Абсорбционные холодильники бытового назначения.
1. Устройство, принцип работы абсорбционных холодильников.
Цикл абсорбционной холодильной машины подобен циклу паровой компрессионной машины тем, что она работает на легкокипящем хладагенте (аммиаке в аммиачных машинах и вода в бромистолитиевых машинах), который попеременно кипит при низком давлении в испарителе, поглощая теплоту от охлаждаемой среды и конденсируется при высоком давлении к конденсаторе, отдавая теплоту окружающей среде.
Основное различие между абсорбционными и компрессионными машинами заключается в способе обеспечения циркуляции хладагента в системе и создания разности между давлениями конденсации и кипения. В абсорбционной машине абсорбер и генератор осуществляют функции компрессора. Абсорбер играет роль всасывающей стороны компрессора, а генератор – нагнетательной стороны компрессора. Внешняя энергия в форме электрической энергии для производства парокомпрессионного цикла подводится к компрессору, а внешняя энергия в абсорбционном цикле в виде теплоты подается непосредственно в генератор веществом, содержащим теплоту, поступающую в генератор, является водяной пар низкого давления или горячая вода.
Холодильный агрегат абсорбционного холодильника состоит из 4 основных аппаратов. Испаритель и абсорбер на стороне низкого давления системы и генератор и конденсатор на стороне высокого давления. Рабочим веществом для осуществления холодильного цикла абсорбционной машины является раствор, состоящий из двух компонентов с различными температурами кипения при одинаковом давлении. Компонент с более низкой температурой кипения является хладагентом, а другой - абсорбентом (поглотителем). Хладагент проходит из конденсатора в испаритель, абсорбер и генератор, и возвращается в конденсатор, а абсорбент поступает из абсорбера в генератор и рециркулируется обратно в абсорбер.
Последовательность цикла работы абсорбционной машины следующая: жидкий хладагент при высоком давлении подается из конденсатора в испаритель через дросселирующий вентиль, снижающий давление. Жидкий хладагент в испарителе превращается в пар, отбирая теплоту от охлаждаемой среды. Образовавшийся пар низкого давления поступает из испарителя в абсорбер, т.к. давление раствора в абсорбере несколько ниже. Давление в абсорбере определяет давление и температуру кипения хладагента в испарителе. Давление раствора в абсорбере зависит от свойств абсорбента, его температура и концентрации. Чем ниже температура абсорбента и больше его концентрация в растворе, тем ниже давление в растворе.
При поглощении абсорбентом пара хладагента, поступающего из испарителя, его объем уменьшается и теплота, выделяемая в абсорбере (равная сумме скрытой теплоты парообразования и теплоты растворения хладагента в абсорбенте) передается окружающей среде в конденсаторе.
Для передачи теплоты в абсорбере температура раствора должна быть больше температуры окружающей среды. КПД абсорбера повышается при повышении температуры раствора.
Пар хладагента, поглощаемый абсорбентом, повышает давление раствора, поэтому концентрацию абсорбента необходимо непрерывно увеличивать. Это осуществляется непрерывной подачей насосом крепкого раствора из абсорбера в генератор. В нем большая часть хладагента выкипает при нагреве, а образующийся слабый раствор рециркулирует (через регулирующий вентиль) в абсорбер и снова поглощает пар, поступающий из испарителя. Повышение давления раствора происходит при перекачивании раствора из абсорбента в генератор. Процесс происходит без сжатия хладагента, поэтому насос для подачи раствора потребляет незначительную мощность.
Хладагент отделяется в генераторе от абсорбента при нагреве раствора и выкипает. Образовавшийся пар высокого давления поступает в конденсатор, где превращается в жидкость, отдавая теплоту окружающей среде.
Слабый раствор рециркулирует в абсорбер через трубопровод и регулирующий вентиль. Концентрация слабого раствора зависит от количества теплоты, подаваемой в генератор.
При добавлении третьего инертного компонента, например водорода, для выравнивания давления в системе, абсорбционная машина функционирует без насоса или других движущихся частей. Работа абсорбционной машины, в которой применяется трехкомпонентное рабочее вещество, основана на законе Дальтона, который гласит, что общее давление смеси газов (или паров) состоит из суммы отдельных парциальных давлений, создаваемых каждым паром или газом в отдельности. В такой системе общее давление, создаваемое смесью газов, одинаково во всех частях. В связи с присутствием водорода (и парциального давления, создаваемого им на стороне низкого давления – испаритель и абсорбер) парциальное давление, создаваемое паром аммиака, ниже давления пара аммиака в генераторе и конденсаторе. Поэтому при одинаковом давлении во всей системе аммиак кипит при низких давлении и температуре в испарителе и одновременно конденсируется при высоких давлении и температуре в конденсаторе.
Схема и принцип работы – по плакату.
Разделение смеси паров хладагента и абсорбента после генератора осуществляется методом ректификации и дефлегмации.
Ректификация – процесс разделения смесей путем непосредственного взаимодействия пара и жидкости на ректификационных тарелках или насадке из колец Рашига. Начальная ректификация паров хладагента осуществляется на насадке крепким раствором. Пар охлаждается от средней температуры в генераторе до более низких значений температуры. Дальнейшая ректификация паров осуществляется на ректификационных тарелках флегмой, поступающей из дефлегматора.
В дефлегматоре повышение концентрации паров производится путем их частичной конденсации, при этом образуется флегма, стекающая обратно в ректификатор.