Реальные холодильные циклы и установки

Холодильные циклы и установки, применяемые на практике, значительно отличаются от идеальных. Это обусловлено прежде всего тепловыми и гидравлич. потерями, а также несовершенством происходящих в установках процессов (не-дорекуперация теплоты, утечка и перетечка хладагента и др.); в ряде случаев - несовершенством собственно холодильных циклов.
Достигаемые в установках т-ра, холодопроизводительность и затраты мех. работы существенно зависят от вида и св-вхладагентов. Последние должны обладать способностью поглощать при испарении большое кол-во теплоты, иметь малые уд. объемы пара, невысокие критич. т-ры, вязкости и плотности, высокие коэф. теплоотдачи и теплопередачи, раств. в воде, быть безвредными, пожаробезопасными, доступными и недорогими. Полностью удовлетворить все эти требования не может ни один из применяемых в настоящее время хладагентов. Поэтому при их выборе учитывают назначение холодильных установок, условия их работы и конструктивные особенности.

Установки для получения умеренного холода, наз. также холодильными машинами, подразделяются на воздушные и паровые, а последние - на компрессионные, абсорбционные, адсорбционные и пароэжекторные. Наиб. распространены парокомпрессионные, абсорбционные и пароэжекторные машины.
Парокомпрессионные машины (рис. 6) вырабатывают холод, используя кипение жидкостей при низких т-рах с послед. сжатием образовавшихся паров и их конденсацией. Пары хладагента сжимаются в компрессоре К до давленияконденсации р_конд и сжижаются в конденсаторе ТК, отдавая теплоту конденсации охлаждающей воде или в окружающий воздух. Жидкий хладагент с помощью устройства Др дросселируется до давления кипения р_кип, при этом его т-ра снижается до т-ры кипения Т_кип. За счет отвода в испарителе теплоты от охлаждаемого объектажидкость кипит, а образующиеся пары засасываются компрессором и сжимаются. На практике из-за опасности разрушения компрессора при сжатии парожидкостной смеси (процесс 1-2) жидкость полностью испаряют (процесс 1-1') и сжимают только парообразный хладагент (процесс 1'-2'), к-рый в результате оказывается несколько перегрет (точка 2'). В конденсаторе теплоту перегрева отводят охлаждающей водой (процесс 2'-2): кроме того, для снижения расхода энергии на единицу отнятой от охлаждаемого тела теплоты конденсат немного переохлаждают (процесс 3-3').

 

 

Рис. 6. Схема парокомпрессионной машины и ее холодильный цикл.

Давления р_кип и р_конд однозначно связаны с Т_кип и т-рой конденсации Т_конд св-вами хладагента, а Т_конд определяется т-рой окружающей среды; поэтому наинизшая т-ра в машине зависит от отношения р_конд/р_кип , т. е. только от возможностей компрессора. Если это отношение велико, сжатие производится в многоступенчатом компрессоре. В рассматриваемых машинах достигают охлаждения до Т_х= 165 К, q_х от 30-80 до 5 кВт, = 0,5-7, = 0,3-0,5.
В абсорбционных машинах (рис. 7) пары хладагента поглощаются жидким абсорбентом, из к-рого они затем десорбируются и сжижаются. В качестве хладагента обычно применяют NH₃, а в качестве абсорбента - воду. ПарыNH₃ сжижаются в конденсаторе ТК, теплота конденсации q_конн отводится охлаждающей водой или воздухом. Виспаритель ТИ дросселируется жидкий NH₃, при этом его т-ра снижается до Т_х. За счет отвода теплоты q_x от охлаждаемой среды NH₃ кипит, а его пары поступают в абсорбер Аб, где поглощаются разб. р-ром аммиачной воды, непрерывно подаваемой через вентиль Вн; теплота абсорбции q_аб отводится Н₂О. Обогащенный р-р аммиачной воды подается насосом Н в подогреватель (кипятильник) Пд, где пары NH₃ отгоняются. Коэф. = q_x/(q_пд + q_н), где q_пд - теплота, подводимая в кипятильнике, q_н - теплота, эквивалентная мех. работе насоса.

Рис. 7. Схема абсорбционной машины.

Теоретически при одинаковых т-рах кипения и конденсации хладагента для абсорбц. и паровых компрессионных машин холодильные коэф. равны, однако при низких т-рах Т_хкомпрессионные машины более эффективны. Достоинство абсорбц. машин - возможность использования в них низкопотенциальных источников теплоты; недостатки - громоздкость и большой расход воды. В машинах этого типа т-ра охлаждения достигает 208 К, q_x = 290 - 7300 кВт, = 0,5-0,8.
Пароэжекторные машины (рис. 8) работают с затратой теплоты; сжатие хладагента осуществляется паровым эжектором, а конденсация - перемешиванием с водой. Рабочий водяной пар под давлением 0,8-1,0 МПа подводится из парогенератора к соплу эжектора Эж, где расширяется, создавая разряжение в испарителе ТИ, смешивается с отсасываемым из него паром и поступает в диффузор под давлением конденсации. В конденсаторе ТК водяной парсжижается, конденсат частично подается в испаритель для восполнения потерь, а его осн. масса возвращается в парогенератор. При испарении в ТИ вода охлаждается, по замкнутому контуру поступает к холодильной камере ХК, подогревается и возвращается в испаритель. Для этих машин Т_х достигает 283 К. Коэф. (q_паp теплота, затрачиваемая на получение пара высокого давления), значительно ниже, чем для парокомпрессионных, а в нек-рых случаях и абсорбц. машин.

Рис. 8. Схема пароэжекторной машины.