Машины холодильные: Холодильные машины и установки. Устройство, виды, принцип действия холодильных машин. – Холодильная машина — это… Что такое Холодильная машина?

Холодильная машина — это… Что такое Холодильная машина?

        устройство, служащее для отвода теплоты от охлаждаемого тела при температуре более низкой, чем температура окружающей среды. Х. м. используются для получения температур от 10 °С до —150 °С. Область более низких температур относится к криогенной технике (См. Криогенная техника). Х. м. работают по принципу теплового насоса (См. Тепловой насос) отнимают теплоту от охлаждаемого тела и с затратой энергии (механической, тепловой и т.д.) передают её охлаждающей среде (обычно воде или окружающему воздуху), имеющей более высокую температуру, чем охлаждаемое тело. Работа Х. м. характеризуется их Холодопроизводительностью, которая для современных машин лежит в пределах от нескольких сотен вт до нескольких Мвт.          В холодильной технике (См. Холодильная техника) находят применение несколько систем Х. м. — парокомпрессионные, абсорбционные, пароэжекторные и воздушно-расширительные, работа которых основана на том, что рабочее тело (Холодильный агент) за счёт затраты внешней работы совершает обратный круговой термодинамический процесс (холодильный цикл (См. Холодильные циклы)). В парокомпрессионных, абсорбционных и пароэжекторных Х. м. для получения эффекта охлаждения используют кипение низкокипящих жидкостей. В воздушно-расширительных Х. м. охлаждение достигается за счёт расширения сжатого воздуха в Детандере.

         Первые Х. м. появились в середине 19 в. Одна из старейших Х. м. — абсорбционная. Её изобретение и конструктивное оформление связано с именами Дж. Лесли (Великобритания, 1810), Ф. Карре (Франция, 1850) и Ф. Виндхаузена (Германия, 1878). Первая парокомпрессионная машина, работавшая на эфире, построена Дж. Перкинсом (Великобритания, 1834). Позднее были созданы аналогичные машины с использованием в качестве хладагента метилового эфира и сернистого ангидрида. В 1874 К. Линде (Германия) построил аммиачную парокомпрессионную Х. м., которая положила начало холодильному машиностроению.

         Парокомпрессионные Х. м. — наиболее распространённые и универсальные Х. м. Основными элементами машин данного типа являются (
рис. 1
) испаритель, Холодильный компрессор, Конденсатор и терморегулирующий (дроссельный) вентиль — ТРВ, которые соединены трубопроводом, снабженным запорной, регулирующей и предохранительной арматурой. Ко всем элементам Х. м. предъявляется требование высокой герметичности. В зависимости от вида холодильного компрессора парокомпрессионные машины подразделяются на поршневые, турбокомпрессорные, ротационные и винтовые.

         В парокомпрессионной Х. м. осуществляется замкнутый цикл циркуляции хладагента. В испарителе хладагент кипит (испаряется) при пониженном давлении pkи низкой температуре. Необходимая для кипения теплота отнимается от охлаждаемого тела, вследствие чего его температура понижается (вплоть до температуры кипения хладагента). Образовавшийся пар отсасывается компрессором, сжимается в нём до давления конденсации

pk и подаётся в конденсатор, где охлаждается водой или воздухом. Вследствие отвода теплоты от пара он конденсируется. Полученный жидкий хладагент через ТРВ, в котором происходит снижение его температуры и давления, возвращается в испаритель для повторного испарения, замыкая таким образом цикл работы машины. Для повышения экономической эффективности Х. м. (снижения затрат энергии на единицу отнятого от охлаждаемого тела количества теплоты) иногда перегревают пар, всасываемый компрессором, и переохлаждают жидкость перед дросселированием. По этой же причине для получения температур ниже —30 °С используют многоступенчатые или каскадные Х. м. В многоступенчатых Х. м. сжатие пара производится последовательно в несколько ступеней с охлаждением его между отдельными ступенями. При этом в двухступенчатых Х. м. получают температуру кипения хладагента до —80 °С. В каскадных Х. м., представляющих собой несколько последовательно включенных Х. м., которые работают на различных, наиболее подходящих по своим термодинамическим свойствам для заданных температурных условий хладагентах, получают температуру кипения до —150 °С.

         Абсорбционная Х. м. (рис. 2) состоит из кипятильника, конденсатора, испарителя, Абсорбера, насоса и ТРВ. Рабочим веществом в абсорбционных Х. м. служат растворы двух компонентов (бинарные растворы) с различными температурами кипения при одинаковом давлении. Компонент, кипящий при более низкой температуре, выполняет функцию хладагента; второй служит абсорбентом (поглотителем). В области температур от 0 до —45 °С применяются машины, где рабочим веществом служит водный раствор аммиака (хладагент — аммиак). При температурах охлаждения выше 0 °С преимущественно используют абсорбционные машины, работающие на водном растворе бромида лития (хладагент — вода). В испарителе абсорбционной Х. м. происходит испарение хладагента за счёт теплоты, отнимаемой от охлаждаемого тела. Образующиеся при этом пары поглощаются в абсорбере. Полученный концентрированный раствор перекачивается насосом в кипятильник, где за счёт подвода тепловой энергии от внешнего источника из него выпаривается хладагент, а оставшийся раствор вновь возвращается в абсорбер. Что касается газообразного хладагента, то он из кипятильника направляется в конденсатор, конденсируется там и затем поступает через ТРВ в испаритель на повторное испарение. Применение абсорбционных машин весьма выгодно на предприятиях, где имеются вторичные энергоресурсы (отработанный пар, горячая вода, отходящие газы промышленных печей и т.д.). Абсорбционные Х. м. изготавливают одно- или двухступенчатыми.          Пароэжекторная Х. м. состоит из (
рис. 3
) эжектора, испарителя, конденсатора, насоса и ТРВ. Хладагентом служит вода, в качестве источника энергии используется пар давлением 0,3—1 Мн/м2 (3—10 кгс/см2), который поступает в сопло Эжектора, где расширяется. В результате в эжекторе и, как следствие, в испарителе машины создаётся пониженное давление, которому соответствует температура кипения воды несколько выше 0 °С (обычно порядка 5 °С). В испарителе за счёт частичного испарения происходит охлаждение подаваемой потребителю холода воды. Отсосанный из испарителя пар, а также рабочий пар эжектора поступает в конденсатор, где переходит в жидкое состояние, отдавая теплоту охлаждающей среде. Часть воды из конденсатора подаётся в испаритель для пополнения убыли охлаждаемой воды.          Воздушно-расширительные Х. м. относятся к классу холодильно-газовых машин (См. Холодильно-газовые машины). Хладагентом служит воздух. В области температур примерно до —80 °С экономическая эффективность воздушных машин ниже, чем парокомпрессионных. Более экономичными являются регенеративные воздушные Х. м., в которых воздух перед расширением охлаждается либо в противоточном теплообменнике, либо в теплообменнике-регенераторе. В зависимости от давления используемого сжатого воздуха воздушные Х. м. подразделяются на машины высокого и низкого давления. Различают воздушные машины, работающие по замкнутому и разомкнутому циклу.

         Лит.: Холодильные машины, под ред. Н. Н. Кошкина, М., 1973: Холодильная техника. Энциклопедический справочник, т. 1—3, М., 1960—62.

         А. Н. Фомин.

        Рис. 1. Схема парокомпрессионной холодильной машины: 1 — испаритель; 2 — компрессор; 3 — конденсатор; 4 — теплообменник; 5 — терморегулирующий вентиль.

        Рис. 1. Схема парокомпрессионной холодильной машины: 1 — испаритель; 2 — компрессор; 3 — конденсатор; 4 — теплообменник; 5 — терморегулирующий вентиль.

        Рис. 2. Схема абсорбционной холодильной машины: 1 — испаритель; 2 — абсорбер; 3 — насос; 4 — терморегулирующий вентиль; 5 — кипятильник; 6 — конденсатор.

        Рис. 2. Схема абсорбционной холодильной машины: 1 — испаритель; 2 — абсорбер; 3 — насос; 4 — терморегулирующий вентиль; 5 — кипятильник; 6 — конденсатор.

        Рис. 3. Схема пароэжекторной холодильной машины: 1 — эжектор; 2 — испаритель; 3 — потребитель холода; 4 — насос; 5 — терморегулирующий вентиль; 6 — конденсатор.

        Рис. 3. Схема пароэжекторной холодильной машины: 1 — эжектор; 2 — испаритель; 3 — потребитель холода; 4 — насос; 5 — терморегулирующий вентиль; 6 — конденсатор.

Виды холодильных машин

    Холодильные машины используются для охлаждения и поддержания на постоянном уровне низких температур.  Эффективность их работы оценивается в зависимости от вырабатываемой холодопроизводительности, измеряемой в ваттах или киловаттах. Рабочим веществом паровых холодильных машин является хладагент.

    По виду затрачиваемой энергии все холодильные машины можно подразделить на 4 типа: пароэжекторные, абсорбционные, парокомпрессорные и термоэлектрические.  Принцип действия аппаратов первых трех типов основан на том что рабочее вещество (хладагент) совершает холодильный цикл в процессе которого тепло от источника низкой температуры переносится к имеющей более высокую температуру окружающей среде.  В паровых машинах хладагенты во время цикла кипят при низких температурах, периодически меняя свое агрегатное состояние, переходя из жидкости в пар и обратно. В термоэлектрических же установках перенос тепла происходит под воздействием потока электронов на атомы.

    В зависимости от типа холодильной машины в каждой из них применяется в свой хладагент: в абсорбционных — водные растворы аммиака и бромистого лития, в пароэжекторных — водяной пар, в парокомпрессионных — хладоны.

 

  1. Пароэжекторная холодильная машина

paroez.jpg

    В этих машинах, состоящих из эжектора, испарителя, конденсатора, насоса и теплорегулирующего вентиля в качестве источника энергии используется водяной пар. Поскольку хладагентом является вода. Температура в холодильном объёме не может быть ниже 0°C.

    Принцип действия холодильной машины состоит в эжекции пара из испарителя. Под эжекцией подразумевается процесс смешения двух сред – пара и воды, при котором одна из них, находясь под давлением, воздействует на другую и, увлекая за собой, выталкивает ее в необходимом направлении. В пароэжекторной установке пар поступает в сопло эжектора, где он расширяется, в результате чего в испарителе создаётся пониженное давление. Здесь же за счёт частичного испарения происходит охлаждение подаваемой воды, а пар, отсосанный из испарителя, поступает в конденсатор, где переходит в жидкое состояние, отдавая тепло охлаждающей среде.

    Основные преимущества данного типа машин состоят в высокой надёжности, отсутствии движущихся узлов (упрощаются обслуживание и ремонт) и токсичных рабочих веществ.

    Пароэжекторные установки нашил применение на некоторых промышленных производствах, но в категории оборудования для предприятий торговли и питания встречаются довольно редко.

 

  1. Абсорбционная холодильная машина

 absorb.png

    Данные машины состоят из конденсатора, испарителя, дроссельного вентиля, абсорбера, насоса, редукционного клапана и парогенератора (кипятильника), вырабатывающего тепло, расходуемое на изменение агрегатного состояния хладагента, в роли которого чаще всего выступает аммиак. Абсорбционные насосные установки, чья холодопроизводительность может доходить до 100 киловатт, выгодно использовать там, где высока плата за электричество, но зато в избытке имеются дешевая тепловая энергия и вода.

    В процессе работы абсорбционной машины в испарителе происходит испарение хладагента за счёт теплоты, отнимаемой от охлаждаемой тела. Образующийся при этом пар из испарителя попадает в абсорбер, где взаимодействует с абсорбирующей жидкостью (водой), поглощающей находящийся в паровой фазе хладагент. Далее полученная концентрированная смесь поступает в насос, где её давление повышается, а затем перекачивается в кипятильник, который подводит к ней тепло. Большая часть хладагента, представляющего собой перегретый пар высокого давления, проходит через конденсатор. Оставшийся абсорбент охлаждается и возвращается в абсорбер через редукционный клапан для повторения холодильного цикла.

    Достоинства абсорбционных машин:

  • Бесшумность работы из-за отсутствия компрессора
  • Более долгий срок службы по сравнению с компрессионными установками

    Недостатки абсорбционных машин:

  • Высокое энергопотребление
  • Малая холодопроизводительность
  1. Парокомпрессорная холодильная машина

            Сегодня абсорбционные, а тем более пароэжекторные установки довольно редко можно найти на кухнях ресторанов или в торговых залах магазинов. Гораздо более широкое применение нашли парокомпрессионные холодильные машины, в которых по замкнутой траектории циркулирует ограниченное количество хладагента, переходящего из одного агрегатного состояния в другое при периодически меняющихся значениях температуры и давления.

            Основными конструктивными элементами таких машин являются компрессор, испаритель, конденсатор, ресивер, фильтр-осушитель и терморегулирующий вентиль, соединённые трубопроводами и представляющие собой замкнутую герметичную систему. Кроме этих основных узлов холодильная машина, приводимая в действие электродвигателем, оснащена приборами автоматики и пускозащитной электроаппаратурой, способствующими повышению экономичности и надежности работы.

 

    Цикл работы

 

scheme.png

           

    В компрессионных холодильных системах охлаждение производится посредством поглощения тепла при кипении (испарении) при пониженном давлении и низкой температуре хладагента в специальном теплообменнике, называемом испарителем. Жидкий хладагент, поступая в раскалённый испаритель, моментально вскипает, при этом сильно охлаждая его стенки. Необходимая для кипения теплота отбирается от охлаждаемого тела, вследствие чего его температура понижается. Пары хладагента, образовавшиеся в результате его кипения, попадают из испарителя по специальному трубопроводу во всасывающую трубку компрессора. Откачивая из испарителя газообразный хладагент, компрессор нагнетает его под высоким давлением в специальный теплообменник – конденсатор. Повышенное давление на выходе работающего компрессора толкает газообразный хладагент в конденсатор, где изменяется его фазовое состояние – газ превращается в жидкость. Процесс конденсации паров сопровождается передачей большого количества тепла потоку воздуха или жидкости. При сжатии газ сильно нагревается, но конструкция конденсатора позволяет эффективно рассеивать это тепло в окружающем воздухе. Газообразный хладагент, находящийся в конденсаторе под высоким давлением, охлаждаясь, постепенно переходит из газообразного состояния в жидкое. Данная жидкость, стекаясь по трубам конденсатора, скапливается в ресивере, откуда под давлением проходит через фильтр, где задерживаются механические примеси. Затем очищенный хладагент через узкое отверстие терморегулирующего вентиля распыляется и возвращается в испаритель для повторного испарения, продолжая свое непрерывное движение и замыкая цикл работы машины. При этом очень важно, чтобы в испарителе жидкость полностью перешла в парообразное состояние. Если в компрессор попадут даже мелкие капли жидкого хладагента, он может быть повреждён.

    Многоступенчатые и каскадные машины

    Для получения температур ниже -30°C используют многоступенчатые и каскадные холодильные машины, где сжатие паров производится последовательно в несколько этапов. Если для этих целей применять обычные одноступенчатые установки, нагрузка на компрессор неоправданно возрастает, что скажется на снижении эффективности работы. Поэтому при температурах кипения хладагента от -30 до -70°C предпочтение отдают двухступенчатым холодильным машинам. Когда же требуется достичь ещё более низких температурных значений (ниже -70°C), целесообразнее использовать трехступенчатые машины или же каскадные холодильные установки. Последние состоят из одной, двух или трёх одноступенчатых машин, включенных последовательно и работающих на различных хладагентах.

Абсорбционная холодильная машина — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 29 ноября 2019; проверки требуют 3 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 29 ноября 2019; проверки требуют 3 правки. Абсорбционная холодильная машина на 14МВт

Абсорбционная холодильная машина (также абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина, абсорбционный чиллер или АБХМ) — промышленная холодильная установка, предназначена для отбора и удаления избыточного тепла и поддержания заданного оптимального температурного и теплового режимов при работе различного рода производственного оборудования, технологических устройств, инструмента, оснастки, а также технологических процессов, связанных с повышенными тепловыми нагрузками. В качестве абсорбента в них используются различные растворы, например, бромида лития (LiBr) в воде.

К абсорбционным холодильным машинам также относятся аммиачные холодильные установки абсорбционного принципа действия.

  • Первое документированное использование искусственного охлаждения в 1756 году было осуществлено английским учёным Вильямом Калленом[1]
  • Способность концентрированной серной кислоты поглощать (абсорбировать) водяной пар впервые была замечена Геральдом Найрне в 1777 году.
  • В 1810 году Джоном Лесли создана первая искусственная ледоделка на основе поглощения сернистого газа водой.
  • В 1834 году английским врачом Джейкобом Перкинсом (Jacob Perkins (англ.)) (1766—1844) была построена холодильная машина с использованием насоса (компрессора) на диэтиловом эфире.
  • Французским учёным Фердинандом Карре (1824—1900) и его братом Эдмондом Карре (Edmond Carre) в 1846 году была изобретена аммиачная абсорбционная холодильная машина. Несмотря на то, что его способ был очень удачным, об изобретении забыли на несколько десятилетий.
  • В 1871 году была построена машина, работающая на метиловом эфире.
  • В 1850 году Эдмонд Карре создал абсорбционную машину на воде и концентрированной серной кислоте.
  • В 1922 году шведские студенты Карл Мунтерс и Бальцар фон Платен изобрели первый в мире абсорбционный холодильник, который работал на газе, керосине или электричестве, и был запатентован в 1923 году.
  • В 1923 году австралийцем Эдвардом Халлстромом изобретён оригинальный аммиачный абсорбционный холодильник упрощённой конструкции — Icy Ball (англ. ледяной шар).
  • В 1926 году физики Альберт Эйнштейн и Лео Силард изобретают так называемый холодильник Эйнштейна, который был запатентован в США 11 ноября 1930 года[2].
  • В начале XX века в Москве была открыта фирма, которая предлагала всем желающим агрегат под названием «Эскимо». Данный агрегат был изготовлен по принципу, предложенному Фердинадом Карре. При своих больших габаритах, агрегат не издавал громкого шума и был универсальным. Для работы необходимы были уголь, дрова, керосин или спирт. Один цикл работы «Эскимо» позволял получить 12 кг льда.
  • Применение абсорбции в промышленном кондиционировании началось в конце 1950-х годов.
  • В 1985 году была разработана и запатентована более эффективная АБХМ — трёхступенчатая абсорбционная холодильная машина с тремя конденсаторами и тремя генераторами.
  • В 1993 году был запатентован альтернативный цикл трёхступенчатой абсорбционной холодильной машины с двойным конденсатором[3].
Тип АБХМ Источник тепла Мощность
Охладители прямого нагрева (Direct-fired Chiller/heaters) Природный газ, дизельное топливо, отходящие дымовые газы. По холоду от 17 кВт до 12 МВт, по теплу — от 17 кВт до 8 МВт.
Охладители парового нагрева (Steam-fired chillers) Пар с температурой 75-200°С По холоду от 200 кВт до 15 МВт.
Охладители нагрева горячей водой (Hot water-fired chillers) Горячая вода с температурой 75-95°С на входе/до 65°С на выходе) По холоду от 105 кВт до 12 МВт.
Охладители нагрева выхлопными газами (Exhaust-fired chillers/heaters) Выхлопные газы с температурой 250—600°С на входе/до 150°С на выходе По холоду от 200 кВт до 12 МВт.
Водная — Бромид-Литиевая абсорбционная холодильная машина. Принцип действия.

На представленной схеме Бромид-Литиевой абсорбционной холодильной машины охладитель состоит из двух камер.

  • Верхняя — генератор (AT). Это горячая камера с относительно высоким давлением.
  • Нижняя — испаритель (VD) и абсорбер (AB). Это холодная камера с очень низким давлением (2мБар).

Под действием тепла (HM) в генераторе из раствора бромида лития выделяются пары воды (хладагента), которые переносятся в конденсатор. Водяной пар конденсируется, отдавая тепло воде охлаждающего контура KüW. Охлажденная вода по линии 5 поступает в испаритель, где при низком давлении закипает при температуре +6 °C и забирает тепло от охлаждаемого контура чиллер-фанкойл (KW). Насос VD прокачивает воду на форсунки, что способствует более интенсивному теплообмену. В других типах АБХМ охлаждаемый контур не обрызгивается, а погружается в ванну хладагента.

Оставшийся концентрированный раствор бромида лития по линии 1-2 через растворный теплообменник/гидравлический затвор WT1 переходит в абсорбер. Для улучшения абсорбции раствор разбрызгивается форсунками и поглощает водяной пар из испарителя. Процесс абсорбции связан с выделением теплоты, которая отводится охлаждающим контуром KüW в абсорбере АВ. Полученный раствор воды и бромида лития перекачивается по линии 3-4 в генератор через регулятор/теплообменник WT1, и цикл повторяется снова.

По сравнению с компрессионными холодильниками, АБХМ обладают следующими преимуществами:

  • Минимальное потребление электроэнергии. Электроэнергия требуется для работы насосов и автоматики.
  • Минимальный уровень шума.
  • Экологически безопасны. Хладагентом является бромид лития, вода выполняет функцию промежуточного теплоносителя.
  • Утилизируют тепловую энергию сбрасываемой горячей воды, дымовых газов или производственных процессов.
  • Длительный срок службы (не менее 20 лет).
  • Полная автоматизация.
  • Пожаро- и взрывобезопасность.
  • Абсорбционные машины не подведомственны Ростехнадзору.

Абсорбционные охладители, по сравнению с компрессионными охладителями отличает:

  • Более высокая цена оборудования, примерно в 2 раза выше (на мощности ниже 500 кВт)? чем цена обычного охладителя. При больших мощностях (2 МВт и выше) стоимость АБХМ приближается к стоимости ПКХМ.
  • Необходимость наличия дешёвого (бесплатного) источника тепловой энергии с достаточно высокой температурой.
  • Относительно низкая энергетическая эффективность — тепловой коэффициент (отношение подведенной тепловой энергий к полученному холоду), равный 0,65-0,8 — для одноступенчатых машин, и 1—1,52 — для двухступенчатых машин.
  • Существенно больший вес, чем у обычного охладителя.
  • Необходимость использовать открытые охладители — градирни, что увеличивает водопотребление системы.
  1. Холодильные машины: Учебник для студентов втузов специальности «Техника и физика низких температур»/А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев, Л. С. Тимофеевский: Под общ. ред. Л. С. Тимофеевского.- СПб.: Политехника, 1997 г.- 992с.

ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА

ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА

Холодильная машина — машина, отводящая тепло от охлаждаемого объекта с помощью низких температур (от 10 до 50 °С). Принцип работы холодильной машины — это тепловой насос. Он состоит в заборе тепла у охлаждаемого тела и передаче его окружающей среде (например, воздуху или воде, которые обладают температурой более высокой, чем охлаждаемое тело). Основная характеристика холодильной машины — это холодопроизводительность, которая может составлять от нескольких сотен ватт до нескольких мегаватт.

Холодильные машины различаются по характеру работы хладоносителя (ее рабочего вещества) и бывают парокомпрессионными, пароэжекторными, абсорбционными, воздушно-расширительными. Работа холодильной машины основана на совершении ее хладагентом холодильного цикла — обратного круговорота термодинамического процесса. Парокомпрессионные, пароэжекторные и абсорбционные машины осуществляют охлаждение тела за счет кипения жидкостей, имеющих низкую температуру кипения.

Воздушно-расширительные холодильные машины охлаждают тело при помощи расширения сжатого воздуха в специальном устройстве — детандере. Способ длительного хранения продуктов или других веществ при помощи их охлаждения, т. е. в охлажденном виде, был известен давно, и это способствовало созданию таких холодильных устройств. Но произошло это только с общим ростом машиностроения в XIX в. Самые первые холодильные машины появились в 1810 г. в Великобритании — конструктор Дж. Лесли; в 1850 г. во Франции — конструктор Ф. Карре; в 1878 г. в Германии — конструктор Ф. Виндхаузен. Самая первая машина была абсорбционная, созданная в начале XIX в., и уже во второй половине XIX в. была построена парокомпрессионная холодильная машина.

Современная промышленность предлагает комплексные решения для различных отраслей. Ярким примером тому служит ЧАО НПП «Холод» holod-ru.com.

Парокомпрессионные холодильные машины

Конструкция включает компрессор, испаритель, конденсатор, теплообменник, терморегулирующий вентиль (дроссель), соединенные между собой трубопроводом. Трубопровод имеет запорную, предохранительную и регулирующую арматуру. По принципу действия различают следующие компрессоры: поршневые, турбокомпрессионные, ротационные, винтовые.

Парокомпрессионные холодильные машины — самые универсальные и распространенные, все их устройства и части обладают высокой герметичностью. Принцип их работы основан на замкнутом цикле, который выполняет циркулирующий хладагент. Кипение хладагента осуществляется в испарителе при низкой температуре, при этом отводится тепло от охлаждаемого тела, образуется пар, который компрессор отсасывает, сжимает и далее направляет в конденсатор.

При конденсации пара образуется жидкость — хладагент, направляющийся через терморегулирующий вентиль и снова возвращающийся в испаритель для начала нового цикла. Чтобы получить низкие температуры (ниже 30 °С), применяют холодильные машины с многоступенчатым (или каскадным) устройством. Многоступенчатые машины имеют несколько ступеней охлаждения для последовательного сжатия пара. Каскадные машины — это последовательность нескольких холодильных машин, они вырабатывают низкую температуру кипения (150 °С).

Пароэжекторные холодильные машины

Конструкция включает эжектор, испаритель, конденсатор, насос, терморегулирующий вентиль. Источник энергии в этих машинах — пар, давление которого 0,3—1 Мн/м2 (3—10 кгс/см2). Хладагент — вода. В эжекторе расширяется пар, поступающий через сопло эжектора, это понижает давление в испарителе и охлаждает воду. Пар из испарителя и из эжектора идет в конденсатор и преобразуется в жидкость с отдачей тепла в окружающую среду.

Абсорбционные холодильные машины

Конструкция включает абсорбер, испаритель, конденсатор, кипятильник, насос, терморегулирующий вентиль. Рабочее вещество — бинарные растворы, кипящие при разной температуре. Раствор с более высокой температурой кипения — абсорбент, раствор с более низкой температурой кипения — хладагент.

Если температуры от 0 до 45 °С, то рабочее вещество — раствор аммиака. Хладагент — аммиак. Если температуры больше 0 °С, то рабочее вещество — водный раствор бромида лития. Хладагент — вода. Хладагент испаряется, отводя тепло от охлаждаемого тела, и пар впитывает абсорбер. Концентрированный раствор, образованный при этом, насос откачивает в кипятильник, где хладагент испаряется. Абсорбционные машины эффективно используются на объектах с вторичными энергоресурсами: отработанными водой, газами, паром.

Воздушно-расширительные холодильные машины — это холодильногазовые машины с температурами 80 °С. Хладагент — воздух с различным давлением. Но эффективность воздушно-расширительных машин ниже, чем у парокомпрессионных.

  • Предыдущее: ХОЛЛА ЭДС ДАТЧИК
  • Следующее: ХОЛОДИЛЬНИК
Категория: Промышленность на Х


Абсорбционная холодильная машина — это… Что такое Абсорбционная холодильная машина?

Абсорбционная холодильная машина на 14МВт

Абсорбционная холодильная машина (также абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина, абсорбционный чиллер или АБХМ) — промышленная холодильная установка, предназначена для отбора и удаления избыточного тепла и поддержания заданного оптимального температурного и теплового режимов при работе различного рода производственного оборудования, технологических устройств, инструмента, оснастки, а также технологических процессов, связанных с повышенными тепловыми нагрузками. В качестве абсорбента в них используется раствор бромида лития (LiBr) в воде.

К абсорбционным холодильным машинам относятся так же аммиачные холодильные установки абсорбционного принципа действия.

История создания АБХМ

  • Первое документированное использование искусственного охлаждения в 1756 году было осуществлено английским ученым Вильямом Калленом[1]
  • В 1810г Джоном Лесли создана первоя искусственная ледоделка на основе поглощения сернистого газа водой.
  • В 1834г английским врачом Джейкобом Перкинсом (Jacob Perkins) (1766—1844) была построена холодильная машина с использованием насоса (компрессора) на диэтиловом эфире.
  • Французским учёным Фердинандом Карре (Ferdinand Carre (фран.)) (1824-1900) и его братом Эдмондом Карре (Edmond Carre) в 1846 году была изобретена аммиачная абсорбционная холодильная машина. Несмотря на то, что его способ был очень удачным, об изобретении забыли на несколько десятилетий.
  • В 1871 году была построена машина, работающая на метиловом эфире.
  • В 1926 году физики Альберт Эйнштейн и Лео Силард изобретают так называемый холодильник Эйнштейна, который был запатентован в США 11 ноября 1930 года[2].
  • В начале XX века в Москве была открыта фирма, которая предлагала всем желающим агрегат под названием «Эскимо». Данный агрегат был изготовлен по принципу предложенному Фердинадом Карре. При своих больших габаритах, агрегат не издавал громкого шума и был универсальным. Для работы необходимы были уголь, дрова, керосин или спирт. Один цикл работы «Эскимо» позволял получить 12 кг льда.
  • Применение абсорбции в промышленном кондиционировании началось в конце 1950-х годов.
  • В 1985 году были разработана и запатентована более эффективная АБХМ — трехступенчатая абсорбционная холодильная машина с тремя конденсаторами и тремя генераторами.
  • В 1993 году был запатентован альтернативный цикл трехступенчатой абсорбционной холодильной машины с двойным конденсатором.[3]

Типы абсорбционных охладителей

Тип АБХМ Источник тепла Мощность
Охладители прямого нагрева (Direct-fired Chiller/heaters) Природный газ, дизельное топливо, отходящие дымовые газы. По холоду от 17 кВт до 12 МВт, по теплу — от 17 кВт до 8 МВт.
Охладители парового нагрева (Steam-fired chillers) Пар с температурой 75-200°С По холоду от 200 кВт до 15 МВт.
Охладители нагрева горячей водой (Hot water-fired chillers) Горячая вода с температурой 75-95°С на входе/до 65°С на выходе) По холоду от 105 кВт до 12 МВт.
Охладители нагрева выхлопными газами (Exhaust-fired chillers/heaters) Выхлопные газы с температурой 250-600°С на входе/до 150°С на выходе По холоду от 200 кВт до 12 МВт.

Принцип действия

На представленной схеме охладитель состоит из двух камер.

  • Верхняя — генератор (AT). Это горячая камера с относительно высоким давлением.
  • Нижняя — испаритель (VD) и абсорбер (AB). Это холодная камера с очень низким давлением (2мБар).

Под действием тепла (HM) в генераторе из раствора бромида лития выделяются пары воды (хладагента), которые переносятся в конденсатор. Водяной пар конденсируется, отдавая тепло воде охлаждающего контура KüW. Охлажденная вода по линии 5 поступает в испаритель, где при низком давлении закипает при температуре +6 °C и забирает тепло от охлаждаемого контура чиллер-фанкойл (KW). Насос VD прокачивает воду на форсунки, что способствует более интенсивному теплообмену. В других типах АБХМ охлаждаемый контур не обрызгивается, а погружается в ванну хладагента.

Оставшийся концентрированный раствор бромида лития по линии 1-2 через растворный теплообменник/гидравлический затвор WT1 переходит в абсорбер. Для улучшения абсорбции раствор разбрызгивается форсунками и поглощает водяной пар из испарителя. Процесс абсорбции связан с выделением тепла, которая отводится охлаждающим контуром KüW в адсорбере АВ. Полученный раствор воды и бромида лития перекачивается по линии 3-4 в генератор через регулятор/теплообменник WT1, и цикл повторяется снова.

Преимущества

По сравнению с компрессионными холодильниками, АБХМ обладают следующими преимуществами:

  • Минимальное потребление электроэнергии. Электроэнергия требуется для работы насосов и автоматики.
  • Минимальный уровень шума.
  • Экологически безопасны. Хладагентом является обычная вода.
  • Утилизируют тепловую энергию сбрасываемой горячей воды, дымовых газов или производственных процессов.
  • Длительный срок службы (не менее 20 лет).
  • Полную автоматизацию.
  • Пожаро- и взрывобезопасность.
  • Абсорбционные машины не подведомственны Ростехнадзору.

Недостатки

Абсорбционные охладители, по сравнению с компрессионными охладителями отличает:

  • Более высокая цена оборудования, примерно в 2 раза выше чем цена обычного охладителя.
  • Необходимость наличия дешевого (бесплатного) источника тепловой энергии с достаточно высокой температурой.
  • Относительно низкая энергетическая эффективность — КПД (холодильный коэффициент) 65-80 % — для одноступенчатых машин, и 100-140% — для двухступенчатых машин.
  • Существенно больший вес, чем у обычного охладителя.
  • Необходимость использовать открытые охладители — градирни, что увеличивает водопотребление системы.

Примечания

Литература

  1. Холодильные машины: Учебник для студентов втузов специальности «Техника и физика низких температур»/А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев, Л. С. Тимофеевский: Под общ. ред. Л. С. Тимофеевского.- СПб.: Политехника, 1997 г.- 992с.

Ссылки

Есть более полная статья

Физика. Холодильная машина (холодильник). Холодильный коэффициент. Рабочее тело, теплота

Рис. 1. Холодильная машина

Отдельным подвидом тепловых машин являются, так называемые, холодильные машины. Холодильная машина — тепловая машина, работающая по обратному циклу, т.е. круговому циклу, в котором рабочее тело совершает отрицательную работу. Визуализации таких машин условно одинакова (рис. 1).

Классически, холодильная машина состоит нагревательного элемента, рабочего тела и холодильной установки. Каждый из этих элементов может инженерно выглядит как угодно, рабочее тело чаще всего газ. Рабочее тело, совершая работу (

), забирает энергию у холодильника () и передаёт её нагревателю (). Нагревателем в данной системе также может быть окружающее пространство. Примером такой холодильной машины может служить обычных домашний холодильник. Электрический ток совершает работу по охлаждению внутренней камеры холодильника, передавая избыток теплоты на внешний радиатор (ребристая стенка из прутьев на задней стенке холодильника).

Тогда, исходя из закона сохранения энергии:

(1)

Аналогом КПД (коэффициента полезного действия) для холодильной установки является холодильный коэффициент. Логика у него точно такая же: отношение полезной работы к затраченной. Полезной теплотой в нашей системе является 

(т.к. нам необходимо охладить тело), тратим вы внешнюю работу (). Тогда:

(2)
  • где
    • — холодильный коэффициент машины.

Вывод: задачи на холодильную машину вводятся именной этой фразой. Единственное соотношение, которое может помочь в решении таких задач, это соотношение (1). Поиск соответствующих энергий чаще всего вопрос первого начала термодинамики и анализа процессов.

Поделиться ссылкой:

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Абсорбционная холодильная машина — это… Что такое Абсорбционная холодильная машина?

Абсорбционная холодильная машина на 14МВт

Абсорбционная холодильная машина (также абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина, абсорбционный чиллер или АБХМ) — промышленная холодильная установка, предназначена для отбора и удаления избыточного тепла и поддержания заданного оптимального температурного и теплового режимов при работе различного рода производственного оборудования, технологических устройств, инструмента, оснастки, а также технологических процессов, связанных с повышенными тепловыми нагрузками. В качестве абсорбента в них используется раствор бромида лития (LiBr) в воде.

К абсорбционным холодильным машинам относятся так же аммиачные холодильные установки абсорбционного принципа действия.

История создания АБХМ

  • Первое документированное использование искусственного охлаждения в 1756 году было осуществлено английским ученым Вильямом Калленом[1]
  • В 1810г Джоном Лесли создана первоя искусственная ледоделка на основе поглощения сернистого газа водой.
  • В 1834г английским врачом Джейкобом Перкинсом (Jacob Perkins) (1766—1844) была построена холодильная машина с использованием насоса (компрессора) на диэтиловом эфире.
  • Французским учёным Фердинандом Карре (Ferdinand Carre (фран.)) (1824-1900) и его братом Эдмондом Карре (Edmond Carre) в 1846 году была изобретена аммиачная абсорбционная холодильная машина. Несмотря на то, что его способ был очень удачным, об изобретении забыли на несколько десятилетий.
  • В 1871 году была построена машина, работающая на метиловом эфире.
  • В 1926 году физики Альберт Эйнштейн и Лео Силард изобретают так называемый холодильник Эйнштейна, который был запатентован в США 11 ноября 1930 года[2].
  • В начале XX века в Москве была открыта фирма, которая предлагала всем желающим агрегат под названием «Эскимо». Данный агрегат был изготовлен по принципу предложенному Фердинадом Карре. При своих больших габаритах, агрегат не издавал громкого шума и был универсальным. Для работы необходимы были уголь, дрова, керосин или спирт. Один цикл работы «Эскимо» позволял получить 12 кг льда.
  • Применение абсорбции в промышленном кондиционировании началось в конце 1950-х годов.
  • В 1985 году были разработана и запатентована более эффективная АБХМ — трехступенчатая абсорбционная холодильная машина с тремя конденсаторами и тремя генераторами.
  • В 1993 году был запатентован альтернативный цикл трехступенчатой абсорбционной холодильной машины с двойным конденсатором.[3]

Типы абсорбционных охладителей

Тип АБХМ Источник тепла Мощность
Охладители прямого нагрева (Direct-fired Chiller/heaters) Природный газ, дизельное топливо, отходящие дымовые газы. По холоду от 17 кВт до 12 МВт, по теплу — от 17 кВт до 8 МВт.
Охладители парового нагрева (Steam-fired chillers) Пар с температурой 75-200°С По холоду от 200 кВт до 15 МВт.
Охладители нагрева горячей водой (Hot water-fired chillers) Горячая вода с температурой 75-95°С на входе/до 65°С на выходе) По холоду от 105 кВт до 12 МВт.
Охладители нагрева выхлопными газами (Exhaust-fired chillers/heaters) Выхлопные газы с температурой 250-600°С на входе/до 150°С на выходе По холоду от 200 кВт до 12 МВт.

Принцип действия

На представленной схеме охладитель состоит из двух камер.

  • Верхняя — генератор (AT). Это горячая камера с относительно высоким давлением.
  • Нижняя — испаритель (VD) и абсорбер (AB). Это холодная камера с очень низким давлением (2мБар).

Под действием тепла (HM) в генераторе из раствора бромида лития выделяются пары воды (хладагента), которые переносятся в конденсатор. Водяной пар конденсируется, отдавая тепло воде охлаждающего контура KüW. Охлажденная вода по линии 5 поступает в испаритель, где при низком давлении закипает при температуре +6 °C и забирает тепло от охлаждаемого контура чиллер-фанкойл (KW). Насос VD прокачивает воду на форсунки, что способствует более интенсивному теплообмену. В других типах АБХМ охлаждаемый контур не обрызгивается, а погружается в ванну хладагента.

Оставшийся концентрированный раствор бромида лития по линии 1-2 через растворный теплообменник/гидравлический затвор WT1 переходит в абсорбер. Для улучшения абсорбции раствор разбрызгивается форсунками и поглощает водяной пар из испарителя. Процесс абсорбции связан с выделением тепла, которая отводится охлаждающим контуром KüW в адсорбере АВ. Полученный раствор воды и бромида лития перекачивается по линии 3-4 в генератор через регулятор/теплообменник WT1, и цикл повторяется снова.

Преимущества

По сравнению с компрессионными холодильниками, АБХМ обладают следующими преимуществами:

  • Минимальное потребление электроэнергии. Электроэнергия требуется для работы насосов и автоматики.
  • Минимальный уровень шума.
  • Экологически безопасны. Хладагентом является обычная вода.
  • Утилизируют тепловую энергию сбрасываемой горячей воды, дымовых газов или производственных процессов.
  • Длительный срок службы (не менее 20 лет).
  • Полную автоматизацию.
  • Пожаро- и взрывобезопасность.
  • Абсорбционные машины не подведомственны Ростехнадзору.

Недостатки

Абсорбционные охладители, по сравнению с компрессионными охладителями отличает:

  • Более высокая цена оборудования, примерно в 2 раза выше чем цена обычного охладителя.
  • Необходимость наличия дешевого (бесплатного) источника тепловой энергии с достаточно высокой температурой.
  • Относительно низкая энергетическая эффективность — КПД (холодильный коэффициент) 65-80 % — для одноступенчатых машин, и 100-140% — для двухступенчатых машин.
  • Существенно больший вес, чем у обычного охладителя.
  • Необходимость использовать открытые охладители — градирни, что увеличивает водопотребление системы.

Примечания

Литература

  1. Холодильные машины: Учебник для студентов втузов специальности «Техника и физика низких температур»/А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев, Л. С. Тимофеевский: Под общ. ред. Л. С. Тимофеевского.- СПб.: Политехника, 1997 г.- 992с.

Ссылки

Есть более полная статья

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*