Цикл пароэжекторной холодильной установки

Особенностью пароэжекторных холодильных установок является то, что сжатие паров холодильного агента осуществляется в пароструйном компрессоре, причем рабочим паром последнего является пар самого холодильного агента, только более высокого давления. Этот рабочий пар получается в паровом котле за счет затраты тепла, полученного при сжигании топлива.

Работа пароэжекторной установки, выполненной по простейшей схеме, происходит следующим образом. Пар холодильного агента из испарителя 1 поступает с низким давлением р₂ в смесительную камеру парового эжектора 2. Сюда же подводится пар холодильного агента более высокого давления р₁ из парового котла 3. Проходя через сопло эжектора, рабочий пар расширяется с понижением давления до р₂, и струя его при выходе в смесительную камеру эжектора имеет большую скорость.

За счет кинетической энергии этой струи образующаяся смесь паров поступает в диффузор эжектора, где давление ее повышается до р₃. После этого смесь поступает в конденсатор 4, где отдает теплоту парообразования охлаждающей воде и конденсируется. Далее поток конденсата разделяется на две части. Одна часть его дросселируется в редукционном вентиле 5 до давления р₂ и вновь поступает в испаритель. Другая часть подается питательным насосом 6 при давлении p₁ в паровой котел, где образуется пар того же давления, поступающий затем к соплу эжектора. Таким образом, необходимая для сжатия холодильного агента энергия доставляется рабочим паром, который в свою очередь приобретает ее в паровом котле, где сжигается топливо и образуются горячие продукты сгорания. Следовательно, пароэжекторная установка действует за счет затраты тепла, а не работы, что более выгодно.

Теоретический цикл пароэжекторной установки в Ts-диаграмме изображается следующим образом.

Линия 1-2 соответствует испарению холодильного агента в испарителе, линия 3-4 – адиабатному расширению рабочего пара в сопле эжектора. Точка 5 дает параметры смеси после смешения рабочего пара (т4) и холодильного агента (т2). Линия 5-6 соответствует повышению давления смеси в диффузоре, линия 6-7 – охлаждению и конденсации смеси в конденсаторе. Линия 7-1 соответствует дросселированию жидкого холодильного агента в редукционном вентиле, а линии 7-8 и 8-3 – нагреву жидкости в котле и превращению ее в пар, поступающий затем к соплу эжектора.

Количество тепла, подводимое к 1 кг холодильного агента в процессе его испарения в испарителе 1, измеряется площадью прямоугольника 1-2-2^/-1^/-1. Тепло, затрачиваемое на осуществление цикла извне, отнесенное к 1 кг рабочего пара, измеряется площадью 7-8-3-3^/-7^/-7. Поскольку количества холодильного агента и рабочего пара в цикле различны, описанный график является до некоторой степени условным.

Если количество рабочего пара, необходимое для получения 1 кг смеси при промежуточном давлении р₃, составляет m кг, то количество его, приходящееся на 1 кг холодильного агента, поступающего в испаритель, составляет m/(1-m) кг. Поэтому для определения расхода тепла на 1 кг холодильного агента площадь 7-8-3-3^/-7^/-7 нужно умножить на m/(1-m).

Эффективность пароэжекторной установки, затрачивающей для производства холода энергию не в виде работы, а в виде тепла сравнительно высокого потенциала, оценивается, как уже было упомянуто, коэффициентом использования тепла, определяемым по формуле.

Этот коэффициент характеризует степень необратимости рабочего цикла холодильной установки и является мерой ее термодинамического совершенства. Из двух холодильных установок, работающих в одном и том же интервале температур, более совершенной является та, у которой коэффициент использования тепла больше. Преимуществом пароэжекторной установки является отсутствие громоздкого и дорогостоящего парового компрессора, а, кроме того, возможность использования весьма низкого давления р₂ без значительного увеличения габаритов установки. Это дает возможность применения в качестве холодильного агента воды.