Холодильные машины тепловые насосы

Холодильные установки применяют для получения и поддержания низких температур. Рабочим телом — «холодильным агентом» — современных холодильных установок являются, главным образом, пары жидкостей, кипящих при низ­ких температурах.

В настоящее время применяется около 30 холодильных аген­тов, наиболее распространенными из которых являются: аммиак, углекислый газ, сернистый ангидрид, фреоны и хладоны. Термодинамические характеристики наиболее часто используемых холодильных агентов приведены в табл. 1

Аммиак — бесцветный газ с удушливым запахом, при содержании в воздухе больше 0,03 % вреден, поэтому нельзя допускать его утечек. Смесь аммиака с воздухом при определенных концен­трациях может взрываться. Применяется аммиак для температур кипения не ниже -65 °С.

Сернистый ангидрид — бесцветный газ с тяжелым удушливым запахом, применяется в мелких автоматизированных установках закрытого типа.

Углекислый газ — бесцветный газ без запаха. Значительные кон­центрации его вызывают удушье.

Самый распространенный из фреонов — фреон-12 — тяжелый газ, не имеющий запаха, безвредный при отсутствии открытого пламени. Хладон 123 (СНСI₂=CF₂) – прозрачная легкокипящая жидкость срезким запахом. Хладон 124,124а (CHFCI – CF₃, CHF₂ – CF₂CI) – газы без цвета и запаха с температурой кипения минус 10,8°С и минус 12°С с плотностью 1,4 г/см³. Фреоны и хладоны при соприкосновении с открытым пламенем или горячими поверхностями разлагаются на весьма вредные для организма человека фтористый и хлористый во­дород и другие высотоксичные прдукты. Фреоны применяются преимущественно в установках с низкими температурами испарения (от -70 до -90 °С).

В холодильных установках роль холодного источника выполняют воздух и содержимое холодильной камеры, в теплонасосных — речная вода, земля или атмосферный воздух.

Тепловые насосы. Тепловыми насосами называются установки, в которых за счет затраты работы производится отъем энергии от тел с более низкой температурой Т₁ и передача ее другим телам с более высокой температурой Т₂. Применение тепловых насосов дает возможность использования энергии тел, имеющих сравни­тельно низкую температуру, например, окружающего воздуха, хо­лодной воды и др.

Компрессорные тепловые насосы. Рабочее тело (любое из употребляемых в холодильных установках) засасывается в компрессор 1, где сжимается за счет затраты энергии двигателем до состояния сухого насыщенного или перегретого пара. Этому процессу соответствует изоэнтропа /— 2 идеального цикла. Сжатый пар нагнетается компрессором в кон­денсатор 2. Здесь при постоянных значениях давления и темпера­туры пар конденсируется, отдавая определенное количество теп­лоты охлаждающей среде — воде или воздуху. За счет этой тепло­ты охлаждающая среда подогревается до такой температуры, при которой она может быть использована для различных бытовых нужд, в частности для отопления. Наиболее эффективная темпе­ратура подогрева равна 60...70 °С. Процессу в конденсаторе соот­ветствует линия 2 — 3. После конденсатора рабочее вещество в иде­альном цикле поступает в расширительный цилиндр, где пони­жаются его давление и температура — изоэнтропный процесс 3—4.

Рис.8.2. Парокомпрессионный тепловой насос:

Принципиальная схема (а): 1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – дроссельный клапан; 4 – испаритель;

Идеальный цикл теплового насоса (б): 1…4 – точки диаграммы.

Отсюда рабочее тело поступает в испаритель 4, в котором оно испаряется при неизменных значениях давления и темпе- ратуры, отнимая определенное количество теплоты от тел, имеющих низкий температурный уровень, например от окружающего воздуха, холодной воды и т. д. Из испарителя влажный пар засасывается в компрессор, и работа установки повторяется. Идеальный цикл, представляет собой обратный цикл Карно.

Эффективность тепловых насосов оценивается отопительным коэффициентом, или коэффициентом преобразования , под которым понимается отношение количества теплоты q₁ отданного 1 кг рабочего вещества в конденсаторе, к теплоте q₁ - q₂, эквивалентной работе, затраченной на осуществление цикла:

Коэффициент преобразования у и холодильный коэффициент cвязаны простым соотношением:

.

Коэффициент преобразования и холодильный коэффициент связаны простым соотношением

.

В реальных установках теплового насоса =2..4.

Дата добавления: 2015-07-25