Термодинамічні аспекти ефективного застосування попереднього охолодження у циклах кріогенних установок і холодильних машин

2022

Holodilʹnaâ Tehnika i Tehnologiâ, Vol 58, Iss 4, Pp 195-203 (2022)

Попереднє охолодження почали застосовувати у кріогенних установках майже 120 років тому. У 1900 р. на міжнародній промисловій виставці у Парижі вперше демонструвався зріджувач повітря, створений Лінде. У ньому використовувався кріогенний регенеративний цикл із подвійним дроселюванням та циркуляцією частини потоку повітря високого тиску. До складу установки було введено аміачну холодильну машину для охолодження повітря до температури –50 °С. Пізніше попереднє охолодження почали застосовувати й у інших кріогенних установках. Таке охолодження є принципово обов'язковим у водневих та гелієвих зріджувачах і рефрижераторах, в зріджувачах природного газу, установках для виробництва низькотемпературного рідкого діоксиду вуглецю. Зумовлено це тим, що верхні температури інверсії дросель-ефекту водню та гелію істотно нижчі від температури навколишнього середовища, а саме –69 і –233 °С (204 і 40 К), відповідно. У статті вперше наведено виведення формули, що дозволяє здійснювати початкову оцінку ступеня покращення показників кріогенної установки (КУ), в якій застосовується попереднє охолодження кріоагенту за допомогою парокомпресорної холодильної машини (ПХМ). У КУ реалізується регенеративний дросельний цикл на азоті, ПХМ працює на аміаку. Розглянуто два варіанти організації попереднього охолодження на рівнях температур 240 і 220 К. При розрахунках кріогенної установки зі з’єднаними термодинамічними циклами прийнято, що холодопродуктивність КУ незмінна і дорівнює 100 Вт при температурі 77,35 К. Попереднє охолодження до 240 і 220 К дозволило підвищити холодопродуктивність системи «КУ+ПХМ» до 165,6 та 199,7 Вт. Коефіцієнт ефективності системи зріс у 1,63 та 1,93 рази. Приблизно у стільки ж разів збільшився ексергетичний ККД. Використання попереднього охолодження таким чином дозволяє суттєво покращувати показники з'єднаних циклів

article

English
Ukrainian

Odesa National University of Technology, 2022.

кріогенний регенеративний дросельний цикл, з'єднані термодинамічні цикли, попереднє охолодження, парокомпресорна холодильна машина, коефіцієнт перетворення (сoр), ексергетичний ккд, Electrical engineering. Electronics. Nuclear engineering, TK1-9971, Environmental technology. Sanitary engineering, TD1-1066