Теоретическое обоснование и практическая реализация схем «бихладагентной» и «двухкомпрессорной» холодильных машин

Условия работы холодильной машины обусловливают ее энергетическую эффективность. Для некоторых производств, в частности, в пищевой промышленности, характерно сезонное (краткосрочное) потребление холода в области низких температур (-40 ℃ и ниже), когда требуется быстрая заморозка продукта для достижения его высокого качества благодаря мелкодисперсной кристаллизации влаги и «удару» «шоковой» для психрофильных микроорганизмов температурой. Исходя из указанной проблемы, возникает целесообразность в периодическом использовании низкотемпературного холодильного агента, который с рациональной технической позиции не всегда сочетается с постоянной требуемой температурой холодильного хранения ввиду возможной работы в условиях вакуума и др. трудностей. Часто разница между температурным режимом необходимой краткосрочной (сезонной или периодически возникающей) обработки и постоянным (основным) температурным режимом (например, холодильного хранения продуктов) достигает значения 20 ℃ и более, что налагает определенные ограничения на проектирование или эксплуатацию холодильной машины. В этой связи более перспективными являются малые и средние холодильные машины с возможностью работы на двух холодильных агентах (например, низкотемпературном и среднетемпературном, с периодической автоматической взаимной заменой). Такая холодильная машина в статье условно названа «бихладагентной». Указанные выше трудности решаются также представленной схемой «двухкомпрессорной» холодильной машины, в которой реализована возможность ее работы при периодической смене режимов с одноступенчатой на двухступенчатую и обратно, по потребности в соответствующих перепадах давлений кипения и конденсации.

Обоснование. Условия внешней среды и температура кипения, как известно, налагают определенные требования на подбор холодильного агента и расчет холодильной машины, что часто обусловливает разбивку расчетного периода работы холодильной машины на два сезона: летний и зимний, или основной режим работы (например, холодильное хранение) и неосновной (например, замораживание сезонных или периодически поступающих на холодильник продуктов). Особенно остро такая необходимость может возникать в сезонных холодильниках и холодильниках, работающих в условиях больших перепадов температур окружающей среды, периодически возникающих в некоторых географических районах. Потребность в двухсезонной («бихладагентной») холодильной машине возникает не по причине колебания коэффициента преобразования (COP) при разных условиях внешней среды (хотя это имеет место) или смены режима работы с холодильного цикла на тепловой (тепловой насос), а вследствие сезонности поступления продуктов, подлежащих первичной обработке (быстрому замораживанию).

Цель работы — теоретически обосновать практическую реализацию схем «бихладагентной» и «двухкомпрессорной» холодильных машин.

Методы. Использован метод теоретической разработки, который позволил предложить схемы «бихладагентной» и «двухкомпрессорной» холодильных машин. Объектами исследования послужили схемы парокомпрессионных холодильных машин.

Результаты. Разработана принципиальная схема «бихладагентной» холодильной машины, работающей на периодически сменяющих друг друга «сезонных» хладагентах, и представлена принципиальная схема «двухкомпрессорной» холодильной машины, предусматривающей возможность периодической смены одноступенчатого цикла на двухступенчатый; представлена схема автоматического управления предлагаемыми решениями на примере «бихладагентной» холодильной машины; представлено математическое сопровождение и обоснование разработанных схем.

Заключение. Исследования позволяют сделать вывод о теоретически обоснованной возможности применения схем «бихладагентной» и «двухкомпрессорной» холодильных машин, например, на производствах с сезонным краткосрочным поступлением продуктов небольшой периодичности, подлежащих быстрому (низкотемпературному) замораживанию, или на других производствах, требующих периодическую смену температур кипения холодильного агента. Задерживающим фактором применения предлагаемой схемы «бихладагентной» холодильной машины может стать подбор компрессорного масла, способного работать на двух хладагентах, и необходимость тщательного решения проблемы циркуляции и его возврата в компрессор. Однако, следует отметить, что эта проблема также является разрешимой.