УДК 621.56/58
М. А. К о л о с о в, И. М. А р т е м о в
КАСКАДНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА
С ВАКУУМНОЙ СТУПЕНЬЮ НА ВОДЕ
Рассмотрена инновационная двухкаскадная холодильная установка
с вакуумной нижней ступенью, использующая в качестве рабочего
тела воду. Вакуумная ступень смонтирована в едином блоке, ко-
торый включает в себя уникальный по размерам турбокомпрессор,
концевой теплообменник-конденсатор, камеру с мешалкой и дру-
гие элементы. Такое конструктивное решение позволило создать
экологичные холодильные установки, которые обеспечивают вы-
сокие показатели эффективности в сочетании со снижением роли
озоноразрушающих и парниковых рабочих тел. На базе таких уста-
новок уже сегодня разрабатываются высокопроизводительные ре-
фрижераторы, генераторы жидкого льда и снегогенераторы.
E-mail:
kolosov@power.bmstu.ru
;
artemov@himholod.ru
Ключевые слова
:
парокомпрессионный цикл, ступень сжатия, каскадная холо-
дильная установка, каскад охлаждения, вакуумный блок, вода как хладагент,
жидкий лед, экологическая безопасность, энергетическая эффективность.
В последние годы вода в качестве рабочего тела холодильных ма-
шин находит весьма ограниченное применение, например, в пароэжек-
торных или абсорбционных холодильных машинах. Это связано с вы-
сокой температурой тройной точки воды (0,01
◦
С), низкими давлени-
ями кипения и проблемами конструирования компрессоров для этих
условий. Однако ужесточение экологических требований и появление
на рынке более эффективных машин создают предпосылки для реали-
зации новых циклов, использующих воду в качестве хладагента.
Таким примером применения воды в качестве хладагента может
служить двухкаскадная холодильная установка с вакуумно-испари-
тельной нижней ступенью, в которой вода охлаждается и частично
замораживается. В нижней ступени вода испаряется в вакуумной ка-
мере, поглощая большое количество теплоты, при условиях, близких
к тройной точке воды, т.е. при давлении примерно 600 Па и при тем-
пературе около 0
◦
С. Вода выступает в этом цикле и как рабочее тело,
и как аккумулятор произведенного холода. Продуктом работы такой
холодильной установки является жидкий лед (бинарный лед, ледяная
шуга, ise slurry) — гомогенная смесь кристаллов льда и воды, которая
перекачивается как жидкость и имеет прекрасные хладоаккумулирую-
щие показатели.
Использование каскадного цикла при температуре замерзания
воды теоретически совершенно неоправданно. Однако использова-
ние встроенной конструкции турбокомпрессора и теплообменника-
конденсатора в сочетании с низкими давлениями испарения и боль-
шим объемом перекачиваемых водяных паров делают такое техниче-
ское оформление цикла эффективным и оправданным.
214
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012