Принцип действия абсорбционного чиллера АБХМ

Абсорбционная холодильная машина в качестве источника энергии для своей работы использует тепло. Необходимая тепловая энергия может быть получена как от электричества, так и непосредственно от источников теплоты, том числе низкопотенциальной, а также вторичной.

В рассмотренных ранее компрессорных холодильных машинах для переноса теплоты от тела с меньшей к телу с большей температурой использовалась механическая энергия компрессора, первоисточник которой определяет его привод (электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания и т.п.). Тепловая энергия тоже является важнейшим видом энергии, известными способами трансформируемым в другие виды энергии. По этой причине она может применяться и для совершения работы по переносу теплоты в холодильных машинах. Использование тепловой энергии для совершения работы по переносу теплоты от тела менее нагретого к телу более нагретому реализуется в абсорбционных холодильных машинах (АХМ). Абсорбционные холодильные машины работают с использованием свойств бинарных растворов, компоненты которых имеют существенно различающиеся температуры кипения при равных давлениях, а взаимная растворимость их имеет также существенную зависимость от температуры. Причем растворимость снижается с повышением температуры. Схема АХМ приведена на рисунке.

Схема абсорбционного чиллера АХМ

При организации технологического процесса абсорбционной холодильной машины используется прямой и обратный термодинамический циклы. Котел Кm генерирует пар холодильного агента, который поступает в турбину Т, которая является приводом компрессора Кс. Далее пар поступает в устройство А, где конденсируется и насосом Н опять подается в котел. Это прямой термодинамический цикл, результатом которого является трансформация теплоты, подведенной к котлу Кm, в механическую энергию турбины.

В технической литературе элемент, называемый выше «котел», может называться также кипятильником или генератором. Компрессор Кс перемещает пары хладагента по тракту традиционного холодильного цикла: компрессор Кс – конденсатор К – регулирующий вентиль РВ (или другое расширяющее или дросселирующее устройство) – испаритель И. Это обратный термодинамический цикл.

В описанной выше технологической схеме путем трансформации теплоты получена механическая энергия, которая расходуется на совершение работы по переносу теплоты от тела менее нагретого (охлаждаемая в испарителе среда) к телу более нагретому (охлаждающая в конденсаторе среда). Тепловая энергия израсходована на отбор теплоты от охлаждаемой среды в испарителе. Описанную выше схему можно упростить, убрав из неё процессы, представленные на рисунке штриховыми линиями и совместив обратный и прямой термодинамические процессы. Совмещение прямого и обратного термодинамических процессов (отказ от турбины и компрессора) возможно при применении бинарных растворов. Бинарный раствор, как уже было отмечено выше, состоит из двух компонентов с высокой взаимной растворимостью, имеющих существенно отличающиеся температуры кипения. Совмещенный термодинамический цикл с использованием свойств бинарных растворов и применяется в абсорбционных холодильных машинах.

В котле Кm за счет подвода теплоты Qk из бинарного раствора выделяется компонент с низкой температурой кипения. Состав следующих элементов на пути движения паров этого компонента раствора полностью аналогичен составу элементов парокомпрессорной холодильной машины. Путем изменения температуры в котле можно менять давление паров легкокипящего компонента и выбрать его таким, чтобы в процессе охлаждения в теплообменнике К была достигнута полная конденсация паровой фазы. По аналоги с парокомпрессионной холодильной машиной этот теплообменник называется конденсатором. Снижение давления конденсатора осуществляется в регулирующем вентиле РВ, при этом понижается и температура дросселируемого вещества. Следующий теплообменник И предназначен для отвода теплоты от охлаждаемой среды при кипени конденсата. Этот теплообменник называется испарителем. Легкокипящий компонент бинарного раствора выполняет в данной части цикла те же функции, что и в парокомпрессорной холодильной машине хладагент. В абсорбционной холодильной машине легкокипящий компонент тоже называется хладагентом.

Далее технологический процесс изменения свойств холодильного агента отличается от характера его превращений в парокомпрессорной ХМ. Хладагент поступает в абсорбер А, где опять происходит взаиморастворение компонентов раствора. Компонент бинарного раствора, имеющий высокую температуру кипения и поступающий в абсорбер из котла, называется поглотителем, или абсорбером. Растворимость хладагента в поглотителе увеличивается со снижением температуры. По этой причине для обеспечения процесса сорбции поглотителем поступающего из испарителя хладагента в абсорбере температура должна быть ниже , чем температура раствора в котле. Поглотитель в абсорбере охлаждается за счёт холодных паров хладагента и (или) за счёт отвода теплоты с помощью другого теплоносителя. Эти процессы реализуются в специальном теплообменнике (теплообменниках). При растворении хладагента в поглотителе выделяется теплота, которая тоже отводится с помощью теплообменника абсорбера. В целом в абсорбере должна компенсироваться теплота охлаждения поглотителя, поступающего из котла, и теплота взаимного растворения компонентов бинарного раствора.

Температура его снижается и при дросселировании его в регулирующем вентиле РВ1. Обогащенный хладагентом бинарный раствор с помощью насоса Н опять подается в котел. Далее цикл повторяется.

Абсорбционная холодильная машина имеет два контура циркуляции: холодильный контур циркуляции хладагента и тепловой контур циркуляции поглотителя. На участке перемещения их насосом из абсорбера в котел контуры совмещены. При циркуляции хладагента совершается обратный термодинамичаский цикл, при циркуляции поглотителя, прямой термодинамический цикл.

В цикле абсорбционной холодильной машины на компенсацию работы по переносу теплоты затрачивается тепловая энергия. Наличие вторичных тепловых ресурсов с необходимым температурным уровнем, определяемым режимом работы котла (кипятильника), определяет область применения абсорбционных холодильных машин.