Принципиальные схемы и циклы холодильных машин Классификация холодильных установок
Холодильные машины, в которых низкие температуры получают в результате процесса кипения жидкости с отводом от охлаждающей среды необходимой теплоты парообразования, называются паровыми холодильными машинами.
Холодильные машины, работающие в области умеренного холода, в зависимости от вида используемой энергии делятся на следующие основные группы:
- парокомпрессионные, использующие механическую энергию для повышения давления паров хладагента и его температуры в компрессоре;
- абсорбционные и пароэжекторные – теплоиспользующие машины с поглощением паров соответствующим абсорбентом и выделением паров хладагента из раствора при его нагревании с затратой тепловой энергии;
- термоэлектрические – использующие непосредственно электрическую энергию;
- вихревые трубы-охладители.
Парокомпрессионная холодильная машина
Парокомпрессионная холодильная машина должна иметь как минимум четыре обязательных элемента: КМ – компрессор; КД – конденсатор; И – испаритель; РВ – регулирующий вентиль или расширительный цилиндр – детандер.
В
испарителе, за счет кипения хладагента
при низкой температуре, теплота
отводится от охлаждаемой среды – воздуха
в системе непосредственного охлаждения
(например, в домашнем холодильнике),
воды или рассола в системе с хладоносителем
(насос направляет рассол в батареи,
расположенные в охлаждаемом помещении).
Пары рабочего вещества (хладагента) из
испарителя И откачиваются с помощью
компрессора КМ, сжимаются им и нагнетаются
в конденсатор КД. В нем теплота
отводится от конденсирующегося хладагента
с помощью охлаждающей среды – воздуха
или воды, которая при этом нагревается.
Жидкий хладагент из конденсатора
проходит через регулирующий вентиль
РВ, где происходит процесс дросселирования,
при этом падает давление и температура
хладагента.
Температура
кипения
хладагента в испарителе зависит от
давления
,
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
хладагента и соответствующее ей давление
конденсации
,
зависит, главным образом, от температуры
среды, используемой для охлаждения
хладагента в конденсаторе. Чем она ниже,
тем ниже будут температура и давление
конденсации. Величины
и
в значительной мере связаны с
производительностью компрессора. Они
же в основном определяют и количество
энергии, которое необходимо для работы
компрессора.
Абсорбционная холодильная машина
Это теплоиспользующая машина имеет широкое применение в промышленности. В этой холодильной машине хладагент не однокомпонентное вещество, а двухкомпонентное, например водоаммиачный раствор, в котором аммиак является хладагентом, а вода абсорбентом (поглотителем).
В
генераторе Г (кипятильнике), при подводе
к нему теплоты
,
раствор выпаривается. Пар, с высокой
концентрацией легкокипящего компонента
(аммиака), поступает в конденсатор, а
оставшаяся жидкость (слабый раствор
близкий к воде) – в абсорбер.
Сконденсированный в конденсаторе пар
аммиака, в виде жидкости, направляется
в испаритель. Образующийся здесь пар
за счет теплоты
,
отбираемой от охлаждаемой среды,
подводится к абсорберу, в котором он
поглощается слабым раствором, поступившим
из генератора.
Этот
процесс называется абсорбцией, и
сопровождается выделением теплоты
,
которая отводится из аппарата с помощью
холодной воды. Крепкий, насыщенный
поглощенным газом раствор, из абсорбера
перекачивается насосом в генератор.
Помимо водоаммиачного раствора, в
абсорбционных машинах широко применяется
раствор бромистого лития, в котором
хладагентом является вода, а абсорбентом
– бромистый литий. Энергетическую
эффективность абсорбционной холодильной
машины оценивают тепловым коэффициентом:
,
где
- тепловой эквивалент работы насоса.
Таким образом, в этой машине роль компрессора выполняет генератор, абсорбер и насос. Основное количество энергии, необходимое для ее работы, подводится к генератору в виде теплоты . Количество электрической энергии для работы насоса – незначительно.
По
сравнению с парокомпрессионными,
абсорбционные холодильные машины более
надежны в эксплуатации, но существенно
уступают по металлоемкости и энергетическим
затратам. При одинаковой подведенной
теплоте
,
теплота
будет существенно больше теплового
эквивалента работы компрессора
(см. холодильный коэффициент). Учитывая
это, абсорбционные холодильные машины
целесообразно применять на предприятиях,
где имеется дешевая энергия для обогрева
генератора.