ЕЖЕКТОРНІ ХОЛОДИЛЬНІ ТЕХНОЛОГІЇ

Перша ежекторна холодильна машина (ЕХМ), що працювала на воді, була збудована на початку 1900 рр. До переваг пороводяної ежекторної холодильної машині (ПВЕХМ) належать її вийняткова простота конструкції, надійність та безпечність роботи, малі капітальні та експлуатаційні витрати. Слід також зазначити, що холодильним агентом ПВЕХМ є вода - відносно дешева, доступна та нешкідлива природня речовина. Пізніше холодильні машини такого типу застосовувалися в системах комфортного кондиціювання великих громадських та житлових будівель, а також у різних галузях промісловості для охолодження води.

Основними недоліками ПВЕХМ є:

  1. Низькі енергетичні показники (COP).
  2. Необхідність у робочій парі високих параметрів.
  3. Глибокий вакуум у випарнику та конденсаторі, та необхідність видалення повітря з системи, що ускладнює схему установки та потребує додаткових витрат енергії.
  4. Великі габарити та маса ежектора та ежекторної холодильної машини.
  5. Складності отримання температури кипіння у випарнику нижче 0 °C (застосування розсолу викликає ряд експлуатаційних труднощів, які збільшують енергетичні витрати).

Пароводяний ежектор

Саме ці недоліки, а також інтенсивний розвиток більш ефективних та компактних компресійних холодильних машин, призвели до зниження інтересу до ПВЕХМ та різкому скороченню їх виробництва наприкінці 1950-х років. При цьому збереглося застосування таких машин у невеликих кількостях для охолодження води, яка застосовується для виробничих та технологічних потреб.

Сьогодні, у зв'язку з підвищенною актуальністю енергозбереження та охорони навколишнього середовища, інтерес до ПВЕХМ відновився, та активізувалися науково-дослідні роботи в напрямку їх удосконалення. Однак незважаючи на велику кількість досліджень, через спеціфічні властивості робочої речовини, що застосовується у ПВЕХМ, більшість недоліків, у тому числі низькі енергетичні показники, не можуть бути усунуті.

Заміна води низькокиплячими робочими речовинами дозволяє усунити більшість перерахованих вище недоліків ПВЕХМ.

Основними елементами ЕХМ є ежектор, парогенератор, випарник, конденсатор, терморегулюючий вентиль та живильний насос. На Рисунку 1 наведена принципова схема простої ЕХМ, що працює на низькокиплячих речовинах.

Рисунок 1. Принципова схема ЕХМ

Рисунок 1. Принципова схема ЕХМ

ЕХМ працює наступним чином. Насичена робоча пара з масовою витратою GP, що утворилася у парогенераторі у наслідок підведення теплоти від гріючої середи, надходить у сопло ежектора, розштрюється у ньому та підсмоктує з випарника насичену пару з масовою витратою G0. Стиснена у дифузорі ежектора суміш парів з витратою (GP+G0) надходить до конденсатора, де зріджується. Рідкий холодильний агент, що виходить з конденсатора, розділюється на два потоки, один з яких живильним насосом повертається до парогенератора, а інший знижує свій тиск та температуру у терморегулюючому вентилі та надходить до випарника для виробництва холоду.


Основним елементом ЕХМ є ежектор - струминний апарат, призначений для всмоктування парів холодильного агенту з випарника, їх стискання та нагнітання у конденсатор. Аналогічні функції у схемі традиційної парокомпресійної холодильної машини (ПКХМ) виконує компресор, який приводиться у дію від електродвигуна.

Ежектор з ціліндричною камерою змішування

a) Ежектор з ціліндричною камерою змішування

Ежектор з конічно-циліндричною камерою змішування

b) Ежектор з конічно-циліндричною камерою змішування

Рисунок 2. Принципова схема надзвукового ежектору

Основна відмінність ЕХМ від традиційної ПКХМ полягає в тому, що робота, яка витрачається на виробництво холоду у циклі, не підводиться від зовнішнього джерела, а виробляється у самому контурі машини. Цикл ЕХМ поєндує у собі паросиловий цикл Ренкіна та зворотній цикл ПКХМ, а ежектор, у свою чергу, виконує функції турбіни, компресора та передатного механізму, але не має рухомих елементів та конструктивно значно простіший останніх.

На Рисунку 2 наведені типові схеми надзвукових ежекторів. Ежектор складається з сопла, приймальної камери, камери змішування та дифузора. В ежекторі відбувається перетворення потенційної енергії робочого потоку в кінетичну енергію, яка частково передається ежектованому потоку шляхом безпосереднього контакту. При русі по проточній частині струминного апарату відбувається змішування потоків в камері змішування, вирівнювання їх швидкостей та зворотнє перетворення кінетичної енергії змішаного потоку у потенціальну енергію в дифузорі. В результаті обміну енергією та змішування робочого та ежектованого потоків, які мають різні тиски, утворюється змішаний потік з проміжним тиском.