Схемы и циклы холодильных машин

Принципиальная схема воздушной холодильной машины показана на рис. 3.13, а ее теоретический цикл — на рис. 3.14. Принцип действия этой машины заключается в следующем.

Рис. 3.13. Принципиальная схема воздушной холодильной машины 1 — холодильник; 2 — компрессор; 3 — охлаждаемое помещение; 4 — двигатель; 5 — расширительный цилиндр


Рис. 3.14. Теоретический цикл воздушной холодильной машины в диаграммах V—р (а) и s—Т (б)

Воздух с объемом V, энтальпией s, давлением р0 и температурой Т1 (состояние 1) из охлаждаемого помещения засасывается компрессором, в котором происходит адиабатное сжатие до давления р и температуры Т3 (состояние 2). Затем сжатый воздух поступает в холодильник, где охлаждается забортной водой при постоянном давлении до температуры Т3 (состояние 3). После этого охлажденный воздух поступает в расширительный цилиндр для адиабатного расширения до первоначального давления р0. При этом он охлаждается до температуры Т4 (состояние 4) и вновь поступает в охлаждаемое помещение, где нагревается при постоянном давлении р0 до температуры Т1. Далее цикл повторяется. Разность между работой, затраченной в компрессоре, и работой, полученной в расширительном цилиндре, компенсируется двигателем.

Количество теплоты q0 (удельная холодопроизводительность), отведенное из охлаждаемого помещения 1 кг воздуха, определяется площадью b — 4—1—а, а количество теплоты, отданное 1 кг воздуха охлаждающей воде, площадью а—2—3—Ь. Работа цикла определяется площадью 1—2—3—4.

Принципиальная схема работы холодильной машины для охлаждения и отопления показана на рис. 3.15.

В летнем режиме вода прокачивается насосом 13 по замкнутому контуру через кондиционер 9 и испаритель 12. В кондиционере вода нагревается, а в испарителе отдает воспринятое тепло. Забортная вода прокачивается насосом 3 через конденсатор 5, нагревается там и удаляется за борт. Клапаны 1, 10, 14, 6 открыты, а клапаны 15, 11, 8, 2 закрыты.

В зимнем режиме вода прокачивается по замкнутому контуру через кондиционер 9 и конденсатор 5. В конденсаторе она нагревается, а в кондиционере отдает воспринятое тепло. Забортная вода насосом 13 прокачивается через испаритель, охлаждается в нем и уходит за борт. Клапаны 15, 11, 7 и 8 открыты, а клапаны 1, 10, 14 к 6 закрыты. Давление в системе регулируется клапаном 4. Пары хладагента из испарителя отсасываются компрессором 7.

Рис. 3.15. Принципиальная схема использования холодильной машины в качестве теплового насоса


Рис. 3.16. Принципиальная схема абсорбционной холодильной машины

Из схемы видно, что холодильная установка может быть превращена в теплонасосную установку без особых трудностей и затрат, если применить соответствующий хладагент.

На рис. 3.16 показана принципиальная схема простейшей абсорбционной холодильной машины.

В состав этой машины входят конденсатор 3, регулирующий клапан 2 и испаритель 1. Пары хладагента, образовавшиеся в испарителе при температуре Т0 и давлении р0, должны быть сжаты в конденсаторе до давления рк, соответствующего температуре конденсации Тк.

В отличие от компрессорной холодильной машины, где сжатие паров происходит за счет затрат механической энергии, в абсорбционной машине для этой цели служит так называемый термохимический компрессор, роль которого выполняют два теплообменных аппарата (генератор 4, абсорбер 6), насос 7 и второй регулирующий клапан 5.

Машина работает следующим образом. Образовавшиеся в испарителе за счет подведенного тепла пары хладагента поступают в абсорбер и поглощаются абсорбентом (хладагентом) при давлении р0. Концентрация абсорбента при этом возрастает, в результате чего получается концентрированный раствор. В процессе поглощения хладагента выделяется теплота абсорбции, которая отводится охлаждающей водой, циркулирующей через абсорбер. Из абсорбера обогащенный раствор отсасывается насосом и подается в генератор. В генераторе концентрированный раствор нагревается до состояния кипения за счет тепла, подводимого от какого-либо внешнего источника. В процессе кипения при постоянном давлении рк из раствора выделяются пары хладагента, направляющиеся затем в конденсатор. При этом концентрация раствора понижается, или, как принято говорить, раствор обедняется. Слабый раствор вновь поступает в абсорбер, предварительно пройдя регулирующий клапан 5, в котором давление раствора снижается от рк до р0.

При выборе хладагента для судовой холодильной установки необходимо учитывать его действие на человека, металлы, а также такие свойства, как горючесть, воспламеняемость и взрывоопасность. Основные физические свойства некоторых хладагентов приведены в табл. 3.3. Весьма важными являются также вязкость, теплопроводность и теплоемкость хладагента в жидком и парообразном состоянии.

Таблица 3.3. Основные физические свойства хладагентов

Хладагент	Химическая формула	Молекулярный вес	Нормальная температура, °С	Критические параметры			Температура затвердевания, °С	Показатель адиабаты
				температура, °С	давление, МПа	удельный объем, 10—3 м3/кг
Аммиак Углекислота Хлорметил Фреон: Ф-11 Ф-12 Ф-22 Ф-142	NH3 CO2 СН3Cl CFCl3 CF2Cl2 CHF2Cl C2H3F2Cl	17,031 44,01 50,49 137,39 120,92 86,48 100,48	—33,4 —78,5 —23,74 +23,7 —29,8 —40,8 —9,21	+ 132,4 +31 + 143,1 + 198 + 111,5 +96 —	11,74 7,66 6,96 4,55 4,16 5,15 —	4,13 2,16 2,7 1,805 1,793 1,905	—77,7 —56,6 —97,6 —111 —155 — 160 —130,8	1,3 1,3 1,2 1,13 1,14 1,2 1,135