1.6. Абсорбционные трансформаторы теплоты.

. Принципиальная схема абсорбционного трансформатора теплоты приведена на рис. 22.

Рис. 22. Схема абсорбционного трансформатора теплоты

В абсорбционных трансформаторах теплоты (АбТТ) сжатие пара основано на абсорбции рабочего тела (поглощении из раствора или смеси газов твёрдым телом или жидкостью) при температуре окружающей среды и его десорбции (выделении в окружающую среду из твёрдого тела) при более высокой температуре. Установки такого типа широко распространены из-за их прстоты, надёжности и экономичности.

Пары аммиака, образовавшиеся в испарителе - 4 при давлении ро и температуре to, засасываются в абсорбер - 5, где поглощаются слабым водоаммиачным раствором. Теплота Q_а, выделяющаяся при поглощении паров аммиака, отводится охлаждающей водой. Процесс абсорбции происходит при постоянном давлении, несколько меньшем давления в испарителе ро. Полученный в абсорбере раствор насосом - 6 перекачивается в генератор (кипятильник) - 1. При этом насосом затрачивается работа L_н. В генераторе водоаммиачный раствор выпаривается при давлении, несколько большем, чем давление в конденсаторе р_к. Тепло Q_г, затраченное на получение водоаммиачного пара, подводится от внешнего источника (пар, горячая вода). Водоаммиачный пар с большой концентрацией аммиака поступает в конденсатор 2 и в нём конденсируется, отдавая тепло Q_к охлаждающей воде. Из конденсатора жидкий аммиак через регулирующий вентиль (дроссель) 3 направляется в испаритель, где кипит, производя охлаждающий эффект Q₀.

На рис. 23 представлена фазовая диаграмма бинарного раствора, поясняющая работу абсорбционного трансформатора теплоты.

Рис. 23. Фазовая диаграмма абсорбционного трансформатора теплоты

Высококипящий компонент – вода, низкокипящий – холодильный агент (например, NH₃). Точка А соответствует насыщенному жидкому раствору, находящемуся в абсорбере, с концентрацией рабочего агента Ха. Точка В – сухой насыщенный пар с концентрацией Хв находящийся в равновесии с этим раствором. В испарителе АбТТ раствор имеет более высокую концентрацию рабочего тела – Хс (точка С), насыщенный пар которого (точка D) имеет более высокую концентрацию – Xd, чем пар в абсорбере. Такой пар является перенасыщенным по концентрации и переохлаждённым по температуре по отношению к жидкости в абсорбере и, следовательно, будет ею поглощаться. Образовавшийся раствор перекачивается насосом в генератор, где при более высокой температуре аммиак выделяется из раствора, а обеднённый водный раствор под собственным давлением возвращается в абсорбер.

На рис.24 показана схема реального абсорбционного трансформатора теплоты. Система: абсорбер, РТО1, генератор фактически выполняет функцию компрессора парокомпрессионной холодильной машины.

Рис. 24. Схема реального абсорбционного трансформатора теплоты:

А – абсорбер; Г – генератор; КД – конденсатор-дефлегматор; К - конденсатор; И – испаритель; РТО1 и РТО2 – регенеративные теплообменники; Н – насос; Др - регулирующий клапан

Изображение процессов абсорбционного трансформатора теплоты в h-x диаграмме показано на рис.25.

Рис. 25. Процессы реального абсорбционного трансформатора теплоты в h-x диаграмме

Для построения процессов в диаграмме и расчёта абсорбционного трансформатора теплоты необходимо задать следующие исходные данные:

• холодопроизводительность;

• температуру охлаждаемого объекта (хладоносителя);

• температуру охлаждающей среды (теплоносителя);

• температуру греющего теплоносителя (источника теплоты);

• рабочее тело АбТТ и абсорбент;

• схему установки.

Состояния вещества, показанные на диаграмме точками, соответствуют точкам схемы на рис. 24. Точка 1 соответствует состоянию пара на выходе из генератора. В дефлегматоре происходит частичная конденсация и сепарация влажного пара, в результате чего концентрация пара увеличивается до точки 2, а флегма с состоянием 14 возвращается в ректификационную колонну генератора, где смешивается с раствором состояния 10. Образуется крепкий раствор с состоянием 15, который выпаривается в генераторе. Пар с состоянием 2 конденсируется в конденсаторе, выделяя теплоту q_к и переходит в жидкое состояние 3. В РТО2 конденсат охлаждается до состояния 4, а затем дросселируется до состояния 5 и поступает в испаритель (энтальпии в точках 4 и 5 равны, так как при адиабатном дросселировании h = const, поэтому точки совпадают). Пар из испарителя с состоянием 6 перегревается в РТО2 до состояния 7 и поступает в абсорбер, где поглощается раствором с состоянием 13, в результате чего образуется раствор состояния 8. Этот раствор насосом подаётся в РТО1, где подогревается до состояния 10 и далее попадает в генератор, где вновь смешивается с флегмой состояния 14, образуя раствор с состоянием 15. Раствор состоянием 11 соответствует выходу из генератора, точка 12 определяет охлаждённый раствор после РТО1, поступающий в абсорбер и образующий раствор с состоянием 13 после поглощения пара с состоянием 7, поступающего из РТО2.

В установке должен соблюдаться тепловой баланс:

q_к + q_а + q_д = q_о + q_г ,

где q_к , q_а , q_д – удельная теплота, отводимая в конденсаторе, абсорбере и дефлегматоре, соответственно; q_о , q_г - удельная теплота, подводимая в испарителе и генераторе, соответственно.

Эффективность абсорбционного трансформатора теплоты оценивается коэффициентом:

.