Другие типы холодильных машин

6.7.1.Воздушная компрессионная холодильная машина

Использование в качестве хладагента воздуха при всех его термодинамических несовершенствах (отсутствие энергоёмких фазовых переходов, невысокая сжимаемость и др.) привлекательно доступностью, безопасностью (в том числе и экологической), возможностью непосредственной подачи в охлаждаемое помещение (т.е. реализации

открытого цикла) и т.д.

В схеме воздушной компрессионной холодильной машины (рис. 24) целесообразно использовать центробежный компрессор 3 с несколькими ступенями повышения давления (каждая ступень представлена

91

Рис. 24. Принципиальная схема воздушной холодильной машины: 1 - турбодетандер; 2 - охладитель; 3 - турбокомпрессор;

4 - охлаждаемое помещение

вращающимся металлическим диском с периферийно расположенными

профилированными лопатками и неподвижным направляющим							лопаточным
аппаратом).	Такой	выбор объясняется		малой теплоёмкостью воздуха, и
для достижения		приемлемой	холодопроизводительности				необходимо
обеспечить	его большую объёмную подачу.				Воздух, нагретый			за счёт
работы компрессора выше			температуры		окружающей	среды,		отдаёт
избыточную	теплоту в охладителе 2. Далее по схеме,						как	обычно,
располагается расширяющее устройство				1,	в котором	снижаются как
давление, так и температура хладагента.				В данном случае для этой цели
используют	детандерную турбину, которая позволяет выработанную при

расширении энергию механическим путём передать компрессору (для этого

их	располагают на одном валу). Затраты	энергии на	совершение
холодильного цикла при этом снижаются, а холодильный			коэффициет
соответствено возрастает. Охлаждённый воздух		после турбины поступает
в грузовую камеру 4 (овощной склад и т. д.).

92

6.7.2. Абсорбционная холодильная машина

Рассмотрим принципиальные схемы работы ещё двух типов ХМ: абсорбционной и пароэжекторной. Основной особенностью, отличающей их

от парокомпрессионных				машин, является использование в					качестве
внешнего организующего				энергетического воздействия			не механической
работы, а теплоты.			Поэтому оба типа холодильных машин относятся к
Числу теплоиспользующих установок; они применяются							в	стационарных
хранилищах	скоропортящихся				продуктов:	прирельсовых			складах,
холодильниках производителей СПГ и т. д.
Абсорбционная			Холодильная		машина	работает		на	принципе
абсорбции и десорбции газообразного вещества некоторой средой.
Абсорбция -		поглощение газа всем объёмом среды, которой обычно
является жидкость.		Наиболее часто в холодильной технике в качестве газа

используется аммиак, а абсорбента - вода, хорошо растворяющая аммиак. Получающееся соединение является бинарной смесью с резко различающимися температурами кипения компонентов, что и используется при организации циклически повторяющихся процессов ХМ; аммиак здесь выступает в роли хладагента.

Соединение аммиака с водой происходит в абсорбере (рис. 25), при этом необходимо отводить теплоту экзотермической реакции. Насыщенный водный раствор аммиака подаётся затем насосом в генератор NH3, где за счёт подвода внешней энергии (пара из котельного агрегата или другого источника) происходит обратный процесс - выпаривание легкокипящего компонента смеси - аммиака. Поскольку процесс поглощения NH3 сопровождается понижением давления и подсосом участвующих в реакции сред, а процесс выпаривания - повышением давления и их нагнетанием, то нетрудно обнаружить в подсистеме, выделенной пунктирными линиями, аналогию компрессора в ПКХМ ("термохимический компрессор"). Он действует на основе непpеpывно-периодического изменения концентрации аммиака в воде. В остальном схемы абсорбционной и парокомпрессионной машин идентичны.

Холодильный коэффициент абсорбционной ХМ εа = q0 /qп ниже, чем у ПКХМ, но первая позволяет использовать дешёвые источники теплоты (отходящие газы, отработанный пар и др.).

93

К

И

Рис. 25. Схема абсорбционной холодильной машины:

И - испаритель; К - конденсатор; Н - насос

6.7.3. Пароэжекторная холодильная машина

Роль компрессора в пароэжекторной холодильной машине (ПЭХМ) играет паровой эжектор (ПЭ) - струйный аппарат смесительного типа, посредством которого осуществляется внешнее энергетическое воздействие, необходимое для реализации холодильного эффекта. Сухой насыщенный пар внешнего источника (на рис. 26 им служит паровой котёл) поступает в сопло эжектора, где происходит его расширение - потенциальная энергия давления переходит в кинетическую энергию высокоскоростного потока пара. В приёмной камере эжектора при этом создаётся разрежение, и к струе пара подсасывается среда из присоединённого объёма - испарителя. Весьма энергозатратный фазовый переход жидкость - пар в испарителе (сосуде со свободным уровнем) при наличии разрежения протекает с большой интенсивностью, что и обеспечивает небходимую холодопроизводительность. В диффузоре эжектора за счёт снижения

94

Т

В

Рис. 26. Принципиальная схема пароэжекторной холодильной машины:

ПЭ - паровой эжектор; ПК - паровой котёл; И - испаритель; К - конденсатор; ХК - холодильная камера; Т - топливо; В - воздух

скорости потока водяного пара, смешанного из двух источников (котла и испарителя), давление повышается до значения pк. Пар с высокими параметрами направляется в конденсатор, где сжижается, отдавая теплоту окружающей среде. Далее конденсат проходит дросселирующий вентиль (ТРВ), обеспечивающий возвращение состояния хладагента к исходной точке

цикла (параметры p0	и t0 в испарителе).
На рис. 26 наряду с ПЭХМ приведён пример конкретной реализации
как энергетического	источника холодильного	цикла,	так и способа
использования выработанного холода.
Цикл источника энергии для ПЭ		(теплового	двигателя)
осуществляется за	счёт химической энергии топлива, сжигаемого в топке

парового котла. На нём данный контур начинается и замыкается, причём вода подаётся насосом, компенсирующим гидравлические потери в тракте пар - эжектор - вода.

95

Цикл холодоносителя может быть, в принципе, организован традиционно: автономным через рассольные батареи, контактирующие с холодильным агентом в объёме испарителя посредством змеевика. Однако

на	схеме рис. 26	осуществлена	прямая	связь контуров II	и III
(а	следовательно,	и I), вследствие	чего	хладагент здесь	является

одновременно и холодоносителем (а также рабочим телом энергетического цикла!). Отбор теплоты у СПГ в холодильной камере осуществляется с помощью системы настенных трубопроводов, а передача полученной энергии хладагенту происходит в испарителе. Для интенсификации процесса испарения прибегают к разделению потока холодоносителя на струи с соответствующим увеличением поверхности испарения (процесс разбрызгивания).

Пароэжекторная установка проста, компактна, надёжна, так как состоит не из машин, а из аппаратов. Однако для воды как хладагента существенно требование положительного значения низшей температуры циклов (не ниже +3 0C), что ограничивает область применения метода: охлаждение больших масс овощей и фруктов в складах, использование в установках кондиционирования воздуха и др. при наличии достаточно мощных источников пара и воды.

.

96