О воздушной компрессионной холодильной машине.
Двухфазные (жидкость - пар) циклы исключают по техническим соображениям применение детандеров, уменьшающих общие затраты энергии.
Детандеры применяют лишь в однофазных газовых циклах Воздушная компрессионная холодильная машина отличается от парокомпрессионных тем, что рабочее тело в рабочем цикле не конденсируется и не испаряется.
В схеме (рис.2.6) вместо холодильника – конденсатора и испарителя функционируют два теплообменника – холодильник Х и нагреватель Н.
Воздух (поток I)
сжимается компрессором КС (условно -
адиабатически) от
до
,
температура его повышается от
до
.
Далее он изобарически, при давлении (
=
const)
охлаждается (скажем, холодной водой,
поток III)
в холодильнике Х до температуры
.
Сжатие и охлажденный воздух расширяется
в детандере Д, при этом его давление
падает до
,
а температура снижается до
,
Из детандера охлажденный газ поступает
в теплообменник Н, где изобарически (
=
const)
нагревается до температуры
отнимая теплоту у потока II
– целевой охлаждаемой среды.
Стадии по рабочему циклу:
- адиабатическое
сжатие
2-3 – изобарическое
охлаждение
3-4 – адиабатическое расширение
4-1 – изобаричекое
нагревание
а б
Рис. 2.6. Воздушная компрессионная холодильная машина.
а - принципиальная схема; б – Т-s диаграмма
I -воздух; II - охлаждаемая среда; III - охлаждающая среда;
К- компрессор; Х – холодильник; Д- детандер; Н - нагреватель
Таким образом в
воздушном цикле изобары – изотермы
конденсации и испарения рабочего тела
заменены (2.2б) изобарами сжатого и
нагревания расширившегося воздуха при
давлениях
и
(рис.2.6б).
Холодильный коэффициент воздушного цикла
(2.3.32)
где
- массовая удельная теплоемкость воздуха.
Воздушная холодильная машина энергетически значительно менее выгодна, чем идеальная; ее эффективность ниже, чем у компрессионных машин, работающих по парожидкостным циклам.
2.4. Абсорбционная холодильная машина
В абсорбционной холодильной машине холод получается за счет использования теплоты невысокого потенциала, тогда как в компрессионной холодильной машине – за счет затрат механической энергии.
Принцип действия
абсорбционной холодильной машины
основан на поглощении паров рабочего
тела каким либо абсорбентом пир невысоком
давлении
в абсорбере последующем выделении их
в генераторе при достаточно высоким
давлении
.Иными
словами, сжатие паров рабочего тела в
компрессоре заменено в абсорбционной
холодильной установке выделением
(десорбцией) и концентрированием паров
рабочего тела из смеси абсорбентом –
с получением этих паров под избыточным
давлением.
Наибольшее применение для получения холода на уровне (-10 -30) находят водно – аммиачные абсорбционные установки, в которых рабочими телами служат аммиак и его водные растворы разной концентрации.
Аммиак активно абсорбируется водой: при комнатной температуре в единице объема воды, растворяется свыше 1000 объемов парообразного аммиака. Абсорбция аммиака сопровождается значительным выделением теплоты.
Схема абсорбционной машины показана на рис.2.7. Генератором аммиака (потоки II) являются куб 1, снабженный кипятильником и колонной (тарельчатой или насадочной). В кубе происходит десорбция аммиака (из водно-аммиачного раствора – поток III), в колонне – более тщательная его очистка от примеси воды.
Газообразный
аммиак с концентрацией, превышающей
99 %
,
при высоком давлении
(на уровне 0,5 – 1,5 Мпа) поступает в
конденсатор 2. Там аммиак конденсируется
при относительно высокой температуре,
отдавая теплоту парообразования и
абсорбции охлажденной воде (поток V)
небольшая часть сжиженного аммиака
возвращается на орошение в колонну,
основная же часть - дросселируется, в
дроссельном вентиле 3, где давление
падает до
.
При этом давлении аммиак испаряется в
испарителе 4, воспринимая теплоту на
низком температурном уровне от потока
I
охлаждаемой среды. Далее газообразный
аммиак направляется в абсорбер 5, где
при охлаждении (отвода теплоты конденсации
и абсорбции) он поглощается водой (поток
IV)
с образованием концентрированного
раствора (поток III)
- ≈ 50 %
.
Полученный раствор (поток Ш) через теплообменник 7 насосом 6 питает колонну I. Там в результате подвода теплоты в кипятильник куба (греющим паром невысокого давления или другим теплоносителем – поток VI)большая часть аммиака испаряется и в виде пара направляется в конден-
сатор 2. Обедненный водно – аммиачный раствор с концентрацией на уровне ≈20 % уходит (поток IV) из кипятильника через теплообменник 7 и дроссельный вентиль 8 в абсорбер 5, где используется в качестве абсорбента для поглощения газообразного аммиака. Заметим здесь в принципе можно было бы обойтись и без теплообменника 7, но он выполняет роль рекуператора теплоты, повышая экономичность цикла.
В рассматриваемой схеме роль компрессора выполняет агрегат, включающий в себя кипятильник, абсорбер и насос; иногда этот агрегат именуют термохимическим компрессором.
Цикл абсорбционной холодильной машины в диаграммах состояния обычно не изображают, поскольку на разных участках установки циркулируют различные рабочие тела – газообразный аммиак и его водные растворы.
Рис.2.7. Абсорбционная холодильная машина
1- колонна с кипятильником; 2- конденсатор ; 3,8 – дроссельные вентили;4 – испаритель; 5 – абсорбер; 6 – насос; 7 – теплообменник. I - охлаждаемая среда, II – аммиак, III – водно –аммиачный раствор, IV - разбавленный раствор аммиака в воде, V – охлаждающая вода,
VI - греющий пар.