Эжекторы (экономиторы) в холодильных циклах

В мире промышленного холода, где счет за электроэнергию идет на миллионы, каждый процент повышения эффективности оборудования имеет огромное значение. Одной из ключевых технологий, позволяющих достичь значительной экономии, является использование эжекторов, или, как их часто называют, эжекторных экономиторов. Это решение, основанное на фундаментальных законах термодинамики, позволяет «вернуть» часть энергии, которая в стандартных циклах безвозвратно теряется.

Проблема стандартного холодильного цикла

Чтобы понять ценность эжектора, нужно вспомнить, как работает обычный одноступенчатый холодильный цикл. После конденсатора жидкий хладагент высокого давления дросселируется (резко снижает давление) в терморегулирующем вентиле (ТРВ). Этот процесс не регулируемый и необратимый. Энтальпия (запас энергии) хладагента остается неизменной, но его температура и давление падают, а часть жидкости мгновенно испаряется. Эта "холодная" парожидкостная смесь направляется в испаритель.

Главный недостаток дросселирования: потерянная работа. Энергия, которая тратится в компрессоре на сжатие пара, частично рассеивается в процессе дросселирования, не производя полезной работы. Кроме того, пар, образовавшийся при дросселировании, лишь затрудняет работу испарителя, снижая его эффективность.

Что такое эжектор и как он работает?

Эжектор (эжекторный экономитор) — это статическое устройство без движущихся частей, которое использует эффект Вентури для повышения давления парообразного хладагента на всасывании в компрессор, используя для этого поток жидкого хладагента высокого давления.

Принцип его работы можно разбить на несколько этапов:

1. Рабочий поток (Мотив): Часть жидкого хладагента высокого давления после конденсатора не направляется сразу на дросселирование, а подается в сопло эжектора. Проходя через сужающееся сопло, жидкость резко ускоряется, а ее давление падает. Кинетическая энергия потока возрастает.

2. Подсос (Всасывание): На выходе из сопла создается зона очень низкого давления. Эта зона подключена к линии, по которой отводится пар из испарителя или из специального сепаратора жидкости. Низкое давление "затягивает" этот пар низкого давления (всасываемый поток) в камеру смешения эжектора.

3. Смешение и выравнивание: Высокоскоростной поток жидкости и пар низкого давления интенсивно смешиваются в камере смешения. Происходит обмен энергией: жидкость тормозится, а пар ускоряется.

4. Диффузор (Восстановление давления): Смешанный поток (теперь уже парожидкостной) попадает в диффузор — расширяющийся канал. Здесь скорость потока уменьшается, а его давление повышается (происходит переход кинетической энергии обратно в давление). На выходе из эжектора мы получаем поток с давлением, промежуточным между давлением конденсации и давлением испарения.

Как эжектор интегрируется в систему?

Наиболее распространенная схема — система с эжектором и сепаратором жидкости:

1. Поток из эжектора направляется в сепаратор жидкости (ресивер-сепаратор).

2. В сепараторе жидкая фаза оседает вниз, а паровая — поднимается вверх.

3. Жидкость из нижней части сепаратора (уже находящаяся под промежуточным давлением) подается на дросселирование в испаритель через стандартный ТРВ. Так как ее давление уже частично снижено, при дросселировании образуется меньше бесполезного пара, что повышает эффективность испарителя.

4. Пар из верхней части сепаратора, давление которого было повышено эжектором, подается не на основную ступень компрессора, а в промежуточный впрыск (порт экономайзера) винтового или поршневого компрессора.

Повышение эффективности: в чем выгода?

Использование эжекторного экономитора дает два основных преимущества:

1. Снижение работы сжатия в компрессоре. Компрессору теперь не нужно сжимать весь пар от давления испарения до давления конденсации. Часть пара (та, что прошла через эжектор) поступает в компрессор уже при промежуточном давлении. Это существенно снижает энергозатраты на сжатие. Экономия электроэнергии в таких системах может достигать 10-20% по сравнению с традиционными циклами, особенно в системах с большими перепадами температур (низкотемпературные камеры, системы с CO? в транскритическом режиме).

2. Повышение холодопроизводительности. Поскольку жидкость, подаваемая в испаритель, уже частично охлаждена в процессе дросселирования перед эжектором и имеет более низкую энтальпию, ее способность поглощать тепло в испарителе увеличивается. Это приводит к росту общей холодопроизводительности системы.

Проще говоря, эжектор заставляет дросселирование работать на систему, а не против нее.

Области применения

Эжекторные системы наиболее эффективны в применениях, где требуется большой перепад давлений:

• Низкотемпературное замораживание.

• Системы с углекислым газом (R744), особенно в транскритическом режиме, где перепад давлений между газоохладителем и испарителем очень велик.

• Двухтемпературные системы, где один компрессорный агрегат обслуживает несколько испарителей с разной температурой кипения.

• Промышленные чиллеры для получения воды с низкой температурой.

Заключение

Эжектор (экономитор) — это яркий пример того, как глубокое понимание термодинамики позволяет создать относительно простое и надежное устройство, дающее значительный экономический эффект. Отсутствие движущихся частей делает его долговечным и малообслуживаемым. Несмотря на некоторое усложнение системы и необходимость точного расчета, инвестиции во внедрение эжекторной технологии окупаются за счет существенной экономии электроэнергии, делая промышленное холодильное оборудование не только более мощным, но и более экономичным и экологичным.

По всем вопросам звоните нам по номеру +7 (383) 305-43-15