Автокаскадные системы

Рабочие характеристики

В этой системе, два хладагента, которые имеют значительно отличающиеся точки кипения, сжимаются и подаются одним компрессором. Предположите, что один хладагент R-23 (нормальная точка кипения −82°C), и второй хладагент R-404a (нормальная точка кипения −46,7°C). Предположите, что температура окружающей среды 25°C и что конденсатор является бесконечно эффективным. С должным образом подобранными комплектующими, эта система должна быть способна достигнуть минус 60°C в абсорбере, в то время как степень сжатия поддерживается на уровне 5,1:1. Поскольку смесь хладагентов нагнетается через главный конденсатор и охлаждена до 25°C на выходе, давление на выходе компрессора поддерживается на уровне 1524 kPa (15,24 ат).

При этих условиях, фактически весь R-404a конденсируется при 35°C и затем далее охлаждает подохлажденную жидкость. Хотя R-23 молекулы присутствуют и в жидкости и в паровых фазах, R-23 прежде всего пар из-за большой разности в точках кипения этих двух хладагентов. Фазовый сепаратор (отделитель жидкости), расположенный на выходе из конденсатора, отделяет жидкость гравитационным эффектом, и пар R-23 удаляется из выпускного отверстия фазового сепаратора к теплообменнику 7. У основания фазового сепаратора, находится дросселирующее устройство, которое адиабатически дросселирует собранный жидкий R-404a, с таким выпускным отверстием, что хладагент кипит при температуре −19°C при 220 kPa (2,2 ат) (Weng 1995).

Этот холодный поток немедленно направляется в противотоке в теплообменник, так, что пары R-23 конденсируются в жидкость при −17°C и 1524 kPa. Жидкий R-23 адиабатически расширяется при дросселировании через второе дросселирующее устройство при −60°C. Поскольку в адсорбере имеется соответствующее количество теплоты, смесь R-23 с парами R-404a кипит в испарителе, обеспечивая холодный источник для того, чтобы конденсировать R-23 на стороне высокого давления теплообменника. После испарителя в перегретых условиях, смесь пара возвращается к всасыванию в компрессора для следующего цикла.

Как можно заметить из этого простого примера, автокаскадный эффект происходит по короткому циклу цепи хладагента в пределах системы, который выполняет только внутреннюю работу для конденсации более низкотемпературного хладагента. Концепция одноступенчатого цикла может быть расширена до множественных стадий. Рисунок 2 показывает гидравлическую схему четырехступенчатой системы. Конденсация и последующее расширение одного хладагента обеспечивают охлаждение, необходимое для конденсации следующего хладагента в нисходящем потоке теплообменника. Этот процесс продолжается, пока последний хладагент с самой низкой точкой кипения не выкипит, чтобы достигнуть чрезвычайно низкой температуры.

Обсуждение проекта

Размеры (площадь поверхности) теплообменника. Поскольку имеется значительное количество хладагента в виде пара в каждой стадии теплообменника, общие коэффициенты теплопередачи и на низкой стороне и на высокой стороне являются довольно малыми по сравнению с такими же у обычных одностадийных холодильных установок. Поэтому, развитая площадь теплопередачи должна быть обеспечена для энергетического обмена между хладагентами и на высокой и на низкой сторонах.

Дросселирующие устройства. Каждое дросселирующее устройство должно иметь такую производительность, чтобы обеспечить достаточный эффект охлаждения для смежного теплообменника нисходящего потока.

Смазка компрессора. Должны быть применены общие руководящие принципы для смазки систем охлаждения.