Методы повышения эффективности циклов холодильных машин

4.6.1. Организация цикла со сжатием ХА по правой пограничной кривой

Схема такой машины и ее рабочий цикл в T, s - и P, i -диаграммах приведен на рис. 4.5.

Рис.4.5. Принципиальная схема ХМ с впрыском ХА в полость сжатия

Сжатие (процесс 1-2) происходит так, что за счет впрыскивания в полость цилиндра компрессора жидкого ХА и его испарения там, сжимаемый пар все время остается в состоянии сухого насыщения.

Как видно из цикла, такой процесс уменьшает работу сжатия пропорционально площадке 1-2-2¢. Расчет показывает, что энергетический эффект такого цикла для фреонов невелик – 3-5%. Для аммиака же он значителен – более 12%.

Цикл разработан в С.-Петербургском технологическом институте холодильной промышленности [3] применительно к поршневым ХМ. Из-за возможных гидроударов в цилиндре он не нашел применения в свое время. При широком внедрении винтовых и турбокомпрессорных ХМ сжатие по линии насыщения следует считать очень перспективным.

 

4.6.2. Ступенчатое охлаждение теплоотдатчика

Если теплоотдатчик (ХН или технологический продукт) охлаждается от Т _о.с до конечной температуры Т _кон, то необратимые потери в цикле можно сократить ступенчатым охлаждением в нескольких ХМ.

Представим схему из двух машин (см. рис.4.6). Для простоты предположим, что в ХМ используется одно и то же рабочее вещество.

В случае работы одной машины (цикл 1-2-3-4) затраты энергии при охлаждении теплоотдатчика от температуры Т _о.с до Т _кон определяются величиной холодильного коэффициента e_1-2-3-4:

, откуда

, (4.10)

где с – теплоемкость теплоотдатчика; G – массовый расход охлаждаемой среды; T_m – промежуточная температура.

 

Рис.4.6. Схема и цикл последовательного охлаждения теплоотдатчика

 

Предполагается, что G и с постоянны. При использовании двух машин можно с помощью машины, работающей по циклу 5-6-3-7, охладить поток от Т _о.с до Т_m, а второй машиной, работающей по циклу 1-2-3-4, отвести оставшуюся часть теплоты и охладить теплоотдатчик до температуры Т _кон. Затраченная работа в этом случае определится уравнением

. (4.11)

Так как с помощью ХМ, работающей по циклу 5-6-3-7, осуществляется перенос теплоты в меньшем интервале температур, чем машиной, работающей по циклу 1-2-3-4, то e_5-6-3-7>e_1-2-3-4, и поэтому S L < L.

 

4.6.3. Использование бинарных неазеатропных (зеатропных) смесей в качестве рабочих веществ

Неазеатропные смеси характеризуются различием равновесных концентраций компонентов в жидкой и паровой фазах. Кипение и конденсация протекают при переменных температурах. Неизотермичность процесса кипения (глайд) DТ может достигать 8-9 градусов. Используя это свойство можно сократить необратимые потери, связанные с теплообменом в испарителе и конденсаторе.

 

Рис.4.7. Цикл парово-жидкостной ХМ, работающей на азеатропной и неазеатропной смеси в T, s-диаграмме¢:

-×-×-× - вода;

-××-××- - хладоноситель

 

На рис.4.7 приведены циклы ХМ, работающих на обычном (азеатропном) ХА – 1-2-3-4 и на зеатропной смеси – 1¢-2¢-3¢-4¢. На этом же рисунке условно изображен процессы охлаждения теплоотдатчика (ХН) в испарителе и нагрева воды в конденсаторе.

Как видно из цикла, применение зеатропных смесей позволяет снизить средний температурный напор в аппаратах и удельную работу сжатия в компрессоре. Это снижает необратимые потери и уменьшает энергозатраты в холодильной машине.

Опыты проведенные в С.-Петербургском технологическом институте холодильной промышленности показали, что при охлаждении молока (теплоотдатчик) в холодильной установке с зеатропной смесью можно сэкономить до 40% электроэнергии [3]. Неизотермичность (глайд) этой смеси (R409а=R22+R124+R142в) составляет 8,5 К.

Контрольные вопросы:

1. Какие типы компрессоров используются в парожидкостных компрессорных холодильных машинах?

2. Перечислите минимально необходимые составные элементы компрессорной холодильной машины?

3. Чем отличается удельная массовая холодопроизводительность ХА от холодопроизводительности цикла ХМ?

4. Что представляет собой энергетический (тепловой) баланс ХМ?

5. Как изменится цикл (на примере простейшей одноступенчатой компрессорной ХМ), если учитывать "переохлаждение" конденсата ХА в конденсаторе и перегрев паров ХА на входе в компрессор?

6. Какие положительные и отрицательные явления в работе компрессорных ХМ возникают при внедрении регенеративного охлаждения жидкого хладагента?

7. Чем ограничивается значение степени повышения давления в компрессорах холодильных машин?

8. Какой физический смысл заложен в понятиях удельного расхода энергии и холодильного коэффициента в холодильных машинах?

9. Как оценивается значение температуры конденсации ХА в конденсаторе ХМ?

10. Как определяется необходимое значение температуры кипения ХА в испарителе ХМ?

11. Как организовать сжатие паров ХА по линии насыщения и что это дает?

12. Как и для чего организовывается ступенчатое охлаждение теплоотдатчика?

13. Как можно использовать неизотермичность кипения и конденсации зеатропных рабочих веществ в холодильных машинах?