Вакуумные холодильные установки и холодоаккамуляторы водного льда

Рис. 1. Сравнение коэффициентов эффективности
вакуумно-испарительной холодильной машины на воде
с аналогичными показателями фреоновых водоохладителей
в зависимости от конечной температуры охлажденной воды [1]

В отечественной и зарубежной литературе замечен рост публикаций по холодильным машинам, работающим на воде. В статье [1] убедительно показаны преимущества воды как холодильного агента. В частности, коэффициент эффективности вакуумно-испарительной холодильной машины на воде выше, чем в традиционных парокомпрессионных фреоновых машинах (см. рис. 1).

Зарубежные исследователи вакуумных холодильных установок на воде, в основном рассматривают в качестве насос-компрессорных агрегатов центробежные и осевые машины. В отечественной вакуумной технике имеется разработка центробежного вакуумного насоса-компрессора ЦВН-500 с четырьмя ступенями сжатия и числом оборотов 12000 об/мин. Давление всасывания может меняться от 0,7 мбар до 75 мбар [2]. Ожидаемая холодильная мощность при работе на воде при температуре 6-8°С составит более 300 кВт.

Для малых установок особый интерес представляют двухроторные вакуумные насосы, которые выпускаются российской промышленностью со скоростями откачки 50, 150, 500 и 1500 л/с. Используя централь из насосов с параллельной их работой, можно получить холодильную мощность 18-25 кВт при конечной температуре воды 2-5°С. Такой диапазон холодильной мощности отвечает потребностям сельского хозяйства (охлаждение молока на молочных фермах, транспортировка живой рыбы в ледяной воде, охлаждение камер по выращиванию грибных мицелий и т.д.).

Резервы повышения холодильной мощности в установках с двухроторными машинами связаны в первую очередь с возможностью увеличения числа оборотов роторов как минимум в 1,5-2 раза, что возможно либо с применением частотного преобразования, либо с установкой повышающей передачи на стороне ведущего вала насоса компрессора. Первый вариант более предпочтителен, т.к. габариты и масса установки остается практически неизменными. В итоге холодильная мощность установки в форсированном варианте может достичь 40-50 кВт, что представляет интерес и для промышленного использования.

На основе имеющегося опыта исследований вакуумно-испарительных холодильных машин на воде можно с большой степенью уверенности утверждать, что расход энергии на охлаждение 1 т воды с 33°С до 3°С при использовании вакуумных установок малой производительности на 20-30% ниже по сравнению с существующими образцами водоохладителей на фреонах [3].

Вакуумные холодильные установки можно применить и для производства водного льда и водо-ледяной пульпы, которые в последствии могут быть использованы как хладоемкая масса. Процесс вакуумного получения водного льда аналогичен процессу вакуумного охлаждения воды и может быть осуществлен на той же установке с минимальным конструктивными изменениями.