Тепловые насосы

АБСОРБЦИОННЫЙ ЦИКЛ

В процессах охлаждения абсорбционный цикл уже нашел при­менение в различных схемах и конструкциях, но в качестве тепло­вого насоса он еще требует проверки эффективности. При объяс­нении цикла неизменно приходится его упрощать. Основные прин­ципы абсорбционного цикла описываются на основе лучшего из известных—холодильного цикла Платен — Мунтерс или «Элек­тролюкс». На рис. 2.12 принципиальная схема абсорбционного цикла сопоставлена с компрессионной. Очевидно, что абсорбци­онный тепловой насос содержит испаритель и конденса­тор, которые работают точно так же, как в парокомпрессионном цикле. Теплота подводится к испарителю, вызывая кипение хладо - агента при низком давлении. Полезное тепло отводится от конден­сатора, внутри которого происходит конденсация при высоком давлении. Однако в абсорбционном цикле используется дополни­тельный контур, в котором течет жидкий абсорбент, или раство­ритель: Испарившийся хладоагент поглощается жидкостью при низком давлении. Затем жидкость специальным насосом перека­чивается в область высокого давления, где происходит подвод
тепла, и несмотря на высокое давление, пары хладоагента выде­ляются из жидкости. Поскольку смесь жидкого абсорбента и хла­доагента практически несжимаема, затраты мощности на насос пренебрежимо малы и источником первичной энергии является только теплота, подводимая к генератору пара, который всегда име­ет максимальную температуру цикла. Теплота, выделившаяся в абсорбере, суммируется с теплом от конденсатора, поэтому КОП цикла всегда больше единицы.

АБСОРБЦИОННЫЙ ЦИКЛ

Как и все другие циклы, этот цикл можно сравнить с идеаль­ным циклом Карно. Абсорбционный тепловой насос —это просто

Рис. 2.12. Сопоставление простого абсорбционного и парокомпрессион - иого циклов.

КОПк = 1

1 — компрессор; 2 — испаритель: 3 — кон­денсатор; 4— абсорбер; 5 —насос; 6 — ге­нератор.

Тепловая машина, объединенная с тепловым насосом; его харак­терные температуры указаны на рис. 2.13. При этом

Te<TG-Ta)

TG (ТС-ТЕ)

Некоторые значения приведены в табл. 2.1, они типичны для домашнего отопления с учетом обычного упрощающего допуще­ния, что ТА = Тс. Эти значения не очень велики, если принять во внимание, что они характеризуют теоретический максимум. Темпе­ратура генератора ограничена 150° С, что обусловлено стабильно­стью материалов и уровнем напряжений, вызванных давлением. Первым шагом в повышении КОП должно быть повышение Те.

Тс, °С

40

60

80

Та, °С: —10

2,37

1,80

1,48

0

2,77

1,97

1,56

+ 10

3,45

2,20

1,67

Таблица 2.1. при 7'g = 150 °С

КОП цикла Карно абсорбционного теплового насоса

Практически ограничение цикла можно продемонстрировать на диаграмме давление — температура — концентрация (р—t—х). Основные моменты показаны на упрощенной диаграмме рис. 2.14. На практике р—і—х диаграммы для реальных пар хладоагент — абсорбент существенно отклоняются от прямых из-за химического сродства компонентов.

Два характерных давления системы показаны двумя горизон­талями. Верхняя — давление в генераторе и конденсаторе и ниж­няя— в абсорбере и испарителе. Давление в конденсаторе соот­ветствует 100% хладоагента, и температура в испарителе также
соответствует 100% хладоагента при низком давлении. Две верти­кальные линии показывают концентрации в идеальных условиях, достижимые при температуре и давлении абсорбера и генератора.

Положим, что температура генератора фиксирована. По мере снижения температуры испарителя обе концентрации сближаются, что снижает эффективность цикла, поскольку данный расход цир­кулирующей жидкости переносит меньше хладоагента. Если повы­шать температуры абсорбера или конденсатора, эффект будет таким же. Таково простое объяснение причин, почему этот тепло­вой насос имеет низкое значение КОП.

АБСОРБЦИОННЫЙ ЦИКЛ

Рис. 2.13. Абсорбционный цикл Карно.

То и Qo — температура и тепловой поток генератора; Та и Qa — абсорберы; Тс и Qc — конденсатора; Qe и Те — испарителя.

Її

/,% ТОО

Рис. 2.14. Обобщенная диаграмма р—t—х.

Отсюда можно также видеть, что при некоторых комбинациях температур абсорбционный цикл вообще неработоспособен, пос­кольку нет разницы концентраций между абсорбером и генерато­ром. При достижении этого предела КОП падает до единицы.

Реальные циклы в некоторых отношениях отличаются от опи­санного, так как пары хладоагента и растворителя специально под­бираются с сильным взаимным сродством. Требования к свойствам рабочих тел таковы:

1) сильное сродство для получения больших изменений концен­траций в растворах;

2) высокое значение летучести для повышения КПД генера­тора;

3) умеренное рабочее давление, определяющее давление паров хладоагента;

4) химическая стабильность для предотвращения разложения в генераторе.

Абсорбционный цикл широко применяется для кондиционирова­ния воздуха и охлаждения с двумя парами хладоагент—раствори­тель: аммиак — вода и вода — бромистый литий (см. также гл. 5). Обе пары веществ имеют ряд преимуществ, но при использовании в тепловых насосах также и существенные недостатки, указанные ниже:

Аммиак — вода

1. Поскольку как аммиак, так и вода дают пар в генераторе, требуется рефлюкс-конденсатор для разделения потоков.

2. Аммиак дает пар слишком высокого давления (около 2 МПа при 50°С).

3. Пары аммиака заметно токсичны, что требует определенных мероприятий безопасности.

4. Аммиак вызывает коррозию меди, и ее нельзя применять в теплообменной аппаратуре.

Вода — бромистый литий

1. Эффективность цикла ограничивается началом кристалли­зации, определяющей достижимую концентрацию.

2. Вода как хладоагент имеет очень низкое давление паров, поэтому весь цикл проходит при давлении ниже атмосферного.

3. Вода замерзает при 0° С, поэтому испаритель не может рабо­тать при более низких температурах. Это исключает применение абсорбционного теплового насоса при использовании низкопотен­циального тепла воздуха.

Исследовано много других комбинаций, среди которых оказа­лись перспективными хладоагенты R21 или R22 с органическими растворителями. Недостатком фтороуглеродных хладоагентов яв­ляется более низкая стабильность при высоких температурах гене­ратора. Они склонны к разложению.

С учетом требований, налагаемых выбором рабочих тел цикла, его реальная схема усложняется (рис. 2.15).

В этом водоаммиачном цикле промежуточный теплообменник играет такую же роль, как и в парокомпрессионном цикле (рис. 2.16), он позволяет приблизить испарение к изотермическим условиям. Жидкостный теплообменник очень важен для повыше­ния экономичности. Поскольку растворитель непрерывно циркули­рует между генератором и абсорбером, он создает утечку тепла от генератора на более низкий температурный уровень, что понижает КПЭ системы. Назначение жидкостного теплообменика состоит в снижении этой потери тепла.

Генератор изображен здесь схематически в виде дистилляцион - ной колонны для разделения аммиака и воды. Показанный на рис. 2.15 ректификатор иногда называют рефлюксконденсатором или, когда он размещен вне генератора, дефлегматором. Послед­нее название специально подчеркивает отделение воды от аммиа­ка. Назначение ректификатора и трубопроводов, отводящих жид­кость от нижней части турбогенератора, состоит в поддержании распределения температуры внутри колонны таким, чтобы рас­твор аммиака эффективно испарялся и затем охлаждался. В каж­дой ступени обезвоживание аммиака повышается. Подробное опи­сание этого процесса можно найти в [6].

Существенно, что хладоагент, покидающий генератор, должен быть свободен от растворителя. В противном случае испаритель не сможет работать. В нем испаряется прежде всего хладоагент, а в жидкой фазе накапливается растворитель, что ведет к про­грессивному повышению температуры испарения или снижению давления. Оба эти явления существенно снижают эффективность системы.

АБСОРБЦИОННЫЙ ЦИКЛ

4-

Тъ(пар)+Ъ

Щ(тд)

АБСОРБЦИОННЫЙ ЦИКЛ

Рис. 2.15. Схема реального абсорбцион­ного теплового насоса.

1 — испаритель; 2 — промежуточный теплооб­менник; 3 — абсорбер; 4 — насос; 5 — ректифн - _. а „ „ катор; 6 — генератор; 7 — конденсатор; 8 — S^-Lu. і,. Я2О + жидкостный теплообменник; 9 — дроссельный ^^^ПТЧЧ^ч

Наиболее известной абсорбционной системой является холо­дильник Платен—Мунтерса или «Electrolux». Это трехжидкостная система, работающая на одном уровне давления (если отвлечься

Рнс. 2.16. Цнкл «Электролюкс».

1 — тепло от нагревателя; 2 — генератор; 3 — сепаратор; 4 — тепло к потребителю; 5 — кон­денсатор; 6 — тепло от низкопотенцнального источника; 7 — испаритель; 8 — теплообмен­ник; 9 — тепло к потребителю; 10 — абсорбер.

От явлений конвекции при всплывании пузырьков). Испарение ам­миака происходит при смешивании жидкости с газообразным во­дородом в одной из частей контура. Поскольку жидкий аммиак при испарении повышает парциальное давление, он испаряется так, как будто бы давление фактически понижено, т. е. в условиях пониженной температуры. Такое изящное решение исключает не­обходимость в каких бы то ни было движущихся деталях. Полное описание этой интересной системы заняло бы слишком много мес­та, и читателю рекомендуется обратиться к диаграммам цикла на рис. 2.16.

Тепловые насосы

Геотремальное отопление загородного дома

Тепловой насос получает тепло от земли и подает его в дом. Таким образом, это один из самых дешевых способов отопления загородного дома.

Как работает кондиционер и какие режимы поддерживает

Несмотря на многообразие модельного ряда, и богатые функциональные возможности, главной задачей кондиционеров является все же охлаждение воздушных масс в помещении

Преимущества тепловых насосов

Mожно не проводить газ в дом, а отапливать, охлаждать его, получать горячую воду именно при помощи тепловых насосов

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.