ЦИКЛ ПАРОЭЖЕКТОРНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Принципиальная схема пароэжекторной холодильной установки пред­ставлена на рис. 12.8. Из испарителя 1 пар холодильного агента поступает в камеру смешения эжектора 2. Сюда же одновременно подается пар из котла 6. Полученная в камере смешения смесь пара сжимается в диффузоре эжек­тора. Поступая в конденсатор 3, пар конденсируется с отдачей теплоты паро­образования. После конденсатора часть жидкости дросселируется в дрос­сельном вентиле 4, где происходит падение давления и температуры. Другая ее часть с помощью питательного насоса 5 направляется в котел 6, где она вновь с помощью подведенной извне теплоты q₁превращается в пар.

Холодильный коэффициент в данном случае определяется по формуле

где q₂ - удельное количество теплоты, подведенное к рабочему телу в испа­рителе; q₁- удельное количество теплоты, подводимое к рабочему телу в котле.

Рис. 12.8

Пароэжекторные холодильные установки отличаются простотой конст­рукции, надежностью в работе и малыми габаритами. Однако они имеют низкую тепловую экономичность и термодинамически менее совершенны, чем парокомпрессорные холодильные установки.

ТЕПЛОВОЙ НАСОС

Тепловыми насосами называются устройства, с помощью которых тепло­та, забираемая от источника с низкой температурой посредством затрачен­ной извне работы, отдается потребителю при более высокой температуре. Ра­бота теплового насоса в принципе не отличается от работы холодильной установки.

Принципиальная схема теплового насоса представлена на рис. 12.9. Его работа происходит следующим образом. В компрессоре 1 происходит сжатие холодильного агента с повышением его температуры. В конденсаторе 2 про­исходит конденсация парообразного рабочего тела. Выделяющаяся при этом теплота q₁передается жидкости, циркулирующей в отопительной системе. В дроссельном вентиле 3 конденсат рабочего тела дросселируется с понижением его давления и температуры. В испарителе 4 температура хладоагента по­вышается за счет подвода удельного количества теплоты q₂

Рис. 12.9

Эффективность работы теплового насоса характеризуется отопительным коэффициентом ε, который определяется по формуле

,

где q₁- удельное количество теплоты, отданное рабочим телом потребителю в конденсаторе 2; q₂- удельное количество теплоты, принятой рабочим телом в испарителе 4; l - удельное количество работы, затраченной на привод ком­прессора.

При использовании в качестве холодильного агента паров жидкости, ки­пящей при низких температурах (аммиак, углекислота, фреоны и др.), цикл теплового насоса не отличается от цикла парокомпрессионной холодильной установки, изображенного на рис. 12.5. Из рассмотрения этого цикла следу­ет, что

.

Так как энтальпия рабочего тела в результате дросселирования не изменяет­ся, то

.

Тогда

.

Отсюда

.

Холодильный коэффициент в случае, если бы тепловой насос работал по обратному обратимому циклу Карно, был бы равен

.

Например, при отоплении здания зимой при температуре низшего источ­ника (речная вода)

Т₂=280 К и температуре рабочего тела в отопительной системе Т₁=360 К . Следовательно, тепловой насос передает в отопительную систему количество теплоты в 4,5 раза большее, чем количество затрачиваемой в компрессоре работы. Таким образом, при указанных значениях Т₁и Т₂тепловой насос теоретически мог бы передать потребителю количество теплоты в 4,5 раза большее, чем при обычном элек­трообогреве при той же затраченной электроэнергии.

ВИХРЕВАЯ ТРУБА

В 1931 г. французским инженером Ж. Ранком был открыт вихревой эф­фект энергетического разделения газов. В 1946 г. немецкий физик Р. Хильш экспериментально исследовал этот эффект в устройстве, называемом вихре­вой трубой. Р. Хильшем был дан рад рекомендаций для конструирования, эксплуатации и определения температурной эффективности вихревой трубы.

Рис. 12.10

Принципиальная схема вихревой трубы представлена на рис. 12.10. Эф­фект Ранка проявляется в закрученном потоке вязкой сжимаемой жидкости. Установка работает следующим образом. При поступлении газа через тан­генциальное сопло 1 в трубе образуется интенсивный вихревой поток. При этом осевые слои газа заметно охлаждаются и отводятся через отверстие диафрагмы 2 в виде холодного потока. Периферийные слои газа подогрева­ются и выводятся через вентиль 3 в виде горячего потока. Изменяя положе­ние вентиля, можно изменять расходы и температуры холодного и горячего потоков. Для понижения температуры t_кнеобходимо уменьшить расход хо­лодного потока (вентиль 3 открывается). Для повышения температуры горя­чего потока следует уменьшить его расход (вентиль 3 закрывается).

Суммарное количество энергии холодного и горячего потоков, отводимых из трубы, по закону сохранения энергии будет равно количеству энергии по­ступающего сжатого газа (если труба изолирована). В результате происхо­дящих внутри вихревой трубы сложных газодинамических процессов проис­ходит перераспределение энергии. По разности температур поступающего газа l_с и получаемого холодного потока t_xможно определить понижение тем­пературы ∆t_к

.

Повышение температуры горячего потока будет

,

где t_Г- температура горячего газа.

При постоянных температуре t_c и давлениях перед трубой и за ней разно­сти температур ∆t_x и ∆t_г будут изменяться в зависимости от величин масс по­токов холодного G_x и горячего G_r газов. Доля холодного воздуха

,

(где G_c - масса газа, поступающего в трубу) регулируется изменением коли­чества G_r с помощью вентиля 3.

Энергетический баланс вихревой трубы при отсутствии теплообмена ее с окружающей средой будет

,

где G_c i_c - энергия подведенного к трубе потока; G_r i_r и G_x i_x - энергия горяче­го и холодного потоков соответственно. Это уравнение можно переписать в виде

,

или

.

Так как , то

.

Отсюда

.

Разделив обе части полученного уравнения на G_c, после некоторых пре­образований получим

.

Это уравнение позволяет найти любую из величин ∆t_х и ∆t_г при извест­ной одной из них, а также при известном μ.

Главным преимуществом рассмотренной холодильной установки является предельная простота ее конструкции ввиду отсутствия движущихся деталей. Основным недостатком является низкий кпд., что связано с большой затра­той энергии на получение сжатого газа.