Абсорбционная и пароэжекторная холодильные машины

Из теплоиспользующих холодильных машин широкое применение имеют абсорбционные и пароэжекторные.

Абсорбционная холодильная машина. В абсорбционной холодильной машине (рис.2.4) рабочее вещество двухкомпонентное – например водоаммиачный раствор, в котором аммиак является хладагентом, вода абсорбентом. В генераторе (кипятильнике) при подводе к нему теплоты Q _r раствор выпаривается.

Пар с высокой концентрацией легкокипящего компонента (аммиака) поступает в конденсатор КД, а оставшаяся жидкость (слабый раствор, близкий по концентрации к воде) – в абсорбер АБ. Сконденсированная в конденсаторе жидкость направляется в испаритель И. Образующийся здесь за счет теплоты Q₀ отбираемой от охлаждаемой среды, пар подводится к абсорберу, в котором он поглощается слабым раствором, поступившим из генератора. Этот процесс, называемый абсорбцией, сопровождается выделением теплоты Q_а, которая отводится из аппарата с помощью холодной воды. Крепкий, насыщенный поглощенным паром, раствор из абсорбера насосом перекачивается насосом Н в генератор.

Помимо водоаммиачного раствора, в абсорбционных холодильных машинах широко применяют раствор бромистого лития, в котором хладагентом является вода, а абсорбентом – бромистый литий.

Энергетическую эффективность абсорбционной холодильной машины оценивают тепловым коэффициентом

ζ = Q₀/(Q_г+L_н),

где L_н – тепловой эквивалент работы насоса, Дж; Q_г – тепло, подводимое к генератору.

Таким образом, в этой холодильной машине роль компрессора выполняют генератор, абсорбер и насос. Основное количество энергии, необходимое для ее работы подводится к генератору в виде теплоты Q_г. Количество электроэнергии, необходимое для привода насоса, незначительно.

По сравнению с парокомпрессионными абсорбционные холодильные машины более надежны в эксплуатации, но существенно уступают им по металлоемкости и энергетическим затратам. При одинаковой подведенной теплоте Q₀ теплота Q_г будет существенно больше теплового эквивалента работы компрессора L_н. Абсорбционные холодильные машины целесообразно применять, где имеется дешевая тепловая энергия для обогрева генератора.

Пароэжекторная холодильная машина. В пароэжекторной холодильной машине (рис.2.5) рабочим веществом обычно служит вода. В кипятильнике КП (котле) вода кипит при подводе теплоты Q_к. Образующийся пар высокого давления поступает в эжектор Э (пароструйный аппарат). При истечении из сопла эжектора он развивает большую скорость, в результате чего его потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию струи, засасывающую пар низкого давления из испарителя. После смешения рабочий пар из кипятильника и холодный пар из испарителя И в эжекторе сжимаются и направляются в конденсатор КД. Пар конденсируется при отводе теплоты Q_к с помощью охлаждающей воды. Из конденсатора часть воды через регулирующий вентиль РВ поступает в испаритель, а другая часть насосом Н подается в кипятильник.

Пароэжекторную холодильную машину, работающую на воде, широко используют в центральных системах кондиционирования воздуха, где хладоносителем также является вода с температурой 10…12⁰С. Однако при такой температуре хладоносителя давление кипения воды в испарителе должно быть ниже атмосферного. При этом возможен подсос воздуха из атмосферы, что нарушает работу холодильной машины.

Энергетическая эффективность пароэжекторной холодильной машины, как и абсорбционной, оценивают тепловым коэффициентом

ζ = Q₀/(Q_к + L_н).

Работа насоса L_н значительно меньше теплоты Q_к и ею можно пренебречь. Тогда ζ ≈ Q₀/Q_к или ζ ≈ Q₀·L_н/ Q_к ·L_н ≈ ε·η_t, т.е. отсюда следует, что тепловой коэффициент пароэжекторной холодильной машины есть произведение термического КПД прямого цикла и холодильного коэффициента обратного цикла.

Если в качестве источника теплоты Q_к есть возможность использовать теплоту как отход другого производства, то пароэжекторные холодильные машины могут быть энергетически выгодны.