Парокомпрессионная холодильная машина

Холодильные машины в которых для получения холодильного эффекта используют кипение жидкостей при низких температурах, называют паровыми холодильными машинами.

Рис. 3.

В парокомпрессионной холодильной машине происходят следующие процессы:

4 - 1 ,8 - 5 ,12 - 9 - кипение рабочего вещества (хладагента) в испарителе, при этом теплота Q₀ отводится от охлаждаемой среды (на рис. 2 циклы а и в) или от окружающей среды (цикл б);

1 - 2, 5 - 6 ,9 - 10 - сжатие паров рабочего вещества в компрессоре;

2 - 3, 6 - 7, 10 - 11 - конденсация паров рабочего вещества в конденсаторе, при этом теплота Q (цикла а) илиQ_Г (цикла б и в) передается окружающей или нагреваемой среде;

3 - 4, 7 - 8, 11 - 12 - дросселирование рабочего вещества в регулирующем вентиле.

Таким образом, парокомпрессионная холодильная машина должна иметь четыре обязательных элемента: компрессор, конденсатор, испаритель и детандер(регулирующий вентиль) (рис.4).

Рис.4.

- направление движения рабочего вещества в парообразном состоянии

- рабочее вещество в жидком состоянии

В испарителе за счет кипения рабочего вещества при низкой температуре теплота Q₀ отводится от охлаждаемой среды - воздуха в системе непосредственного охлаждения (например, в домашнем холодильнике), воды или рассола в системе с хладоносителем (насос направляет его в батареи, расположенные в охлаждаемом помещении).

Пары рабочего вещества из испарителя отсасываются с помощью компрессора, сжимаются и нагнетаются в конденсатор. В нем теплота Q отводится от конденсирующегося рабочего вещества с помощью охлаждающей среды - воздуха или воды, которая при этом нагревается. Жидкое рабочее вещество из конденсатора проходит через регулирующий вентиль, где происходит процесс дросселирования. При этом падают давление и температура рабочего вещества.

Температура кипения t₀ рабочего вещества в испарителе зависит от давления кипения p₀, а оно, в свою очередь, - от производительности компрессора. Температуру кипения поддерживают такой, чтобы обеспечить необходимую (заданную) температуру охлаждаемой среды. Для понижения температуры кипения необходимо понизить давление кипения, что можно сделать, увеличив производительность компрессора.

Температура конденсации t_k рабочего вещества и соответствующее ей давление кипения p_k зависят главным образом от температуры среды, используемой для охлаждения конденсатора. Чем она ниже, тем ниже будут температура и давление конденсации. Величины p₀ и p_k„ в значительной мере влияют на производительность компрессора. Они же в основном определяют и количество энергии, которое необходимо для его работы.

Абсорбционная холодильная машина

Рис. 5. Принципиальная схема абсорбционной холодильной машины:

АБ - абсорбер; H - насос; Г - генератор; остальные обозначения см. на рис. 3

В абсорбционной холодильной машине (рис. 5) рабочее вещество не однокомпонентное, как в парокомпрессионной холодильной машине, а двухкомпонентное - например, водоаммиачный раствор, в котором аммиак является хладагентом, а вода абсорбентом (поглотителем).

В генераторе (кипятильнике) при подводе к нему теплоты Q_Г. раствор выпаривается. Пар с высокой концентрацией легкокипящего компонента (аммиака) поступает в конденсатор, а оставшаяся жидкость (слабый раствор, близкий по концентрации к воде) - в абсорбер. Сконденсированная в конденсаторе жидкость направляется в испаритель. Образующийся здесь за счет теплоты Q₀, отбираемой от охлаждаемой среды, пар подводится к абсорберу, в котором он поглощается слабым раствором, поступившим из генератора. Этот процесс, называемый абсорбцией, сопровождается выделением теплоты Q₀, которая отводится из аппарата с помощью холодной воды. Крепкий, насыщенный поглощенным паром, раствор из абсорбера насосом перекачивается в генератор.

Помимо водоаммиачного раствора, в абсорбционных холодильных машинах широко применяют раствор бромистого лития, в котором хладагентом является вода, а абсорбентом - бромистый литий.

Энергетическую эффективность абсорбционной холодильной машины оценивают тепловым коэффициентом:

где L_Н — тепловой эквивалент работы насоса.

Таким образом, в этой машине роль компрессора выполняют генератор, абсорбер и насос. Основное количество энергии, необходимое для ее работы, подводится к генератору в виде теплоты Q_Г, Количество электроэнергии, необходимое для привода насоса, незначительно.

По сравнению с парокомпрессионными абсорбционные холодильные машины более надежны в эксплуатации, но существенно уступают им по металлоемкости и энергетическим затратам. При одинаковой подведенной теплоте Q₀ теплота Q_Г, будет существенно больше теплового эквивалента работы компрессора L. (см. формулу для определения холодильного коэффициента ). Учитывая это, абсорбционные холодильные машины целесообразно применять на предприятиях, где имеется дешевая тепловая энергия для обогрева генератора.