Цикл вакуумной воздушной холодильной

PT

K

P

Г-А

Q_Г Q_A

Р – линейный ресивер;

Дф – дефлегматор.

1. Зарядка.

Водоаммиачная смесь находится в генераторе. Вентиль I – открыт, а вентиль II – закрыт. К установке подводится внешний источник тепла. Пары аммиака, отделяясь и очищаясь в дефлегматоре, поступают в конденсатор, где, охлаждаясь под воздействием окружающей среды, сжижаются и собираются в ресивере. Процесс зарядки заканчивается фиксацией разделения водоаммиачного раствора. В ресивере – аммиак, в генераторе – вода. При этом давление во всех элементах схемы одинаково. Перед рабочим периодом оба вентиля закрыты, источник тепла отключается и от генератора отводится тепло Q_A в окружающую среду. При охлаждении давление в абсорбере понижается относительно ресивера и конденсатора.

2. Рабочий период.

Рабочий период начинается с открытия венти-ля II. При этом давление передается из абсорбера в испаритель и при достижении им давления насыщения в испарителе жидкий аммиак начинает кипеть. Пары проходят через вентиль II, и происходит смешивание воды и аммиака.

Q_O

t* - время прекращения работы.

t^* t

27. АБСОРБЦИОННО-ДИФФУЗИОННАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА

В 1920-ых годах в Швеции была изобретена абсорбционная установка, где отсутствовали насосы для перекачки. При этом вместо двух компонентов в схему вводился газ – водород. Смешиваясь с потоком аммиака перед входом в испаритель, водород снижает парциальное давление рабочего агента (аммиака), тем самым снижая его температуру кипения.

Циркуляция жидких и газообразных потоков осуществляется за счет сил гравитации, т.е. разности плотностей.

На практике такие установки используются в качестве бытовых охлаждающих устройств с температурой охлаждения от –5 ^ОС и выше.

Q_K NH₃ + H₂

NH₃ (пар) РБ И

I

NH₃ (ж)

Q_PK

PK NH₃ + H₂

ГТ Q_O

Г

H₂

ТС Н₂О Dh Q_A

II C

A

Продукты Q_Г PT

Сгорания NH₃ + H₂

ХШ – холодильный шкаф;

С – сепаратор;

ТС – термосифон;

ГТ – газовый теплообменник;

РТ – регенеративный теплообменник;

Р – ректификатор;

РБ – расширительный бак.

При смешении аммиака и водорода парциальное давление аммиака уменьшается.

К генератору подводится по жаровой трубе источник тепла. Естественное движение жидкости в генераторе происходит за счет ТС, который представляет собой несколько витков тонких труб вокруг центральной жаровой трубы. Поскольку диаметр трубки небольшой, то она нагревается быстрее основной массы, и образующиеся пузырьки пара проталкивают перед собой порции жидкости, исполняя роль насоса.

В ректификаторе пар охлаждается и поступает в конденсатор. В точке I, смешиваясь с водородом, аммиак кипит в испарителе, т.к. его парциальное давление падает. Отработанная смесь из испарителя направляется в абсорбер, проходя через ГТ. Для обеспечения естественного тока абсорбер расположен ниже верхнего уровня жидкости в генераторе. В точке II происходит смешение всех компонентов, образующееся тепло реакции отводится в окружающую среду. Водород в сепараторе отделяется, а смесь аммиака и воды идет в генератор для последующего разделения.

28. СТРУЙНЫЕ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРЫ

Различают две принципиальные схемы: повысительную и расщепительную. В первом случае к установке подводится рабочий поток с параметрами Р_В, Т_В, который осуществляет повышение потенциала тепла от уровня Т_Н на промежуточный средний уровень T_C, ближний к Т_ОС.

В схемах второго типа подводится рабочий поток с параметрами среднего потенциала Р_С, Т_С. Проходя через установку, часть его делится на высокий потенциал, а часть – низкий потенциал. Пример – вихревая труба. Роль компрессора в струйных ТТ выполняют струйные аппараты, называемые эжекторами или компрессорами.

1 4

2

P_B, T_B P_C, T_C

3 P_H, T_H

1 – сопловой аппарат;

2 – приемная камера;

3 – всасывающий патрубок;

4 – диффузор.

Струйный аппарат называется струйным компрессором, если степень повышения давления:1,2 £ P_C / P_H £ 2,5, а если Р_С/Р_Н >2,5 – эжектор.

29. ПАРОЭЖЕКТОРНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА

(ПОВЫСИТЕЛЬНАЯ СХЕМА)

ГЭ

Вод. пар

P_B, T_B

РГ

ГК

ПХ

И РВ

КН

Конденсат

ГЭ – главный эжектор; ПРУ – поплавковый регулятор уровня;

ХВН – холодноводный насос; ГК – главный конденсатор;

ПХ – потребитель холода; КН – конденсатный насос.

Функция эжектора – создавать разряжение в испарителе. Назначение: производство холодной воды для горячих цехов металлургического производства. За счет работы эжектора поддерживается разряжение, которое соответствует заданной температуре кипения t₀. Холодная вода насосом ХВН подается к потребителю, затем – в испаритель. Конденсат из ГК возвращается к источнику пароснабжения. Часть конденсата для восполнения потерь направляется в испаритель. Так как испаритель находится под разряжением, то внутрь испарителя поступают присосы атмосферного воздуха. Он ухудшает теплообмен в конденсаторе, поэтому он периодически удаляется вспомогательными эжекторами.

30. ВИХРЕВАЯ ТРУБА (РАСЩЕПИТЕЛЬНАЯ СХЕМА)

Рабочий поток (P_C, T_C)

3

4

Т_Х

Т_Г 1 2

1- корпус (цилиндрическая труба);

2- диафрагма;

3- тангенциальное сопло;

4- регулирующий клапан.

Принцип работы:

К установке подводится сжатый поток воздуха с параметрами Р_С, Т_С. Поступая в тангенциальное сопло, поток разделяется на две части. Периферийная часть потока воспринимает тепло трения об трубу и энергию от центральных слоев и направляется через регулирующий клапан, а центральная часть потока направляется в противоположную сторону, где температура падает.

31. ГАЗОВЫЕ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРЫ

Принципиальная схема:

Q_B

TO

N_ДТ ТДт ТКМ N_ДТ

ТП

Q_H

TO – теплоотдатчик;

TП – теплоприемник.

Цикл Карно:

Т

3 P₃ 2 P₂

Т_В

Т_Н

P₄ 4 P₁ 1

S

1-2 – адиабатическое сжатие;

2-3 – изотермическое сжатие с отводом тепла ВИТ;

3-4 – адиабатическое расширение;

4-1 – изотермическое расширение с подводом тепла НИТ.

Цикл Джоуля:

P₂ = P₃

T q_B 2

3

T_B P₁ = P₄

T_H

q_H

4 S

Холодильный коэффициент для цикла Джоуля:

Если С_Р = const, тогда:

Так как , то:

Следовательно, e не зависит от свойств хладагента, а зависит от максимальной температуры и температуры охладителя. Чем ниже максимальная температура Т₂, тем выше холодильный коэффициент.

Степень термодинамического совершенства цикла:

h_ТС = e t_Н , где t_Н – коэффициент работоспособности НИТ.

, тогда

Так как Т_ОС < Т₂, то h_ТС< 1

Для цикла Карно h_ТС^К = 1

32. ГАЗОВЫЙ ЦИКЛ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ

Схема газового ТТ с регенерацией:

Q_B

5 2

TO

TKM

3 6

ТДТ

ТП

4 Q_H

Цикл в T-S – диаграмме:

T

q_B

2

T_B 1

T_H 3

4 q_O S

Регенерация – это использование внутренних энергетических ресурсов цикла. Этот цикл дает значительно меньшую потерю эксергии.

Реальный газовый цикл ТТ:

33. СРАВНЕНИЕ ПОТЕРЬ ЦИКЛОВ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ

И БЕЗ РЕГЕНЕРАЦИИ

T

2

a

a¢ 2¢

3 5

T_B 1¢

1

T_H 3¢ 6 D T_H

4 S

Потери работы в ТКМ:

1. Цикл без регенерации

DL = L_Д – L_ИД = С_Р(Т₂ – Т₁) – С_Р(Т_А – Т₁)

L_Д = L_ИД / h_ik, где h_ik - внутренний индикаторный КПД.

DL = C_P(T_A – T₁) / h_ik – C_P(T_A – T₁) = C_P(T_A – T₁)(1/ h_ik – 1)

2. Цикл с регенерацией

DL^P = C_P(T_A^| – T₁^|)(1/ h_ik^| – 1), h_ik^|»h_ik

DL^P << DL, так как (T_A – T₁) >> (T_A^| - T₁^|)

УСТАНОВКИ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ

Схема цикла и его изображение в T-S – диаграмме: