Современные БЫТОВЫЕ ЭЛЕКТРОПРИБОРЫ И МАШИНЫ

Принцип работы абсорбционных холодильных машин

В зависимости от вида затрачиваемой энергии холодильные машины можно разделить на работающие с затратой механической энергии (компрессионные) и работающие с затратой теплоты (абсорбционные, пароэжекторные). В абсорбцио/ных холодильных машинах в качестве рабочего тела применяют также смеси различных компонентов, резко различающиеся температурой нормального кипения. Легкокипящий ком­понент, кипящий при более низкой температуре, является холодильным агентом. Второй компонент, предназначенный для поглощения (абсорб­ции) холодильного агента, называют абсорбентом. В качестве холо­дильного агента можно применять аммиак, дихлорметан, фреоны, мета­нол и др. В качестве абсорбентов применяют воду, серную кислоту, диметилэфиртетраэленгликоль и др. [43].

Рассмотрим принцип действия абсорбционной холодильной установки (рис. 1.20).

В ректификационную колонку 4 подводится из абсорбера 1 крепкий раствор, представляющий собой смесь рабочего агента и абсорбента. В генераторе 3 крепкий раствор нагревается до кипения. Из него выпа­ривается пар вместе с легкокипящим компонентом (аммиаком) и также проходит через ректификационную колонку 4, но в направлении, встреч­ном крепкому раствору, идущему от абсорбера 1. В результате тепло­обмена между крепким раствором и противоточно движущимся паром концентрация легкокипящего компонента в паре повышается, а в крепком растворе снижается. Кроме того, пар передает теплоту раствору и ох­лаждается, а крепкий раствор нагревается. Из ректификационной ко­лонки пар поступает в дефлегматор 5, где дополнительно охлажда­ется.

При отводе теплоты от пара из него выпадает жидкость (флегма) с низкой концентрацией аммиака, которая поступает обратно в генератор. Температура пара в дефлегматоре незначительно отличается от темпера­туры конденсации чистого вещества при данном давлении.

Генератор, ректификационная колонка и дефлегматор обычно компо­нуют вместе так, чтобы обеспечить естественное движение пара вверх, а флегмы и крепкого раствора — вниз. После дефлегматора пар посту­пает в конденсатор 6, в котором от пара отводится тепло и происходит его конденсация. Конденсат холодильного агента (аммиака) после конденса­тора проходит через дроссельный клапан 7, где снижается давление хладагента, он частично вскипает и в результате снижается его темпе­ратура.

Образовавшаяся парожидкостная смесь направляется в испаритель 8 холодильной камеры 9. В испарителе аммиак кипит, отнимая тепло от холодильной камеры. Образовавшийся пар отводится в абсорбер, где поглощается абсорбентом. Поглощение паров аммиака «бедным» раство­ром сопровождается повышением его температуры и снижением погло­тительной способности. Чтобы не снижалась поглотительная способность

48

Рис. 1.21. Схема абсорбциоино-диф-

Фузнонного холодильного агрегата мИШ

Раствора, в абсорбер постоянно добавляется абсорбент из генератора через дроссель 10. Образовавшийся в абсорбере концентрированный раствор насосом 2 подается в ректификационную колонку. И далее про­цесс повторяется.

Как видно, в абсорбционной холодильной машине применен насос для перекачки раствора из абсорбера в генератор. Можно исключить насос из системы, вводя в контур кроме хладагента и абсорбента допол­нительно легкий газ, например водород. При этом абсорбционная холо­дильная машина не будет иметь движущихся механических элементов, будет бесшумна, высоконадежна, проста в изготовлении и эксплуатации. Такие установки применяют в бытовых холодильниках.

В качестве хладагента применяют аммиак, в качестве абсорбента — воду, а диффузионной средой служит водород.

Охлаждение конденсатора, абсорбера и дефлегматора — естественное благодаря развитой поверхности этих элементов. В течение процесса во всех точках аппарата устанавливается одинаковое полное давление р « 1,4 - г 1,6 МПа. Однако парциальные давления аммиака рв и водорода рл различны в определенных частях аппарата. Разность парциальных давлений (ра — ре) в установке используют как основную движущую силу циркуляции рабочей смеси. Схема абсорбционно-диффузионного холо­дильного агрегата, применяемого в бытовых холодильниках, представлена на рис. 1.21.

Агрегат работает следующим образом. Крепкий водоаммиачный рас - 1 твор, находящийся в ресивере абсорбера 8, поступает по наружной трубе теплообменника 9 в генератор 10, где нагревается до кипения нагрева­телем 11. Водоаммиачный пар из термосифона 12 попадает в трубку рек­тификатора 13, а обедненный водоаммиачный раствор из термосифона 12 самотеком по внутренней трубе теплообменника 9 попадает в абсорбер 7. Водоаммиачный пар в ректификаторе 13 разделяется на воду и аммиач­ный пар.

В дефлегматоре 16 происходит дальнейшее отделение воды в виде флегмы (крепкий раствор аммиака). Пары йоды вместе с флегмой сте­кают в генератор, а из него в верхнюю часть'абсорбера 7. Образовавший­ся аммиачный пар поступает в конденсатор 2, конденсируется и через переохладитель 15 стекает в испаритель 3 низкотемпературной камеры. На вход' испарителя 3 также поступает водород из абсорбера (цепь движения водорода рассмотрим ниже).

В испарителе смесь паров аммиака и водорода находится под общим давлением 1,4—1,6 МПа. Парциальное давление аммиака в этой смеси составляет 0,3—0,4 МПа. В результате резкого падения давления аммиак в испарителе закипает (эффект, эквивалентный дросселированию) и про­исходит охлаждение низкотемпературной, а затем и высокотемператур­ной камеры. В испарителе пар аммиака диффундирует в пароводородную смесь и опускается в ресивер 8. Туда же поступает не испарившаяся часть жидкого аммиака. Образовавшаяся богатая аммиачно-водородная газо­вая смесь поступает в абсорбер 7, где происходит ее разделение на водород (парогазовая смесь) и аммиачный раствор. Аммиачный раствор стекает в ресивер, встречая на своем пути новую порцию богатой аммиач­но-водородной газовой смеси, из которой аммиачный раствор абсорби­рует аммиак, превращаясь в крепкий раствор.

Пароводородная смесь (почти чистый водород) поднимается из реси­вера в воздушный охладитель 4 и регенеративный теплообменник 6 и через трубку теплообменника 14 попадает на вход испарителя 3. Чтобы водород не попадал в конденсатор 2, устроена ловушка 1, отводящая водородную парогазовую смесь из переохладителя 15 по трубе 5 в реси­вер 8.

Одним из основных недостатков абсорбционных холодильников яв­ляется их большое энергопотребление. Если компрессионный двухкамер­ный холодильник объёмом 223 дм3 с НТО 28 дм3 потребляет 2,0 кВт - ч/сут, то абсорбционный холодильник общим объемом 213 дм3 с НТО 32 дм3 по­требляет 4,5 кВт-ч/сутки.

По данным [45], компрессионные холодильники с четырьмя маркиро­вочными звездочками в среднем потребляют на 27,5 % меньше электро­энергии, чем абсорбционные. На выставке в Кельне в 1980 г. среднее зна­чение потребляемой электроэнергии компрессионными холодильниками с режимом замораживания при температуре —18 °С составляло 0,6 кВт-ч/сут на 100 дм3 объема, а абсорбционными — 0,83 кВт-ч/сут.

Энергетическая эффективность абсорбционно-диффузионных холо­дильников может быть повышена при использовании для подогрева не электричества, а других видов тепла: газа, жидкого топлива. Поэтому в параметрическом ряду предусмотрено создание абсорбционных холо­дильников, работающих от газа.

В работе [45] подсчитано, т1то при использовании газа эквивалетный первичный расход энергии абсорбционного холодильника составит 2,63 кВт-ч/сут на 100 дм3 объема, а компрессионного — 4,5 кВт-ч/сут. Отсюда видно, что компрессионный холодильник первичной энергии потребляет на 70 % большие (при условии, что электроэнергия выра­батывается на тепловых электростанциях).

Поэтому есть основание считать, что абсорбционные холодильники имеют перспективу.

Одним из важных Преимуществ абсорбционных холодильников яв­ляется возможность создания холодильника, работающего от различных источников энергии: постоянного и переменного электрического тока, газа, жидкого топлива.

Для работы от газа или жидкого топлива необходимы безопасные горелочные устройства. Рассмотрим один из вариантов газогорелоч- ного устройства (рис. 1.22). Устройство состоит из газовой горелки 2, регулятора 1 давления, отсекателя 4, пускового клапана 7. Газ посту­пает в горелку через пусковой клапан 7 и регулятор 1 давления. Регулятор давления стабилизирует давление газа перед горелкой в пределах 150— 500 Па. Изменение давления производится перемещением рычага 5, выведенного на переднюю панель холодильника. Отсекатель 4 газа предназначен для прекращения прохода газа в горелку, если пламя по­гасло. В этом случае биметаллическая пластина 3 приведет в действие трубку отсекателя 4 и перекроется вход пускового клапана. С помощью рычага 6 можно принудительно открыть клапан 7 и зажечь горелку.

В последнее время появился ряд технических решений по сокраще­нию энергопотребления абсорбционными холодильниками. Эти решения воплощены в новый параметрический ряд холодильников. Одно из них — более эффективное использование теплоты ректификации. Это техниче­ское решение реализовано в холодильнике параметрического ряда «Кристалл 9М» — АШД-200. Конструктивной особенностью схемы яв­ляется наличие трехпоточного парожидкостного теплообменника в узле генератора, что позволяет использовать теплоту дефлегмации пара. Узел генератора теплоизолирован плитами из базальтового кар­тона толщиной 20 мм, а затем пенополиуретановой теплоизо­ляцией. В холодильнике увели­чена высота испарителя с 48 до 60 мм, изменена конструкция задней стенки, панели дверн.

Конструкция холодильного агре­гата представлена на рис. 1.23 [44].

Крепкий водоаммиачный раствор из сборника 6 поступает в узел генератора 7, где подо­гревается в термосифонной трубке электронагревателем 8.

Образующаяся при кипении парожидкостная смесь поступает

Рис. 1.22. Газогорелочиое устройство холодильника

Рис. 1.23. Схема усовершенствованного абсорб­ционного холодильника.

В вертикальный канал 9, где происходит ее разделение: слабый раствор спуска­ется и, проходя через трехпоточный теплообменник 5, отдает теплоту встреч­ному потоку крепкого раствора посред­ством теплопередачи через стенку, по­ступая затем в верхнюю часть абсор­бера 3. Пар также поступает в трехпо­точный теплообменник и в результате теплообмена с крепким раствором ос­вобождается от паров воды и с высокой концентрацией направляется к конден­сатору 1. Здесь пар конденсируется, образовавшийся жидкий аммиак стекает в предохранитель, где происходит предварительное охлаждение аммиака. Далее жидкий аммиак с более низкой температурой стекает в низко­температурный испаритель.

На вход испарителя 2 поступает бедная парогазовая смесь. Жидкий аммиак испаряется в среду водорода, при этом температура повышается по мере увеличения парциального давления аммиака. Из низкотемпера­турного испарителя 2 богатая парогазовая смесь опускается в паро­газовый теплообменник, охлаждая встречный поток водорода^и затем по­ступает в абсорбер 4.

Образовавшийся в результате абсорбции крепкий раствор стекает в сборник 6, а обедненная парогазовая смесь поднимается вверх через регенеративный теплообменник в низкотемпературный испаритель.

Предложенное техническое решение, позволившее снизить удельное энергопотребление на 30 %, положено в основу параметрического ряда абсорбционных холодильников, функциональные характеристики которых приведены в табл. 1.15.

Конструкция шкафов, внутренний интерьер, эргономические и эстети­ческие решения абсорбционных холодильников аналогичны параметри­ческому ряду компрессионных холодильников.

Наработка на отказ холодильников высшей категории составляет

35 тыс. ч, холодильников первой категории — 25 тыс. ч. Средний ресурс холодильников высшей категории составляет 125 тыс. ч, холодильников первой категории 120 тыс. ч. Срок службы холодильников не менее 15 лет. Средняя суммарная трудоемкость ремонта составляет 4,5 чел.-ч: