Современные БЫТОВЫЕ ЭЛЕКТРОПРИБОРЫ И МАШИНЫ

Холодильный цикл и хладом 1 701 в бытовых холодильниках параметрического ряда

При разработке параметрического ряда бытовых компрессионных холодильников коллективом специалистов под руководством В. А. Ни­кольского предложен нов'Ьш способ получения холода с несколькими уров­нями термостатирования (А. с. № 1035354, СССР), а также холодильные агенты, позволяющие реализовать этот способ (А. с. № 1033523, 1039944,

19

1028705, СССР) [17]. Сущность спо­соба заключена в том, что в качестве высокотемпературного испарителя применяют регенеративный теплооб­менник «труба в трубе», а компоненты, входящие в состав холодильного агента, имеют разные температуры испарения. Причем полное ожижение смеси происходит при растворении парообразных хладагентов, кипящих при более низких температурах, в жидких хладагентах, кипящих при более высоких температурах. В ка­честве хладагентов, кипящих при более низких температурах, исполь­зуют фреон-13 и фреон-22, а при более высоких,— фреон-12, фреон-318 и фреон-142.

Хорошие результаты получены на следующих составах хладагентов: 1) 10—50% фреона-13, -10—15% фреона-22, 20—70 % фреона-318, остальное—фреои-12; 2) 5—35% фреоиа-22, 25—75 % фреона-142, 5—45 % СОг, остальное — фреон-12.

Предложенный способ, многокомпонентный хладагент и конструкция холодильного агрегата, реализующие этот способ, позволили снизить удельное потребление энергии бытовыми холодильниками на 25—40 %. Смеси хладагентов иа основе предельных углеводородов (А. с. № 1028705, СССР) по холодопроизводительности оказались лучше, чем описанные выше. Однако они являются пожароопасными. Поэтому в массовом произ­водстве бытовых холодильников оии не нашли применения.

Одноступенчатая двухтемпературная компрессионная машина (рис. 1.6) работает на многокомпонентном хладагенте. Машина состоит из компрессора /, конденсатора 2, регенеративного теплообменника 3, дросселя 4 и испарителя 5. В низкотемпературной камере испаритель обеспечивает температуру ( — 18) — (—24) °С, а в высокотемператур­ной в качестве испарителя регенеративный теплообменник — 0 — 5 °С.

Способ получения холода в одноступенчатой компрессионной холо­дильной машине осуществляется следующим образом. Находящееся в парообразном состоянии рабочее вещество сжимается в компрессоре 1 до давления 1—1,4 МПа и поступает в конденсатор 2. Процесс сжатия смеси соответствует линии Г—2' (рис. 1.7, а). В конденсаторе сжатое рабочее вещество охлаждается, отдавая тепло в окружающую среду. Вследствие отвода тепла от паров рабочего вещества компоненты фрео - нов, кипящие при более высокой температуре (фреон-С318 и фреон-12), конденсируются, т. е. рабочее вещество частично сжижается до обра­зования парожидкостной смеси (линия 2'—2).

Далее осуществляется полное сжижение рабочего вещества раство­рением компонентов (фреон-22 и фреон-13), кипящих при более низких температурах, в сжиженных компонентах (линия 2—3'). Сжиженное ра­бочее вещество (прямой поток) переохлаждается в регенеративном теп - 20

Лообменнике 3 (см. рис. 1.6) парожидкостной эмульсией (обратный поток), образовавшейся за счет частичного испарения рабочего вещества в испарителе 5 (линия 3—3', см. рис. 1.7, а). Затем рабочее вещество дрос­селируется (линия 3—4, см. рис. 1.7, а) в дросселе 4 (см. рис. 1.6) и поступает в испаритель 5. В процессе дросселирования давление рабо­чего вещества понижается до 0,05—0,4 МПа.

В испарителе 5 хладагент кипит, теплота, необходимая для кипения, отнимается от охлаждаемого тела (камеры), вследствие чего температура камеры понижается до — 24 °С. При этом осуществляется процесс частичного испарения (линия 4—5, см. рис. 1.7, а), когда испряется большая часть компонентов с более низкой температурой кипения (фреон-13 и часть фреона-22). После выхода парожидкостной эмульсии из испарителя 5 (см. рис. 1.6) заканчивается испарение фреона-22 и на­чинается испарение рабочего вещества с более высокой температурой кипения (фреон-12 и фреон-С318).

Процесс полного испарения рабочего вещества осуществляется в ре­генеративном теплообменнике 3 (линия 5—1, см. рис. 1.7, а), где необхо­димая для кипения теплота отнимается от прямого потока. Образовав­шиеся пары рабочего вещества отсасываются компрессором для сжатия, и цикл холодильной машины замыкается. Эти же процессы изображены на р — г-диаграмме (рис. 1.7, б) для фреона-12 (цикл /) и многокомпо­нентного хладагента (цикл 2).

Предложенный способ получения холода в одноступенчатой холо­дильной машине позволяет получить полное ожижение рабочего ве­щества при меньшем давлении конденсации, что уменьшает, в свою оче­редь, отношение давления нагнетания к давлению всасывания и обе­спечивает увеличение удельной холодопроизводительности. Кроме того, уменьшение отношения давления нагнетания к давлению всасывания позволяет повысить КПД компрессора за счет снижения в нем энерге­тических потерь.

В)

Рнс. 1.8. Диаграммы хладона 11-701:

А — Т — 5 -диаграмма; б — р — ( -диаграмма

22

Из Г —5-диаграммы (рис. 1.8, а) видно, что холодопроизводитель - иость цикла иа составном хладоие выше, чем цикла иа одиокомпоиентиом хладоие. Из р — (-диаграммы (рис. 1.8,6) также видио, что коэффи­циент подачи (отношение давления на входе к давлению иа выходе) компрессора иа миогокомпоиеитиом хладагенте меньше, что повышает его КПД и, следовательно, уменьшает удельное энергопотребление.

На практике нашел применение многокомпонентный хладагент, со­стоящий из хладоиа И-601 и двуокиси углерода (хладои И-744). В техни­ческой литературе этот хладагент известен под индексом И-701. В неко­торых источниках встречается и другое наименование: хладон 601/744. Хладои И-601 (ТУ 6-02-1226—82) представляет собой смесь, состоящую из хладоиов И-142 (ТУ 6-02-588—80), И-12 и И-22.

В зависимости от отношения хладоиов внутри смеси хладои-601 выпускают двух марок: А и Б (табл. 1.4).

Бытовые холодильники заправляют смесью 90 % хладоиа И-601 и 10% двуокиси углерода С02 (хладои И-744). Хладои И-601 негорюч, огне - и взрывобезопасен (как и хладои И-12); предельно допусти­мая концентрация в воздухе рабочей зоны производственных помеще­ний не должна превышать 3000 мг/м3 для каждого компонента смеси. Хладои И-601 имеет четвертый класс опасности по ГОСТ 12.1.007—76 и является стабильным веществом, но при высоких температурах (выше 400 °С) может разлагаться с образованием высокотоксичиых веществ, в том числе фтористого и хлористого водорода, а также фторфосгеиа. Хладои И-601 не образует токсичных соединений в воздушной среде, стоячих водах и в присутствии других веществ, утилизации и уничтоже­нию не подлежит.

Смесь для заправки бытовых холодильников (хладои И-601 и углеки­слота И-744) является также бесцветным газом, сжиженным под дав­лением (табл. 1.5 и 1.6).

Т-Б - и р — ('-диаграммы хладоиа И-701 приведены иа рис. 1.8 [45]. Энергетическая эффективность хладоиа И-701 неоднократно подтвер­ждалась сравнительными испытаниями по следующей методике. Сна­чала измерялось потребление энергии холодильник, работающего иа хладоие И-12. Затем в этом же шкафу с одним и тем же компрессором испытывали холодильник с агрегатом, работающим иа хладоие И-701. Тем самым исключалась погрешность, вносимая теплопроводностью шкафа и КПД компрессора.

Результаты испытаний (табл. 1.7) подтверждают снижение потреб­ления энергии на агрегатах с хладоном R-701 в 1,3—1,5 раза.

Описанный способ получения холода и хладагент запатентован в США, Великобритании, Франции, Венгрии, Польше, ЧССР, ГДР.