разное

Регенеративный теплообменник

В различных типах холодильных машин и тепловых насосов регенерация тепла применяется чрезвычайно широко. В парокомп - рессорных машинах регенеративный теплообменник (РТО) устанав­ливают на линии жидкого рабочего вещества после конденсатора и на линии пара после испарителя (рис.7.7).

Переохлаждение жидкости имеет смысл для рабочих веществ, у которых левая пограничная кривая в диаграмме T-s более пологая, что соответствует большему значению теплоемкости насыщенной жидкости. Переохлаждением жидкости в РТО возможно достичь значительно более низких температур перед дроссельным вентилем, чем при использовании внешней охлаждающей среды в переохла­дителе.

Рис.7.10. Холодильная машина (тепловой насос) с регенеративным теплообменником: а) схема; б, в) циклы

Назначение РТО анализируют с точки зрения двух явных факторов, которые могут быть продемонстрированы при построении цикла и одного «скрытого» эксплуатационного фактора:

• обеспечение «сухого хода» компрессора. Имеется большая группа рабочих веществ, у которых изоэнтропы в области перегретого пара в диаграмме lgp-h проходят очень круто. Таким образом, для обеспечения сухого хода процесс сжатия необходимо «перенести» в диаграмме состояний в область перегретого пара, при этом перегрев на всасывании должен быть полезным;

• увеличение удельной холодопроизводительности. Для увели­чения удельной холодопроизводительности рабочее вещество перед дросселированием должно быть переохлаждено до минимально воз­можной температуры. Переохлаждение жидкости рационально осу­ществлять за счет перегрева пара, т. е. в результате регенеративного теплообмена;

• частичное выпаривание рабочего вещества из его смеси с маслом. Как указывалось ранее, имеется большое количество рабочих веществ полностью растворимых с маслом. Во избежание выпарива­ния рабочего вещества из смеси с маслом в процессе сжатия (внутри цилиндра), рабочее вещество необходимо выпарить до поступления в компрессор. Таким образом целесообразным является перегрев рабочего вещества на всасывании.

Термодинамический анализ РТО:

• СОР холодильной машины без РТО определяется как

СОР = Ло_ ™км

Или в графической интерпретации по диаграмме T-s (рис.7.10б)

СОР = ^-б-к-с) (73б)

Пл. (6- f -3-е—6 )

• СОР холодильной машины с РТО

С0Р= Зо-^о (74а)

WKM + Aw ш

Или

СОР = Ш+ пл(с-к-5-d ) _

~ wi.(6-f - З-е-6) + пл.( 1 -2 — f -6

/ J (7.46)

Пл.(Ь-6-5 — d)

Пл. (1-2-3-4-e-l)

Рациональность включения РТО определяют следующим образом:

• если прирост удельной холодопроизводительности Aq0 опережает прирост удельной работы компрессора AwKM, то РТО устанавливать целесообразно как с точки зрения термодинамики, так и с точки зрения эксплуатации;

• если СОР холодильной машины при включении РТО не изменяется (например, для R22), то его рекомендуется устанавливать в целях безопасности эксплуатации для обеспечения «сухого хода»;

• если прирост удельной холодопроизводительности Aqo меньше прироста удельной работы AwKM, то РТО устанавливать нецелесообразно, а «сухой ход» компрессора следует обеспечить другими способами.

Тепловой баланс РТО как любого теплообменного аппарата записывается на основании Первого закона термодинамики в виде равенства подведенного и отведенного тепла. В качестве отведенного выступает тепло, отбираемое от жидкого рабочего вещества высокого давления (после конденсатора), в качестве подведенного - тепло, подводимое к пару рабочего вещества низкого давления (после испарителя)

Qnapa &жидк '

(7.5)

Рис.7.11. К термодинамическому анализу РТО

Поскольку расход рабочего вещества одинаков во всех элементах холодильной машины, то

Я „ара = Я жид, (7.6а)

Или

Hj ~h6 =h3 - h4. (7.66)

В диаграмме T-s тепловой баланс РТО запишется через соответствующее равенство площадей (рис.7.11)

Пл.(а-1-6 - Ь) = пл.( с -3-4 — d). (7.6в)

Тепло может быть представлено также произведением тепло­емкости и разности температур, тогда тепловой баланс РТО имеет вид

С пара (Т,-Т6) = сжидк (Т3~Т4). (7.7)

Для всех рабочих веществ спара < сжидк, тогда (Т,-Т6)>(Т3-Т4).

Поскольку для веществ, применяемых в холодильных машинах и тепловых насосах ( 7,5... 3 ) • спара ~ сжидк, то

Для построения цикла холодильной машины (теплового насоса) с РТО необходимо рассмотреть правила определения термодинамический параметров в точках 1 и 3.

Температуру в точке 1 (выход пара из РТО) возможно определить двумя способами:

• по температуре недорекуперации на «теплом конце РТО» - АТндр (рис.7.8)

Т^Т3-АТндр, (7.8)

Где величина АТндр задается произвольно в диапазоне 5...20 град;

• по заданной величине КПД РТО (rjpro)- Этот способ является наиболее современным, особенно при необходимости проводить вариантные расчеты. Величина Т}РТО определяется как отношение реального перегрева пара (Т}-Т6) к теоретически возможному (Tj-T6)

(7-9)

Где г]рТО задают, используя рекомендованные значения: для низкотемпературных холодильных машин t]PTO - 0,5 .. 0,65; для среднетемпературных холодильных машин Т]РТо = 0,65 ..0,8; для высокотемпературных холодильных машин rjPT0 = 0,8 .. 0,9.

Энтальпию в точке 4 определяют на основании теплового баланса РТО - ур.(7.5б).

Отметим, что даже при условном графическом изображении цикла следует соблюдать равенство для построения цикла

В диаграмме lgp-h и неравенство (h}-h6)>(hr-h4) - для диаграммы T-s.