Абсорбционные холодильные установки

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

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.

Цикл теплового насоса

Для отопительных целей расходуется огромное количество ценного топлива, тогда как в природе имеются неиспользуемые или, вернее, очень мало используемые, практически бесконечные источники тепла низкой температуры (наружный воздух, вода различных водоемов).

Использование тепла низкотемпературных источников для отопления может быть осуществлено с помощью теплового насоса, представляющего собой установку, в которой температура рабочего тела (теплоносителя) повышается посредством затраты механической (или какой-либо другой) энергии до такого уровня, при котором теплоноситель способен отдать тепло в отопительную систему. Работа теплового насоса, схема которого представлена на рисунке 13.12, состоит в следующем.

В испарителе 1 за счет тепла, воспринятого от наружной среды (например, от речной воды), происходит парообразование низкокипящего теплоносителя (например, фреона); образовавшийся пар сжимается в компрессоре 2 с повышением температуры от Т₀ до Т₁ (зависящей от степени сжатия в компрессоре); затем пар поступает в конденсатор 3, в котором он, конденсируясь, отдает тепло в отопительную систему. Образовавшийся при этом конденсат теплоносителя направляется в дроссельный вентиль 4, в котором происходит понижение его давления до р₀, после чего конденсат вновь поступает в испаритель 1.

Таким образом, несмотря на внешнее сходство, между работой холодильной установки и работой теплового насоса имеется принципиальное различие. В первом случае наружная среда является теплоприемником, в который сбрасывается тепло, отнимаемое от охлаждаемого объекта, во втором случае она является источником тепла, которое передается на более высокий температурный уровень.

Это различие наглядно иллюстрируется Ts -диаграммой (рис. 13.13), на которой представлены одновременно два цикла в области влажных паров рабочего агента – цикл холодильной установки 1-2-3-4-1 и цикл теплового насоса 5-6-7-8-5. Как видно из графика, цикл холодильной установки располагается ниже горизонтали, соответствующей температуре окружающей среды Т₀, а цикл теплового насоса – выше нее.

Естественно, что и критерии оценки эффективности этих двух циклов должны быть различными. Если совершенство цикла холодильной установки определяется количеством тепла, отнимаемым от охлаждаемого объекта за счет единицы затрачиваемой энергии, т. е. ее холодильным коэффициентом е, то совершенство цикла теплонасосной установки определяется количеством тепла, передаваемым в отопительную систему за счет единицы затрачиваемой энергии. Соответственно этому эффективность его характеризуется величиной

, называемой отопительным коэффициентом.

Величина отопительного коэффициента зависит прежде всего от температур холодного источника и горячего приемника тепла. Если эти температуры заданы, то предельно высокую величину отопительного коэффициента можно получить, определив его значение для соответствующего обратного цикла Карно. Так, если температуру внешней среды Т₀ принять равной 275 °К, а температуру теплоносителя в отопительной системе Т – равной 340 °К, то для цикла Карно получаем

Естественно, что в действительности отопительный коэффициент теплонасосных установок получается меньшим, но он все же имеет значение от 3 до 4. Этим и определяется преимущество применения тепловых насосов перед непосредственным использованием электронагревательных устройств. Поэтому они и находят все более широкое применение в отопительной технике.

⇐ Предыдущая 1 2 3 45