7.3 Теплоиспользующие холодильные машины
Теплоиспользующие холодильные машины в отличие от паровых и газовых, функционируют, используя энергию в форме теплоты, а не механической работы.
Теплоиспользующие холодильные машины подразделяются на абсорбционные, сорбционные и пароэжекторные холодильные машины. Из этих видов машин наиболее распространены абсорбционные.
Абсорбционные процессы осуществляются посредством растворов, состоящих, как правило, из двух компонентов, имеющих различные нормальные температуры кипения. Низкокипящее вещество является хладагентом, а высококипящее вещество – абсорбентом. Наиболее распространенным двухкомпонентными растворами являются аммиак – вода и вода – бромистый литий. Причем аммиак в первом и вода во втором являются холодильными агентами.
Теплота в абсорбционных холодильных машинах переносится от охлаждаемого объекта с температурой TО к окружающей среде с температурой TО.С в результате осуществления совмещенных прямого и обратного циклов за счет теплоты греющего источника с температурой TВ.
Функциональная схема простейшей абсорбционной холодильной машины приведена на рис. 7.7.
В конденсаторе 1 пар хладагента конденсируется вследствие отвода теплоты QК к окружающей среде при температуре TО.С. Конденсат расширяется в детандере 2 от давления рК до pО и поступает в испаритель 3, где кипит при температуре TО вследствие подвода теплоты QО от охлаждаемого объекта. Образовавшийся пар хладагента поглощается крепким (по массовой доле абсорбента) раствором в абсорбере 4. Процесс абсорбции сопровождается выделением теплоты QАБ которая отводится к окружающей среде (воде) при температуре TО.С. В результате раствор становится слабым, как в генераторе 7, в который он подается насосом 6. В генераторе хладагент выкипает из раствора, вследствие подвода теплоты QГ. Раствор становится крепким и, расширяясь в детандере 5 от давления рК до pО, поступает в абсорбер 4. Из генератора 7 пар хладагента поступает в конденсатор 1. Далее процессы повторяются.
Тепловой баланс такой машины: QО + QГ = QК + QАБ.
Эффективность
работы абсорбционной холодильной машины
выражается тепловым коэффициентом
Т = QО / QГ. (7.30)
Абсорбционная холодильная машина совершает совмещенные прямой и обратный циклы. В прямом цикле тепловой двигатель, потребляя тепловой поток QГ греющего источника с температурой TВ, отдает окружающей среде тепловой поток QАБ при температуре TО.С и производит механическую работу L. Эта работа используется холодильной машиной для отвода теплового потока QО при температуре TО и передачи окружающей среде тепловой поток QК. Эффективность прямого обратимого цикла оценивается термическим коэффициентом
Т = L / QГ, (7.31)
а обратного – холодильным коэффициентом
= QО / L. (7.32)
Тогда Т = Т.
Для обратимого цикла Карно тепловой коэффициент можно представить в виде
Т.ОБР = (TВ – TО.С)/TВ TО/(TО.С – TО) (7.33)
Из уравнения (7.33) можно сделать вывод, что при одинаковых температурах источников TО и TО.С термодинамическая эффективность работы абсорбционной машины ниже, чем компрессорной, так как значение (TВ – TО.С)/TВ меньше единицы.
Мерой термодинамического совершенства абсорбционной холодильной машины является соотношение тепловых коэффициентов действительной и идеальной машин
Т = Т / Т.ОБР. (7.34)