Пароэжекторная холодильная машина

 

Рабочим веществом обычно служит вода. В кипятильнике КП, вода кипит при подводе теплоты . Образующийся пар высокого давления поступает в эжектор Э (пароструйный аппарат). При истечении из сопла С эжектора, он развивает большую скорость, в результате чего потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию струи, засасывающую пар низкого давления из испарителя И. После смешения в камере СМ, рабочий пар из кипятильника и холодный пар из испарителя в эжекторе Э сжимаются и направляются в конденсатор КД. Пар конденсируется при отводе теплоты с помощью охлаждающей воды. Из конденсатора часть воды через регулирующий вентиль поступает в испаритель, а другая часть насосом Н подается в кипятильник.

 

Пароэжекторную холодильную машину, работающую на воде, широко используют в центральных системах кондиционирования воздуха, где хладоносителем также является вода со сравнительно высокой температурой (10…12ºС). Однако и при такой температуре, давление кипения рабочего вещества (воды в испарителе) будет значительно ниже атмосферного. При этом возможен подсос воздуха из атмосферы в машину, что нарушает её работу.

Энергетическую эффективность пароэжекторной машины как абсорбционной оценивают тепловым коэффициентом:

.

Работа насоса значительно меньше теплоты и ею можно пренебречь. Если в качестве источника есть возможность использовать теплоту как отход другого производства, то эти машины могут быть вполне энергетически выгодны. В этих двух видах машин совмещены прямой и обратный циклы. Поэтому, тепловой коэффициент можно представить в виде произведения термического КПД цикла и холодильного коэффициента обратного цикла:

.

 

Цикл парокомпрессионной холодильной машины

С влажным ходом

 

Теоретические циклы холодильных машин изображают в термодинамических диаграммах, которые позволяют лучше понять принцип действия холодильных машин. Кроме того, термодинамические диаграммы служат теоретической базой для расчета холодильных машин и их элементов. Наиболее распространенными являются диаграммы и .

Цикл идеальной одноступенчатой холодильной машины с регулирующим вентилем близок к циклу Карно, и протекает в области влажного пара хладагента. Цикл этой машины изображен в диаграмме, и отражает процесс кипения и испарения хладагента линией 4-1 в испарителе, линией 1-2 – процесс адиабатического сжатия хладагента в компрессоре, линия 2-3 – процесс конденсации хладагента в конденсаторе, линия 3-4 – процесс дросселирования хладагента в регулирующем вентиле.

Зная энтальпии соответствующих точек цикла, можно определить следующие величины:

1. тепло, подводимое к 1кг хладагента в испарителе – холодопроизводительность 1кг хладагента, равное на диаграмме площади 4-1-а-b (Дж/кг):

;

2. работу, затраченную на сжатие пара хладагента в компрессоре (Дж/кг), равную разности энтальпий:

;

3. тепло, отводимое от 1кг хладагента в конденсаторе (Дж/кг), равное площади на диаграмме 2-3-с-а:

.

Эффективность работы холодильной машины оценивается холодильным коэффициентом , равным отношению количества тепла , отнимаемого от охлаждаемого тела, к затраченной работе:

.

Аналогичные процессы цикла холодильной машины представлены в диаграмме .

 

Охлаждение жидкого хладагента перед регулирующим вентилем, условно называемым переохладителем, без дополнительной затраты работы, позволяет увеличить холодопроизводительность 1кг хладагента и холодильный коэффициент . Процесс переохлаждения изображается изобарой , которая в диаграмме совпадает с пограничной кривой . В результате переохлаждения хладагента, его энтальпия перед регулирующим вентилем уменьшается, а следовательно уменьшается бесполезное парообразование в процессе дросселирования. При этом без дополнительной затраты работы, удельная холодопроизводительность хладагента увеличивается на величину площади , т.е. . Соответственно увеличивается холодильный коэффициент.

 

Сухой ход компрессора

 

Особенностью рассмотренных выше циклов с регулирующим вентилем и переохлаждением жидкого хладагента, является всасывание компрессором влажного пара и сжатие его до состояния сухого насыщенного пара, т.е. «влажный ход компрессора». Такой режим работы компрессора теоретически является выгодным, т.к. он приближает процесс холодильной машины к идеальному циклу Карно (машины).

В практических условиях компрессор работает «сухим ходом», т.е. всасывает сухой насыщенный или перегретый пар (хладагент), точка 1 на диаграмме, и сжимает его в области перегретого пара. В состоянии точки 2 перегретый пар с давлением конденсации и температурой перегрева поступает в конденсатор, в котором сначала охлаждается до температуры конденсации (сбив перегрева ), а затем конденсируется при постоянной температуре и постоянном давлении (процесс ). Из конденсатора жидкий хладагент поступает в переохладитель, где переохлаждается (процесс ) до температуре и направляется к регулирующему вентилю для дросселирования от давления до давления в процессе . При этом температура хладагента снижается до , соответствующей давлению кипения .

Для обеспечения сухого хода компрессора в схеме холодильной машины должен быть добавлен еще один элемент, вспомогательный аппарат – отделитель жидкости, в который поступает хладагент со степенью сухости состояния точки 1 на диаграмме, где в результате уменьшения скорости и изменения направления движения, капельки жидкости отделяются от образующегося пара. Жидкость в этом аппарате стекает вниз, откуда поступает обратно в испаритель. Здесь, она дополнительно кипит при постоянной температуре , соответствующей давлению , отнимающей тепло от охлаждаемой среды в процессе 4-1.

При сухом ходе компрессора холодопроизводительность увеличивается на , равной площади на диаграмме , соответственно увеличивается работа цикла на , равная площади на диаграмме , причем приращение работы больше увеличения холодопроизводительности .

Сухой ход в условиях действительного процесса оказывается практически выгодным. Во-первых, чем выше температура пара, засасываемого компрессором, тем мене интенсивен теплообмен пара со стенками цилиндров, который уменьшает холодопроизводительность компрессора и увеличивает расход электроэнергии на сжатие пара.

Поэтому на диаграмме практического цикла холодильной машины, сжатие начинается с точки .

Во-вторых, при сухом ходе компрессора исключается возможность гидравлического удара в цилиндрах при попадании в них хладагента.

В практических условиях, компрессор засасывает пар хладагента перегретым на 5…15°С выше - для аммиака, и на 20…30°С - для хладона-12.