Структурная схема газожидкостного трансформатора теплоты
Все криогенные трансформаторы теплоты, независимо от назначения можно представить себе в виде единой структурной схемы. Они все содержат ступени одинакового назначения. Рассмотрим структурную схему газожидкостного трансформатора теплоты в виде воздухосжижительной установки (рис. 1.1).
Ступень подготовки рабочего тела (СПТ) располагается выше температурного уровня окружающей среды То.с. Задача СПТ – повысить эксергию рабочего тела (воздуха) для работы установки в целом. Она достигается повышением давления воздуха в компрессоре за счет подвода механической (электрической) энергии Еподв, с отводом теплоты охлаждения Qо.с в окружающую среду.
Рис.1.1. Структурная схема газожидкостного трансформатора теплоты:
СПТ – ступень подготовки рабочего тела; СПО – ступень предварительного охлаждения; СОО – ступень окончательного охлаждения; СИО – ступень использования охлаждения
Ступень подготовки рабочего тела (СПТ) располагается выше температурного уровня окружающей среды То.с. Задача СПТ – повысить эксергию рабочего тела (воздуха) для работы установки в целом. Она достигается повышением давления воздуха в компрессоре за счет подвода механической (электрической) энергии Еподв, с отводом теплоты охлаждения Qо.с в окружающую среду.
Непосредственно за СПТ размещается ступень предварительного охлаждения (СПО). Здесь охлаждение осуществляется, как правило, за счет регенерации холода. Но может применяться и вспомогательная холодильная машина – как дополнение. Характерная особенность – процессы в СПО протекают при температуре существенно ниже То.с.
Далее идет ступень окончательного охлаждения (СОО). Здесь рабочее тело охлаждается до самой низкой температуры – температуры конденсации (кипения) воздуха Т0. Здесь используются процессы внутреннего охлаждения – дросселирование воздуха и расширение его в детандере.
Непосредственно к СОО примыкает ступень использования охлаждения (СИО). В этой ступени L-системы отводится жидкий воздух. С этим воздухом отводится и часть эксергии холода – Eq.
Если трансформатор теплоты работает в режиме рефрижератора (R-система), то отвода жидкого воздуха нет. Теплота охлаждаемого объекта Q0 идет на испарение жидкого воздуха. При этом эксергия Eq передается охлаждаемому объекту.
Как уже указывалось в классификации, установки L(и R)-систем, в зависимости от способов внутреннего охлаждения в СОО, подразделяются на два основных вида:
- дроссельные – с охлаждением воздуха дросселированием (в так называемых ступенях Линде);
- детандерные – с охлаждением воздуха расширением в детандере (в ступенях Сименса).
Ступенью называют расширитель в комплекте с теплообменниками для регенеративного охлаждения воздуха.
Охлаждение воздуха в детандере используется не только в СОО, но и в СПО (схемы Клода, Гейландта, Капицы).
Термодинамические основы сжижения газов