Отличия теоретического цикла паровой компрессионной холодильной машины от цикла Карно.

В цикле Карно всасывание паров холодильного агента цилиндр компрессора осущ. в состоянии влажного пара. Влажный пар обусловливает в своем составе наличие капель жидкого ХА. Поступление в цилиндр компрессора жидкого ХА влечет за собой последствия, кот. следует учитывать в условиях работы ХМ. Поскольку жидкости несжимаемы, то попадание жидкого холодильного агента в цилиндр компрессора может привести к явлению, кот. наз. «гидравлический удар». При сжатии несжимаемой жидкости возможно разрушение конструктивных элементов компрессора.

Явление, связанным с поступлением в цилиндр компрессора небольшого количества капель жидкого ХА, явл. вскипание этих капель непосредственно в самом компрессоре. Образование пара в компрессоре, это приводит к уменьшению коэффициента подачи компрессора. Его холодопроизводительность падает, что приводит к повышению темп-ры воздуха в охлаждаемом объеме:

Сравнительно с циклом Карно логически обоснован переход от ХА в состоянии влажного пара к сухому насыщенному пару, т. е. пару, не имеющему в своем составе жидкости.

Переход от состояния ХА к состоянию обеспеч. работу компрессора «сухим ходом», что позволяет достичь наибольшего значения коэффициента подачи и увеличить холодопроизводительность компрессора Дqv Дж/кг, на величину. Одновременно с увеличением холодопроизводительности, Дж/кг, возросла и величина энергетических затрат в виде работы, Дж/кг.

Приращение площади, эквивалентной работе, больше площади, эквивалентной холодопроизводительности, энергетически данный процесс менее эффективен, чем процесс, протекающий в рамках цикла Карно.

Для увеличения холодопроизводительности ХМ необходимо обеспечить подачу в цилиндр компрессора сухого насыщ. пара или пара в сос-ии перегрева.

Обеспечить подачу в компрессор пара без капель жид-ти можно двумя путями — либо предварительно отделяя жидкость от пара в отделителе жидкости (Ож), либо нагревая (перегревая) пар в испарителе посредством изменения расхода ХА, проходящего через прибор автоматического регулирования расхода ХА.

Холодильные агенты. Требования, предъявляемые к холодильным агентам.

Хладагенты в значительной степени определяют технические характеристики холодильных машин, то есть рабочие давления, температуры, производительность компрессора. Взаимодействие их с конструкционными и смазочными материалами определяет не только конструктивные, но и эксплутационные показатели холодильных машин.

В ряде случаев в холодильных машинах в качестве рабочего тела применяются смеси, по крайней мере, двух веществ. По технической терминологии они подразделяются на азеатропные и неазеатропные.

Азеатропная смесь представляет собой нераздельно кипящую композицию чистых веществ, перегоняющую без разделения на фракции и без изменения температуры кипения. Неазеатропные смеси характеризуются различием равновесных концентраций компонентов в жидком и газообразном состоянии, они перегоняются с разделением на компоненты, кипение и конденсация происходит при различных температурах.

Одним из первых холодильных агентов была вода. В первой холодильной машине в качестве хладагента применялся этиловый эфир (1834 год), затем стали применять аммиак (1874 год), хлористый метил (1878 год), углекислоту (1881 год) и сернистый ангидрид (1884 год). Наибольшее распространение из первых хладагентов в современных условиях получил аммиак. Начиная с 30 годов ХХ столетия стали применять большую группу новых хладагентов – фреонов. Фреоны получают путем полного или частичного замещения в насыщенных углеводородах (метан, этан, пропан, бутан) атомов водорода на атомы фтора, хлора и брома. В странах СНГ фреоны называют хладонами.

В современных холодильных технологиях в качестве хладагентов применяют смеси хладагентов. К холодильным агентам предъявляются следующие группы требований: термодинамические, физико-химические, технические, физиологические, экологические и экономические.

Термодинамические требования. Термодинамические параметры холодильных агентов определяют характер изменения их состояния при циркуляции по замкнутому циклу холодильной машины. Объемная холодопроизводительность q u холодильного агента и теплота парообразования должны быть как можно большими. С увеличением значения этих параметров уменьшается количество хладагента, циркулирующего в цикле, что приводит к снижению энергоемкости, материалоемкости и габаритов холодильной машины. Давление холодильного агента в конце сжатия не должно быть слишком высоким, так как высокие давления приводят к усложнению и утяжелению конструкции машины, делают ее небезопасной. Давление кипения холодильного агента желательно иметь выше атмосферного, так как при вакууме в систему может засасываться воздух, который отрицательно влияет на работу холодильной машины. Отношение давления рк /p₀ должно быть небольшим, так как с уменьшением значений рк / р ₀ уменьшаются затрачиваемая работа и габариты, увеличивается КПД компрессора. Температура затвердевания холодильного агента должна быть низкой, а критическая температура – высокой, так как первая ограничивает возможность достижения низких температур, а при небольших значениях второй уменьшается холодильный коэффициент. Физико-химические требования. К этой группе требований относится вязкость, теплофизические коэффициенты (коэффициент теплопроводности, теплоемкость, объемная масса), стойкость химического соединения и т.д. Плотность и вязкость холодильного агента должны быть небольшими для сокращения гидравлических потерь в трубопроводах и клапанах. Теплофизические коэффициенты определяют интенсивность процессов переноса теплоты во всех элементах холодильной установки. Поэтому коэффициент теплопроводности должен иметь максимальное значение. Технические требования. Проявляются при эксплуатации. К ним относятся: чистота холодильного агента, цвет, запах, характер взаимодействия с основными конструкционными материалами, способность растворяться в воде, характер взаимодействия со смазочными материалами, способ обнаружения утечек, термическая стабильность и т.д. Важным свойством холодильных агентов является их растворимость в масле. Если холодильный агент не растворяется в масле, то оно легко отделяется от холодильного агента, который кипит при t ₀ = const независимо от количества масла в системе. Но на стенах теплопередающих аппаратов образуется масляная пленка, ухудшающая теплопередачу, что является недостатком таких холодильных агентов. Если холодильный агент растворяется в масле, то слой масла с теплопередающих поверхностей смывается почти полностью; это улучшает теплопередачу. Однако его трудно удалить из испарителя, что повышает температуру кипения при увеличении концентраций масла и может значительно ухудшить работу машины. Холодильные агенты должны быть нейтральными к металлам (даже в присутствии влаги) и прокладочным материалам. Холодильные агенты не должны быть горючими и взрывоопасными. Холодильные агенты не должны разлагаться при высоких температурах. Холодильные агенты должны обладать запахом, цветом или другими свойствами, позволяющими легко обнаружить утечку. Физиологические и экологические требования. Холодильные агенты должны быть безвредными для человека, они не должны быть ядовитыми, не должны вызывать удушья и раздражения слизистых оболочек глаз, носа и дыхательных путей человека. Особенно это важно при применении установок в системах кондиционирования воздуха и в холодильной технологии хранения пищевых продуктов. Большинство хладагентов экологически безопасны и не оказывают вредного влияния на все элементы биосферы. Экономические требования. Холодильные агенты должны быть дешевыми и доступными. При низкой цене производителя большие транспортные расходы могут привести к нецелесообразности закупок (недоступности) холодильного агента. Производство хладагента должно быть массовым и непрерывным.