НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА И ВАРИАНТЫ ЕЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Предлагаемое техническое устройство относится к холодильной технике и может найти применение на крупнотоннажным аммиачных и метанольных агрегатах, широко эксплуатирующих компрессорные и теплоиспользующие холодильные машины.
Известны [RU 2096700, кл. F25B 25/02 и RU 2056018 С1, кл. F25J 3/00, F25B 1/00] компрессорные установки, включающие абсорбционные бромистолитиевые холодильные машины и использующие переохлаждение жидкого хладагента на выходе из конденсатора перед его дросселированием. Их недостаток обусловлен тем, что для обеспечения работы абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины необходимо достаточно большое количество теплоты в виде пара или горячей воды с начальной температурой не ниже 95°С.
Наиболее близка по технической сущности [US 3,824,804, кл. F25B 25/02] комбинированная компрессорно-абсорбционная установка с повышенной холодопроизводительностью, достигаемой за счет применения испарителе хладагента и выделения энергии в конденсаторе.
Указанная машина характеризуется следующими недостатками:
- низкая эффективность абсорбционной холодильной машины ввиду использования в ее генераторе теплоты с относительно низкой температурой (не более 100°С);
- невозможность выработки холода в широком диапазоне температур охлаждения в абсорбционной холодильной машине для более значительного переохлаждения жидкого хладагента перед его дросселированием.
Таким образом, характерным недостатком всех рассмотренных холодильных установок является их невысокая эффективность, что приводит к значительному перерасходу энергии. Наиболее заметно это проявляется в низкотемпературных холодильных машинах, в которых оптимальная температура переохлаждения жидкого хладагента перед его дросселированием часто ниже 0°С.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является компрессорная холодильная установка с пониженными энергозатратами, отличающаяся повышенной холодопроизводительностью.
Поставленная задача достигается тем, что в заявленной установке наряду с основной холодильной машиной имеется и внешняя двухтемпературная компрессорная холодильная машина (КХМ), включающая испарители, дросселирующие вентили и рекуперативный теплообменник, причем только в ней реализовано переохлаждение жидкого хладагента до оптимальной температуры начала дросселирования.
Сущность заявленного технического решения заключается в следующем.
Пример 1.
Пары хладагента (фиг.1) сжимаются в компрессоре 1 двухтемпературной компрессорной холодильной машины и подаются в конденсатор 2, из которого сконденсированная жидкость направляется в рекуперативный теплообменник 3, где переохлаждается за счет холода паров, поступающих из испарителей 7 и 5. После этого поток жидкого переохлажденного хладагента делится на две части. Одна дросселируется в вентиле 6 в высокотемпературный испаритель 7, а другая дросселируется в вентиле 4 в низкотемпературный испаритель 5. Для обеспечения необходимых температур кипения в испарителях 7 и 5 поддерживают соответствующие давления хладагента: в высокотемпературном - относительно высокое, а в низкотемпературном, соответственно, более низкое. Смешение паров хладагента, выходящих из испарителей 7 и 5. осуществляется в эжекторе 8. После сжатия в эжекторе 8 объединенного потока паров хладагента он через рекуперативный теплообменник 3 поступает на всасывание в компрессор 1. Циклический процесс замкнулся.
Применение эжектора 8 в схеме двухтемпературной КХМ позволяет поддерживать низкие температуры кипения хладагента в низкотемпературном испарителе 5 вплоть до температур, соответствующих давлению кипения значительно ниже атмосферного, и вместе с тем обеспечивает относительно высокое давление на всасе в компрессор 1, что обусловливает его безопасную и экономичную работу.
Совместная работа основной компрессорной холодильной машины с переохлаждением жидкого хладагента перед его дросселированием в испарителях двухтемпературной КХМ организуется следующим образом.
Пример 2.
Пары холодильного агента (фиг.2) отсасываются компрессором 11 из испарителя 12, сжимаются в нем и направляются в конденсатор 10, из которого жидкость поступает в рекуперативный теплообменник 9, где она незначительно переохлаждается за счет теплообмена с холодными парами хладагента, выходящего из испарителя 12. Затем жидкий хладагент последовательно проходит высоко- и низкотемпературный испарители 7 и 5, соответственно, двухтемпературной КХМ, где он переохлаждается до оптимальной температуры и дросселируется в вентиле 13 в испаритель 12. Численное значение температуры начала дросселирования определяется в зависимости от температуры кипения в испарителе 12 и свойств применяемого хладагента. Пары хладагента из испарителя 12 через рекуперативный теплообменник 9 отсасываются компрессором 11. Цикл замкнулся.
При реализации заявленного способа повышения холодопроизводительности, на примере компрессорной аммиачной холодильной машины, достигается увеличение ее холодопроизводительности до 15-18% при одновременном росте холодильного коэффициента на 8-10%. Как показали расчеты, оптимальная температура переохлаждения жидкого аммиака при температуре его кипения минус 30°С составляет минус 10°С. При этом также было определено оптимальное распределение температур между испарителями двухтемпературной КХМ. В относительно высокотемпературном испарителе переохлаждение жидкого аммиака производилось от температуры конденсации 30°С до 10°С, а в низкотемпературном, соответственно, до минус 10°С. В качестве рабочего тела двухтемпературной холодильной машины принимался хладагент R134a.
Область применения заявленного способа повышения холодопроизводительности не ограничивается только компрессорными холодильными машинами. Так, например, двухтемпературная КХМ может эффективно применяться для переохлаждения жидкого аммиака в составе установки ожижения аммиака, испаряющегося при хранении в изотермических емкостях и др..
Пример 3.
Газообразный аммиак сжимается в компрессоре 11 и подается в конденсатор 10, в котором он конденсируется и поступает в рекуперативный теплообменник 9. После этого жидкий аммиак последовательно переохлаждается в высоко- и низкотемпературных испарителях 7 и 5 двухтемпературной КХМ и дросселируется через вентиль 13 в сепаратор жидкого аммиака 14, Из него жидкая фаза отводится в изотермические емкости, а газообразный аммиак через рекуперативный теплообменник поступает на всас компрессора 11. Для поддержания необходимого материального баланса, к потоку газообразного аммиака из сепаратора 14, подмешивается свежий газообразный аммиак в количестве, равном количеству выводимого их установки жидкого аммиака.
В качестве достигаемого положительного результата следует отметить рост коэффициента ожижения аммиака, который перед стадией дросселирования составляет 8-10%.
Двухтемпературная КХМ для переохлаждения жидкого хладагента может быть интегрирована в теплоиспользующие холодильные установки, например, абсорбционные водоаммиачные. Принципиальная схема одной из них показана на фиг.4.
Пример 4.
Крепкий водоаммиачный раствор, предварительно сжатый в насосе 17, последовательно подогревается в дефлегматоре 21 и рекуперативном теплообменнике 18 и затем поступает в генератор 19, в котором за счет подвода теплоты от стороннего теплоносителя происходит выделение аммиака. Газообразный аммиак с примесями паров воды из верхней части генератора 19 подается в дефлегматор 21, в котором происходит окончательное отделения аммиака от воды. Из нижней части генератора 19 отводится бедный водоаммиачный раствор, который затем через рекуперативный теплообменник 18 направляется в абсорбер 15. Газообразный аммиак из дефлегматора 16 поступает в конденсатор 22, а сконденсировавшийся в нем аммиак собирается в емкости 20, из которой выводится в рекуперативный теплообменник 3. Далее он переохлаждается в высоко- и низкотемпературных испарителях двухтемпературной КХМ и с оптимальной температурой поступает на дросселирование. Пары аммиака из испарителя предварительно подогреваются в рекуперативном теплообменнике 3 и поступают в абсорбер 15. Из абсорбера 15 крепкий водоаммиачный раствор собирается в емкости 16 и подается затем на всас насоса 17. Цикл замкнулся.
В результате использования двухтемпературной КХМ для переохлаждения жидкого аммиака в абсорбционной водоаммиачной холодильной машине ее холодопроизводительность возрастает на 15-18%.
Общим достоинством всех рассмотренных вариантов осуществления заявляемого технического решения является универсальность холодильных установок, так как повышения холодопроизводительности осуществляется в них путем переохлаждения жидких хладагентов перед дросселированием.
Этот способ в равной степени эффективен как в низкотемпературных, так и относительно высокотемпературных холодильных машинах, а также в существующих и вновь создаваемых холодильных установках.