Достоинством безнасосных абсорбционных установок является отсутствие движущихся частей, что значительно увеличивает срок их эксплуатации. Работают они по тому же замкнутому циклу, что и насосные, однако их конструкция значительно отличается. Кроме этого в качестве хладоагента в них используется смесь, состоящая из трех компонентов: вода + аммиак NH3 + водород H2. Вся смесь находится в системе под давлением около 20 атм. Наличием водорода и разницы его парциальных давлений в газогенераторе, абсорбере и испарителе, обеспечиваемой разностью давлений температур растворов, обеспечивается циркуляция хладоагента. Принцип работы безнасосной абсорбционной холодильной установки (см. рис.3) состоит в следующем.
Крепкий раствор аммиака NH3 нагревается ТЭНом в газогенераторе. При этом газообразный аммиак выделяется из кипящего раствора и он также находится под давлением около 20 атм. Аммиак вытесняет водород из верхней части газогенератора и конденсатора в испаритель и абсорбер. Таким образом, аммиак в конденсаторе находится под собственным высоким давлением и поэтому сжижается при температуре, близкой к комнатной. Пройдя через дроссельный вентиль, жидкий аммиак попадает в испаритель, где его парциальное (собственное) давление резко падает, а водород, находящийся в испарителе, обеспечивает нужное суммарное давление около 20 атм., равное давлению в системе. При малом своем парциальном давлении жидкий аммиак кипит и испаряется, отчего его температура резко понижается. Отбирая теплоту из холодильной камеры, пары аммиака нагреваются и в смеси с парами водорода поступают в абсорбер. В абсорбере пары аммиака активно растворяются в воде, что вызывает нагревание раствора, а водород, пройдя через теплый раствор и нагревшись от него, благодаря конвекции переходит в холодный испаритель. На место паров аммиака, ушедших в абсорбер и растворившихся в нем, через дроссельный вентиль поступают новые порции жидкого аммиака и испаряются, вызывая дальнейшее охлаждение холодильной камеры.
Раствор, насыщенный аммиаком, из абсорбера поступает в газогенератор, а обедненный раствор из газогенератора поступает в абсорбер. Циркуляция аммиачного раствора между газогенератором и абсорбером осуществляется за счет разности плотностей раствора, а циркуляция водорода между абсорбером и испарителем происходит за счет разности его плотностей в абсорбере и испарителе, обусловленных разностью температур, так как температура раствора в газогенераторе выше, чем в абсорбере, а температура водорода в абсорбере выше, чем в испарителе, что и обеспечивает непрерывный термодинамический цикл в системе абсорбционной безнасосной холодильной установки.
Рис.3 Схема устройства и принцип работы безнасосной абсорбционной холодильной установки.
Таким образом, работа безнасосной холодильной установки обуславливается следующими основными процессами:
1) Крепкий раствор NH3 (аммиака) нагревается ТЭНом в газогенераторе при давлении 20 атм. При этом пары NH3 выделяются из раствора и, имея высокую температуру, поступают в конденсатор, где охлаждаются и конденсируются в жидкость.
2) Жидкий NH3 поступает к дроссельному вентилю.
3) После дроссельного вентиля NH3 поступает в испаритель, испаряется, в результате чего температура его паров понижается, охлаждая воздух холодильной камеры, и нагревается.
4) Отработавшая смесь газообразного аммиака и водорода поглощается водой в абсорбере. Температура раствора повышается, а выделившийся водород, нагревшись, снова поступает в испаритель.
5) Крепкий раствор NH3 в воде поступает из абсорбера в газогенератор.
6) Избыток обедненного раствора NH3 в воде переливается из газогенератора в абсорбер, уменьшая концентрацию NH3 в растворе, и делая его способным поглощать пары NH3, выходящие из испарителя.
7) Перемещение раствора аммиака в воде между газогенератором и абсорбером, а водорода между абсорбером и испарителем происходит за счет разности их плотностей, обусловленной разностью температуры нагрева.
Изучив принцип работы абсорбционной безнасосной установки, представляется возможность изучить и понять конструктивное устройство и принцип работы промышленных и домашних безнасосных абсорбционных установок, которые имеют ряд дополнительных элементов, улучшающих их эксплуатационные характеристики.
Абсорбционных безнасосных холодильников выпускается более 20 моделей с вместительностью камеры от 30 до 100 литров. Максимальная мощность нагревательного элемента у них составляет 90…140 Вт. Большинство холодильников имеют ручное или автоматическое переключение на меньшую мощность 50…100 Вт. В этом случае используется только часть нагревателя. Некоторые модели имеют трехсекционный нагреватель.
Холодопроизводительность установок от 25 до 30 Вт примерно равна теплопритокам, поэтому холодильник работает непрерывно, поддерживая температуру в камере 2…40С. При снижении тепловой нагрузки холодильник переключается вручную или автоматически от реле температуры АРТ-2 на меньшую мощность нагревателя, иначе температура в камере снизится до – 2…00С, а расход электроэнергии возрастет от 2,5 до 3 кВт*ч в сутки.