Абсорбционные холодильные установки

Абсорбционные холодильные установки также служат для производства искусственного холода, но сам принцип переноса тепла с более низкого на более высокий температурный уровень существенно отличает их от всех рассмотренных ранее.

В воздушных, парокомпрессионных и пароэжекторных холодильных установках сжатие холодильного агента, необходимое для переноса тепла на более высокий температурный уровень, осуществляется при помощи компрессора. В абсорбционной же холодильной установке повышение давления рабочего вещества достигается термохимическим путем, для чего требуется затрата тепла при температуре более высокой, чем температура окружающей среды.

Рабочим веществом в абсорбционной машине является бинарный раствор, т.е. смесь, состоящая из двух полностью растворимых друг в друге веществ, причем эти вещества имеют резко различные температуры кипения. Вещество с меньшей температурой кипения является холодильным агентом, а с более высокой температурой кипения – абсорбентом.

Работа установки основана на том, что концентрация холодильного агента в кипящем растворе значительно ниже, чем в насыщенном паре этого раствора при том же давлении. Это свойство бинарных растворов отра жается на фазовой диаграмме (рис. 13.9), в которой по горизонтальной оси отложены концентрации холодильного агента С, а по вертикальной оси температура t. Точки 1 и 2 соответствуют температурам кипения соответственно чистого абсорбента и чистого холодильного агента. Нижняя кривая 1-а-2 соответствует состояниям жидкой фазы, а верхняя кривая 1-b-2 – газообразной фазе (насыщенному пару) при равновесном сосуществовании обеих фаз. Другими словами, кривая 1-а-2 представляет собой линию кипения раствора при данном давлении, а кривая 1-b-2линию конденсации насыщенного пара.

Пусть состояние кипящей жидкости раствора изображается точкой А на кривой 1-а-2; тогда состояние пара, находящегося с ней в равновесии, характеризуется точкой В на кривой 1-b-2, т. е. при кипении раствора с концентрацией легкокипящего компонента С образуется пар, имеющий по сравнению с исходным раствором более высокую концентрацию легкокипящего компонента С^/.

Если в испарителе, помещенном в охлаждаемом помещении (холодильной камере), образуется насыщенный пар с высокой концентрацией С^/₁, состояние которого изображается точкой B₁, то этот пар может находиться в равновесии с жидкостью, имеющей концентрацию C₁. По отношению к жидкости с меньшей концентрацией C₂ < C₁, кипящей при температуре этот пар является переохлажденным; поэтому при соприкосновении их начнется конденсация пара, следствием которой будет полное поглощение (абсорбция) пара жидкостью. При этом тепло конденсации будет отводиться при температуре жидкости t₂, более высокой, чем температура пара t₁. В результате будет происходить переход тепла от тела менее нагретого (пар высокой концентрации) к телу более нагретому (жидкость низкой концентрации).

В соответствии со вторым законом термодинамики этот процесс должен сопровождаться некоторым компенсирующим процессом. В абсорбционной холодильной установке таким процессом является переход некоторого количества тепла от тела с более высокой температурой, чем t₂, к телу, с менее высокой температурой, чем она, т. е. передача некоторого количества тепла окружающей среде.

Основные элементы абсорбционной холодильной установки (рис. 13.10) – парогенератор с конденсатором и абсорбер – предназначены для непрерывного воспроизводства жидкости высокой концентрации, посту пающей затем в испаритель на парообразование, и жидкости низкой концентрации, служащей для абсорбции (поглощения) концентрированного пара.

Пар высокой концентрации образуется за счет кипения жидкости низкой концентрации в парегенераторе 1 при давлении p₁, более высоком, чем давление в испарителе и абсорбере. Для испарения жидкости к генератору подводится тепло q₀ при температуре t₁, которая должна быть не ниже температуры кипения при данном давлении и данной концентрации и, во всяком случае, больше температуры окружающей среды t₀.

u eG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAAAPcFAAAAAA== " stroked="f">

Рисунок 13.10

Пар высокой концентрации поступает в конденсатор 2, где конденсируется, отдавая тепло конденсации q^/₁ охлаждающей воде, имеющей температуру окружающей среды. Образовавшаяся жидкость высокой концентрации дросселируется в регулирующем вентиле 3 от давления p₁ до давления р₂. При дросселировании температура жидкости понижается до температуры более низкой, чем в охлаждаемом помещении.

После этого жидкость поступает в находящийся в охлаждаемом помещении испаритель 4. Вследствие того что температура жидкости меньше температуры охлаждаемого помещения, жидкость испаряется, поглощая от последнего тепло q₂. Образующийся при этом пар, имеющий температуру t₂ и давление р₂, поступает из испарителя в абсорбер 5, где абсорбируется при температуре t₀ > t₂, отдавая тепло абсорбции q^//₁ охлаждающей воде.

При кипении жидкости в генераторе концентрация холодильного агента в жидкости понижается, а в абсорбере вследствие поглощения концентрированного пара, наоборот, повышается. Для поддержания концентраций в обоих аппаратах неизменными между ними осуществляется циркуляция либо при помощи насоса 6, либо естественным путем, за счет разности плотностей растворов разной концентрации. По пути из генератора в абсорбер жидкость дросселируется регулирующим вентилем 7.

Так как затрата энергии в абсорбционной холодильной машине производится в виде тепла (работа, затрачиваемая на привод насоса, незначительна), то эффективность ее действия характеризуется коэффициентом использования тепла ξ, определяемым по формуле (13.1).

 

Рисунок 13.11

С термодинамической точки зрения идеальная абсорбционная холодильная установка может рассматриваться как совокупность трех тепловых резервуаров, работа которых иллюстрируется графиком, приведенным на рис. 13.11. В первой резервуар (генератор) поступает тепло q₀ (пл. 1-2-3-4-1) при наивысшей температуре Т₁; во второй резервуар (испаритель) вводится тепло q₂. (пл. 4-5-6-7-4) при наинизшей температуре Т₂; из третьего резервуара (конденсатора и абсорбера) отводится тепло

q₁ = q₁+q^//₁ (пл. 1-8-9-7-1) при температуре охлаждающей воды Т₀, равное сумме подведенных теплот, т. е.

,

где q^/₁ – тепло, отведенное в конденсаторе; q^//₁ – тепло, отведенное в абсорбере.