Пароэжекторные холодильные машины

В циклах паровых компрессионных машин необходимым процессом является сжатие рабочего вещества, на которое должна быть затрачена работа, равная в случае, когда сжатие происходит адиабатически, разности энтальпий в конце и начале процесса сжатия.

Пароэжекторная холодильная машина отличается от парокомпрессионной тем, что в первой вместо механической энергии, подводимой к компрессору, используется кинетическая энергия струи рабочего пара.

В качестве рабочего пара, расходуемого на сжатие холодильного агента, может быть использован пар произвольного вещества, в частности того же холодильного агента.

Рассмотрим отличительные особенности пароэжекторных машин по сравнению с прочими типами холодильных машин.

фиг. 19-16

Простейшая схема пароэжекторной установки, в которой рабочий пар представляет собой пар холодильного агента, представлена на фиг. 19-16.

фиг. 19-16

Пар холодильного агента из испарителя охлаждаемого помещения 1 с давлением р_и поступает в камеру смешения К эжектора 2.

В эту же камеру входит поток рабочего пара через сопло Лаваля С. Получившаяся в камере смешения смесь сжимается в конфузоре - диффузоре Д до давления р_к. Пар из эжектора с давлением р_к поступает в конденсатор 3, где отдает скрытую теплоту испарения охлаждающей воде. Образовавшийся конденсат разветвляется на два потока. Часть конденсата дросселируется в регулирующем вентиле 4 до давления р_ц и снова поступает в испаритель. Другая часть конденсата подается питательным насосом 5 при давлении р₁ в котел 6. В котле жидкость кипит при давлении р₁, и образующийся пар направляется к соплам эжектора.

Необходимая для сжатия холодильного агента энергия доставляется рабочим паром, который в свою очередь приобретает ее за счет затраты тепла q₁ в котле.

Таким образом, в пароэжекторной холодильной машине затрата энергии на сжатие осуществляется за счёт тепла, а не работы, что весьма выгодно.

Отсутствие в установке громоздкого и дорогостоящего парового компрессора также является существенным преимуществом пароэжекторной машины.

Кроме того, в пароэжекторной машине можно допускать весьма низкие давления р_ц , не увеличивая чрезмерно габаритов установки. Это последнее обстоятельство позволяет применять в пароэжекторных холодильных машинах воду, являющуюся наиболее дешевым и одновременно наиболее термодинамически совершенным холодильным агентом. Так, например, в пароэжекторной холодильной машине, работающей на водяном паре, без особых затруднений удается достигать температуры 0°, при которой давление р_ц составляет всего 0,000623 МПа, а удельный объем сухого насыщенного пара—206,3 м3/кг. Естественно, что при таких давлениях технически невозможна работа ни турбокомпрессора, ни тем более поршневого компрессора.

Следует отметить, что наряду с перечисленными преимуществами пароэжекторная машина имеет и существенный недостаток, связанный с тем, что процесс сжатия в эжекторе в значительной мере необратим. Поэтому термодинамическое совершенство эжекторных машин, вообще говоря, ниже, чем, например, компрессионных машин. Цикл эжекторной машины в части холодильного агента почти ничем не отличается от цикла паровой компрессионной машины. Однако этот цикл необходимо рассматривать совместно с прямым циклом, осуществляемым рабочим паром, который расширяясь в сопле эжектора, производит работу, затрачиваемую на сжатие холодильного агента.

фиг. 19-18.

Комбинированный цикл пароэжекторной холодильной машины приведен на Т-s –диаграмме, фиг. 19-18.

Холодильный цикл описывается линиями 6 – 4¹ – 4 – 5 – 6.

Линия 6—2 соответствует испарению холодильного агента в испарителе;

2—4'—смешению в камере смешения эжектора; 4'—4 сжатию в диффузоре;

4—5—охлаждению и конденсации пара в конденсаторе;

5—6—дросселированию в регулирующем вентиле.

Холодопроизводительность цикла равна количеству тепла, подводимому к холодильному агенту в процессе его испарения 6—2,( 2 – 4¹ –смешению в камере эжектора). Холодопроизводительность измеряется площадью а—6—2—b—а.

На фиг. 19-18 совмещены два термодинамических цикла. При этом цикл рабочего пара нанесен на T – s -диаграмме для 1 кг рабочего пара. Однако по тепловому балансу на каждый килограмм холодильного агента затрачивается g кг рабочего пара. Поэтому площадь с — 5 — 7 — 1 — d — с, изображающая тепло, подводимое в цикле к 1 кг рабочего пара, должна быть для получения количества тепла, затрачиваемого на 1 кг холодильного агента, умножена на величину

g / (1-g).

Количество g меньше 1 кг. Процесс 1—1' представляет собой процесс в сопле эжектора; процесс 1'—4'—смешение в камере эжектора; процесс 4'—4—сжатие в диффузоре; процесс 4—5—конденсацию; процесс 5—7—подогрев жидкости в котле до температуры кипения; процесс 7—1—испарение жидкости в котле.

Эффективность эжекторной установки, затрачивающей для охлаждающего действия энергию не в виде работы, а в виде тепла высокого потенциала, оценивают коэффициентом теплоиспользования ζ:

ς = q₀ / q₁ = (19-9)

где q₀—холодопроизводительность цикла, а q₁—тепло, подводимое к рабочему пару на 1 кг холодильного агента.

При применении соответствующих холодильных агентов пароэжекторная установка может обеспечивать охлаждение до весьма низких температур. При этом к холодильному агенту предъявляется лишь то требование, чтобы отношение давлений насыщения при температуре окружающей среды (температуре в конденсаторе) и при наинизшей температуре (температура в испарителе) p_k / p_u было не слишком велико, так как в противном случае сжатие в конфузоре - диффузоре Д эжектора происходит с большими потерями или требует применения многоступенчатых эжекторов.

Несмотря на невысокое термодинамическое совершенство, пароэжекторная холодильная машина представляет большой интерес вследствие своей простоты.