Структурная схема газожидкостного трансформатора теплоты

Все криогенные трансформаторы теплоты, независимо от назначения можно представить себе в виде единой структурной схемы. Они все содержат ступени одинакового назначения. Рассмотрим структурную схему газожидкостного трансформатора теплоты в виде воздухосжижительной установки (рис. 1.1).

Ступень подготовки рабочего тела (СПТ) располагается выше температурного уровня окружающей среды Т _о.с. Задача СПТ – повысить эксергию рабочего тела (воздуха) для работы установки в целом. Она достигается повышением давления воздуха в компрессоре за счет подвода механической (электрической) энергии Е _подв, с отводом теплоты охлаждения Q _о.с в окружающую среду.

Рис.1.1. Структурная схема газожидкостного трансформатора теплоты:

СПТ – ступень подготовки рабочего тела; СПО – ступень предварительного охлаждения; СОО – ступень окончательного охлаждения; СИО – ступень использования охлаждения

Ступень подготовки рабочего тела (СПТ) располагается выше температурного уровня окружающей среды Т _о.с. Задача СПТ – повысить эксергию рабочего тела (воздуха) для работы установки в целом. Она достигается повышением давления воздуха в компрессоре за счет подвода механической (электрической) энергии Е _подв, с отводом теплоты охлаждения Q _о.с в окружающую среду.

Непосредственно за СПТ размещается ступень предварительного охлаждения (СПО). Здесь охлаждение осуществляется, как правило, за счет регенерации холода. Но может применяться и вспомогательная холодильная машина – как дополнение. Характерная особенность – процессы в СПО протекают при температуре существенно ниже Т _о.с.

Далее идет ступень окончательного охлаждения (СОО). Здесь рабочее тело охлаждается до самой низкой температуры – температуры конденсации (кипения) воздуха Т₀. Здесь используются процессы внутреннего охлаждения – дросселирование воздуха и расширение его в детандере.

Непосредственно к СОО примыкает ступень использования охлаждения (СИО). В этой ступени L -системы отводится жидкий воздух. С этим воздухом отводится и часть эксергии холода – E _q.

Если трансформатор теплоты работает в режиме рефрижератора (R -система), то отвода жидкого воздуха нет. Теплота охлаждаемого объекта Q₀ идет на испарение жидкого воздуха. При этом эксергия E _q передается охлаждаемому объекту.

Как уже указывалось в классификации, установки L (и R)-систем, в зависимости от способов внутреннего охлаждения в СОО, подразделяются на два основных вида:

- дроссельные – с охлаждением воздуха дросселированием (в так называемых ступенях Линде);

- детандерные – с охлаждением воздуха расширением в детандере (в ступенях Сименса).

Ступенью называют расширитель в комплекте с теплообменниками для регенеративного охлаждения воздуха.

Охлаждение воздуха в детандере используется не только в СОО, но и в СПО (схемы Клода, Гейландта, Капицы).

Термодинамические основы сжижения газов