Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Тепловые насосы и кондиционеры

Сорбционные тепловые насосы

Сорбционные ТН также относятся к тепловикористуючих машин. Они отличаются от компрессорных ТН тем, что вместо механической приводной энергии подводится внешнее тепло, а сжатие осуществляется с помощью другого вещества - растворителя. Место механического компрессора занимает термический компрессор (рис. 1.17), состоящий из кипятильника (генератора), абсорбера, насоса и регулирующего вентиля.

Схема термического теплового насоса

Рис. 1.17. Схема термического теплового насоса и - конденсатор; // - Вентиль /// - Механический компрессор; IV - испаритель; И-термический компрессор; Г - кипятильник (генератор) А - абсорбер

Различают два типа сорбционных ТН:

• абсорбционные ТН - в испарителе и конденсаторе испаряется и конденсируется чистый хладагент при постоянной температуре

• резорбционно ТН - вместо испарителя используется десорбер (дегазатор), а вместо конденсатора - резорбер, в которых смесь из хладагента и растворителя дегазируется и ресорбуеться при переменной температуре.

В абсорбционном ТН (другое название: абсорбционный преобразователь тепла - АПТ) пара хладагента, поступающего из испарителя в абсорбер, поглощается с отводом теплоты О, от слабого раствора и затем с помощью насоса подается с раствором, богатым хладагентом (крепкий раствор), к генератору , где при более высоком давлении (давление в конденсаторе) хладагент испаряется при подведении внешней теплоты <2Г. Для очистки этой пары от частиц раствора при необходимости, в зависимости от свойств двухкомпонентной рабочего вещества (хладагент и растворитель), проводится ректификация. Полученный пар хладагента направляется в конденсатор и проходит дальше такие же стадии преобразования, как в компрессионном ТН: конденсация, дросселирования и испарение, а слабый раствор, образовавшийся через регулирующий вентиль снова подается в абсорбер. Обычно для улучшения процесса устанавливаются внутренние теплообменники - как между слабым и крепким раствором, так и между парообразным хладагентом после испарителя и жидким хладагентом после конденсатора.

АПТ можно разделить в зависимости от целевого назначения, применяемых в них рабочих веществ, реализуемых циклов, вида используемых внешних источников теплоты, степени агрегатирования, схем включения в технологические процессы и от других факторов.

По целевому назначению АПТ разделяются на три основные группы: для получения холода, тепла и для комбинированной выработки холода и тепла.

В свою очередь, АПТ для получения холода по температурному уровне охлаждаемого источника разделяются на две группы: АПТ для области положительных и АПТ для области отрицательных температур охлаждения; некоторые типы АПТ могут применяться как в области отрицательных, так и в области положительных температур охлаждения.

При получении теплоты АПТ подразделяются на понижающие и повышающие. Для получения теплоты и для комбинированной выработки холода и тепла можно использовать и АПТ, которые предназначены для получения холода. Однако в ряде случаев для указанных целей необходимо создание специальных типов АПТ.

В зависимости от применения в промышленных АПТ рабочих веществ их можно разделить на две основные группы: водоаммиачных и бромистолитиеви. Однако, в связи с широкими исследованиями в последнее время возможностей использования в АПТ других рабочих веществ, указанным АПТ можно дополнительно включить хладоновые, углеводородные, с неводными растворами солей И др.

По типу реализованных в АПТ циклов их можно разделить на АПТ с одно- и многоступенчатыми циклами. Одноступенчатые циклы АПТ получили наибольшее распространение для выработки холода в области положительных и отрицательных температур охлаждения, а также теплоты в понижающих и повышающих АПТ. Для получения холода с температурой (-40 ...- 50) ° С и ниже применяют, как правило, двухступенчатые АПТ, могут применяться и АПТ с двумя и более температурными уровнями охлаждения. Одноступенчатые И многоступенчатые циклы АПТ разделяют, в свою очередь, на циклы с простыми и сложными процессами тепло- массопереноса в основных аппаратах. Простыми процессами является одноступенчатые с совмещенным и раздельным тепло- массопереноса в аппаратах; к сложным процессам относятся процессы со ступенчатой абсорбцией, десорбцией, конденсацией и кипением рабочего вещества.

В зависимости от вида используемых внешних источников теплоты АПТ разделяются на АПТ с паровым, газовым или жидкостным подогревом генераторов, АПТ с водяным или воздушным охлаждением абсорберов и конденсаторов (или с комбинацией указанных источников охлаждения аппаратов).

В качестве идеального термодинамического цикла для абсорбционного ТН применяют комбинацию из циклов Карно для тепловых двигателей и ТН при следующих предпосылках:

• неограниченно большая кратность циркуляции раствора;

• изоентропне расширения хладагента и растворителя, компенсирует работу компрессора;

- Полная ректификация, то есть получения растворителя без давления собственной пары;

- Идеальная двухкомпонентная рабочая смесь, то есть отсутствие удельной теплоты пара и жидкости вдоль пограничного кривой (откуда следует независимость теплоты испарения от растворителя и температуры).

Если дополнительно учесть такие предпосылки: двухкомпонентная рабочая смесь без теплоты растворения (единообразие температур конденсации и абсорбции), течение процесса будет такой, как на рис. 1.18.

/ -кипьятильник; // - абсорбер; /// - конденсатор; / ^ - испаритель. Здесь ЕГ = площади 1,2, с, Ь, 0К = 3,4, а, с; &#163; о - 5,6Ла & = 7,8, ьм

Рис. 1.18. / -кипьятильник; // - абсорбер; /// - конденсатор; / ^ - испаритель. Здесь ЕГ = площади 1,2, с, Ь, 0К = 3,4, а, с; £ о - 5,6Ла & = 7,8, ьм

Учитывая указанные предпосылки и принимая, что теплота испарения не зависит от температуры и отсутствует теплота растворения, получаем

В противоположность к объединению тепловой машины и ТН, где все три температуры могут задаваться независимо в соответствии с соотношением Тг > 7 "к - Га> 7П, в абсорбционном ТН свободно назначаются только две температуры. Например, назначение температур / 0 = 0 ° С (источник тепла) и /, = 60 ° с (потребитель тепла) требует для приводного тепла / ч = 154 ° с, то есть более низкие температуры недостаточны для выпаривания, а более высокие приведут к потерям.

Далее, с учетом сделанных ограничений получим

то есть в одноступенчатой абсорбционной машине коэффициент преобразования не может быть более 2, тогда как при объединении теплового двигателя с ТН теоретически могут быть получены более высокие значения. Для сорбционного ТН это значение может быть превышен только при такой двухкомпонентной рабочей веществе, которая на участке теплонасосного цикла масс большую теплоту растворения, чем на участке цикла поводу, то есть в ресорбционних ТН.

В многоступенчатых сорбционных ТН теоретически могут быть достигнуты более высокие значения коэффициента преобразования. Однако из возможных двухступенчатых вариантов подключений имеет смысл только последовательное соединение (каскады) двух степеней с изолированными веществами, так как при этом могут применяться две пары различных веществ, которые перекрывают большую разницу температур между высокой температурой поколения с непосредственным обогревом и температурой источника тепла.

Теоретически коэффициент теплоиспользования для каскадных абсорбционных теплонасосных циклов составляет

где т - число температурных степеней горячей части (от рабочей температуры до максимальной температуры генератора); п число температурных степеней холодной части (от рабочей до минимальной температуры испарителя).

При одноступенчатой холодной части повышаются возможные температуры генератора и коэффициенты теплоиспользования при 7о = 0 ° С и Гв = 60 ° С с т степенями в горячей части (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Коэффициенты теплоиспользования многоступенчатых ТН

Коэффициенты теплоиспользования многоступенчатых ТН

До сих пор не найдена подходящая двухкомпонентная рабочее вещество для Tt > 180 ° С, в связи с чем такие системы не разработаны.

Для изображения И расчета рабочего цикла абсорбционных ТН пользоваться 7 ', s- диаграмме неудобно, так как концентрация раствора

есть доля массы легкокипящих хладагента шлк в общей массе раствора, состоящего из ТЛК и растворителя от1к, не находит отражение в этой диаграмме.

В Существующих абсорбционных ТН процессы перекачки ее дросселирования раствора смещены друг от друга. Фактически рабочий цикл абсорбционного ТН также отклоняется от цикла Карно в ряде процессов:

• потери давления между генератором и кондиционером;

• неполная ректификация, то есть хладагент, циркулирующий в ТН полностью не очищается, а содержит незначительное количество растворителя;

• неполный испарение из-за наличия остатков растворителя;

• потери давления между испарителем и абсорбером;

• полная абсорбция, что выражается в падении парциального давления и в переохлаждении раствора;

• неполное выпаривания, выраженное в повышенном давлении в генераторе;

• неполный теплообмен внутри циркуляционного контура раствора. В соответствии с изложенным, с учетом коэффициента термодинамического совершенства уа коэффициент теплоиспользования реального абсорбционного ТН

При средних условиях эксплуатации с использованием двухкомпонентной рабочего вещества МН3 / Н20 для больших абсорбционных ТН уа = 0,75, а для небольших - V, = 0,5 ... 0,6.

На рис. 1.19 показана схема абсорбционного ТН с выпрямитель.

К генератору (кипятильника) в средней части подается крепкий раствор. Снизу осуществляется обогрев, например, насыщенным паром, то есть подведение Ог. Крепкий раствор опускается внутри труб, нагревается, а хладагент 1МН3 выпаривается. Пар, поднимающийся, частично конденсируется в верхней зоне дефлегматора (обратное охлаждение), благодаря чему в средней части генератора -ректификатори, возникает противоток пара, поднимающегося, и конденсата, опускается. V выпрямитель, в верхней части которого расположены ректификационные тарелки, а в нижней - насадка, происходит ректификация (очистка) пары. Выходной сверху хладагент поступает для сжижения в конденсатор, выполненный в этом случае в виде кожух отру бн ого аппарата. Сжиженный в конденсаторе хладагент снова переохлаждается в теплообменнике № 1 и через регулирующий вентиль РВИ направляется в испаритель, также выполнен в виде кожухотрубного аппарата. Хладагент отбирает у теплоносителя, движется по трубам, теплоту для испарения. Пара хладагента, что поднимается, снова нагревается (перегревается) в теплообменнике № И. В абсорбере происходит абсорбция пары хладагента, поступающего из теплообменника № И, в слабый раствор, поступающей из генератора.

Схема абсорбционной ТН с выпрямитель:

Рис. 1.19. Схема абсорбционной ТН с выпрямитель: 1 - генератор (кипятильник с выпрямитель) 2 конденсатор; С - испаритель: ^ -абсорбер; 5 -насос для перекачки раствора; б. 7 - теплообменники, соответственно № И и №2.

Абсорбер выполнен в виде аппарата с горизонтальным пучком труб, омываются слабым раствором с внешней стороны. Возникающий при этом крепкий раствор с помощью насоса снова подается в генератор через теплообменник 2, где крепкий раствор подогревается встречным горячим слабым раствором. В абсорбере ТН теплота из конденсатора, абсорбера и дефлегматора отводится наружу И может быть использована.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее