Классификация и особенности работы парокомпрессионных холодильных установок.

По назначению установки делятся на три класса — рефрижераторы, ожижители и разделительные установки. Рефрижераторы (как холодильные, так и криорефрижераторы — класс R) предназначены для отвода теплоты на уровне То ниже температуры окружающей среды. По характеру протекающих в них процессов рефрижераторы делятся на два вида — со стационарными потоками и с нестационарными потоками. У первых в каждой точке схемы (при работе в установившемся режиме) все параметры (температура, давление, расход и т. д.) неизменны по времени, у вторых эти параметры переменны по времени и проходят циклические изменения. Ожижители предназначены для перевода в жидкое состояние газа, подаваемого в них при температуре, близкой к Т0. с. К тому же классу относятся установки для получения замороженных газов. Разделительные установки предназначены для разделения газовых смесей с целью получения одного или нескольких входящих в них компонентов. Существуют и комбинированные установки, например установки, которые могут работать в разных режимах — и как рефрижераторы, и как ожижители, или такие, которые выдают один или несколько продуктов разделения в жидком виде. По агрегатному состоянию рабочего тела установки делятся на газовые, газожидкостные, парожидкостные и твердотельные. Газовые — установки, в которых рабочее тело во всех процессах остается в газообразном состоянии. Газожидкостные — установки, в теплой части которых рабочее тело находится в виде газа при температурах, далеких от критической, а в холодной части — в виде влажного пара и жидкости. Такие установки обычно работают в большом интервале температур. Парожидкостные — установки, в которых рабочее тело находится либо в виде жидкости и влажного пара, либо в виде перегретого пара при температурах ниже критической или близкой к ней. Применяются в основном в холодильном оборудовании при относительно небольших интервалах температур. Парожидкостные холодильные установки в зависимости от принципа работы делятся на три вида: парокомпрессионные, работа которых основана на сжатии в компрессоре сухого насыщенного или незначительно перегретого пара рабочего тела; абсорбционные, в которых сжатие пара основано на абсорбции рабочего тела при То.с и его десорбции при более высокой температуре; струйные, в которых сжатие рабочего тела производится путем использования кинетической энергии рабочего потока. Твердотельные — установки, в которых для охлаждения используется твердое рабочее тело. Рабочие тела, используемые в холодильных установках, называются хладагентами, в криогенных — крио-агентами. Вещества, используемые для передачи теплоты от охлаждаемого объекта к рабочим телам установок, называются хладоносителями.

На рис представлено использование теплового насоса для охлаждения оборотной воды, охлаждающей конденсатор паровой турбины тепловой электростанции. Для охлаждения оборотной воды обычно применяются градирни. Применение  теплового насоса позволяет  снизить

затраты воды, поступающей на подпитку системы водоснабжения, улучшить экологическую обстановку вблизи градирни. Уменьшение температуры воды, поступающей в конденсатор за счет более глубокого ее охлаждения позволяет увеличить КПД станции.

На  рис  представлено  использование  теплового  насоса  для  утилизации  тепла  вентиляционных  выбросов промышленного предприятия. Использование  теплового  насоса  в  такой  схеме  позволяет  отказаться  от  традиционного  в  таких  случаях использования теплообменников-утилизаторов. Теплоты, вырабатываемой насосом обычно оказывается достаточно для подогрева воды, обеспечивающей работу калориферов, нагревающих приточный воз-

дух. Часто источником для работы теплового насоса являются сточные воды промышленного предприятия. Обычно эти воды  кроме растворенных или взвешенных примесей имеют еще и высокую  температуру. Перед сливом в промышленную канализацию эти воды должны быть предварительно охлаждены, чтобы не оказать вредного воздействия на систему биологической очистки. Тепловой насос не только охлаждает сточные воды, но и нагревает теплоноситель для системы теплоснабжения.

1,2 – ступени сжатия воздуха в компрессоре, 3 – промежуточный водовоздушный теплообменник, 4 – тепловые насосы, 5 – камеры сгорания, 6 – газовая турбина, 7 – котел-утилизатор.

Применение газотурбинных установок для выработки электроэнергии рис дает возможность использовать тепловые насосы как для охлаждения уходящих продуктов сгорания (при этом часть тепла целесообразно использовать в котлах-утилизаторах или рекуперативных теплообменниках), так и для понижения температуры теплоносителя, обеспечивающего промежуточное охлаждение ступеней компрессора. Промежуточное охлаждение ступеней компрессора увеличивает КПД газотурбинной установки и существенно  уменьшает  выброс  в  атмосферу  окислов  азота. Сама  газотурбинная  установка может  служить как источник электрической или механической энергии для теплового насоса. Особо следует разобрать случаи, когда применение тепловых насосов не оправдано.

1.  В качестве источника теплоты для работы нецелесообразно применять теплоту специально сжигаемого для этих целей топлива, даже в том случае, если это топливо является очень дешевым. 2.  Источником теплоты для теплового насоса не следует брать «обратную» воду систем теплоснабжения,  отдавшую  теплоту  в  отопительных  приборах. 3.  При использовании в качестве источника теплоты воздуха окружающей среды следует иметь в виду, что  существует  порог  температуры  кипения  рабочего  агента  и  соответствующей  температуры  наружного воздуха, когда работа теплового насоса становится невозможной. Таким  образом,  при  низких  температурах  воздуха  работа  таких  тепловых  насосов  становится сначала неэкономичной (вследствие уменьшения коэффициента преобразования), а затем физически невозможной.