Каскадная холодильная машина комбинированного типа

© Scientific-Engineering Center, 3R-Технологии. naumir@yandex.ru, miily@yandex.ru

Технико-экономическое предложение

Введение

На предприятиях мясной, молочной и пищевой промышленности широко используют скороморозильные аппараты для шоковой заморозки продуктов большого числа наименований. Для шоковой заморозки в морозильном аппарате необходимо поддерживать температуру минус 35−40°С. На заводах биопрепаратов и некоторых производствах химической и нефтехимической промышленности также имеется потребность в низкотемпературном холоде. Для получения в морозильных аппаратах указанной температуры применяют холодильные агенты NH₃, R22, R502, R131b с использованием, как правило, двухступенчатых холодильных машин. В настоящее время, для получения указанных температур, используют двухступенчатые аммиачные компрессорные машины. Для получения в морозильном аппарате температуры ниже минус 45°С применяют каскадные холодильные машины, в которых используют два или несколько холодильных агентов, отличающихся теплофизическими свойствами. Каскадная холодильная машина состоит из двух одноступенчатых холодильных машин, называемых верхней и нижней ветвью каскада.

Компания «N.A.M. Technology» Ltd. разработала и изготовила рабочую модель каскадной холодильной машины комбинированного типа. Отличительной особенностью такой машины заключается в том, что машина состоит из двух одноступенчатых холодильных машин, в которой верхняя ветвь каскада представляет абсорбционную холодильную машину, а нижняя ветвь каскада — компрессионная холодильная машина.

Такая холодильная машина потребляет на 55−60% электрической энергии меньше, чем любая холодильная машина с двумя компрессорами или двухступенчатая холодильная машина, которая работает на аммиаке или фреоне.

На разработанную каскадную холодильную машину комбинированного типа подана патентная заявка [Application number US 14/706,246 of filling receipt 05/07/2015].

1. Основные отличия каскадной холодильной машины комбинированного типа

1.1. Каскадная холодильная машина состоит из двух одноступенчатых холодильных машин: верхняя ветвь каскада — абсорбционная холодильная машина, нижняя ветвь каскада — компрессионная холодильная машина;

1.2. Верхняя ветвь каскада может быть выполнена как двухступенчатая абсорбционная холодильная машина, что позволяет получить в нижней ветви каскада температуру кипения минус 70−75°С;

1.3. Верхняя ветвь каскада может работать как от вторичных источников тепловой энергии, так и от первичных источников тепла (газ, мазут, древесные отходы);

1.4. Верхняя ветвь каскада — абсорбционная холодильная машина содержит основные аппараты, которые позволяют работать с использованием рабочих растворов веществ: фреон — DME-TEG (хладоновые системы) или спирт — LiCl, LiBr, ZnBr₂ (спиртовые системы);

1.5. Связующий аппарат каскадов испаритель — конденсатор выполнен из тепловых труб или двухфазных термосифонов, что позволяет повысить эффективность теплообмена на 30−35%, а надежность работы, как минимум в два раза;

1.6. Для скороморозильных аппаратов шоковой заморозки, низкотемпературных камер замораживания с температурами до минус 45 °C в нижней ступени каскада используется довольно эффективный фреон-410А;

2. Основные преимущества

2.1. В таблице 1 приведены сравнительные показатели каскадной холодильной машины комбинированного типа со стандартной холодильной машиной, которая состоит из двух одноступенчатых компрессионных машин.

Table 1

		Q0	t0	Nc	Ns	N	Refrigerant	ε	Saving
		kW	oC	kW	kW	kW			%
Cascade RM VCM / VCM	U-B	11.63		7.22	7.5	14.5	R22	1.4
	L-B		-70	6.53	7.0		R13
Cascade RM Combined type	U-B	11.63		0.7	1.5	8.5	R22	5.76	41.4
	L-B		-70	6.53	7.0		R410A

Верхняя ветвь каскада снабжена циркуляционным насосом с двигателем 0.7 кВт. Если учесть мощность насоса для горячей воды (подача в генератор) и холодной воды (подача в конденсатор и абсорбер), то общая установленная мощность насосов составит 1.5 кВт.

В таблице 2 приведены сравнительные показатели каскадной холодильной машины комбинированного типа с двухступенчатой холодильной машиной.

Table 2

		Q0	t0	Nec	Nic	Ntp	Refrigerant	ε	Saving
		kW	oC	kW	kW	kW			%
Two-stage RM	Hp-S	93.0	-40.83	22.3	23.5	52.0	NH3	3.01
	Lp-S			26.3	28.5.0		NH3
Cascade RM Сombined type	U-B	93.0	-49.68	4.0	4.5	30.0	R22	5.76	42.3
	L-B			23.33	25.5		R410A

Условные обозначения, приведенные в таблицах: Cascade RM — каскадная холодильная машина; Combined type — комбинированного типа; VCM — компрессионная холодильная машина; Two-stage RM — двухступенчатая холодильная машина; U-B — верхняя ветвь каскада; L-B нижняя ветвь каскада; Hp-S — верхняя ступень сжатия; Lp-S — нижняя ступень сжатия; Q₀ — холодопроизводительность; t₀ — температура кипения в испарителе;

N_ec — эффективная мощность; N_ic — установленная мощность; N_tp — суммарная мощность;

ε — холодильный коэффициент;

2.2. Замена двухступенчатых аммиачных холодильных машин на каскадные машины комбинированного типа, в которых используют безопасные во всех отношения холодильные агента, например, фреон-410А, повышает техническую безопасность холодильных установок.

2.3. В каскадной холодильной машине комбинированного типа с учетом конечной разности температур кипения и конденсации в испаритель — конденсаторе 5 °C холодильный коэффициент каскадной машины составит ε_с = 5.76.

2.4. При температуре кипения в контуре испарения испаритель — конденсатора от минус 6 °C до минус 19 °C (в зависимости от применяемого холодильного агента в верхней ветви каскада) температура в морозильной камере достигает минус 46.5°С. При этом давление нагнетания компрессора нижней ветви каскада не превышает 5.8 бар, а температура перегрева на выходе из компрессора не более 60−64°С.

2.5. Коэффициент преобразования тепла (СОР) в абсорбционной холодильной машине верхней ветви каскада для рабочего раствора R22 / ДМЭ-ТЭГ величина СОР составляет 0.69−0.71. Для рабочего раствора на основе спирт / LiBr величина СОР составляет порядка 0.8−0.82. Величина коэффициента преобразования зависит от начальной температуры греющего источника и тепловой нагрузки испаритель — конденсатора.

3. Области использования каскадной холодильной машины

3.1. Основными потребителями каскадных холодильных машин являются предприятия мясной и рыбной промышленности, заводы химической и нефтехимической промышленности, в производстве мороженного и быстром замораживании овощей и фруктов;

3.2. На заводах биопрепаратов, в научных учреждениях, требующих низкотемпературный холод (порядка минус 70 — 80°С)

4. Экономическая целесообразность использования и изготовления каскадных холодильных машин

4.1. Для предприятия разработчика и изготовителя

4.1.1. Востребование на рынках холодильных машин зависит от возможности получения низкой температуры в морозильной или холодильной камере при меньших затратах электрической энергии. В зависимости от объемов производства и технологической оснащенности завода изготовителя можно рекомендовать следующий ряд каскадных машин:

— температура в холодильном объеме минус 70° - 80 °C, производительность 10−30 кВт;

— температура в морозильной камере минус 30 — 44 °C, производительность 80−350 кВт

Если будут востребованы каскадные машины производительность 1000 кВт и выше, то они комплектуются из набора одинаковых машин с требуемой суммарной производительностью.

4.1.2. Предприятие изготовитель должна организовать шефский монтаж и пуско-наладочные работы, оказывать помощь в техническом обслуживании. Это позволит увеличить доходы предприятия на 45−50%.

4.2. Для фирмы или предприятия, которая приобретает каскадную холодильную машину комбинированного типа, экономическая эффективность складывается из следующих показателей:

4.2.1. Приобретение и эксплуатация каскадной холодильной машины вместо одной двухступенчатойаммиачной холодильной машины (смотри параметры в таблице 2) годовая экономия электрической энергии составит порядка 153,144 кВт*час.

4.2.2. Эксплуатация одной каскадной машины комбинированного типа (параметры смотри в таблице 1) в течение года даст экономию 36,144 кВт*час.

4.2.3. Использование каскадных машин комбинированного типа с безвредными фреонами взамен аммиачных холодильных машин снижает расходы на технику безопасности и пожарную безопасность на 55−60%.

4.2.4. Использование каскадных машин комбинированного типа с безвредными фреонами взамен аммиачных холодильных машин снижает расходы на социальное страхование и выплаты обслуживающему персоналу за вредность при эксплуатации аммиачных установок.

Phones: 972−50−8 509 416 (Израиль); +7−910−404−6904 (Москва)