Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

Абсорбционные и пароэжекторные холодильные машины представляют собой систему, в которой обратный и прямой циклы совмещены и осуществляются в одном агрегате. Циклы этих машин в отличие от цикла компрессорной холодильной машины сопровождаются затратой

теплоты при сравнительно высокой температуре. Эта затрата теплоты, как и затрата механической энергии в компрессорных машинах, необходима для осуществления обратного кругового процесса.

АБСОРБЦИОННЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

В качестве рабочего тела в абсорбционных машинах используют так называемые бинарные растворы, т. е. растворы, состоящие из двух компонентов: холодильного агента и поглотителя (абсорбента).

Холодильные агенты, применяемые в абсорбционных машинах, должны отвечать общим требованиям. Абсорбенты должны хорошо поглощать холодильный агент, но не вступать с ним в химическую реакцию. Температура кипения абсорбента должна быть значительно выше температуры кипения холодильного агента при одинаковом давлении. Это позволяет при выпаривании раствора получить более чистый холодильный агент. В отличие от кипения однородных жидкостей, для которых каждому значению давления соответствует определенная температура кипения (и конденсации), бинарные растворы при заданном давлении кипят с переменной температурой. Она зависит от массовой концентрации рабочих веществ. Растворы, более концентрированные по холодильному агенту, кипят при более низких температурах.

Концентрация холодильного агента в кипящем растворе уменьшается, так как в пар превращается в первую очередь легкокипящий компонент, т. е. компонент с более низкой температурой кипения (холодильный агент). С понижением концентрации температура кипения раствора при постоянном давлении повышается. Температура пара, образующегося при кипении бинарного раствора, равна температуре этого раствора, но концентрация холодильного агента в паре значительно больше, чем в кипящей жидкости.

При кипении растворов в абсорбционных машинах необходимо получить пар с возможно меньшим содержанием поглотителя, т. е. более чистый холодильный агент. Этого легче достичь, если температура кипения абсорбента в чистом виде больше отличается от температуры кипения холодильного агента при одинаковом давлении.

Если при выпаривании раствора не удается получить чистый холодильный агент, то пар подвергают ректификации. Ректификацией называют отделение очищения паров холодильного агента от поглотителя.

Процессы абсорбции (поглощения) холодильном агента сопровождаются выделением теплоты. Эту тепло ту надо отводить, чтобы процессы абсорбции не затормаживались, так как они протекают активнее при пониженных температурах. Поглотители используют пре имущественно жидкие, но они могут быть и твердые.

Водоаммиачные растворы, в которых холодильным агентом является аммиак, а поглотителем — вода, применяют для получения низких температур, раствор бромистого лития в воде, где вода является холодильным агентом, а бромистый литий — поглотителем, — в установках кондиционирования воздуха. Применяют также растворы хладона-22 в дибутилфталате или в диметилэфиртетра-этиленгликоле. По принципу действия абсорбционные машины разделяют на машины непрерывного и периодического действия. Машины непрерывного действия бывают насосные и безнасосные.

Водоаммиачные абсорбционные машины непрерывного действия с насосами имеют большую холодопроизводительность (35—1000 кВт). Их используют на предприятиях химической промышленности, крупных мясокомбинатах и других предприятиях, потребляющих значительное количество холода. Водоаммиачные машины периодического действия средней холодопроизводительности (до 12 кВт) применяют в сельском хозяйстве для охлаждения продуктов. Малые водоаммиачные машины безнасосные (абсорбционно-диффузионные) холодопроизводительностью 20—55 Вт предназначены для охлаждения домашних холодильников и торгового оборудования. Бромистолитиевые насосные абсорбционные машины непрерывного действия холодопроизводительностыо 450—3000 кВт применяют в установках кондиционирования воздуха.

В абсорбционной машине совершаются круговой процесс аммиака и круговой процесс раствора. Прямой круговой процесс раствора реализуется в системе абсорбер — насос — кипятильник — регулирующий вентиль.Обратный круговой процесс аммиака осуществляется в системе конденсатор — регулирующий вентиль — испаритель — система (абсорбер — генератор) . В этом холодильном цикле компенсирующим является прямой круговой процесс раствора, совершаемый при затрате теплоты в кипятильнике-генераторе и затрате работы в насосе.

В процессе работы абсорбционной холодильной машины к рабочему телу теплота подводится в кипятильнике и испарителе, а также теплота, эквивалентная работе, затраченной в насосе, отводится теплота в конденсаторе и абсорбере. При установившемся режиме работы машины количество подведенной теплоты должно быть равно количеству отведенной, т. е. выполняется условие теплового баланса.

Эффективность цикла абсорбционной машины характеризуется тепловым коэффициентом £, который равен отношению количества полученного холода к количеству теплоты, затраченной в кипятильнике, и работы затраченной в насосе. Относительно малой величиной можно пренебречь.

Тепловой коэффициент абсорбционной машины зависит от температур кипения (в испарителе) и конденсации, а также от температуры греющего кипятильник источника. При понижении температуры кипения холодильного агента в испарителе тепловой коэффициент машины уменьшается, хотя и незначительно. Например, для абсорбционной машины непрерывного действия холодопроизводительностью 35 кВт при температуре кипения аммиака —10°С тепловой коэффициент равен 0,4 - а при температуре кипения —20° С — 0,37.

Абсорбционные машины можно сравнивать с компрессорными по тепловым коэффициентам формулы.

Тепловой коэффициент абсорбционных машин меньше, чем компрессорных. Кроме того, низкотемпературные абсорбционные машины работают не на совершенном рабочем теле — водоаммиачном растворе, недостатки которого обусловлены сравнительно небольшой разностью между температурами кипения компонентов в чистом виде, что затрудняет получение чистого холодильного агента при выпаривании в кипятильнике. Но абсорбционные машины могут работать на дешевых источниках тепла (отходящие газы, отработавший пар, горячая вода), и в этом случае они значительно экономичнее компрессорных.

Абсорбционные машины просты в обслуживании, но более тяжелые и громоздкие.

Полная схема абсорбционной холодильной машины.

 

 

Рис. 1. Схема абсорбционной холодильной машины с теплообменником и ректификатором:1— теплообменник; 2 — ректификационная колонка; 3 — дефлегматор.

 

Для повышения экономичности и надежности работы абсорбционной машины в схему дополнительно включают вспомогательные аппараты (теплообменник раствора и рек Теплообменник устанавливают между абсорбером и кипятильником. Через кожух теплообменника проходит горячий раствор из кипятильника, а по расположенным в кожухе трубкам — холодный раствор из абсорбера. Между ними происходит теплообмен, в результате чего ректификатор).

Для беспрепятственного стока обедненного раствор из кипятильника в абсорбер уровень жидкости в кипятильнике должен быть выше уровня жидкости в абсорбере на величину. Крепкому раствору, направляющемуся из абсорбера в верхнюю часть кипятильника необходимо преодолеть разницу в уровнях жидкости и кипятильнике и сборнике абсорбера. Для подъем крепкого раствора используют термосифон. Он представляет собой трубку малого диаметра (4—5 мм), обогреваемую нагревателем кипятильника (2—3 витка вокруг внутренней трубы кипятильника). Когда раствор закипает в термосифоне, пузырьки пара как поршень проталкивают жидкость в верхнюю зону кипятильника

В абсорбционно-диффузионной машине имеются три кольца циркуляции: циркуляция холодильного агента циркуляция раствора и циркуляция водорода. Аммиак проходит все элементы машины, раствор циркулирует между кипятильником и абсорбером, а водород — между испарителем и абсорбером. Сборник водорода предназначен для регулирования давления в агрегате при изменении температуры окружающего воздуха. При ее повышении аммиак вытесняет водород из сборника в испаритель и абсорбер, в результате чего в этих аппаратах повышается общее давление.

Преимущества абсорбционно-диффузионных машин — отсутствие движущихся частей, простота изготовления и полная бесшумность работы. Но машины с инертным газом менее экономичны по сравнению с абсорбционными машинами с насосом. Особенно неэкономичны такие машины на электрическом подогреве. В этом случае они потребляют энергии в 2 раза больше, чем компрессорные. Однако, используя для обогрева вместо электрического тока бытовой газ или керосин, стоимость эксплуатации абсорбционно-диффузионных машин можно сократить в 4—5 раз.

ПАРОЭЖЕКТОРНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

В пароэжекторных холодильных машинах энергия, необходимая для осуществления холодильного (обратного) цикла, вводится в виде теплоты, превращающейся затем в кинетическую энергию струи рабочего пара. Такие машины иногда называют пароструйными.

В пароэжекторной машине в качестве рабочих тел Можно использовать те же холодильные агенты, что и в паровых компрессорных машинах. Однако преимущественно применяют пароводяные эжекторные машины, В которых холодильным агентом является вода.

Принципиальная схема пароэжекторной холодильной Машины. Такая схема показана на рис.

 

 

Рис. 2. Принципиальная схема пароэжекторной холодильной машины.

 

В котле при затрате теплоты образуется рабочий пар высокого давления, который поступает в пароструйный эжектор, состоящий из сопла, камеры смешения и диффузора. При истечении пара через сопло в камеру смешения давление понижается до давления в испарителе но, а скорость значительно возрастает. При этом потенциальная энергия пара превращается в кинетическую энергию струи, которая вытекает с большой скоростью, и под действием энергии струи пар низкого давления отсасывается из испарителя в камеру смешения. Парообразование в испарителе происходит за счет теплоты, взятой от охлаждаемой среды.

После смешения пары поступают в диффузор, где кинетическая энергия снова преобразуется в потенциальную, рабочий пар и холодный пар из испарителя сжимаются до давления конденсации. Таким образом, в пароэжекторной машине при истечении рабочего пара тепловая энергия переходит в кинетическую (механическую), которая расходуется на отсос пара из испарите ля и сжатие смеси пара в диффузоре от р0 до рк. Из диффузора смесь рабочего и холодного паров поступает в конденсатор, охлаждаемый водой. Образовавшаяся в конденсаторе жидкость поступает по двум линиям: одна часть ее через регулирующий вентиль направляется и испаритель, а другая часть, соответствующая количеству рабочего пара, вновь подается питательным насосом в котел. В пароэжекторных машинах холодильный агент можно использовать как и хладоноситель (рабочая вода). В таких случаях холодная рабочая вода из испарителя насосом подается к потребителю холода (батарея ), а отепленная возвращается в испаритель через дроссель (на схеме циркуляция хладоносителя показана пунктиром).

В эжекторных машинах большой расход греющего пара и охлаждающей воды. Расход воды в конденсаторе пароэжекторной машины в 3—4 раза больше, чем в компрессорной. Это объясняется тем, что в пароэжекторной машине конденсируется не только пар из испарителя, но и рабочий пар, расход которого в эжекторе довольно высокий.

Преимущество пароэжекторных машин — простота устройства, компактность, невысокая стоимость, возможность использования воды в качестве рабочего тела, а энергии — в виде теплоты. Обслуживание эжекторных машин проще и дешевле, чем компрессорных. Однако вода имеет высокую нормальную температуру кипения,

Что вызывает необходимость создавать глубокий вакуум в системе пароэжекторной машины. Так, при температуре кипения 0°С давление в испарителе составляет 62,2 Па6,22-10 -4 кгс/см2, удельный объем насыщенного пара — 206,3 м3/кг. При создании такого вакуума требуется большой расход рабочего пара и неизбежен подсос воздуха в систему, который нарушает работу машины. При вакууме большой удельный объем пара приводит к большим сечениям трубопроводов. I Пароводяные эжекторные машины, работающие лишь при сравнительно высоких температурах кипения (4— 5° С), применяют в установках кондиционирования воздуха или на предприятиях, где требуется в больших количествах холодная вода для технологических нужд. Холодопроизводительность пароэжекторных машин 350— 2400 кВт (300—2000 тыс. ккал/ч).

 

 

Рис. 2. Рабочая схема пароводяной эжекторной холодильной машины: 1 – колено; 2,4 – коллектор; 3,5 – стояк; 6 испаритель; 7 – главный эжектор; 8 – главный конденсатор; 9 – уравнительный клапан; 10 – U-образная трубка; 11 – вспомогательный эжектор 1-ступени; 12 – вспомогательный конденсатор 1-ступени; 13 – вспомогательный конденсатор 2-ступени; 14,15 – патрубок; 16 – конденсатный эжектор; 17 – вспомогательный эжектор 2-ступени; 18,19 – трубы

 

Полная рабочая схема пароводяной эжекторной холодильной машины. Полная рабочая схема этой машины представлена на рис.2. Кроме основных элементов, необходимых для осуществления цикла, в машину включены устройства для непрерывного удаления воздуха, который попадает в систему через неплотности, а также с водой и паром.

Охлажденная в испарителе 6 вода через стояк коллектор 4 насосом подается к потребителю холода. Рабочая вода является одновременно холодильным агатом и хладоносителем. Она воспринимает теплоту от ох- лаждаемой среды, нагревается (на 3—5° С) и через контролирующий канал, который устанавливают перед коллектором (на схеме не показан), по стоякам и коленам подсасывается в испаритель, разделенный на три секции вертикальными перегородками. В секциях имеете устройство для раздробления потока воды, и она в вид дождя сливается на дно испарителя. Увеличенная поверхность дождя способствует частичному испарение воды, вследствие чего основная ее масса охлаждается и насосом подается к потребителю холода.

В секциях испарителя вода испаряется при вакууме который поддерживается главными эжекторами , отсасывающими образовавшийся при испарении холодный пар.

На каждую секцию испарителя предусмотрен отдельный эжектор. В диффузорах главных эжекторов пар, сжимаясь, поступает в главный конденсатор , охлаждаемый водой. Степень сжатия в диффузоре не превышает 7—8, поэтому пар конденсируется также при вакууме. В главном конденсаторе вакуум поддерживается вспомогательными эжекторами, предназначенными для непрерывного удаления воздуха из системы.

Вспомогательный эжектор первой ступени отсасывает паровоздушную смесь из главного конденсатора, сжимает ее в диффузоре и направляет во вспомогательный конденсатор первой ступени. Водяной пар сжижается в нем, а воздух с меньшим содержанием пара отсасывается вспомогательным эжектором второй ступени, где паровоздушная смесь сжимается до атмосферного давления и направляется во вспомогательный конденсатор второй ступени. В этом конденсаторе пар полностью конденсируется, а воздух выпускается в атмосферу через патрубок.

Из вспомогательного конденсатора первой ступени конденсат перепускается в главный конденсатор по U-об разной трубке через уравнительный клапан. Из главного конденсатора жидкость отсасывается конденсатным эжектором, и одна часть ее направляется в испарительную систему (через дроссель к коллектору), а другая — в котел (посредством насоса) для получения рабочего пара, необходимого для действия главных и вспомогательных эжекторов.

Из конденсатора второй ступени конденсат, находящийся под атмосферным давлением, свободно сливается срез патрубок. Охлаждающая конденсаторы вода проходит по трубам.

Используя несколько эжекторов, число которых соответствует числу отдельных секций испарителя, можно автоматически регулировать холодопроизводительность машины путем отключения отдельных секций испарителя вместе с подсоединенным к ним эжектором. На работу Включенных секций это не влияет, так как образуются водяные затворы в стояках и коленах испарителя. В стояках выключенной секции уровень рабочей воды понижается, но не доходит до нижнего левого коллектора. Этим и обеспечивается водяной затвор, препятствующий выравниванию давлений в работающей и выключенной секциях.

 

Холодопроизводительность пароэжекторной машины 350 кВт при температуре воды, выходящей из испарителя, 4° С.