8.5.1. Абсорбційна бромистолітієва безнасосна холодильна машина
Безнасосні абсорбційні бромистолітієві холодильні машини безперервної дії використовують в автономних кондиціонерах з газовим обігріванням генератора та водяним охолодженням конденсатора та абсорбера. В теплий період року така машина охолоджує повітря, яке подається у приміщення, а холодний його нагріває. Схема машини представлена на рис.8.22.
Рис.8.22. Абсорбційна бромистолітієва безнасосна холодильна машина неперервної дії
При здійснені холодильного циклу водяна пара та міцний розчин з кип’ятильника (генератора) 7, що обігрівається газовим пальником, по підйомній трубі 8 потрапляє у сепаратор 9, де розділюється на рідку та парову фази. Із сепаратора міцний розчин по трубі 11 потрапляє у теплообмінник 5, де охолоджується передаючи теплоту слабкому розчину, який прямує на випаровування у кип’ятильник. З теплообмінника міцний розчин по трубі 16 потрапляє у абсорбер 2. Пара з сепаратора по трубі 10 надходить на водоохолодний конденсатор 21, де конденсується віддаючи теплоту воді. Водяний дистилят з конденсатора, пройшовши дросельну шайбу 17, потрапляє у випарник 18, де випаровується відбираючи теплоту від охолодного середовища (повітря камери). З випарника утворена пара надходить до абсорбера де поглинається міцним розчином, який стікає по теплообмінній поверхні. Теплота, що виділяється в процесі абсорбції, відводиться охолодною водою. Вода подається до абсорбера по трубі 3, а виходить по трубі 15 у конденсатор, пройшовши який, виливається по трубі 1. Слабкий розчин, який утворюється в абсорбері при поглинанні водяної пари міцним розчином збирається у нижній частині абсорбера і стікає по трубі 4 до теплообмінника 5, нагрівшись у якому по трубі 6 потрапляє у кип’ятильник.
Подавання слабкого розчину із абсорбера у кип’ятильник відбувається за рахунок різниці питомої ваги холодного розчину та паро рідинної суміші, яка утворюється у кип’ятильнику.
При малих теплових навантаженнях на випарник, надлишок холодильного агента (води) зливається по трубі 14 із випарника у концентратор 19, а потім по трубопроводу 20 у трубопровід 4 зливання слабкого розчину з абсорбера в генератор. Дякуючи змішуванню води та міцного розчину концентрація розчину в циклі знижується. Система гідравлічних затворів (труби 12, 13, 22) служить для зміни руху водяної пари при переході з холодильного режиму на тепловий. Подавання води через абсорбер та конденсатор при цьому припиняють.
Холодопродуктивність таких машин в складі автономних кондиціонерів при обігріванні газовим пальником знаходиться в межах 10-15 кВт, а значення теплового коефіцієнта (при ККД газового пальника 80%), становить 0,65-0,66.
8.5.2. Абсорбційно-дифузійна водоаміачна безнасосна холодильна машина
В абсорбційно-дифузійних холодильних машинах безперервної дії використовується водоаміачний розчин з інертним (таким, що не конденсується) газом, дякуючи якому в усіх елементах машини підтримується однаковий абсолютний тиск. Загальний тиск у машині, згідно закону Дальтона, дорівнює сумі парціальних тисків води, аміаку та інертного газу. Процеси кипіння та конденсації холодильного агента протікають при низькій та високій температурах, які відповідають парціальним тискам аміаку в парогазовій суміші (аміак + інертний газ): парціальний тиск аміаку у випарнику низький, а у конденсаторі – високий.
Циркуляція парогазової суміші між випарником та абсорбером відбувається завдяки різниці питомої ваги міцної та слабкої суміші, а подолання дуже незначного гідростатичного напору для подавання міцного розчину із абсорбера у кип’ятильник (генератор) здійснюється завдяки різниці рівнів та насосом, який виконується у вигляді термосифона. Інертний газ циркулює у випарнику, абсорбері та конденсаторі, у кип’ятильнику він практично відсутній. Принципова схема кругового процесу машини наведена на рис.8.23,а.
Нагрівання розчину в кип’ятильнику К відбувається за допомогою трубки Т, в середині якої вмонтовано електричний нагрівник чи газовий пальник. Дія термосифона створюється бульбашками пари, що утворюються в процесі кипіння міцної суміші, завдяки чому розчин із абсорбера потрапляє у кип’ятильник. З кип’ятильника пара аміаку, яка містить невелику кількість водяної пари, направляється в дефлегматор Д та конденсатор КД, де послідовно відбувається очищення від водяної пари та конденсація аміаку. Після конденсатора рідкий аміак направляється у верхню частину випарника В де кипить, відбираючи теплоту від охолодного середовища. По мірі поступового випаровування рідини пара аміаку, що
Рис.8.23. Абсорбційно-дифузійна безнасосна холодильна машина неперервної дії:
а) принципова схема; б) цикл
утворюється, дифундує в парогазову суміш (аміак + інертний газ). Концентрація аміаку у течії зростає, тому випаровування проходить при змінній (зростаючій) температурі. Збагачена аміаком парогазова суміш надходить до абсорбера А, де відбувається абсорбція слабким розчином пари аміаку з парогазової суміші, і вона (інертний газ + незначна кількість аміаку) повертається з верхньої частини абсорбера у випарник. Слабкий розчин у абсорбер поступає з кип’ятильника.
Внаслідок дифузії аміаку всередину парогазової течії процеси тепло- та масоперенесення протікають повільніше, ніж у розчинах (без інертного газу). Швидкість дифузії визначається її рушійною силою. У випарнику вона зростає із збільшенням різниці між тиском (концентрацією) пари аміаку безпосередньо над стікаючою плівкою та їхнім парціальним тиском (концентрацією) у течії. В абсорбері швидкість дифузії залежить від різниці між парціальним тиском (концентрацією) парів аміаку в парогазовій течії та в суміші, рівноважній водоаміачному розчину.
Коефіцієнт, що характеризує швидкість дифузії (м2/с), збільшується із зменшенням загального тиску та зростанням абсолютної температури. При тих же тисках і температурі він зворотно пропорційний квадратному кореню молекулярної маси дифундуючої робочої речовини. Отже, із зростанням молекулярної маси речовини швидкість дифузії знижується. З цієї причини повітря могло б забезпечити достатню швидкість дифузії лише при використанні додаткового вентилятора. Використання у 1925 році шведською фірмою “Платен та Мунтерс” водню дозволило здійснити цикл абсорбційно-дифузійної машини неперервної дії без додаткових механізмів.
Цикл абсорбційно-дифузійної машини наведено на рис.8.23, б. Процеси в кип’ятильнику та конденсаторі протікають так само, як у звичайних абсорбційних холодильних машинах. Рідкий аміак, який надходить у випарник, починає дифундувати в парогазову течію при найнижчих початковому тиску р01 та температурі Т01 (точка 3). В кінці випаровування парціальний тиск та температура зростають до р02 та Т02 відповідно (точка 4). Потім парогазова течія направляється до абсорбера (пунктирна лінія 4-6'), і, рухаючись назустріч слабкому водоаміачному розчину, відбувається абсорбція значної частини пари аміаку розчином. При цьому парціальний тиск пари аміаку знову знижується до р01 (пунктирна лінія 6'-5'), при якому парогазова течія заходить назад у випарник.
Процес абсорбції проходить у зворотному напрямку, а саме, із зростанням парціального тиску пари аміаку над розчином при майже постійній температурі (лінія 5-6). Таким чином концентрація міцного розчину визначається температурою Таб та найвищим тиском р02 . Завдяки цьому можна досягнути вищої концентрації міцного розчину порівняно із звичайною абсорбційною машиною. Концентрація слабкого розчину визначається нижчим тиском р01 і температурою Таб.
Дійсний тепловий коефіцієнт машини ζ≈0,25. Більш високі значення теплового коефіцієнта досягнуті в побутових холодильниках завдяки застосуванню регенерації теплоти.
Схема одного з багатьох існуючих конструкцій абсорбційно-дифузійного побутового холодильника наведена на рис.8.24.
