РАЗДЕЛ 2
ЭНЕРГЕТИЧЕСКий и
ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЦИКЛОВ
Абсорбционных холодильных аГРЕГатов
Энергетический и эксергетический анализ является основой повышения
термодинамической эффективности циклов АХА. Современные подходы [61-63, 178] к
расчету циклов АХА основываются на упрощенных схемах генераторных узлов, не
учитывают теплообмен с окружающей средой на транспортных магистралях и
возможность варьирования состава инертного газа, а также тенденций развития
бытовых АХП в части изменения конструкций элементов АХА и расширения
функциональных возможностей (создания комбинированных приборов, совмещающих
функции охлаждения и нагрева). При расчете циклов АХА не используют и методы
эксергетического анализа, которые позволили бы определить наиболее
перспективные направления энергосберегающих мероприятий [187-189].
В целях устранения указанных недостатков, а также для обобщения и развития
современных подходов разработана новая методика энергетического и
эксергетического анализа.
2.1. Объект исследований
Объектом исследований являются бытовые абсорбционные холодильники и
морозильники, состоящие из камеры с теплоизоляционным покрытием и
абсорбционного холодильного агрегата с системой управления, которая
предназначена для регулирования температуры в камере [15, 16].
Абсорбционный холодильный агрегат состоит из генераторного узла, дефлегматора,
жидкостного теплообменника растворов 6, конденсатора 10, испарителя 11,
абсорбера 13, бачка абсорбера или ресивера крепкого водоаммиачного раствора 14
(рис. 2.1) [206-207].
Рис. 2.1. Принципиальная схема АХА: а(б) – уровень крепкого (слабого) ВАР; 1 –
генератор; 2 – источник тепла; 3(4) – опускная (подъемная) магистраль
дефлегматора; 5 – ректификатор; 6 – ЖТО; 7(8) – канал слабого (крепкого) ВАР; 9
– теплоизоляционный кожух; 10 – конденсатор; 11 – испаритель; 12 – канал
жидкого аммиака; 13 – абсорбер; 14 – ресивер жидкого ВАР; 15 – уравнительная
магистраль.
Генераторный узел содержит кипятильник-генератор 1 (в дальнейшем – генератор),
источник тепла 2, дефлегматор с опускным 3 и подъемным 4 участками,
ректификатор 5, частично ЖТО 6, каналы слабого и крепкого ВАР 7 и 8. Все
элементы генераторного узла и «горячий» конец противоточного ЖТО 6 закрыты
теплоизоляционным кожухом 9. Для гарантированной очистки пара аммиака от паров
воды верхняя часть подъемного участка дефлегматора 4 теплоизоляцией не
закрывается. Горизонтальный ректификатор 5 расположен ниже уровня крепкого ВАР
а-а, поэтому проход пара через него осуществляется в режиме барботирования.
Традиционным рабочим телом АХА является ВАР с добавкой инертного газа
(водорода, гелия либо их смеси [15, 16, 122, 123, 208]). Аммиак является
холодильным агентом, вода – абсорбентом. При заправке массовая концентрация (по
аммиаку) ВАР в зависимости от функционального назначения АХА изменяется от 30
до 36 % [61].
Количество заправки подбирается таким образом, чтобы в рабочем режиме уровень
а-а жидкого ВАР перекрывал сечение ректификатора 5.
Генератор в данной схеме выполняет две функции – кипятильника-генератора пара и
устройства для подъема жидкости (перекачивающего насоса). Внутренний диаметр
трубки генератора в современных АХА составляет 2,0...2,5 мм [15, 16, 37, 178,
196]. Для обеспечения циркуляции ВАР верхний выходной участок генератора
расположен выше уровня б-б (вход в верхнюю часть абсорбера). Зона подвода тепла
2 частично расположена ниже уровня жидкого ВАР в ресивере 12 (а-а).
Испаритель 11 современных АХА выполняется по трехпоточной схеме и размещается в
вертикальной плоскости [15, 16, 31, 43, 57]. В начальный его участок поступает
из конденсатора 10 жидкий аммиак, а из абсорбера 13 – очищенная парогазовая
смесь. Третий поток насыщенной аммиаком холодной ПГС выходит из испарителя и
направляется в ресивер 14. По всей длине испарителя конструктивно предусмотрено
тепловое взаимодействие потоков.
При заправке АХА систему вакуумируют, а затем заполняют ее расчетным
количеством жидкого ВАР и на последнем этапе – инертным газом, например,
водородом. После заправки жидкий ВАР заполняет все элементы ниже уровня а-а, а
все остальные элементы АХА заполнены водородом. Парциальное давление паров
аммиака соответствует давлению фазового перехода ВАР при расчетной концентрации
заправки и наружной (комнатной) температуре. Так, например, при массовой
концентрации аммиака 35 % и температуре 25 °С оно составляет 1,2 бар [162].
При подводе тепла в нижней части генератора под уровнем а-а образуются пузырьки
пара, состоящего преимущественно из аммиака. Под действием подъемной силы,
пузырьки пара увлекают за собой обедненную аммиаком жидкость в верхнюю часть
генератора.
В верхней части генератора жидкость стекает в канал слабого ВАР 7 и далее – в
ЖТО 6, а пар – поступает в опускной участок дефлегматора 3. Через некоторое
время после начала работы слабый ВАР полностью заполняет канал 7 до уровня б-б
и начинает поступать в верхнюю часть абсорбера 13. При постоянной эксплуатации
АХП канал слабого ВАР АХА всегда заполнен раствором до уровня б-б.
В ЖТО поток слабого ВАР отдает тепло потоку крепкого ВАР, идущему ему навстречу
из ресивера в ректификатор. После этого поток слабого ВАР дополнительно
охлаждается перед входом в абсорбер в процессе теплообмена с наружным
воздухом.
В верхней части генератора образовавшийся пар вытесняет из опускной магистрали
3 дефлегматора водород, который в режиме барботирования поступает через
гидрозатвор ректификатора 5 в подъемный участок 4 дефлегматора. После этого
через ректификатор начинает п