8425

УДК 621.59.01 (075.8)

Дыскин Л.М. Расчет абсорбционных трансформаторов теплоты [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / Л.М. Дыскин, Н.А. Самсонова; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 48 с. – 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

Ключевые слова: техническая термодинамика, теплопередача, трансформаторы теплоты, холодильные установки.

Приведены схемы, дано описание работы идеальных и реальных абсорбционных повышающих и расщепляющих трансформаторов теплоты. Изложены методики расчета энергетических характеристик повышающих водоаммиачного и бромистолитиевого трансформаторов теплоты.

© Л.М. Дыскин, Н.А. Самсонова, 2016

© ННГАСУ, 2016

3

Содержание

1.3.Схема и принцип работы расщепляющего трансформатора теплоты 13

1.4.Удельные энергозатраты в абсорбционном расщепляющем

4

Введение

Абсорбционные трансформаторы теплоты, служащие для изменения еѐ температурного уровня, относятся к группе сорбционных термомеханических трансформаторов. В этих трансформаторах внутреннее охлаждение рабочего тела и отвод теплоты от охлаждаемого объекта происходят так же, как и в парожидкостных компрессионных установках, то есть путем дросселирования и испарения рабочего тела соответственно.

Существенное отличие между ними определяется способом повышения давления рабочего тела.

Вкомпрессионных трансформаторах теплоты для повышения давления рабочего тела используют механические компрессоры, на работу которых затрачивается наиболее ценная (организованная) электрическая или механическая энергия.

Вабсорбционных трансформаторах теплоты повышение давления рабочего тела происходит в термохимическом компрессоре, действие которого основано на использовании экзотермического процесса смешения и эндотермического процесса разделения химически разнородных веществ.

Для работы термохимического компрессора используется внешняя энергия,

подводимая в форме теплоты, которая является менее ценной

(неорганизованной).

Вабсорбционных установках применяют бинарный раствор,

состоящий из полностью растворимых друг в друге рабочего тела и абсорбента (поглотителя), имеющих различные нормальные температуры кипения tS. Эти вещества имеют свойство образовывать при адиабатном смешении смеси с температурой, отличной от температур смешиваемых веществ.

Вещество с меньшей температурой кипения является рабочим телом

(холодильным агентом), а с более высокой температурой кипения – абсорбентом.

5

Наиболее часто используют водоаммиачные и бромистолитиевые трансформаторы теплоты. В водоаммиачных трансформаторах рабочим телом является аммиак NH3 (tS = -33,35 °C), а абсорбентом – вода H2O (tS = 100 °C).

В бромистолитиевых трансформаторах рабочим телом является вода, а

абсорбентом – бромистый литий LiBr (tS = 1312 °C).

Пар чистого вещества может быть поглощен (сконцентрирован) этим же веществом в жидком состоянии лишь в том случае, если температура жидкости меньше температуры пара.

В отличие от чистых веществ растворы обладают способностью абсорбировать (поглощать) пар раствора одного состава жидким раствором другого состава даже в том случае, когда температура жидкости выше температуры пара. Именно это особое свойство растворов используют в абсорбционных трансформаторах теплоты.

Работа абсорбционной установки основана на том, что концентрация рабочего тела (холодильного агента) в кипящем растворе значительно ниже,

чем насыщенном паре этого раствора при том же давлении. Это свойство бинарных растворов проявляется на фазовой диаграмме (рис. 0.1), в которой по горизонтальной оси отложены концентрации ξ рабочего тела, а по вертикальной оси – температура t. Точки 1 и 2 соответствуют температурам кипения чистого абсорбента и чистого рабочего тела соответственно. Нижняя кривая 1-a-2 соответствует жидкой фазе, а верхняя кривая 1-b-2 –

газообразной фазе (насыщенному пару) при равновесном сосуществовании обеих фаз. Поэтому кривая 1-a-2 представляет собой линию кипения раствора при данном давлении, а кривая 1-b-2 – линию конденсации насыщенного пара при том же давлении.

6

Рис. 0.1. Фазовая диаграмма

Если состояние кипящей жидкости раствора изображается точкой А на кривой 1-a-2, то состояние пара, находящегося с ней в равновесии,

определяется точкой B на кривой 1-b-2. Следовательно, при кипении раствора с концентрацией легкокипящего компонента ξ образуется пар,

имеющий по сравнению с исходным раствором более высокую концентрацию легкокипящего компонента.

Если в испарителе, помещенном в охлаждаемом помещении

(холодильной камере) образуется насыщенный пар с высокой концентрацией

,состояние которого изображается точкой B1, то этот пар может находиться

вравновесии с жидкостью, имеющей концентрацию ξ1. По отношению к

их соприкосновении начинается конденсация пара, следствием которой будет полное поглощение (абсорбция) пара жидкостью. При этом теплота конденсации будет отводиться при температуре жидкости t2, более высокой,

чем температура пара t1. В результате будет происходить переход теплоты от

7

тела менее нагретого (пар высокой концентрации) к телу более нагретому

(жидкость низкой концентрации).

В соответствии со вторым законом термодинамики этот процесс должен сопровождаться некоторым компенсирующим процессом. В

абсорбционном трансформаторе теплоты таким процессом является переход некоторого количества теплоты от тела с более высокой температурой t > t2 к

телу с менее высокой температурой t < t2, то есть передача некоторого количества теплоты окружающей среде.

Абсорбционные трансформаторы теплоты могут быть повышающими или расщепляющими. В повышающих трансформаторах повышается потенциал теплоты, подводимой на низком температурном уровне Tн, до более высокого температурного уровня Тс. Для привода такого трансформатора используется внешняя энергия, подводимая к установке в форме теплоты на высоком температурном уровне Тв ˃ Тс.

В расщепляющих трансформаторах к установке подводится теплота на среднем температурном уровне Тс. Эта теплота разделяется (расщепляется) в

трансформаторе на два потока: высокого потенциала с температурой Тв и

низкого потенциала с температурой Тн. И в повышающем, и в расщепляющем трансформаторах Тв ˃ Тс˃ Тн.

В настоящем пособии рассматриваются схемы, работа и методики расчета абсорбционных водоаммиачного и бромистолитиевого повышающих трансформаторов теплоты, работающих в режиме холодильных установок.

9

помощью насоса II в генератор III, находящийся под более высоким давлением pв. В генераторе происходит выпаривание раствора за счет теплоты Qв, подводимой при температуре Тв. При этом раствор, поступивший в генератор, разделяется на два потока: паровой и жидкий. Паровой поток,

получившийся в результате выпаривания из раствора рабочего тела,

направляется в конденсатор IV. Жидкий поток абсорбента направляется через теплообменник V и детандер VI в абсорбер I. В теплообменнике абсорбент охлаждается от температуры Тв до температуры Тс, передавая теплоту раствору, который поступает из абсорбера в теплообменник с температурой

Тс и нагревается в нем до температуры Тв.

Пар рабочего тела, поступивший из генератора III в конденсатор IV,

конденсируется в нем при температуре Тс. При этом из конденсатора отводится теплота Qк. Жидкое рабочее тело из конденсатора направляется через детандер VII, где его давление понижается от pв до pн, в испаритель

VIII. Затем все процессы повторяются.

Работа, получаемая при расширении абсорбента в детандере VI и

рабочего тела в детандере VII, используется для привода насоса II,

перекачивающего раствор из абсорбера в генератор.

В идеальном цикле работа, затраченная в насосе, равна суммарной механической энергии, вырабатываемой обоими детандерами. Это объясняется тем, что объемный расход раствора через насос равен сумме объемных расходов рабочего тела и абсорбента через детандеры. При этом перепады давлений в детандерах одинаковы и равны перепаду давлений раствора в насосе.

1.2.Удельные энергозатраты в повышающих трасформаторах

теплоты

Для анализа идеальной абсорбционной установки используют

следующие допущения: