Термодинамика Бурдаков В.П., Дзюбенко Б.В., Меснянкин С.Ю., Михайлова Т.В., страница 72

14.5), на насыщенном паре (точка 2 лежит на линии сухости х = 1) и на влажном паре (точка 2 располагается в области влажного пара). Формула (11.7) для холодильного коэффициента этой установки может быть записана в виде (14.10) х 14А. Цикл лароэжекторной холодильной системы вает, что разница холодильных коэффициентов не такая существенная, как в цикле воздушной холодильной машины. Например, при максимальной температуре 30 'С и минимальной 15 'С холодильный коэффициент парокомпрессионной холодильной установки, работающей на фреоне-12 (СС!зрз), равен 4,72, а в обратном цикле Карно е„= 5,74.

хК Другими преимуществами парокомпрессионных холодильных установок перед воздушными машинами являются их компактность и более низкая стоимость, но есть и очень серьезный недостаток — наличие фреона, попадание которого в атмосферу ведет к разрушению озонового слоя. Последнее обстоятельство вынуждает изыскивать новые и более экологически чистые ТРТ-хладагенты, например бутано-пропановые смеси и т. п.

14.4. Цикл пароэжекторной холодильной системы Как и у парокомпрессионной холодильной установки, в этой системе используется влажный пар. Основное отличие заключается в том, что сжатие пара на выходе из охлаждаемого объема производится не компрессором, а паровым эжектором. При этом для получения температур от 3 до 10 'С в качестве хладагента может быть использован обычный водяной пар. Заметим, что вблизи 0 'С, например при — 5 'С, удельный объем водяного пара так велик (147,2 мз/кг), что поршневой компрессор был бы весьма громоздким. Принципиальная схема пароэжекторной холодильной системы изображена на рис. 14.6. Из испарителя 1 хладагент в виде пара поступает в камеру смешения эжектора 2, куда одновременно подается и пар из котла 6.

Полученная в камере смесь сжимается в диффузоре эжектора и поступает в конденсатор 3, где, конденсируясь, отдает теплоту парообразования. За конденсатором часть жидкости дросселируется в редукционном вентиле 4, где происходит падение давления и температуры, а другая часть с помощью питательного насоса Б направляется в Рис. 14.6 457 Глава!4. Циклы холодильных машин и теплового насоса Ча Е х т (14. 12) 458 Т котел 6, где она вновь с помощью подведенной извне теплоты д, превращается в пар.

1Л л' л' Существенным отличием па- П 4 роэжекторной холодильной сис- 1~ темы от парокомпрессионной является то, что для привода компрессора необходима механическая энергия от электричеРис. 14.7 ского или иного двигателя, а для сжатия пара в эжекторе — только лишь кинетическая энергия пара, образовавшегося в котле.

Цикл парозжекторной холодильной системы в Тз-координатах отображен на рис. 14Л. Пунктиром 1 — 2 изображен условный процесс адиабатного дросселирования насыщенной водьс в редукционном вентиле, а линия 2 — 3 соответствует изобарно-изотермическому процессу в испарителе. Здесь же изображен цикл, совершаемый той частью пара„которая циркулирует в системе котел — эжектор — конденсатор — котел. Этот цикл имеет условный характер, поскольку расход пара в каждом из двух контуров различен.

На Тз-диаграмме оба цикла изображены в расчете на 1 кг пара. Здесь 1 — 11 — процесс повышения давления воды в насосе, 11 — 111 — 1тг — изобарный процесс подвода тепла в котле, 1 — Ъ' — процесс расширения пара в сопле эжектора до параметров в точке тг. Этот пар затем смешивается с поступившим в эжектор из испарителя паром того же давления (точка 3). В результате смешения влажного пара в состоянии К с сухим насыщенным паром в состоянии 3 получается пар промежуточной степени сухости (точкаА). ПроцессА — 4 соответствует повышению давления обоих потоков пара в диффузоре эжектора, а процесс 4 — 1 — процессу конденсации пара в конденсаторе. Пренебрегая работой насоса, подающего воду в котел (Ь Ь ), и учитывая, что работа извне не подводится (вместо нее подводится в котел теплота), эффективность системы для рассмотренного случая будет оцениваться холодильным коэффициентом: 14.б. Цикл абсорбционной холодильной установки где дз — удельная теплота, отводимая из охлаждаемого объема; д„— удельная теплота, подводимая к рабочему телу в котле.

Пароэжекторные холодильные системы отличаются простотой конструкции, надежностью в работе и малыми габаритами. Но термодинамическая их эффективность не очень высока, поскольку процесс смешения потоков в эжекторе сопровождается большими потерями (диссипацией) энергии. 14.5. Цикл абсорбционной холодильной установки Еще одной разновидностью холодильных циклов, в которых хладагент является влажным паром, является цикл абсорбционной холодильной установки. От систем, рассмотренных выше, он отличается способом сжатия пара, выходящего из испарителя. Используется явление абсорбции пара жидкостью. Абсорбция — это поглощение вещества всем объемом поглощающего тела. При этом надо учитывать, что пар чистого вещества может быть поглощен и сконденсирован этим же веществом в жидком состоянии лишь в том случае, если жидкость имеет меньшую температуру, чем температура пара.

Для абсорбционной холодильной установки подбираются, как правило, две жидкости, имеющие разные температуры кипения и полностью взаиморастворимые. При этом легкокипящая жидкость используется как хладаген т, а другая — как абсорбент. Принципиальная схема абсорбционной установки представлена ва рис. 14.8. В парогенераторе 1 в ре- 1 л зультате подвода теплоты д, хлада- гент выпаривается из абсорбента в ви- де почти сухого насыщенного пара. Н б 7 В конденсаторе 2 он полностью конденсируется, отдавая теплоту парообразования охлаждающей воде. В дрос- Б сельцом вентиле 3 хлэдагент дроссели- Рис. 14.8 Глава 14. Циклы холодильных машин и теплового насоса руется с уменьшением давления и температуры и увеличением объема. В теплообменнике 4 происходит передача хладагеыту теплоты д, от охлаждаемых тел. В абсорбере б происходит соединение хладагеыта с абсорбеытом, поступающим через дроссельный вентиль 7.

Полученная смесь насосам 6 направляется в парогенератор 1. Абсорбционный узел установки, состоящий из абсорбера 5, парогенератора 1, насоса 6 и дроссельного вентиля 7, служит для сжатия пара от давления на выходе из испарителя до давления на входе в конденсатор. Преимущество этого способа сжатия заключается в том, что если в обычной парокомпрессионной установке на сжатие пара затрачивается значительная работа, то в случае абсорбциоыной установки насос повышает давление жидкости, затрачивая на это существенно меньше работы, да и сам насос более компактен и прост по конструкции, Выражение для холодильного коэффициента абсорбционной установки такое же, как и для пароэжекторной установки (см. формулу 14.12). 14.6.

Термоэлектрическая холодильная установка В равд. 13.3 был рассмотрен эффект Пельтье, лежащий в основе термоэлектрических систем нагрева и охлаждения. Напомним, что эффект состоит в том, что на спаях разнородных проводников тока, соединенных в цепь, при пропускании электрического тока от выешнего источника возникает разность температур по отношению к температуре окружающей среды: на одном спае температура ниже окружающей, а на другом — выше. Соответственно один из спаев будет поглощать теплоту из окружающей среды, а другой — отдавать теплоту окружающей среде. Как было показано в разд. 13.3, количество теплоты 9, поглощаемой или выделяющейся в спае, пропорционально силе тока в цепи 9 = гкТ1. Если температуру среды, в которую помещен спай, выделяющий теплоту, обозначить через Т„а температуру среды, в которой находится спай, поглощающий теплоту, — через 460 ! 4.б.

Термоэлектрическая холодильная установка Т, то выражения для выделяемой 9 и поглощаемой в спаях теплоты Яг будут иметь вид а,=пТ,1, (14.13) (14. 14) ~г и7 2~' откуда следует, что при Тт > Тг и, соответственно, при 9 > > 9 в горячем спае будет выделяться больше теплоты, чем поглощаться в холодном. При этом разность (14.15) 4гт 6г п~(Тт Тг) равна затрате электроэнергии от внешнего источника. Если поместить спай, поглощающий теплоту, в охлаждаемый объем (температура сная Т ), а спай, выделяющий теплоту, в область более высокой температуры (Т,), то получится термоэлектрическая холодильная установка (рис.

14.9). Цикл такой установки представляет собой обратный цикл термоэлектрического генератора, рассмотренного в равд. 13.3. Если бы циркуляция электрического тока по термоэлектрической цепи не сопровождалась необратимыми потерями, то холодильный коэффициент в соответствии с (11,7) был бы равен Цг птг1 т, 9 — 9~ а1(Т вЂ” Тк) Т вЂ” Т. ' Полученная величина совпадает с холодильным коэффициентом обратимого холодильного цикла Карно (11.13), поскольку и отвод теплоты из охлаждаемого объема, и отдача теплоты в нагретую среду происходят при постоянных температурах Т и Т при пред- г полагаемом отсутствии необратимых потерь.

Реальная эффективность рассмотренных холодильных установок существенно меньше из-за необратимых потерь, связанных с выделением джоулева тепла и теплопроводностью, но простота и надежность в работе из-за отсутствия движущихся частей в ряде случаев могут оказаться решающими при выборе схемы охлаждения. Рис. 14.9 461 Глава 14. Циклы холодильных машин и тепловога насоса 1 4.7. Вихревая труба В основе работы вихревой трубы лежит эффект вихревого температурного разделения газов, обнаруженный в 1931 г.