Теоретический материал
Наряду с паровыми компрессионными холодильными установками в промышленности и в быту нашли широкое применение абсорбционные холодильные установки. Они также работают по обратному циклу, но существенно отличаются от компрессионных холодильных установок.
Цель работы
Изучить устройство и принцип работы промышленных и бытовых абсорбционных холодильных установок, исследовать температурное состояние хладоагента в термодинамическом цикле.
Устройство и принцип работы промышленной абсорбционной холодильной установки
Промышленные абсорбционные холодильные установки не имеют компрессора. Его роль выполняют кипятильник-парогенератор и абсорбер. Абсорбцией называется поглощение газа всем объемом жидкости.
Большей частью в таких установках в качестве рабочего тела применяют раствор из двух жидкостей с разными температурами кипения, полностью растворимыми друг в друге. Обычно такие растворы состоят из воды, которая при атмосферном давлении имеет температуру кипения 1000С, и аммиака NH3, температура кипения которого при том же давлении составляет – 340С. В таком растворе вода является абсорбентом (поглотителем), а аммиак – хладоагентом. Отношение массы аммиака к массе раствора называется массовым отношением аммиака. Когда оба компонента такого раствора находятся в жидком состоянии, т. е. когда температура раствора ниже – 340С, массовое отношение составляет 100%. Если раствор подогреть до – 340С, начнет испаряться аммиак и раствор будет находиться в двух фазах – жидкой и парообразной. По мере дальнейшего подогрева раствора, приближаясь к температуре кипения воды, соответствующей образовавшемуся давлению, весь аммиак выпаривается из раствора и его массовое отношение в растворе станет равным нулю, а пар будет представлять чистый аммиак с незначительной примесью воды, увлеченной частицами паров аммиака, вылетающими в процессе его кипения и испарения. Подогревание раствора не доводится до температуры кипения воды для того, чтобы она оставалась в жидком состоянии.
|
|
На этом свойстве раствора основана работа абсорбционных холодильных установок.
Промышленная абсорбционная установка состоит из газогенератора 1, в котором находится раствор аммиака в воде при значительном давлении. При подводе теплоты q1 от внешнего источника к раствору он закипает, из него выделяются пары аммиака и под воздействием образовавшегося давления по трубопроводу поступают в конденсатор 2, который охлаждается водой или воздухом.
При охлаждении паров аммиака отбирается теплота q2 и они конденсируются в жидкость, оставаясь при этом же давлении p1, как и в газогенераторе 1. После выхода из конденсатора 2 конденсат аммиака проходит через дроссельный клапан 3, после которого его давление резко понижается до р2, и он поступает в испаритель 4, находящийся в холодильной камере 5. При понижении давления конденсат закипает и испаряется. На испарение затрачивается его внутренняя энергия и температура паров резко понижается. Холодные пары аммиака через стенки испарителя отбирают теплоту q3 из холодильной камеры 5, нагреваются и поступают в абсорбер 6, где поглощаются обедненным раствором аммиака в воде. Для увеличения поглотительной способности раствора он охлаждается водой с отводом теплоты q4. В результате этого раствор становиться максимально насыщенным аммиаком.
|
|
Рис.1 Схема устройства и принцип работы абсорбционной холодильной установки
Охлажденный и обогащенный аммиаком раствор из абсорбера 6 перекачивается насосом 7 в газогенератор 1, восстанавливая в нем насыщение раствора аммиаком. Одновременно обедненный раствор из газогенератора 1 поступает через дроссельный вентиль 8 в абсорбер 6 под воздействием существующей между ними разности давлений. Термодинамический цикл, осуществляемый в абсорбционной установке, удобнее изучать на диаграмме T-s
Рис.2. Термодинамический цикл абсорбционной холодильной установки
Теплота q1, подводимая к раствору в абсорбере 1 при температуре кипения Т1, равная площади диаграммы 1-2-3-4, передается парам аммиака при его испарении.
Теплота q2, отводимая в конденсаторе 2, и теплота q4, отводимая из абсорбера 6, в сумме равны площади диаграммы.
Теплота q3, отводимая из холодильной камеры парами аммиака и идущая на их нагревание, равна площади диаграммы.
Эффективность работы абсорбционной холодильной установки оценивается холодильным коэффициентом
,
где 
- коэффициент преобразования теплоты;
- работа привода насоса.
Тепловой баланс абсорбционной холодильной установки будет выражаться следующим образом:
.
Вследствие большой необратимости термодинамических процессов в абсорбционной установке ее эффективность низка. Так, при использовании водоаммиачного раствора при температурах Т1=400 К, Т2=258 К и температуре окружающей среды ТО. С.=298 К получим 
., а 
. Однако благодаря простоте и дешевизне конструкции абсорбционные холодильные установки нашли широкое применение.