Εκτύπωση  Αποστολή
ΜΗΝΙΑΙΟ ΤΕΧΝΙΚΟ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ      
ΤΕΥΧΟΣ ΟΚΤΩΒΡΙΟΥ
Κυκλοφορεί
ΤΕΥΧΟΣ ΟΚΤΩΒΡΙΟΥ
  Αρχείο περιοδικών
 
 
 Αρχική Σελίδα
 Επικαιρότητα
 Πρόσωπα
Τεχνικά Θέματα
 Συνδικαλιστικά
 Ιστορικά
 Ατζέντα
 Θέσεις
 Ταυτότητα
 Χρήσιμα links
 Επικοινωνία
   
Γίνε συνδρομητής!  
 

στο διαδίκτυο
στο site
 
 
 
Η χρήση των εγχυτήρων στις ψυκτικές εγκαταστάσεις
 
Σχήμα 1. Διάγραμμα ροής ψυκτικής εγκατάστασης με εγχυτήρα τροφοδοτούμενου με ηλιακή ενέργεια.
G: Ατμογεννήτρια 
C: Συμπυκνωτής 
E: Ατμοποιητής 
EJ: Εγχυτήρας 
EV: Εκτονωτική βαλβίδα
SC: Ηλιακός συλλέκτης
P1: Αντλία ψυκτικού
P2: Αντλία νερού
Σχήμα 1. Διάγραμμα ροής ψυκτικής εγκατάστασης με εγχυτήρα τροφοδοτούμενου με ηλιακή ενέργεια. G: Ατμογεννήτρια C: Συμπυκνωτής E: Ατμοποιητής EJ: Εγχυτήρας EV: Εκτονωτική βαλβίδα SC: Ηλιακός συλλέκτης P1: Αντλία ψυκτικού P2: Αντλία νερού

Η χρήση εγχυτήρων στις ψυκτικές εγκαταστάσεις άρχισε ήδη από το 1901, καθώς τα συστήματα αυτά παρουσιάζουν αρκετά πλεονεκτήματα.
Του δρ. Γεώργιου Αλέξη*
Τα τελευταία χρόνια, σε παγκόσμιο επίπεδο, γίνεται προσπάθεια για αναζήτηση τεχνολογιών τόσο για εξοικονόμηση ενέργειας όσο και για περιορισμό των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Το πρώτο έχει σχέση με τη βελτίωση του συντελεστή συμπεριφοράς COP των ψυκτικών εγκαταστάσεων, ενώ το δεύτερο σχετίζεται μεταξύ των άλλων με τη χρήση ψυκτικών μέσων που δεν επιβαρύνουν το φαινόμενο του θερμοκηπίου και την τρύπα του όζοντος.
Ως τέτοιες προσπάθειες μπορούν να αναφερθούν οι εργασίες που σχετίζονται με τη χρήση των εγχυτήρων στις ψυκτικές εγκαταστάσεις, και τούτο γιατί παρουσιάζουν αρκετά πλεονεκτήματα:
α. Λειτουργούν κυρίως με πρωτογενή ενέργεια (θερμότητα) και μάλιστα από πηγή χαμηλής θερμοκρασίας, όπως είναι η ηλιακή ενέργεια, η γεωθερμία και τα θερμικά απόβλητα βιομηχανιών.
β. Οι εγχυτήρες δεν έχουν κινητά μέρη, με συνέπεια να λειτουργούν χωρίς θόρυβο και να μην απαιτείται συντήρηση.
γ. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ψυκτικά μέσα που δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον, όπως νερό, οργανικά ρευστά κλπ.
Σημαντικός παράγοντας μεγιστοποίησης του COP της ψυκτικής εγκατάστασης είναι ο βέλτιστος σχεδιασμός του εγχυτήρα, κι αυτό διότι ο εγχυτήρας αποτελεί το βασικό πυρήνα της εγκατάστασης.
Η χρήση του εγχυτήρα σε ψυκτικές εγκαταστάσεις άρχισε το 1901 από τους LeBlanc και Parsons. Σήμερα υπάρχουν συγκροτήματα από 35 ως 3.500 kW. Μια βελτιωμένη θεωρία λειτουργίας του εγχυτήρα αναπτύχθηκε από τους Munday και Bagster [1].
H θεωρία αυτή βασίζεται στην υπόθεση των δυο διακεκριμένων ρευμάτων, του πρωτεύοντος ρεύματος (motive stream) και του δευτερεύοντος ρεύματος (secondary stream), τα οποία παραμένουν διακεκριμένα εντός του συγκλίνοντος αγωγού της περιοχής ανάμειξης.
Το πρωτεύον ρεύμα (mg) εκτινάσσεται από το συγκλίνον / αποκλίνον ακροφύσιο με υπερηχητική ταχύτητα, και η πίεση μειώνεται στην κρίσιμη πίεση όπου αναρροφάται το δευτερεύον ρεύμα (me).
Στη συνέχεια τα δύο ρεύματα αναμειγνύονται με βάση την αρχή της διατήρησης της ορμής (η υπόθεση αυτή δίνει αποτελέσματα πλησιέστερα στα πειραματικά δεδομένα). Στον αγωγό σταθερής διατομής το μείγμα μεταπίπτει από την υπερηχητική ταχύτητα στην υποηχητική δημιουργώντας κρουστικό κύμα (καμπύλες Fanno και Rayleigh). Στη συνέχεια, το υποηχητικό ρεύμα οδεύει εντός του αποκλίνοντος ακροφυσίου μέχρι την έξοδο του εγχυτήρα με αμελητέα ταχύτητα.
Στο σχήμα 1 παρουσιάζεται η λειτουργία του ψυκτικού συστήματος με εγχυτήρα τροφοδοτούμενο με ηλιακή ενέργεια, καθώς και η σχηματική τομή ενός εγχυτήρα. Το ψυκτικό μέσο μπορεί να είναι νερό αλλά και κάποιο από τα γνωστά ψυκτικά μέσα.
Υπάρχουν αρκετές και σημαντικές δημοσιεύσεις που σχετίζονται με την παραγωγή ψύξης μέσω εγχυτήρων που τροφοδοτούνται με ηλιακή ενέργεια. Π.χ. οι Hyang et al.[2] ανέπτυξαν ένα υψηλής απόδοσης ψυκτικό σύστημα τροφοδοτούμενο με ηλιακή ενέργεια και ψυκτικό R141b. Ο COP ήταν 0,5 με θερμοκρασία ατμογεννήτριας 95οC, θερμοκρασία συμπυκνωτή 32οC και θερμοκρασία ατμοποίησης 8οC.
Οι Αl-Khalidy και Zayonia[3] πειραματίστηκαν πάνω σε έναν εγχυτήρα ενταγμένο σε σύστημα κλιματισμού με εργαζόμενο μέσο R113, για θερμοκρασία ατμογεννήτριας 100οC, θερμοκρασία συμπυκνωτή 44οC και θερμοκρασία ατμοποίησης 5,5οC. Ο COP ήταν 0,26.
Κεκορεσμένος ξηρός ατμός ψυκτικού μέσου προερχόμενος από την ατμογεννήτρια (G), (πρωτεύον ρεύμα) εισέρχεται στον εχγυτήρα με υψηλή πίεση Pg, θερμοκρασία Τ1 = Τg και χαμηλή ταχύτητα (κατάσταση 1) και εκτονώνεται στην πίεση Pe διά μέσου συγκλίνοντος / αποκλίνοντος ακροφυσίου, με ισεντροπικό βαθμό απόδοσης η1a.
Το πρωτεύον ρεύμα εξέρχεται του ακροφυσίου σε διακεκριμένη δέσμη και υπερηχητική ταχύτητα Va. Ρεύμα ατμού προερχόμενο από την έξοδο του ατμοποιητή E (δευτερεύον ρεύμα), χαμηλής πίεσης Pe, θερμοκρασίας Τ2 = Te και χαμηλής ταχύτητας V2, (κατάσταση 2) αναρροφάται εντός του εγχυτήρα και αναμειγνύεται με το πρωτεύον ρεύμα. >br> Οι Rao and Singh[4] καθώς και οι Kouremenos et al.[5] έδειξαν ότι όταν θεωρηθεί ανάμειξη βασισμένη στην αρχή της διατήρησης της ορμής, τα θεωρητικά αποτελέσματα προσεγγίζουν καλύτερα τα πειραματικά δεδομένα. Η ταχύτητα του ρεύματος μετά την ανάμειξη είναι Vb.
Στη συνέχεια, μετά την ανάμειξη των δύο ρευμάτων, το σύνολο της ροής εξέρχεται του εγχυτήρα (κατάσταση 3) με πίεση Pc, θερμοκρασία Τ3 και χαμηλή ταχύτητα, αφού προηγουμένως διέλθει μέσω αποκλίνοντος ακροφυσίου με ισεντροπικό βαθμό απόδοσης ηb3. Θα πρέπει να ληφθούν υπόψη κρουστικά φαινόμενα, όπως αυτά που αναφέρουν οι Munday and Bagster.
Στη συνέχεια το ρεύμα του ψυκτικού μέσου εισέρχεται στο συμπυκνωτή C, όπου αποβάλλεται θερμότητα και το ρεύμα συμπυκνώνεται και εξέρχεται σε πίεση Pc και θερμοκρασία Τ4 = Τc (κατάσταση 4).
Στο σημείο αυτό η ροή διαχωρίζεται αφενός στο ρεύμα που εισέρχεται στον ατμοποιητή μέσω της στραγγαλιστικής διάταξης (EV, κατάσταση 5) και αφετέρου στο ρεύμα που μέσω αντλίας (P1) εισέρχεται στην ατμογεννήτρια (κατάσταση 6). Στο σχήμα 2 παρουσιάζονται οι σχετικές διεργασίες σε διάγραμμα (T,s).
Η αρχή διατήρησης της ενέργειας για τις παρακάτω συσκευές δίνει:
Ατμογεννήτρια: Ατμοποιητής: Συμπυκνωτής: Αντλία:
Η αρχή διατήρησης της ορμής στο στάδιο της ανάμειξης των δύο ρευμάτων (πρωτεύοντος και δευτερεύοντος) εντός του εγχυτήρα, δίνει:

Ο συντελεστής συμπεριφοράς του ψυκτικού συστήματος με εγχυτήρα δίνεται από την εξίσωση:

όπου δίνεται ο λόγος της ροής της μάζας του δευτερεύοντος ρεύματος προς τη ροή μάζας του πρωτεύοντος ρεύματος.
Ο αντίστοιχος συντελεστής συμπεριφοράς για τον κύκλο Carnot, είναι:

*Ο κ. Γεώργιος Αλέξης είναι καθηγητής στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Δυτικής Αττικής.
Αναφορές:
[1] Munday JT and Bagster DF. A new ejector theory applied to steam jet refrigeration. Ind. Eng. Chem., Process Res. Dev. 1987;16(4):442-449. [2] Huang BS, Chang JM, Petrenko VA, Zhunk KB. A solar ejector cooling system using refrigerant R141b. Solar Energy 1998;64(4-6): 223-226. [3] Nehad Al Khalidy and Zayonia A. Design and experimental investigation of an ejector in air-conditioning and refrigeration system. ASHRAE Transactions;383-391. [4] Rao SPR and Singh RP. Performance characteristics of single-state jet ejectors using two simple models. Chem. Engng. Commun. 1988;66:207-19. [5] Kouremenos DA, Rogdakis ED, Alexis GK. Optimization of enhance steam-ejector applied to steam jet refrigeration. Proc. ASME 1998; Anaheim, CA. 38:19-26.
 
 Τεχνικά Θέματα
Επεξεργασία νερού με αντίστροφη ώσμωση
Θερμοστάτες χώρου
Aερισμός αποχετευτικών συστημάτων
Εντοπισμός υγρασίας με τη βοήθεια θερμικής κάμερας
Η ρύθμιση των συστημάτων δαπεδοθέρμανσης
Το βακτήριο Λεγεωνέλλα στα δίκτυα ύδρευσης
Οικολογική απόφραξη και συντήρηση αποχέτευσης με βακτήρια και ένζυμα
Αντλίες Θερμότητας - Τεχνολογίες και εφαρμογές
Μέθοδος απολύμανσης νερού με υπεριώδη ακτινοβολία UV
Η συντήρηση του ηλιακού θερμοσίφωνα
© ΤΕΧΝΟΕΚΔΟΤΙΚΗ  | Όροι χρήσης  | Πληροφορίες  | Facebook