Абсорбционные холодильные машины

В абсорбционных холодильных машинах применяется бинар­ная смесь, компоненты которой имеют резко различные темпе­ратуры кипения при одинаковом давлении. Холодильный агент должен иметь низкую темпера­туру кипения, абсорбент (погло­титель) – более высокую.

В холодильной технике обыч­но используются водоаммиачные и бромистолитиевые растворы.

Водоаммиачная аб­сорбционная машина работает на растворе, в котором аммиак является холодильным агентом, а вода – абсорбентом. Принципиальная схема водоаммиачной холодильной машины приведена на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Принципиальная схема водоаммиачной холодильной ма­шины.

1 – генератор; 2 – конденсатор; 3, 7 – дроссель; 4 – испаритель; 5 – абсорбер; 6 –насос

Пары аммиака, образую­щиеся в испарителе при давле­нии р₀ и температуре t₀,засасы­ваются в абсорбер, где поглощаются слабым водоаммиачным раствором. Теплота Q_a, выделяющаяся при поглощении паров аммиака, отводится охлаждающей водой. Процесс абсорбции происходит при постоянном давлении, несколько меньшем дав­ления в испарителе р₀.

Полученный в абсорбере крепкий раствор насосом перека­чивается в генератор (кипятильник). При этом насосом затра­чивается работа l_н. В генераторе водоаммиачный раствор выпаривается при давлении, несколько большем, чем давление в конденсаторе р_к. Теплота Q_г, затраченная на получение водоаммиачного пара, подводится от внешнего источника (пар, го­рячая вода, газы, электричество). Водоаммиачный пар с боль­шой концентрацией аммиака поступает в конденсатор и в нем конденсируется, отдавая теплоту Q_к охлаждающей воде. Из конденсатора жидкий аммиак через регулирующий вентиль (дроссель) 3,направляется в испаритель, где кипит, производя охлаждающий эффект Q₀.

После генератора водоаммиачный раствор слабой концен­трации (обедненный за счет испарения аммиака) дросселиру­ется в регулирующем вентиле и при пониженном давлении воз­вращается в абсорбер для поглощения паров аммиака из испа­рителя. Тепловой баланс абсорбционной холодильной машины:

(5.17)

где Q_к, Q_a – теплота, отведенная водой из конденсатора и аб­сорбера; Q₀– тепловая нагрузка испарителя; Q_г– теплота, подведенная в генераторе; l_н– работа насоса. Тепловой коэффициент

(5.18)

Бромистолитиевые абсорбционные машины в качестве холодильного агента используют воду, а абсорбен­том в них является водный раствор бромистого лития.

Рабочие процессы бромистолитиевых машин протекают так же, как и у водоаммиачных.

Принципиальная схема бромистолитиевой холодильной ма­шины приведена на рис. 5.7. Насыщенный водой раствор бро­мистого лития подается насосом 6 из абсорбера в генератор, где за счет подведенной внешней теплоты (пар, горячая вода, газы) происходит выпаривание раствора.

Образующийся чистый водяной пар, не требующий ректифи­кации, поступает в поверхностный конденсатор и там конден­сируется охлаждающей водой. Конденсат через гидрозатвор перетекает в испаритель. Сюда же поступает теплая вода от потребителя холода. Давление (упругость) водяных паров над раствором в абсорбере ниже, чем в испарителе, так как температура воды, поступающей в испаритель, выше темпе­ратуры раствора в абсорбере. Поэтому в ис­парителе происходит частичное испарение воды, вследствие чего основная масса ее охлаждается (обычно до температуры 3–5 °С).

Рис. 5.7. Принципиальная схема бромистолитиевой холодильной машины:

1 – генератор; 2 – поверхностный конденсатор: 3 – испаритель; 4 – абсорбер; 5 – тепло­обменник; 6, 7 – насосы для раствора; 8 – насос для охлажденной воды; 9 –вакуум-насос

Охлажденная вода из испарителя насосом 8 подается к по­требителю холода, а образующийся пар поступает в абсорбер и поглощается раствором бромистого лития.

Процесс абсорбции водяного пара происходит экзотерми­чески, т. е. сопровождается выделением тепла, которое отво­дится охлаждающей водой. Насыщенный водой (слабый) рас­твор бромистого лития подается насосом 6 по двум направле­ниям. Меньшая часть его, как было указано выше, направляется через теплообменник в генератор для выпаривания; другая часть смешивается с крепким раствором, идущим из генератора. Полученная смесь поступает в абсорбер через разбрызгиваю­щие устройства.

Аппараты бромистолитиевой машины работают под вакуу­мом. Попадающий в установку воздух отводится из абсорбера и конденсатора вакуум-насосом 9.

Бромистолитиевые холодильные машины имеют следующие отличительные особенности:

1) в бромистолитиевых машинах концентрация рассола в ге­нераторе возрастает, а в абсорбере понижается (в водоаммиачных машинах имеет место обратное явление);

2) так как в бромистолитиевых машинах холодильным аген­том является вода, то температура кипения в испарителе дол­жна быть выше 0 °С.

К недостаткам бромистолитиевых машин можно отнести:

1) агрессивность бромистого лития по отношению к черным металлам, вследствие которой приходится трубки в абсорбере и генераторе выполнять из нержавеющей стали или медноникелевого сплава, а на поверхность корпуса аппаратов наносить специальные покрытия;

2) работа установки под глубоким вакуумом, что усложняет ее эксплуатацию и требует расхода энергии на вакуум-насосы;

3) невозможность получения в установке холода сравни­тельно низкой температуры.

Однако бромистолитиевые машины имеют ряд положитель­ных качеств, благодаря чему они получили широкое распро­странение как в нашей стране, так и за рубежом. Основные преимущества бромистолитиевых машин:

а) бромистый литий не ядовит, не горюч и не взрывоопасен;

б) полученный в аппаратуре водяной пар свободен от при­меси бромистого лития, в установке не нужен ректификатор, что повышает ее экономичность (тепловой коэффициент);

в) меньшая масса и большая компактность, чем у водоаммиачных холодильных машин.

Бромистолитиевые машины применяются в основном для охлаждения воды и, в частности, для установок кондициониро­вания воздуха.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое трансформаторы теплоты и по каким признакам они могут быть классифицированы?

2. Чем отличается холодильная установка от теплонасосной установки?

3. Что называется рабочими агентами в трансформаторах теплоты и ка­кие требования предъявляют к ним?

4. Что такое холодильный коэффициент? Напишите его выражение.

5. Что такое коэффициент преобразования компрессионного теплового насоса и его связь с холодильным коэффициентом?

6. Какой вид имеет теоретический цикл воздушной холодильной машины в h, S-диаграмме?

7. Что такое холодопроизводительность холодильной машины и как ее определить?

8. Опишите схему и принцип работы пароструйной холодильной машины.

10. Как работает абсорбционная холодильная машина?

11. В чем заключаются преимущества и недостатки бромистолитиевой хо­лодильной машины?

6.ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ И МОНТАЖА

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ