П ароэжекторная холодильная машина

 

В качестве примера холодильной машины, которая потребляет извне не механическую работу, а теплоту, рассмотрим пароэжекторную холодильную машину (ПЭХМ). В ПЭХМ отсутствует громоздкий и дорогостоящий компрессор, сжатие пара, поступающего из испарителя, осуществляется в пароструйном аппарате – эжекторе. Рабочим телом ПЭХМ обычно является вода, которую практически невозможно применить в компрессорных машинах из-за очень больших значений удельного объема сухого насыщенного пара при низких температурах. Так, например, при поддержании в испарителе температуры насыщения 5 ºС (р = 872 Па) компрессору пришлось бы отсасывать водяной пар, имеющий удельный объем 147,2 м³/кг, что можно было бы осуществить лишь при огромных размерах цилиндров. сухой насыщенный пар фреона R22 при той же температуре имеет удельный объем            v = 0,0486 м³/кг.

На рисунке 2.2 изображена простейшая схема ПЭХМ.

рабочий пар, поступающий из парового котла, расширяется в сопле от высокого давления р₁ до более низкого и приобретает большую скорость (до 1000 м/с и более). Сопло рассчитывается таким образом, чтобы давление пара на выходе из него было несколько меньше давления в испарителе. Вследствие этого в камеру смешения засасывается холодный пар из испарителя.

 

 

1– холодильная камера; 2 – испаритель; 3 – труба;

4 – смесительная камера с эжектором; 5 – котел; 6 – конденсатор;

7 – дроссель клапан; 8 – питательный насос

Рисунок 2.2 – Схема пароэжекторной холодильной машины

 

В ходильной камере (1) с испарителем (2), по которому протекает влажный насыщенный пар хладагента при постоянном давлении, пар нагреваясь, подсушивается и при том же давлении по трубе (3) поступает в смесительную камеру с эжектором (пароструйным компрессором) 4.

в эту же камеру поступает рабочий пар из котла (5) под давлением р₁. образовавшаяся здесь смесь паров, поступивших из испарителя (2) и из котла (5), проходит через диффузор эжектора, где ее давление повышается и становится равным давлению р₂. затем эта смесь направляется в конденсатор (6), там она, омывая трубки с охлаждаемой водой, конденсируется, а давление повышается до р₃.

Для получения в испарителе температур ниже 0 ºС применяется хладагент, обычно аммиак, рабочее тело – пар аммиака, так как в случае применения воды давление воды в испарителе должно быть очень низким.

Смесь рабочего и холодильного пара, проходя затем через диффузор, для сжатия холодильного агента использует кинетическую энергию потока рабочего пара, которую он приобретает вследствие затраты теплоты q₁ в котле.

Смесь рабочего и холодильного пара при высоком давлении р₃ после диффузора направляется в конденсатор, где конденсируется, отдавая теплоту охлаждающей воде. Образовавшийся конденсат разделяется затем на два потока. Один поток (на рисунке 2.2) идущий вправо дросселируется в регулирующем вентиле (7) до низкого давления р₂ и снова поступает в испаритель, другой поток жидкости (конденсата), идущий влево, поступает в питательный насос (8), где давление конденсата повышается до р₁, и затем подается насосом в котел (5) при давлении р₁.

в котле подводится к жидкости теплота q₁ при сгорании топлива, и жидкость превращается в пар. Пар из котла (5) направляется в смесительную камеру с эжектором (4).

Таким образом, в установке протекают два цикла:

1) прямой цикл (путь 5-4-6-8-5), в котором за счет теплоты q₁ и высокой температуры совершается механическая работа в эжекторе (сплошная линия на рисунке 2.2);

2) обратный цикл (путь 1-2-4-6-7-1), в котором вынесенная из камеры теплота q₂ с паром хладагента при сжатии его в диффузоре переходит на другой, более высокий температурный уровень, а затем передается в окружающую среду через охлаждающую воду конденсатора (6) (пунктирная линия на рисунке 2.2).

Идеальный цикл установки в Т-s координатах показан на рисунке 2.3

Цикл холодильного агента:

4^|- 1^| – испарение холодильного агента в испарителе;

1^|- 1 – смешение холодильного агента с рабочим паром в эжекторе;

1-2 – сжатие ходильного агента в диффузоре эжектора;

2-3 – охлаждение и конденсация ходильного агента в конденсаторе;

3-4^| – процесс в дроссельном клапане.

Цикл, совершаемый холодильным агентом, замыкается в точке 4^|.

Цикл рабочего пара:

5-6 – расширение рабочего пара в сопле эжектора;

6-1 – смешение рабочего пара с паром холодильного агента;

1-2 – сжатие смеси в диффузоре эжектора;

2-3 – охлаждение и конденсация смеси в конденсаторе 6;

3-4 – подогрев конденсата до кипения в котле;

4-5 – испарение конденсата (процесс парообразования) в котле.

Цикл, совершаемый рабочим паром, замыкается в точке 5.

 

 

Рисунок 2.3 – Цикл пароэжекторной холодильной машины

 

Изображение цикла пароэжекторной машины в тепловой диаграмме является условным, так как количество холодильного агента и рабочего пара различно для двух частей цикла.

Если обозначить через М массу рабочего пара, необходимую для получения 1 кг смеси при промежуточном давлении р_и, то тогда количество рабочего пара, необходимого для сжатия 1 кг холодильного агента, составит .

Эффективность ПЭХМ, затрачивающей энергию для получения холода не в виде работы, а в виде теплоты высокого потенциала, оценивается коэффициентом использования теплоты (тепловым коэффициентом):

,                                    (2.1)

где q₂ – количество тепла отнимаемого от 1 кг холодильного агента в охлаждаемом помещении, Дж/кг;

q₁ – количество тепла, подводимого к жидкости в котле на 1 кг холодильного агента.

Опытные значения ε_т = 0,7…0,8.

Поэтому площадь, изображающая теплоту, подводимую в цикле к 1 кг рабочего пара, для определения действительного количества теплоты, затрачиваемой на 1 кг холодильного агента, должна быть умножена на величину .

Существенным недостатком пароэжекторной машины является значительная потеря энергии из-за необратимости процесса в эжекторе.