Умеренное охлаждение

Нижней предельной температурой, обеспечиваемой с помо­щью умеренного охлаждения, принято считать -100 °С. Агрегаты, предназначенные для получения умеренного холода, называют холодильными машинами (установками).

В зависимости от в и д а затрачиваемой энергии холо­дильные машины разделяют на машины, работающие с затратой механической энергии (паро- и газокомпрессионные) и теплоты (абсорбционные и пароэжекторные).

В парокомпрессионных машинах для получения холода использу­ется кипение жидкого хладагента при низкой температуре с по­следующим сжатием образовавшихся паров компрессором и их конденсацией. Компрессионные холодильные машины являются наиболее распространенными и экономичными. В них применяют хладагенты, испаряющиеся при температуре ниже 0 °С.

В газокомпрессионных машинах охлаждение среды происходит за счет расширения предварительно сжатых газов.

Абсорбционные холодильные машины вырабатывают холод бла­годаря способности веществ абсорбировать рабочее тело. Действие машин основано на абсорбции рабочего тела (СаС1₂) при темпе­ратуре окружающей среды и его десорбции при более высокой температуре.

Пароэжекторные холодильные машины работают с затратами тепловой энергии. Сжатие хладагента осуществляется паровым эжектором, а конденсация — с помощью охлаждающей воды.

Для перехода теплоты от тела с меньшей температурой к телу, температура которого выше, холодильная машина должна полу­чать механическую энергию от внешнего источника. Наименьшие затраты энергии характерны для теоретического цикла идеальной компрессионной холодильной машины, соответствующего обра­тимому циклу Карно.

В идеальной компрессионной машине (рис. 16.1) пары хлад­агента при температуре Т₀ засасываются в компрессор 1, сжима­ются до давления сжижения (при этом хладагент нагревается до

некоторой температуры 7) и поступают в конденсатор 4. Кон­денсация паров происходит изотермически, т.е. при постоянной температуре Т. Жидкий хладагент перемещается из конденсатора в детандер 3, где расширяется (охлаждаясь до температуры испа­рения Т₀), и направляется в испаритель 2. Здесь хладагент испаря­ется при постоянной температуре Т₀, отбирая теплоту от охлаж­даемой среды. Затем пары вновь поступают в компрессор, и цикл повторяется.

При конденсации паров хладагент теряет теплоту, которая пе­редается охлаждаемой воде, тогда как в испарителе он получает от охлаждаемой среды количество теплоты, равное Q₀.

В реальных холодильных машинах вместо сложного расшири­тельного цилиндра (детандера) используется дроссельный регу­лирующий вентиль. Следовательно, обратимое расширение газа заменяется необратимым процессом дросселирования, что умень­шает холодопроизводительность.

Принцип действия абсорбционных холодильных машин осно­ван на поглощении (абсорбции) паров хладагента каким-либо абсорбентом при давлении испарения и последующем его выде­лении (десорбции) при давлении конденсации в процессе нагре­вания. Вместо сжатия холодильного агента в компрессоре, необ­ходимого для последующей конденсации, в абсорбционной холо­дильной установке осуществляются десорбция и выделение холо­дильного агента из растворителя при избыточном давлении.

Наибольшее распространение получили водоаммиачные абсорб­ционные установки, в которых хладагентом является аммиак, а поглотителем (абсорбентом) — вода. Раствор аммиака в воде по сравнению с аммиаком имеет значительно более высокую темпе­ратуру кипения.

В водоаммиачной абсорбционной холодильной машине (рис. 16.2) концентрированный водоаммиачный раствор поступает в кипя­тильник 1. Образовавшиеся пары аммиака направляются в кон­денсатор 2, где превращаются в жидкость, отдавая теплоту охлаж­дающей среде.

Таким образом, в абсорбционной холодильной машине роль компрессора выполняет термокомпрессор — агрегат, включаю­щий в себя кипятильник, абсорбер и теплообменник. Для абсорб­ционных установок требуется менее сложное оборудование, чем для компрессионных машин. Эксплуатация этих установок сопря­жена с меньшими затратами (в частности, энергия расходуется в них только на приведение в действие насоса для перемещения водоаммиачного раствора).

Применение пароструйных эжекторов позволяет отказаться от поршневых компрессоров и выбрать в качестве хладагента воду, которая обладает высокой теплотой парообразования, абсолютно безвредна и имеет низкую стоимость. Действие пароэжекторных установок основано на использовании кинетической энергии рас­ширяющегося потока газа или пара.

В пароводяной эжекторной холодильной машине (рис. 16.3) рабочий пар под давлением около 600 кПа поступает из парового котла в сопло эжектора /, где при расширении пара создается вакуум. Из испарителя 5 в эжектор засасываются холодные водя­ные пары, а остаточное давление в испарителе снижается до 200„.500 Па. Циркулирующая вода вследствие частичного испаре­ния охлаждается и прокачивается насосом 6 через потребитель холода 7, где нагревается и вновь попадает в испаритель.

Водяной пар после выхода из эжектора в конденсаторе 2 пере­водится в жидкое состояние с помощью охлаждающей воды. Кон­денсат откачивается насосом в паровой котел, при этом часть кон­денсата через регулирующий вентиль 4 поступает в испаритель

Рис. 16.3. Схема пароводяной эжекторной холодильной машины:

1 — эжектор; 2 — конденсатор; 3, 6 — насосы; 4 — регулирующий вентиль; 5 — испаритель; 7 — потребитель холода

для компенсации убыли воды. В пароэжекторных машинах холодо-производительность и расход пара в значительной степени зави­сят от температуры охлаждаемой воды.

К достоинствам пароэжекторных холодильных установок от­носятся взрывобезопасность, отсутствие вредных выделений и простота изготовления. Их недостатками являются большой рас­ход воды и сложность регулирования холодопроизводительности.