Абсорбційні холодильні машини

Основною перевагою абсорбційних холодильних установок (АХУ) у порівнянні з компресорними є використання для виробництва холоду не електричної, а теплової енергії низького й середнього потенціалів, яку можна одержати від водяної пари, що відбирає, наприклад, з турбіни на теплоелектроцентралях.

В абсорбційних холодильних установках використовується явище абсорбції пари розчином.

Абсорбцією називається здатність деяких тіл за певних умов поглинати інші тіла.

В АХУ сам принцип переноса теплоти з більш низького на більш високий температурний рівень істотно відрізняється від всіх розглянутих раніше.

Робочою речовиною в АХУ є бінарний розчин, тобто суміш, що складається із двох повністю розчинних друг у друзі речовин, причому ці речовини мають різко різні температури кипіння. Речовина з меншою температурою кипіння є холодильним агентом, а з більше високою температурою кипіння –абсорбентом.

Робота установки основана на тому, що концентрація холодильного агента в киплячому розчині значно нижче, ніж у насиченій парі цього розчину при тім же тиску.

Ця властивість бінарних розчинів відбивається на фазовій діаграмі (мал. 30.3), у якій по горизонтальній осі відкладені концентрації холодильного агента , а по вертикальній осі – температури .

Точки 1 і 2 відповідають температурам кипіння відносно чистого абсорбенту й чистого холодильного агента. Нижня крива 1 - а - 2 відповідає станам рідкої фази, а верхня крива 1 - в - 2 відповідає газоподібній фазі (насиченій парі) при рівноважному співіснуванні обох фаз. Інакше кажучи, крива 1 - а - 2 являє собою лінію кипіння розчину при даному тиску, а крива 1 - в - 2 представляє лінію конденсації насиченої пари.

Нехай стан киплячої рідини розчину зображується т.А на кривій 1 - а – 2. Тоді стан пари, що перебуває з нею в

Мал.30.3 рівновазі, характеризується т.В на кривій 1 - в – 2, тобто при кипінні розчину з концентрацією легко киплячого компонента (С) утвориться пара, що має у порівнянні з вихідним розчином більш високу концентрацію легко киплячого компонента .

Якщо у випарнику, поміщеному в охолоджуваємому приміщенні (холодильній камері), утвориться насичена пара з високою концентрацією , стан якого зображується т. В₁, то ця пара може перебувати в рівновазі з рідиною, що має концентрацію . Стосовно рідини з меншою концентрацією , що кипить при температурі , ця пара є переохолодженою. Тому при зіткненні їх почнеться конденсація пари, наслідком якої буде повне поглинання (абсорбція) пара рідиною. При цьому теплота конденсації буде приділяється при температурі рідини , більше високої, чим температура пара . У результаті буде відбуватися перехід теплоти від тіла менш нагрітого (пара високої концентрації) до тіла більше нагрітому (рідина низької концентрації).

У відповідності з II-м законом ТТД цей процес повинен супроводжуватися деяким компенсуючим процесом. В АХУ таким процесом є перехід деякої кількості теплоти від тіла з більше високою температурою, чим t₂ до тіла, з більш низькою температурою, тобто передача деякої кількості теплоти навколишньому середовищу.

Принципова схема найпростішої АХУ представлена на мал. 30.4.

Випар водоаміачного розчину з концентрацією аміаку x_k відбувається у парогенераторі ПГ (1) при тиску р_к й температурі T₁. При цьому на процес випару затрачається кількість

теплоти , що підводиться гарячим теплоносієм. Низкокиплячим компонентом розчину є аміак. Тому що парціальний тиск водяної пари над розчином при температурах, що мають місце в парогенераторі невелик, з розчину практично виділяється майже чиста аміачна пара.

В конденсаторі 2 при постійному тиску і температурі Т₁, отримана пара перетворюється в рідину, а теплота, що виділилася в процесі конденсації, сприймається охолоджуючою водою. У редукційному вентилі 3 тиск рідкого аміаку знижується до тиску в абсорбері 6 , у якому концентрація розчину підтримується на рівні . Цей процес супроводжується зниженням температури від Т₁ до Т₂. Після цього волога пара, що

Мал. 30.4 утворилася, аміаку надходить у випарник 4, де його ступінь сухості збільшується до одиниці. Кількість теплоти , необхідне для протікання процесу випару, підводить до випарника від тіл, що перебувають у холодильній камері 5.

Потім отриманий у випарнику суха насичена пара при температурі Т₂ і тиску поступает в паровое пространство абсорбера 6. Абсорбер заповнений розчином аміаку. Отриманий із цього розчину пар, перебуває під тиск і має більш високу температуру, чим пара, що надійшла з випарника. Тому відповідно до четвертої властивості розчинів холодна пара поглинається розчином. Теплота, що виділяється при цьому, абсорбції приділяється охолодною водою.

У процесі роботи холодильної машини в парогенераторі й абсорбері підтримується деякий постійний рівень концентрації розчинів. Із цією метою з абсорбера 6 збагачений аміаком розчин за допомогою насоса 7 у певній кількості подається в парогенератор 1.

Одночасно розчин аміаку, збіднений внаслідок випарювання, з парогенератора 1 направляється в редукційний вентиль 8, дроселюється від тиску до тиску і надходить в абсорбер 6. Цей збіднений розчин по своїх властивостях близький до води, тому його температура в процесі дроселювання залишається практично постійною і рівній температурі в парогенераторі Т₁. Тиск у парогенераторі відповідає температурі охолоджуючої води в конденсаторі, у той час як тиск в абсорбері відповідає температурі в холодильній камері.

На відміну від ПКХУ роль компресора тут виконує абсорбційний вузол. Він складається з парогенератора 1, абсорбера 6, насоса 7 і редукційного вентиля 8. Таким чином, замість механічної роботи, необхідної на привод компресора, в абсорбційній машині використовується різниця температур гарячого (у парогенераторі) і холодного (в абсорбері) джерел теплоти.

CПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Беляєв Н.М Термодинамика.-К.: Вища школа, - 1987.- 344 с.

2. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика.-М.:

Энергоатомиздат.- 1983.-416 с.

3. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика.-М.: Машиностроение.-1972.- 672с.

4. Техническая термодинамика. / Е.В. Дрыжаков, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др../ Под

ред. В.И. Крутова.-М.: Высшая школа, 1981.- 439 с.

5. Буляндра О.Ф. Технічна термодинаміка.-К.: Техніка.-2001.-320 с.

6. Базаров И.П. Термодинамика.-М.: Высшая школа.-1983.-344 с.

7. Техническая термодинамика. / Г.М. Данилова, В.Н. Филаткин, О.П. Иванов и др. /

Под ред. Э.И. Гуйго.- Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1984.- 296 с.