3.1. Холодильні агенти

До холодильних агентів пред'являються наступні вимоги:

1. Температура кипіння холодильного агента повинна бути від’ємною при тиску P₀ > P_АТМ, щоб виключити підсмоктування повітря у випарник.

Рис.10. Теплофізичні властивості ф-12 Рис.11. Теплофізичні властивості ф-12

2. Тиск конденсації пару холодильного агента повинен бути не дуже високим, щоб полегшити компресор й інші елементи холодильної машини.

3. Холодильний агент повинен мати значну теплоту паротворення при малих питомих обсягах пари, щоб зменшити обсяг компресора.

Таким вимогам відповідають фреони, які використаються в малих холодильних машинах (Ф-12, Ф-22, Ф-142 й ін.), причому частіше інших застосовується фреон-12 (CCl₂F₂ – дифтордихлорметан). Це безбарвний газ, зі слабким специфічним заходом, що відчувається тільки при концентраціях більше 20 % [1]. Основні фізичні властивості фреону-12 наведені на (рис. 10 та 11) [2].

3.2. Принцип дії парокомпресорної холодильної машини

Холодильні машини (Рис 12) призначені для передачі тепла від холодного джерела до гарячого. Згідно 2-му закону термодинаміки такий процес мимовільно не протікає, і для його виконання потрібно додатковий процес, що компенсує, перехід енергії з макрофізичної форми (робота) у мікрофізичну форму (тепло). Такий додатковий процес здійснюється в компресорі, завдяки стиску пару фреону, в якому їхня температура стає вище температури навколишнього середовища (гарячого джерела).

Рис 12. Схема холодильної машини (кондиціонер)

1 – компресор, 2 – вентилятор, 3 – ресивер, 4 – конденсатор, 5 – фільтр осушувач, 6 – дросель, 7 – випарник

Схема холодильної машини наведена на рис 12.

У процесі дроселювання (рис. 13 процес 4-5 в Ph-діаграмі) у дроселі 6 рідкого фреону він частково випаровується, основний же випар фреону відбувається у випарнику 7 за рахунок тепла, що віднімає від повітря в холодильній камері (рис. 13 ізобарно-ізотермічний процес 5-6 при P_О= сonst і t_О = сonst).

Перегріта пара з температурою t₁ надходить у компресор 1, де стискується від тиску P₀ до тиску P_К (політропний, дійсний стиск 1-2д). На (рис. 13) також зображений теоретичний, адіабатний стиск 1-2а при S₁= сonst. У конденсаторі 4 пари фреону охолоджуються до температури конденсації t_К (процес 2д-3), потім конденсуються (ізобарно-ізотермічний процес 3-4* при P_К= const й t_К= const) і рідкий фреон переохолоджується до температури t₄ (процес 4*-4). Рідкий фреон стікає в ресивер 3, звідки через фільтр-осушувач 5 надходить до дроселя 6.

Рис 13. Цикл холодильної машини

Ефективність холодильної машини оцінюється холодильним коефіцієнтом, що являє собою відношення величини корисного ефекту до витрат енергії на його здійснення:

.

Основними експлуатаційними характеристиками холодильної машини є: холодопродуктивність Q₀,

спожита потужність N_ЄЛ,

кількість циркулюючого робочого агента G_а

та питома холодопродуктивність агрегату К_АГР.

Холодопродуктивність машини – це кількість тепла, що відводиться в одиницю часу від холодного джерела (холодильної камери):

, кВт,

де G_а – витрата холодильного агента, кг/с;

h₁ – энтальпія пари перед компресором, кДж/кг;

h₄ – энтальпія рідкого фреону перед дроселем, кДж/кг.

Витрата холодильного агента G_а знаходиться з рівняння:

,кг/с,

де h_2Д – энтальпія стислого пару холодильного агента перед конденсатором, табл.20, кДж/кг;

Q_к – теплове навантаження конденсатора, кВт, що визначається по рівнянню теплового балансу для охолоджуючого повітря.

, кВт,

де С_P ≈1,3 кДж/(м³ К) – середня об'ємна теплоємність повітря;

V_В – витрата повітря через конденсатор, табл. 19;

t_В1, t_B2 – температури повітря до й після конденсатора, табл. 19, °С.

Відносна холодопродуктивність агрегату:

де N_ЄЛ – електрична потужність, спожита електродвигуном, кBт.