Классификация холодильных машин, простейшие схемы

Температурным пределом искусственного охлаждения является температура, близкая к абсолютному нулю (минус 273, 15°С). Диапазон температур, достигаемый в холодильных машинах, условно делится на две области:

-область умеренного холода до минус 160°С;

-область глубокого холода от минус 120°С и ниже.

Холодильные машины умеренного холода по виду используемой энергии делятся на три основные группы:

-компрессорные;

-теплоиспользующие;

-термоэлектрические.

Компрессорные холодильные машины используют энергию в виде механической работы. Одним из элементов этих машин является компрессор, сжимающий и перемещающий паро- или газообразное рабочее вещество. В зависимости от типа и мощности компрессора его привод может осуществляться от электрического двигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины.

Теплоиспользующие холодильные машины - в качестве источников энергии используют теплоту относительно низкого потенциала (горячая вода, отходящие газы, отработавший пар), имеющие температуру выше температуры окружающей среды. Это так называемые вторичные энергетические ресурсы (ВЭР).

Термоэлектрические холодильные машины используют непосредственно электрическую энергию.

В зависимости от агрегатного состояния холодильного агента компрессорные холодильные машины могут быть:

-паровыми;

-газовыми.

В паровых холодильных машинах рабочее вещество совершает замкнутый обратный термодинамический цикл, меняя свое агрегатное состояние по схеме пар-жидкость-пар.

В газовых холодильных машинах агрегатное (газообразное) состояние рабочего вещества не изменяется, причем в качестве рабочего вещества применяется преимущественно воздух.

Паровые холодильные машины конструктивно могут быть:

-одноступенчатые;

-многоступенчатые;

-каскадные.

Газовые холодильные машины по принципу получения низких температур делятся на два типа:

-с эффектом охлаждения, получаемым в расширительной машине (детандере) с отдачей внешней полезной работы;

-с эффектом охлаждения, получаемым в вихревой трубе без отдачи полезной работы.

Оба типа газовых холодильных машин могут работать по регенеративному и нерегенеративному циклу.

Теплоиспользующие холодильные машины делятся на:

-пароэжекторные;

-абсорбционные.

Парокомпрессионная холодильная машина

1. Компрессор

2. Конденсатор

3. Дроссельное устройство

4. Испаритель

Рабочее вещество сжимается в компрессоре 1 до давления конденсации и направляется в конденсатор 2. За счет отвода тепла в окружающую среду рабочее вещество конденсируется и направляется в дроссельное устройство 3, где давление конденсации снижается до давления кипения. Поступая в испаритель 4, рабочее вещество кипит за счет теплоты подводимой от источника низкой температуры. Пар рабочего вещества отсасывается компрессором.

Газовая холодильная машина с детандером

1. Компрессор

2. Промежуточный холодильник

3. Детандер

4. Теплообменный аппарат

Газ поступает в компрессор 1 и сжимается до давления нагнетания, затем поступает в промежуточный холодильник 2, где охлаждается за счет отвода теплоты в окружающую среду. Далее газ направляется в детандер 3, где в процессе расширения снижаются его температура и давление. Холодный газ поступает в теплообменный аппарат 4, где к нему подводится теплота от источника низкой температуры.

Пароэжекторная холодильная машина

1. Эжектор

2. Парогенератор

3. Конденсатор

4. Насос конденсата

5. Дроссельный вентиль

6. Испаритель

Рабочий пар из парогенератора 2, образовавшийся за счет подвода теплоты Qг, направляется в сопло эжектора 1. В сопле потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую энергию. Струя пара, увлекая холодный пар, идущий из испарителя 6 смешивается с ним в камере смешения эжектора 1. В диффузоре эжектора 1 скорость смеси снижается, а давление повышается от давления в испарителе до давления в конденсаторе 3. За счет отвода теплоты конденсации Qк образуется конденсат, который направляется по двум потокам: одна часть подается конденсатным насосом 4 в парогенератор 2, а другая через дроссельный вентиль 5 поступает в испаритель. Вода в испарителе охлаждается в результате ее частичного испарения в глубоком вакууме. Охлажденная вода из испарителя подается потребителю, а затем возвращается обратно.

Таким образом, пароэжекторная установка представляет собой систему совмещенных неразделимых процессов прямого и обратного циклов. В ней совмещены пароэнергетическая установка с двигателем-эжектором и холодильная машина со струйным компрессором-эжектором.

Абсорбционная холодильная машина

Так же как и в пароэжекторной холодильной машине, искусственный холод получается с помощью совмещенного прямого и обратного циклов.

Процессы осуществляются с помощью раствора, состоящего из двух компонентов (абсорбента и хладагента).

Раствор с большим содержанием хладагента называется крепким, а с меньшим - слабым.

В генераторе 1 происходит кипение крепкого (по хладагенту) раствора за счет подвода теплоты Qг от внешнего источника. Образующийся при этом пар хладагента и абсорбента поступает в конденсатор 2, где конденсируется вследствие отвода от него теплоты Qк в окружающую среду.

Жидкость, полученная в конденсаторе, дросселируется в вентиле 3 от давления конденсации до давления кипения и поступает в испаритель 4. В результате подвода тепла Qо от охлаждаемого источника в испарителе жидкость кипит. Образовавшийся при этом пар поступает в абсорбер 5. Слабый (по хладагенту) раствор из генератора 1 через дроссельный вентиль 6 также подается в абсорбер. В абсорбере происходит поглощение пара слабым раствором, в результате чего его концентрация повышается до первоначальной в процессе кипения в генераторе. Теплота абсорбции Qа отводится в окружающую среду.

Крепкий раствор из абсорбера перекачивается насосом 7 в генератор 1 и, таким образом, замыкаются прямой и обратный циклы.