Получение механической энергии в прямом цикле теплового двигателя и затрата её в обратном могут совершаться в одном агрегате – пароэжекторной холодильной машине. Принципиальная схема такой машины представлена на рисунке.

В пароэжекторной холодильной машине (ПЭХМ) пар высокого давления (P_km), генерируемый в котле K_m с помощью источника с температурой t_h поступает в сопло эжектора Э. При расширении в нем пара получаемая кинетическая энергия расходуется на подсос пара низкого давления Р_и, выходящего из испарителя И, и на сжатие образовавшейся смеси в диффузоре эжектора до давления Р_к , т.е. до давления конденсации пара в конденсаторе К. Расширение пара в сопле и затем сжатие смеси в диффузоре эжектора до давления Р_к, т.е. до давления конденсации пара в конденсаторе К. Расширение пара в сопле и затем сжатие смеси в диффузоре эжектора связано с высокими энергетическими потерями. В конденсаторе К пар с давлением Р_к, охлаждается внешним источником с температурой t_w и конденсируется. Часть конденсата насосом Н подается в котел К_m для генерации пара высокого давления, часть дросселируется в регулирующем вентиле РВ и направляется в испаритель для охлаждения охлаждаемой среды, имеющей температуру t_s. Пары, выходящие из испарителя, опять подсасываются эжектором.

Пароэжекторная холодильная машина

Рабочим веществом ПЭХМ преимущественно является вода, в последнее время стали применяться хладоны. Вода как холодильный агент обладает высокими термодинамическими, эксплуатационными и экономическими показателями. Относительными недостатками её является высокий удельный объем и то, что возможность получения низких температур (-10⁰С) связана с созданием глубокого вакуума в испарителе (-0,001 МПа). Перемещение больших масс водяного пара с помощью поршневых или радиальных компрессоров практически невозможно из-за необходимости применения поршней (рабочих колес) огромных размеров. К тому же конструкции их заметно усложняются из-за необходимости работать в условиях глубокого вакуума. Применение же эжектора в этих условиях позволяет получить относительно компактную надежную в эксплуатации машину. Однако следует отметить, что эжектор как нагнетатель имеет высокие энергетические потери и соответственно низкий КПД.

Пароэжекторные холодильные машины нашли применение в системах кондиционирования воздуха на судах с парогенераторными энергетическими установками и на предприятиях, располагающих высокотемпературными вторичными энергетическими ресурсами.

ПЭХМ представляет собой систему совмещенных неразделимых процессов прямого и обратного цикла, Котел, двигатель-эжектор, конденсатор и насос составляют элементы прямого теплового цикла пароэнергетической установки. Холодильный обратный цикл реализуется при перемещении рабочего вещества последовательно через компрессор-эжектор, конденсатор, регулирующий вентиль и испаритель.

Теоретический цикл ПЭХМ      

Рабочий пар из котла давлением P_km (точка 1) расширяется изоэнтропно в насадке эжектора до давления Р_и, процесс 1-2. Из испарителя подсасывается холодный насыщенный пар с параметрами точки 9. Процесс смешения идет по линии, соединяющей точки 2 и 9. Положение точки смеси 3 определяется коэффициентом подмешивания эжектора. Точка 3 разделяет отрезок 2-9 в соотношении обратно пропорциональном массе смешивающихся потоков пара. Влажный пар, образованный смешением потоков, поступающих из сопла и от испарителя, далее сжимается в диффузоре (прцесс3-4). Конденсация пара в конденсаторе – процесс 4-5. Процесс 5-8 – дросселирование части конденсата, поступающего в испаритель. Далее осуществляется кипение хладагента в испарителе (процесс 8-9). В прямом цикле далее осуществляется сжатие рабочего вещества в насосе (процесс 5-6), а 6-7-1 – процесс нагрева и испарения рабочего вещеста в парогенераторе. Итак, прямой цикл совершается по круговому процессу 1-2-3-4-5-6-7-1, круговой процесс 9-3-4-5-8-9 является обратным (холодильным циклом).

Оценка работы ПЗХМ осуществляется с помощью показателей, которые ранее прссматривались для абсорбционной холодильной машины. Кратность циркуляции равна

Где G_km – паропроизводительность котла;

G_и – расход пара через испаритель.

Эффективность работы прямого цикла оценивается термическим коэффициентом

Где I - работа прямого цикла;

q_km – теплота, подведенная к котлу;

h_i – энтальпия в соответствующих точках цикла.

Энергетическая эффективность обратного цикла оценивается холодильным коэффициентом

Где q_и – холодопроизводительность испарителя;

I₀ – работа, совершаемая в обратном цикле.

Энергетическая эффективность всей ПЭХМ оценивается тепловым коэффициентом

Так же как компрессионные и абсорбционные холодильные машины, ПЭХМ тоже имеет необратимые потери, которые особенно велики в эжекторе. Термодинамическое совершенство цикла пароэжекторной холодильной машины оценивается коэффициентом обратимости.