилиндре компрессора в конце цикла всасывания всегда ниже давления пара перед компрессором (давления испарения), также уменьшается производительность компрессора. Кроме того, в компрессоре всегда имеется объем, не участвующий в процессе сжатия, например, объем под головкой цилиндра.
Оценка эффективности цикла охлаждения
Эффективность цикла охлаждения обычно оценивается коэффициентом полезного действия или коэффициентом термической (термодинамической) эффективности.
Коэффициент эффективности может быть вычислен как соотношение изменения теплосодержания хладагента в испарителе (НС-НВ) к изменению теплосодержания хладагента в процессе сжатия (НD-НС).
Фактически он представляет собой соотношение холодильной мощности и электрической мощности, потребляемой компрессором.
Причем он не является показателем производительности холодильной машины, а представляет собой сравнительный параметр при оценке эффективности процесса передачи энергии. Так, например, если холодильная машина имеет коэффициент термической эффективности, равный 2,5, то это означает, что на каждую единицу электроэнергии, потребляемую холодильной машиной, производится 2,5 единицы холода.
Таблица 1.
Технические характеристики холодильных агрегатов
ВН 2000(2) BC 4000(2) ACI 88 IN ACP12TN Хладагент R22 R22 R22 R22 Диапазон температур кипения хладагента, °С -45 -15 -25 -5 -25 -5 -25 -5 Температура окружающей среды, °С +5 +45 +5 +45 +5 +45 +5 +45 Холодопроизводительность при температуре кипения хладагента 15 °C (для ВН 2000(2) при -35°С) и температуре окружающего воздуха 20 °C, Вт 2010 4360 600 800 Компрессор ZF09K4E Сореland ZS21K4E Сореland L88TN Electrolux P12TN Electrolux Электродвигатель напряжение, В. частота вращения об/мин 380 3000 380 3000 220 3000 220 3000
Габариты, мм 860×560×610 860×560×610 440×380×255 440×380×255 Maccа, кг 90 90 30 30
Заключение
В работе рассмотрена работа компрессионных холодильных машин.
В компрессионном холодильнике охлаждение продуктов осуществляется за счет циркуляции хладагента, которую обеспечивает компрессор. При циркуляции хладагент изменяет свое физическое состояние от жидкого до газообразного. Охлаждение камеры холодильника происходит при кипении жидкого хладагента в испарителе. Компрессионные холодильники являются наиболее экономичными. Они быстрее набирают холод (менее инерционны), чем термоэлектрические и абсорбционные. После отключения электропитания приемлемые температуры продуктов сохраняются до 6 часов. Такие холодильники практически не имеют ограничений по размерам камер охлаждения. Емкость компрессионных холодильников может составлять от 18 до 220 л.
Ананьев В.А., Балуева Л. Н. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика., М.: Евроклимат, 2001. 416 с. Третье издание.
Бабакин Б. С, Стефанчук В. И., Ковтунов Е. Е. Альтернативные хладагенты и сервис холодильных систем на их основе. — М.: Колос, 2000. — 160 с.
Бабакин Б.С., Выгодин В. А., Кулагин В. Н. Диагностика работы малых холодильных компрессоров — Рязань. «Узорочье» .- 2001 г., 302 с.
Доссат Рой Дж. Основы холодильной техники. Пер. с анг. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. — 520 с.
Изучающим основы холодильной техники. Под общей редакцией Л. Д. Акимовой. Москва, Изд-во «Подольская типография Чеховского полиграфкомбината», 1996, 144 с.
Курылев Е.С., Оносовский В. В., Румянцев Ю. Д. Холодильные установки. — СПб.: Политехника, 1999. — 576 с.
Стрельцов А.Н., Шишов В. В. Холодильное оборудование предприятий торговли и общественного питания.
М.: Проф
ОбрИздат, 2002. — 272 с.
Улейский Н.Т., Улейская Р. И. Холодильное оборудование. Издательство: Феникс, 2000. — 318 с.
Холодильная техника и технология. Под редакцией профессора Руцкого А. В. Учебник. Издательство: ИНФРА-М, 2000. — 286 с.
Холодильные машины. Под общей редакцией Тимофеевского Л. С. СПб.: Политехника, 1997. — 992 с.
