Абсорбционная и пароэжекторная холодильные машины

Из теплоиспользующих холодильных машин широкое применение имеют абсорбционные и пароэжекторные.

В абсорбционной холодильной машине (рис. 4) рабочее вещество не однокомпонентное, как в парокомпрессионной холодильной машине, а двухкомпонентное — например, водоаммиачный раствор, в котором аммиак является хладагентом, а вода абсорбентом (поглотителем).

Рис. 4. Принципиальная схема абсорбционной холодильной машины: АБ — абсорбер; Н — насос; Г — генератор; остальные обозначения см. на рис. 3

В генераторе (кипятильнике) при подводе к нему теплоты Q₁ раствор выпаривается. Пар с высокой концентрацией легкокипящего компонента (аммиака) поступает в конденсатор, а оставшаяся жидкость (слабый раствор, близкий по концентрации к воде) — в абсорбер. Сконденсированная в конденсаторе жидкость направляется в испаритель. Образующийся здесь за счет теплоты Q₀, отбираемой от охлаждаемой среды, пар подводится к абсорберу, в котором он поглощается слабым раствором, поступившим из генератора. Этот процесс, называемый абсорбцией, сопровождается выделением теплоты Q_а, которая отводится из аппарата с помощью холодной воды. Крепкий, насыщенный поглощенным паром, раствор из абсорбера насосом перекачивается в генератор.

Помимо водоаммиачного раствора, в абсорбционных холодильных машинах широко применяют раствор бромистого лития, в котором хладагентом является вода, а абсорбентом — бромистый литий.

Энергетическую эффективность абсорбционной холодильной машины оценивают тепловым коэффициентом:

где L_н - тепловой эквивалент работы насоса.

Таким образом, в этой машине роль компрессора выполняют генератоp, абсорбер и насос. Основное количество энергии, необходимое для ее работы, подводится к генератору в виде теплоты Q₁. Количество электроэнергии, необходимое для привода насоса, незначительно. По сравнению с парокомпрессионными, абсорбционные холодильные машины более надежны в эксплуатации, но существенно уступают им по металлоемкости и энергетическим затратам. При одинаковой подведенной теплоте Q₀ теплота Q₁ будет существенно дольше теплового эквивалента работы компрессора L (см. формулу для определения холодильного коэффициента e). Учитывая это, абсорбционные холодильные машины целесообразно применять на предприятиях, где имеется дешевая тепловая энергия для обогрева генератора.

В пароэжекторной холодильной машине (рис. 5) рабочим веществом обычно служит вода.

Рис. 5. Принципиальная схема пароэжекторной холодильной машины: КП — кипятильник. Э — эжектор, С — сопло эжектора; СМ — камера смешения эжектора, остальные обозначении см. на рис. 3, 4

В кипятильнике (котле) вода кипит при подводе теплоты Q₁. Образующийся пар высокого давления поступает в эжектор (пароструйный аппарат). При истечении из сопла эжектора он развивает большую скорость, в результате чего его потенциальная энергии превращается в кинетическую энергию струи, засасывающую пар низкого давления из испарителя. После смешения рабочий пар из кипятильника и холодный пар из испарителя в эжекторе сжимаются и направляются в конденсатор. Пар конденсируется при отводе теплоты Q_кд с помощью охлаждающей воды. Из конденсатора часть воды через регулирующий вентиль поступает в испаритель, а другая часть насосом подается в кипятильник.

Пароэжекторную холодильную машину, работающую на воде, широко используют в центральных системах кондиционировании воздуха, где хладоносителем также является вода со сравнительно высокой температурой (10...12 °С). Однако и при такой температуре давление кипения рабочего вещества (воды в испарителе) будет значительно ниже атмосферного. При этом возможен подсос воздуха из атмосферы в машину, что нарушает ее работу.

Энергетическую эффективность пароэжекторной машины, как и абсорбционной, оценивают тепловым коэффициентом

Работа насоса L_н значительно меньше теплоты Q₁ и ею можно пренебречь. Если в качестве источника Q₁ есть возможность использовать теплоту как отход другого производства, то пароэжекторные холодильные машины могут быть вполне энергетически выгодны.

В абсорбционной и пароэжекторной холодильных машинах совмещены прямой и обратный циклы. Поэтому тепловой коэффициент можно представить в виде произведения термического КПД прямого цикла и холодильного коэффициента обратного цикла:

Термоэлектрическая холодильная машина

Термоэлектрическую холодильную машину уместнее называть охлаждающим устройством из-за весьма специфической конструкции.

В термоэлектрическом охлаждающем устройстве низкую температуру получают с помощью полупроводниковых термоэлементов, соединенных последовательно в батарею.

Термоэлемент (рис. 6) состоит из двух с различной проводимостью полупроводников — электронного (—) и дырочного (+). Они последовательно соединяются металлическими пластинами, образующими спаи. При прохождении постоянного электрического тока один из спаев охлаждается и имеет температуру Т_х, а другой — нагревается и имеет температуру Т_г. При этом к первому спаю подводится из окружающей среды теплота Q₀, а от второго отводится теплота Q₁.

Рис. 6. Принципиальная схема термоэлемента:

1 – холодный спай; 2 – горячий спай; 3 – источник постоянного тока; 4 – полупроводники

Количество подводимой теплоты (теплота Пельте) можно представить как

где е – коэффициент, зависящий от свойств полупроводниковых материалов; I – сила тока.

При изготовлении термоэлектрических охлаждающих устройств используют соединения висмута, сурьмы, селена и другие достаточно дорогие полупроводниковые материалы.

Применяя современные термоэлементы, можно получить разность температур Т_г-Т_х=20…60°С. Однако по энергетической эффективности термоэлектрические охлаждающие устройства существенно уступают парокомпрессионным холодильным машинам, из-за чего они не нашли широкого применения. Вместе с тем благодаря высокой надежности, конструктивной простоте, компактности, бесшумности, долговечности термоэлектрические охлаждающие устройства используют там, где предпочтение отдают указанным качествам, - в установках специального назначения, охлаждаемых барах-холодильниках, транспортных холодильниках небольшой емкости, водоохладителях, кондиционерах специального назначения.

Дата добавления: 2014-01-04