Циклы холодильных установок

Система – где путем затраты работы передается тепло от менее нагретых тел к более нагретым. Осуществляется обратный цикл. Это представлено на рис.3.4 в разделе 3. с уравнением (3.5). В такой системе наиболее эффективным циклом является обратный обратимый цикл Карно,он идеален для оценки степни совершенства циклов реальных холодильных установок.

В настоящее время есть воздушные (газовые), паровые,пароэжекторные, абсорбционные, работающие на эффекте Пельтье (электрохолодильники) и т. д.. В любом случае это аппараты для поддержания температур тел ниже температуры окружающей сред ы.

Схема и цикл работы воздушной холодильной установки представлены на Рис.16.3. – Рис.16.5. ниже. Она состоит из компрессора,охладителя,детандера и самой камеры холода.

Холодильный коэффициент идеального цикла воздушной холодильной установки

ε = 1 /(T₂ /T₁ - 1) = 1 / (T₃ /T₄ - 1) = T₁ / (T₂ -T₁) =T₄ / (T₃ -T ₄). …(13.1)

Холодильный коэффициент идеального обратного цикла Карно

ε_K = T₁ / (T₃ – T₁) …(13.2) в несколько раз больше. Поэтому цикл воздушной холодильной установки с точки зрения термодинамики является далеко не совершенным. Они мало экономичны и громоздки, т.к. воздух имеет малую теплоемкость, поэтому требуется пропускать в единицу времени его большие массы. Применяются воздушные холодильные установки в настоящее время только для получения глубокого холода,т.е. для сжижения воздуха или его очистки (например,извлечения из воздуха кислорода).

Схема и цикл паровой компрессорной холодильной установки представлены на рисунках ниже.

Рабочее тело (хладоагент) – легкокипящие жидкости, имеющие при всех температурах цикла невысокие давления насыщения. Осовное достоинство цикласостоит в том, что теплообмен происходит с рабочим телом, находящимся в двухфазном состоянии, изобарно – изотермическом. Цикл в большой степени приближен к обратному циклу Карно. Для упрощения схемы установки взамен расширительной машины (детандера) используют редукционный вентиль (дроссель). Энтальпия не меняется, а температура падает (Т₄T₃). В испарителе рабочее тело снова испаряется, охлаждая циркулирующий теплоноситель (например, рассол – раствор поваренной соли NaCl). Холодильный коэффициент

ε = (i₁ – i₄)/(i₂ – i₁) = (i₁ - i₃)/(i₂ - i₁). …(13.3)

В одинаковом диапазоне изменения температур холодильный коэффициент парокомпрессорной холодильной установки близок к коэффициенту обратного цикла Карно. Меньшая ее экономичность обусловлена необратимостью процесса дросселирования 3-4.

Холодильная мощность установки тем больше,чем больше теплота парообразования r теплоносителя при верхней температуре цикла Т_1.

Некоторые хладоагенты: диоксид углерода СО₂ , аммиак NH₃ (наибольшая теплота парообразования r), фреоны –фторхлорпроизводные предельных углеводородов.

Адсорбционные холодильные установки – потребляют для своих процессов тепловуюэнергию, а не механическую работу, что представлено на Рис. 4-36. справа.

Абсорбция – способность некоторых тел поглощать (абсорбировать) другие тела, сравнительно легкокипящие. Растворы обладают способностью абсорбировать пар раствора одного состава жидким раствором другого состава. Если две жидкости полностью растворяются друг в друге, то температура кипения бинарного раствора зависит от его состава. Пар более богат низкокипящим компонентом. В генераторе (кипятильнике)при подводе тепла q₂ из раствора выпаривается низкокипящий компонент. Он поступает в конденсатор,где охлаждается проточной водой до жидкого состояния. Затем,пройдя редукционный вентиль,он вновь становится насыщенным паром,но с отрицательной температурой (правда с меньшими давлением и сухостью). Он и охлаждает объект (помещение),где нагревается,отбирая тепло q₀ , и осушается (до сухости x ≈ 1). После этого пар поступает в абсорбер, где отдает тепло растворения(с отводом тепла проточной водой). Получившийся раствор вновь идет в генератор. Таким образом, роль компрессора исполняет абсорбционный узел,нет механической работы.

Рабочих веществ достаточно,но ранее наиболее употребителен был водо – аммиачный раствор,где аммиак- легкокипящий холодильный агент,высококипящий адсорбент – вода. На Западе и на Востоке становятся популярны абсорционные бытовые холодильные установки.

Эффективность работы оценивается коэффициентом использования тепла

ξ = q₀ /q ₂. …(13.4)

Пароэжекторные холодильные установки – хладоаггент также влажный пар, но сжатие пара на выходе из охлаждаемого объема (помещения) осуществляется не компрессором,а пароэжекторной установкой Для привода компрессора нужна механическая энергия, а для сжатия пара с помощью эжектора – кинетическая энергия пара.

Струйный компрессор –эжектор служит для сжатия и перемещения газа, пара,жидкостей. Передается энергия от движущейся с большой скоростью одной среды(рабочая среда) к другой (подсасываемая среда).

Газ или пар высокого давления расширяется в сопле и поступает в камеру смешения (Фиг.79. справа). Сюда же поступает из всасывающей камеры подлежащая сжатию подсасываемая среда (газ, пар низкого давления). В диффузоре кинетическая энергия струи переходит в потенциальную с повышением давления.Пар из эжектора поступает в конденсатор,где отдает скрытую теплоту испарения охлаждающей воде. Далее образовавшийся конденсат разветвляется на два потока: часть дросселируется и снова поступает в испаритель, другая- насосом подается в котел,где снова кипит, а пар направляется к соплу эжектора Необходимая энергия доставляется рабочим паром,который ее получает от затраты тепла q₁ в котельной установке.

Холодильный коэффициент цикла

ε = q₀/ (q₁+l_нас). …(13.5)

Это самый старый тип холодильных установок.

Дата добавления: 2014-01-07