Парокомпрессиоиная холодильная машина

В парокомпрессионной холо­дильной машине происходят сле­дующие процессы:

4—1, 8—5, 12—9 — кипение рабочего вещества (хладагента) в испарителе, при этом теплота Qo отводится от охлаждаемой среды (на рис. 2 циклы а и в) или от окружающей среды (цикл б),

1— 2, 5—6, 9—10 — сжатие па­ро и рабочего исшеетпа и компрес­соре;

2— 3, 6—7, 10—11 — конденса­ция паров рабочего нсщества в конденсаторе, при этом теплота Q (цикла а) или Qr (цикла б и о) передается окружающей или нагре­ваемой среде;

3— 4, 7—8, 11 — 12 — дроссели­рование рабочего вещества в регу­лирующем вентиле.

Таким образом, парокомпрес­сиоиная холодильная машина дол­жна иметь четыре обязательных элемента: компрессор, конденса­тор, испаритель и регулирующий вентиль (рис. 3).

В испарителе. ш счет кипения рабочего веществ а при низкой тем­пературе теплота Qo отводится от охлаждаемой среды — воздуха в системе непосредственного охлаж­дения (например, в домашнем хо­лодильнике), воды или рассола в системе с хладоносйтелем (насос направляет его в батареи, располо­женные в охлаждаемом помеще­нии).

Пары рабочего вещества из испарителя отсасываются с по­мощью компрессора, сжимаются и

РИС. 3. Принципиальная схема паро­компрессионной холодильной машины: КМ — компрессор; КД — конденсатор; РВ — регулирующий вентиль; М — испари­тель; 1,1,3,4 — точки цикла а (см. рис. 2)

Нагнетаются в конденсатор. В нем теплота Q отводится от конденси­рующегося рабочего вещества с по­мощью охлаждающей среды — воздуха или воды,— которая при этом нагревается. Жидкое рабочее вещество из конденсатора проходит через регулирующий вентиль, где происходит процесс дросселиро­вания (см. тему і). При этом па­дают давление и температура рабо­чего вещества.

Температура кипения /о рабоче­го вещества в испарителе зависит от давления кипения р0, а оно, в свою очередь,— от производитель­ности компрессора. Температуру кипения поддерживают такой, что­бы обеспечить необходимую (за­данную) температуру охлаждаемой среды. Для понижения температу­ры кипения необходимо понизить давление кипения, что можно сде­лать, увеличив производительность компрессора.

Температура конденсации (к ра­бочего вещества и соответствую­щее ей давление кипения рк зави­сят главным образом от температу­ры среды, используемой для охлаж­дения конденсатора. Чем она ниже, тем ниже будут температура и давление конденсации. Величины Ро и рк в значительной мере влияют на производительность компрес­сора. Они же в основном опреде­ляют и количество энергии, которое необходимо для его работы.

Абсорбционная и пароэжекторная холодильные машины

Из теплоиспользующих холо­дильных машин широкое примене­ние имеют абсорбционные и паро — эжекторные.

В абсорбционной холодильной машине (рис. 4) рабочее вещество не однокомпонентное, как в паро — компрессионной холодильной ма­шине, а двухкомпонентное — на­пример, водоаммначный раствор, в котором аммиак является хла­дагентом, а вода абсорбентом (поглотителем).

В генераторе (кипятильнике) при подводе к нему теплоты Qr раствор выпаривается. Пар с высо­кой концентрацией легкокипящего компонента (аммиака) поступает в конденсатор, а оставшаяся жид­кость (слабый раствор, близкий по концентрации к воде) — в абсор­бер. Сконденсированная в конден­саторе жидкость направляется в испаритель. Образующийся здесь за счет теплоты Q0, отбираемой от охлаждаемой среды, пар под­водится к абсорберу, в котором он поглощается слабым раствором, поступившим из генератора. Этот процесс, называемый абсорб­цией, сопровождается выделе­нием теплоты Qa, которая отводит­ся из аппарата с помощью холод­ной воды. Крепкий, насыщенный поглощенным паром, раствор из абсорбера насосом перекачивается в генератор.

Помимо водоаммиачного рас­твора, в абсорбционных холодиль-

РИС. 4. Принципиальная сдема абсорб­ционной холодильной машины: аб — аб­сорбер, Я — насос; г — генератор; осталь­ные обозначения си. на рис. 3

Пых машинах широко применяют раствор бромистого лития, в кото­ром хладагентом является пода, а абсорбентом — бромистый литий.

Энергетическую эффективность абсорбционной холодильной маши­ны оценивают тепловым к о э ф — фиц центом:

Q»

Ь Qr + V

Где L„ — тепловой эквивалент ра­боты насоса.

Таким образом, в этой машине роль компрессора выполняют гене­ратор, абсорбер н насос. Основное количество энергии, необходимое для ее работы, подводится к гене­ратору в виде теплоты Qr. Количе­ство электроэнергии, необходимое для привода насоса, незначительно.

— По сравнению с парокомпрес — сионнымн абсорбционные холо­дильные машины более надежны в эксплуатации, но существенно уступают им по металлоемкости и энергетическим затратам. При одинаковой подведенной теплоте Qo теплота Qr будет существенно больше теплового эквивалента ра­боты компрессора L (см. формулу для определения холодильного коэффициента е). Учитывая это, абсорбционные холодильные маши­ны целесообразно применять на предприятиях, где имеется дешевая тепловая энергия для обогрева генератора.

В пароэжекторной холодильной машине (рис. 5) рабочим веще­ством обычно служит вода.

В кипятильнике (котле) вода кипит при подводе теплоты Qr. Образующийся пар высокого давле­ния поступает в эжектор (паро­струйный аппарат). При истечении из сопла эжектора он развивает большую скорость, в результате чего его потенциальная энергии превращается в кинетическую энер­гию струн, засасывающую пар низ­кого давления из испарителя. После смешения рабочий пар из кипятильника и холодный пар из испарителя в эжекторе сжимают­ся и направляются и конденсатор. Пар конденсируется при отводе теплоты Q с помощью охлаждаю­щей воды. Из конденсатора часть воды через регулирующий вентиль поступает в испаритель, а другая час і і» насосом подается в кипятиль­ник.

Пароэжекторпую холодильную машину, работающую на воде, широко используют в центральных системах кондиционировании воз­духа, где хладоносителем также является вода со сравнительно высокой температурой (10…12 °С). 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 ее работу.

Энергетическую эффективность пароэжектормой машины, как и абсорбционной, оценивают тепло­вым коэффициентом

* <VW„’

Работа насоса L„ значительно меньше теплоты Qr и ею можно пренебречь. Коли в качестве источ­ника Qr есть возможность исполь­зовать теплоту как отход другого производства, то пароэжекторные холодильные машины могут быть

РИС. 5. Принципиальная схема пароэжек — торной холодильной машины: КП — кинятнл1.пик; Э — эжектор; С — соп­ло эженгорц; СМ — клмера смешении эжектора; остальные обозначении см. на рис. З, ‘I

Вполне энергетически выгодны.

В абсорбционной и пароэжек — торной холодильных машинах сов­мещены прямой и обратный циклы. Поэтому тепловой коэффициент можно представить в виде произ­ведения термического КПД прямо­го цикла и холодильного коэффи­циента обратного цикла:

Термоэлектрическая холодильная машина

Термоэлектрическую холодиль­ную машину уместнее называть охлаждающим устройством из-за весьма специфической конструк­ции.

В термоэлектрическом охлаж­дающем устройстве низкую темпе­ратуру получают с помощью полу­проводниковых термоэлементов, соединенных последовательно в батарею.

Термоэлемент (рис. 6) состоит из двух с различной проводимостью полупроводников — электронного (—) и дырочного (+). Они после­довательно соединяются метал­лическими пластинами, образую­щими спаи. При прохождении постоянного электрического тока один из спаев охлаждается и имеет температуру Тх, а другой — нагре­вается и имеет температуру Тт. При

РИС. в. Принципиальная схема термоэле­мента: / — холодный спай; 2 — горячий спай; S — источник постоянного тока; 4 — полу­проводники

Этом к первому спаю подводится из окружающей среды теплота <20, а от второго отводится теплота Qr

Количество подводимой тепло­ты (теплота Пельтье) можно пред­ставить как Qo=eTJ,

Где е — коэффициент, зависящий от свойств полупроводни­ковых материалов;

/ — сила тока.

При изготовлении термоэлек­трических охлаждающих устройств используют соединения висмута, сурьмы, селена н другие достаточно дорогие полупроводниковые мате­риалы.

Применяя современные термо­элементы, можно получить раз­ность температур Гг—Гж=20… 60 °С. Однако по энергетической эффективности термоэлектрические охлаждающие устройства сущест­венно уступают парокомпрессион — ным холодильным машинам, из-за чего они не кашли широкого про­мышленного применения. Вместе с тем благодаря высокой надеж­ности, конструктивной простоте, компактности, бесшумности, долго­вечности термоэлектрические охлаж­дающие устройства используют там, где предпочтение отдают ука­занным качествам,— в установках специального назначения, охлаж­даемых барах-холодильниках, тран­спортных холодильниках неболь­шой емкости, водоохладнтелях, кондиционерах специального на­значения.

Posted in К холодильной технике