Схема и цикл газовой (воздушной) холодильной установки
Впервые промышленное получение холода было осуществлено с помощью воздушной холодильной установки.
Схема и обратимый цикл воздушной холодильной установки представлены на рис. 10.2, 10.3, 10.4.
О
бозначения: К – компрессор; Д – детандер; ХК – холодильная камера;
T – теплообменник, охлаждаемый водой; ЭД – электродвигатель; Toc = T3 – температура окружающей среды; Tx = T1– температура вырабатываемого холода. Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла 1-2-3-4
Работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре (площадь a-1-2-b в p-v-диаграмме),
.
Работа, получаемая при расширении воздуха в детандере (площадь
a-4-3-b),
частично компенсирует затраты работы на сжатие (компрессор, детандер иэлектродвигатель находятся на одном валу).
Результирующая затрачиваемая работа (площадь цикла 1-2-3-4 в p-v- и T-s-диаграммах)
Удельная холодопроизводительность обратимого цикла (площадь
1-4-c-d в T-s-диаграмме)
.
Теплота, передаваемая от охлаждаемого воздуха к воде в теплообменнике (Площ. 2-3-c-d),
.
Холодильный коэффициент обратимого цикла
.
В газовой холодильной установке невозможно осуществить изотермический процесс подвода и отвода теплоты, поэтому обратимый цикл 1-2-3-4 отличается от цикла Карно 1-2¢-3-3¢ для данного интервала температур Tx– Toc. Из
T-s-диаграммы видно, что в цикле Карно удельная холодопроизводительность больше (Площ. c3¢1d > Площ. c41d), а затрачиваемая работа меньше (Площ.1-2¢-3-3¢< Площ. 1-2-3-4), чем в цикле воздушной холодильной установки, следовательно, холодильный коэффициент цикла Карно
.
Эксергетический КПД обратимого цикла для газовых холодильных установок
что говорит о низком термодинамическом совершенстве газовых циклов.
Н а рис. 10.5 представлен действительный цикл воздушной холодильной установки 1-2д-3-4д.
Степень необратимости процессов сжатия и расширения воздуха учитывается внутренним относительным КПД компрессора и внутренним относительным КПД детандера:
![]() |
Механические и электрические потери в компрессоре, детандере и электродвигателе учитываются электромеханическим КПД (hЭМ).
Удельная холодопроизводительность действительного цикла
![]() |
Затрачиваемая работа с учетом всех потерь (электрическая работа) ![]() |
Холодильный коэффициент и эксергетический КПД холодильной установки (с учетом всех потерь) ![]() |
Учет потерь от необратимости снижает эксергетический КПД установки ( ![]() ![]() ![]() |
мала. Для получения необходимой холодопроизводительности
![]() |
требуются большие расходы циркулирующего воздуха, с которыми успешно справляются турбокомпрессоры и турбодетандеры.
Газовые холодильные машины применяются для получения искусственного холода с низкими температурами (t < -100 оС).
21) Схемы и циклы х.у. с сжатием паров
Эффективней работает одноступенчатая холодильная установка, схема которой представлена на рис. 4. Компрессор 4 нагнетает пары в конденсатор 5, в котором конденсируется в основном высокотемпературный компонент. Смесь жидкой и паровой фаз выходит из конденсатора и поступает в отделитель жидкости 2, где фазы разделяются. Отделенная жидкость дросселируется в дросселе 1' до давления всасывания, смешивается с потоком паров, поступающих из воздухоохладителя 1, и направляется в конденсатор-испаритель 3 для охлаждения и конденсации паровой фазы смеси, поступающей из отделителя жидкости. Из теплообменника пары всасываются в компрессор. Пары из отделителя жидкости направляются в конденсатор-испаритель 3, конденсируются в нем, далее жидкость дросселируется в дросселе 2' и поступает в воздухоохладитель. Такие установки имеют хорошие эксплуатационные показатели: смазочное масло циркулирует в системе, не накапливаясь в воздухоохладителе, а всасываемый в компрессор пар имеет небольшой перегрев.
Рис. 4. Схема одноступенчатой холодильной установки на смеси хладагентов:
1 - воздухоохладитель; 2 - отделитель жидкости; 3 - Конденсатор-испаритель; 4 - компрессор;
5 - конденсатор; 1', 2' - дроссели
Изобразим цикл работы холодильной машины в диаграмме.
Рис. 1 Теоретический цикл одноступенчатой холодильной машины в h-P диаграмме.
Т1 = Т0 + ТВС
ТВС = (
) – для аммиачных холодильных машин, работающих без регенеративного теплообменника.
ТВС = (
) – для фреоновых холодильных машин, работающих без регенеративного теплообменника и с регенеративным теплообменником.
T1’ - T1’’ = 10К – перегрев пара в электродвигателе.
Для холодидьных машин, работающих без регенеративного теплообменника, переохлаждение пара составляет 3 5К.
Для определения параметров жидкости на выходе из регенеративного теплообменника (точка 3’) воспользуемся тепловым балансом регенеративного теплообменника.
, кДж/кг
Удельная холодопроизводительность:
- при перегреве в регенеративном теплообменнике:
, кДж/кг;
- при перегреве в испарителе (во всасывающем трубопроводе):
, кДж/кг.
Удельная теплота конденсации:
qK = h2 – h3 – для аммиачных и фреоновых холодильных машин, работающих без регенеративного теплообменника;
qK = h2 – h3’ – для фреоновых холодильных машин, работающих с регенеративным теплообменником.
Действительная массовая производительность:
, кг/с
Действительная объемная производительность:
, м3/с
Требуемая теоретическая объемная производительность компрессора
, м3/с
где λп – коэффициент подачи
,
где - коэффициент, зависящий от наличия «мертвого» объема:
,
где с – относительный «мёртвый» объём:
=(0,02…0,05);
- потери давления в нагнетательном клапане:
= (0,05
0,07)РК – для аммиачных холодильных машин;
= (0,1
0,15)РК – для фреоновых холодильных машин;
np – степень политропы расширения пара из мертвого пространства:
np = 0,95 1,1 – для аммиачных компрессоров;
np = 0,9 1,05 – для фреоновых компрессоров;
- коэффициент, зависящий от депрессии (от потерь давлений в клапанах):
,
- потери давления во всасывающем клапане:
= (0,03
0,05)Р0 – для аммиачных холодильных машин;
= (0,05
0,1)Р0 – для фреоновых холодильных машин;
- температурный коэффициент, учитывающий подогрев пара в компрессоре:
;
- коэффициент плотности, учитывающий утечки и перетеки пара,
пл = 0,95…0,99
Удельная адиабатная работа компрессора:
, кДж/кг
Адиабатная мощность компрессора:
, кВт
Холодильный коэффициент:
.
26) Термоэлектрическая холодильная установка.
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА
(57) Реферат:
Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в установках для производства холода в независимых стационарных и перемещаемых устройствах, например домашних холодильниках. Термоэлектрическая холодильная установка содержит охлаждаемую камеру и промежуточный циркуляционный контур теплоносителя, включающий насос, внешний теплообменник с вентилятором и размещенный в охлаждаемой камере термоэлектрический холодильный агрегат с термоэлектрическими модулями охлаждения, включающими теплопоглощающие и тепловыделяющие спаи. В стенке охлаждаемой камеры установлена теплоотводная труба, выполненная в виде стакана, внутри которой установлена с зазором относительно дна теплоотводной трубы и с образованием кольцевого теплоотводного канала выходная труба. Термоэлектрические модули охлаждения тепловыделяющими спаями установлены на наружную поверхность теплоотводной трубы равномерно вдоль длины последней, а теплопоглощающие спаи размещены в охлаждаемой камере. Выходная труба подключена к входу в насос, последний выходом подключен к входу теплообменника, который выходом подключен к теплоотводной трубе. Наружная поверхность теплоотводной трубы выполнена цилиндрической или многогранной. Площадь поперечного сечения кольцевого теплоотводного канала не меньше площади поперечного сечения выходной трубы, величина зазора между входным сечением выходной трубы и дном теплоотводной трубы не меньше 0,25 от внутреннего диаметра выходной трубы. В стенке выходной трубы в зоне расположения термоэлектрических модулей охлаждения выполнены отверстия с наклоном в сторону потока в выходной трубе. В результате достигается повышение эффективности за счет уменьшения тепловых потерь и снижения потребления электроэнергии, увеличение области применения за счет расширения температурного диапазона работы и упрощение эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. ![]() |
27) Тепловой насос
Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой[1]. Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине. Однако если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель — теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии.
Основу эксплуатируемого сегодня в мире парка теплонасосного оборудования составляют парокомпрессионные тепловые насосы, но применяются также и абсорбционные, электрохимические и термоэлектрические. Эффективность тепловых насосов принято характеризовать величиной безразмерного коэффициента трансформации энергии К тр, определяемого для идеального цикла Карно по следующей формуле:
где — температуры соответственно на выходе и на входе насоса.
где: Тоut-температурный потенциал тепла, отводимого в систему отопления или теплоснабжения, К; Тіn -температурный потенциал источника тепла , К. Коэффициент трансформации теплового насоса, или теплонасосной системы теплоснабжения (ТСТ) Ктр представляет собой отношение полезного тепла, отводимого в систему теплоснабжения потребителю, к энергии, затрачиваемой на работу теплонасосной системы теплоснабжения, и численно равен количеству полезного тепла, получаемого при температурах Тоut и Тin, на единицу энергии, затраченной на привод ТН или ТСТ. Реальный коэффициент трансформации отличается от идеального, описанного формулой (1 1), на величину коэффициента h, учитывающего степень термодинамического совершенства ГТСТ и необратимые потери энергии при реализации цикла. В[2] приведены зависимости реального и идеального коэффициентов трансформации (К тр) теплонасосной системы теплоснабжения от температуры источника тепла низкого потенциала Тin и температурного потенциала тепла, отводимого в систему отопления Тоut. При построении зависимостей, степень термодинамического совершенства ТСТ h была принята равной 0,55, а температурный напор (разница температур хладона и теплоносителя) в конденсаторе и в испарителе тепловых насосов был равен 7 °C. Эти значения степени термодинамического совершенства h и температурного напора между хладоном и теплоносителями системы отопления и теплосбора представляются близкими к действительности с точки зрения учета реальных параметров теплообменной аппаратуры (конденсатор и испаритель) тепловых насосов, а также сопутствующих затрат электрической энергии на привод циркуляционных насосов, систем автоматизации, запорной и управляющей арматуры. В общем случае степень термодинамического совершенства теплонасосных систем теплоснабжения h зависит от многих параметров, таких, как: мощность компрессора, качество производства комплектующих теплового насоса и необратимых энергетических потерь, которые, в свою очередь, включают: — потери тепловой энергии в соединительных трубопроводах; — потери на преодоление трения в компрессоре; — потери, связанные с неидеальностью тепловых процессов, протекающих в испарителе и конденсаторе, а также с неидеальностью теплофизических характеристик хладонов; — механические и электрические потери в двигателях и прочее.
Типы тепловых насосов
Схема компрессионного теплового насоса.
1) конденсатор, 2) дроссель, 3) испаритель, 4) компрессор.
В зависимости от принципа работы тепловые насосы подразделяются на компрессионные и абсорбционные. Компрессионные тепловые насосы всегда приводятся в действие с помощью механической энергии (электроэнергии), в то время как абсорбционные тепловые насосы могут также использовать тепло в качестве источника энергии (с помощью электроэнергии или топлива).
В зависимости от источника отбора тепла тепловые насосы подразделяются на[6] :