КАСКАДНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ И ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ
Для производства холода на температурном уровне ниже -80...—70°С используют каскадные холодильные машины. Каскадные холодильные машины рассматривают как альтернативу двух - и трехступенчатым холодильным машинам. Идея создания каскадной холодильной машины[43] встречается в работах Р. Планка (1928 год), Х. Инокути (1929 год), К. Линде (1937 год), В. Нибергалла (1940 год), впервые в отечественной литературе эта машина описана Б. С.Вейнбергом в 1949 году.
Создание каскадной холодильной машины направлено на исправление основного недостатка многоступенчатых низкотемпературных холодильных машин - эксплуатационных проблем, чтобы большая разность между температурными уровнями окружающей среды и производства холода не оказывала бы существенного влияния на разность соответствующих давлений. Это дает возможность использовать серийно выпускаемое оборудование без затрат дополнительных средств на особые условия его эксплуатации.
Каскадная холодильная машина представляет собой две самостоятельные холодильные машины (рис.15.1), в каждой из которых циркулирует свое рабочее вещество. Каскадная холодильная машина производит холод только на одном температурном уровне. С точки зрения терминологии, каждая холодильная машина, входящая в состав каскадной машины, называется каскадом.
Т гл 1 |
12 |
||
Т?" |
ЇЗ/ткрД/ |
||
/ |
Г 2 |
||
TF |
/ х |
3 /TKPKV |
|
ТПр — |
/----- у>оТо ^ |
— А------ Г |
|
TS" |
' 14 11 |
/ V |
|
Тнк То |
/ [44] / JoPO ^ |
||
/ 4 1 |
S |
12 11 |
Верхний каскад нижний каскад а) |
|иі11Иі| |
Igp
13/PkV
|
Р-Т7 |
Нижнии каскад |
12 З |
Но 'о |
9ВК |
В)
Рис. 15.1. Простейшая каскадная холодильная машина:
А) схема; б, в) цикл
Каскады бывают нижний и верхний в зависимости от рабочих температур термодинамического цикла.
Нижний каскад представляет холодильную машину, в испарителе которой производится холод (полезный эффект машины), а в качестве охлаждающей среды для конденсатора используется холод, произведенный в испарителе верхнего каскада. Таким образом каскады связаны посредством теплопередачи в испарителе-конденса - торе*. Тепло конденсации верхнего каскада передается в окружающую среду.
Рабочее вещество каждого каскада выбирают в соответствии с принципами, описанными в главе 6.
Каскадные машины нашли применение в том числе и в качестве высокотемпературных тепловых насосов, чаще, промышленных, например, для выпаривание растворов и других технологических процессов.
По температурным уровням работы каскадные машины бывают двух типов:
• низкотемпературная холодильная машина для производства холода на температурном уровне -150 ... -80°С;
• высокотемпературный тепловой насос для производства тепла на температурном уровне 120 ... 200°С.
Распространение каскадных холодильных машин (с 1950 годов) стало возможным в связи с началом широкого синтеза новых рабочих веществ HFC - и CHFC-типа:
• низкотемпературных, например, R-13, R-23;
• высокотемпературных, например, R-142b.