8.2.7. Парорідинний теплообмінник у схемі авхм

Термодинамічну ефективність зворотного суміщеного циклу АВХМ можна підвищити включенням до схеми машини парорідинного теплообмінника, в якому здійснюється регенеративний теплообмін між рідким холодильним агентом, що прямує з конденсатора до РВ, та парою, яка надходить з випарника до абсорбера. Схема включення теплообмінника до АВХМ та процеси для парової фази зображено на рис.8.7.

Рис.8.7. Схема включення парорідинного теплообмінника до АХМ

та процеси в h-ξ – діаграмі

У парорідинному теплообміннику рідкий холодильний агент охолоджується від температури t₆ до температури t_6а, а пара нагрівається від температури t₈ до температури t_8а. Збільшення питомої масової холодопродуктивності можна визначити за різницею ентальпій в процесі

. (8.45)

Нове значення питомої масової холодопродуктивності

. (8.46)

Величина охолодження рідини в теплообміннику залежить від відношення теплоємностей пари та рідини. У АВХМ рідина охолоджується приблизно в два рази менше ніж нагрівається пара.

8.3.Вплив параметрів зовнішніх джерел на процеси та ефективність авхм

Температури гарячого джерела, навколишнього та охолодного середовища суттєво впливає на процеси абсорбційних холодильних машин, їхню продуктивність та енергетичну ефективність. Розглянемо окремо вплив кожного із названих факторів.

8.3.1. Вплив температури гарячого джерела

Із зниженням температури гарячого джерела знижується вища температура розчину в кінці процесу кипіння у генераторі. Точка 2, яка характеризує стан цього розчину (рис.8.8, а) переміститься по ізобарі р_к вправо (точка 2'), зросте концентрація слабкого розчину до значення і, як наслідок, зменшиться різниця між концентраціями міцного та слабкого розчинів у абсорбері та генераторі

. (8.47)

Це призведе до збільшення кратності циркуляції f, зростання теплоти генератора і абсорбера і, як наслідок, зниження теплового коефіцієнта машини (див.8.14, 8.17 та 8.20). При подальшому зниженні температури гарячого джерела різниця концентрацій міцного та слабкого розчинів (зона дегазації) може стати такою малою, що здійснити прямий цикл буде неможливо. Для АВХМ мінімальне значення (_г-_а) в дійсних процесах не повинно бути меншим 4%. При низьких температурах гарячого джерела цикли АХМ можна здійснити за складнішими схемами – двоступеневою, з матеріальною регенерацією, з підтискаючим компресором, із ступеневим абсорбером та ін.

Принцип дії двоступеневої АВХМ зрозумілий із схеми та процесів показаних на рис.8.9. Як правило, в двоступеневих АВХМ подавання гарячого джерела в генератори та охолодної води в абсорбери першого та другого ступенів здійснюється паралельно і, як наслідок, має місце рівність вищих температур кипіння в генераторах та нижчих температур абсорбції в абсорберах обох ступенів. Концентрація пари після ректифікації в нижньому та верхньому ступенях однакова. Проміжний тиск р_m вибирається за умовою мінімальної сумарної теплоти генераторів, для чого виконується декілька розрахунків та будується залежність q_г=f(р_m). В двоступеневих АВХМ при певних температурах гарячого джерела та навколишнього середовища можливо отримати температуру кипіння у випарнику близько -70°С. Двоступенева АВХМ може також працювати на дві температури кипіння.

Рис.8.8. Зміна зони дегазації при: а) зниженні температури гарячого джерела; б) зростанні температури навколишнього середовища (повітря, води); в) зростання тиску конденсації (температури конденсації); г) зниження температури охолодного джерела

Рис.8.9. Схема двоступеневої АВХМ та її цикл у h-ξ – діаграмі

Схема АВХМ з матеріальною регенерацією показана на рис.8.10, а. В ній відбувається багатократне дроселювання слабкого розчину на шляху від генератора до абсорбера спочатку до проміжного тиску, а потім до тиску кипіння, а також багатоступеневе подавання міцного розчину на шляху від абсорбера до генератора. Пара, яка утворюється під час дроселювання, відділяється від слабкого розчину у віддільниках рідини та поглинається в концентраторах міцним розчином. Таким чином, при багатократному дроселюванні концентрація слабкого розчину знижується, а концентрація міцного розчину по мірі зростання тиску зростає. Така матеріальна регенерація розширює зону дегазації розчину та дозволяє здійснити прямий суміщений цикл при низькій температурі гарячого джерела.

Розширити зону дегазації можна також включенням у схему одноступеневої АХМ підтискаючого компресора, який встановлюється на паровій лінії або між випарником та абсорбером, або між генератором та конденсатором.

При низькій температурі гарячого джерела може бути також використана схема АВХМ із ступеневим абсорбером (рис.8.10, б). Принцип дії машини зрозуміло з рисунка. Проміжний тиск вибирається або з умови максимального теплового коефіцієнта, або визначається за проміжною температурою кипіння у випарнику, оскільки ця машина може працювати при двох ізотермах кипіння.

а) б)

Рис.8.10. Двоступеневі АВХМ: а) з матеріальною регенерацією; б) зі ступеневим абсорбером

При збільшенні температури гарячого джерела та незмінних температурах навколишнього та охолодного середовищ, зростає вища температура кипіння у генераторі (точка 2 переміститься по ізобарі вліво), що призведе до зменшення концентрації слабкого розчину і, як наслідок, до зменшення кратності циркуляції та збільшення теплового коефіцієнта машини. При певних (заданих) температурах навколишнього і охолодного середовища та подальшого зростання температури гарячого джерела може настати така умова, за якої вища температура слабкого розчину в абсорбері (точка 3⁰) стане рівною чи вищою температури початку кипіння міцного розчину в генераторі (точка 1⁰). В цьому випадку можна здійснити так званий принцип перевищення температур, а саме, частину теплоти абсорбції використати для нагрівання генератора. Принцип перевищення температур на практиці можливо реалізувати шляхом зворотного подавання через генератор та абсорбер (рис.8.6).

У випадку значного перевищення температури над більш ефективною буде схема, показана на рис.8.11. У цій схемі в генераторі встановлюються послідовно два змійовики: зворотного подавання та перевищення температур.

Рис.8.11. АВХМ з вузлом перевищення температур та її процеси для рідкої фази

розчину в h-ξ – діаграмі

Гарячий слабкий розчин із генератора направляється у змійовики зворотного подавання, де він, віддаючи теплоту міцному розчину в процесі кипіння на ділянці n₁-n₂, охолоджується від температури t₂ до t_2*, після чого дроселюється та надходить у змійовик перевищення температур. У другому змійовику він поглинає пару, яка надходить з випарника. Теплота, яка виділяється в процесі абсорбції на ділянці 3-m, витрачається на кипіння міцного розчину в генераторі в процесі 4' — п₁.

Після генератора слабкий розчин направляється до абсорбера і, продовжуючи поглинати пару, знижує свою температуру від t_m до t₄. Міцний розчин з температурою t₄ прокачується насосом через змійовики зворотного подавання абсорбера, в яких він нагрівається до температури t_4'.