Основной холодильный цикл

Это удобная начальная точка, потому что ее положение обычно слабо меняется, несмотря на различные модификации основного цикла, которые будут рассмотрены позже.

А-В. Жидкость расширяется в регулирующем вентиле. При этом она не обменивается с окружающей средой энергией, ни тепловой, ни механической. Расширение проходит при постоянной энтальпии. Процесс расширения представлен на рис. 01 прямой линией, перпендикулярной оси энтальпии.

Когда давление начинает уменьшаться, сначала ничего не происходит; температура остается почти постоянной. Наконец, давление жидкости достигает кривой насыщения. Дальнейшее уменьшение давления означает, что температура также должна уменьшаться, иначе жидкость будет перегрета, что является термодинамически неустойчивым состоянием.

Таким образом, жидкость охлаждается, и выделившаяся энергия идет на испарение части жидкости, или, другими словами, испаряющаяся жидкость охлаждает оставшуюся жидкость. Чем меньше давление, тем больше жидкости испарится.

B. Жидкость достигла конечного давления. Долю испарившейся жидкости можно определить при помощи линий равных концентраций. В нашем примере хладагент расширился до давления 1,63 бар (-30°С), концентрация пара при этом составляет 33,9%.

B-D. Частично испарившийся хладагент поступает в испаритель. Там испаряется оставшаяся жидкость, производя, таким образом, необходимый холодильный эффект. Сначала состояние хладагента достигает точки C (100% насыщенный пар), но обычно в испарителе происходит небольшой перегрев — система переходит в точку D.

D. Пар выходит из испарителя с давлением 1,63 бар (равновесная температура −30°С), перегретый до −25°С.

D-E. Пар сжимается в компрессоре до давления конденсации. Сжатие должно быть по возможности идеальным, то есть пару должна быть передана не тепловая, а механическая энергия, чтобы поднять давление до необходимого уровня, в нашем примере до 15,3 бар, что соответствует 40°С.

Однако сжатие не может произойти идеально. Существует внутреннее трение между движущимися частями пара, трение смазочного масла, перетекание сжатого газа в зону всасывания и т.д. Все это приводит к дополнительному нагреву пара. Поэтому пар будет сжиматься не по изэнтропе D-E', а по какому-то неопределенному пути с более высокой конечной температурой, обозначенной точкой E. Количество этой добавленной энергии зависит от эффективности компрессора h. Таким образом:

H (E) — H (O) = (H (E) — H (D) ) / h (реальная мощность компрессора)

Зная (от изготовителя) значение h и значения H (E), и H (O) (из диаграммы), можно вычислить H (E). Кроме того, зная конечное давление (из диаграммы) находим температуру хладагента на выходе из компрессора.

E-F. Перегретый пар выходит из компрессора при довольно высокой температуре. Он несет энергию, слишком ценную, чтобы ее терять. Перегрев можно устранить в специальном теплообменнике, а полученное тепло использовано для производства горячей воды или для отопления помещений.

F-A. Наконец, пар поступает в конденсатор, возможно слегка перегретым (чуть правее точки F), и конденсируется. Конденсат обычно выходит из конденсатора не насыщенным, а немного переохлажденным, и процесс возвращается в начальную точку A с давлением 15,33 бар (40°С) и температурой 35°С.