1.2.1 Абсорбционные холодильники и морозильники
Доля выпускаемых абсорбционных холодильников и морозильников невелика, но стабильна в течение нескольких десятилетий. Дело в том, что они имеют и преимущества перед компрессорными: бесшумность работы, позволяющую их использовать в жилых помещениях больниц, гостиниц, квартир; возможность работы на различных энергоносителях (электроэнергии, газообразном и жидком топливе), что позволяет применять их в районах, где пет электроэнергии, в транспорте; более низкая (на 15-20%) цена.
Абсорбционные холодильные агрегаты могут конкурировать с компрессорными в двухкамерных холодильниках, в которых для получения необходимых температур в низкотемпературной камере агрегат должен работать при низкой температуре кипения и, следовательно, с большим отношением давлений. Холодопроизводительность компрессорного агрегата при этом значительно понижается из-за низкого значения коэффициента подачи и малой объемной холодопроизводительности. Это вызывает существенное повышение расхода энергии. Изменение производительности абсорбционного агрегата связано с изменением массовой холодопроизводительности хладагента, а потому с понижением температуры кипения производительность падает значительно медленнее, чем компрессорного агрегата.
В Европе наиболее распространены такие модели: однокамерные типа ларь вместимостью 23—36 дм3, типа шкаф в напольном и встроенном исполнении; двухкамерные типа шкаф вместимостью 170—380дм3; морозильники типа ларь вместимостью 80-270 дм3 с температурой -18 и —24°С. Приблизительно 70% выпуска составляют холодильники вместимостью до 100 дм3. Как правило, каждая модель абсорбционного холодильника имеет два варианта исполнения холодильного агрегата: для работы от электрической сети напряжением 220/110 В и комбинированный — для работы на жидком или газообразном топливе, от электросети переменного (220/110 В) или постоянного (12/24 В) тока.
Холодильники оснащены электрическими и газовыми термостатами, пьезозажиганием, дистанционным индикатором пламени. Газовая и керосиновая горелки имеют устройство для ступенчатого изменения тепловой мощности.
Современные модели имеют высокие показатели. Например, холодильник АШД-380/55 при номинальном режиме работы имеет тепловой коэффициент 0,26, потребляет 250 Вт электрической мощности или 16дм3/ч пропана, или 0,8 дмэ/сут керосина.
В бытовых холодильниках применяют абсорбционно-диффузионные водоаммиачные холодильные машины непрерывного действия с инертным газом — водородом. Можно считать, что водород находится только в аппаратах низкого давления и тем самым выравнивает общее давление во всех аппаратах агрегата. Давление в аппаратах высокого давления (конденсаторе и генераторе) создается только чистым аммиачным насыщенным паром и устанавливается в соответствии с температурой среды, отводящей теплоту в конденсаторе, т. е. рk = pa1 в то время как то же самое общее давление рk в аппаратах низкого давления (в испарителе, абсорбере) составляется из давления р0 - ра2 аммиачного насыщенного пара, устанавливающегося в зависимости от температуры воздуха в камере холодильника, и давления водорода рвд, зависящего от его количества и температуры в аппаратах, т. е. рk = рa2 + Рвд
Схема холодильного агрегата абсорбционного холодильника показана на рис. 7.2.
В отличие от обычной абсорбционной машины, в которой имеются два циркуляционных кольца (чистого хладагента и раствора), в данном случае появляется еще и третье кольцо — циркуляции инертного газа.
Крепкий водоаммиачный раствор кипит в генераторе 3, представляющем собой двойную трубу, в межтрубном пространстве которой находится раствор, во внутренней трубе размещается электронагреватель 1.
Рис. . Схема холодильного агрегата абсорбционного холодильника: 1— электрический нагреватель; 2 — термосифон; 3 — генератор; 4 — ректификатор; 5 — конденсатор; 6 — испаритель; 7 — теплоизолированный шкаф; 8— газовый теплообменник; 9—абсорбер; 10 — сосуд абсорбера; 11 — жидкостный теплообменник
Вместо электронагревателя могут использоваться газовая или керосиновая горелка, помещаемая под генератором и подводящая теплоту, необходимую для работы агрегата. Водоаммиачный пар, образующийся при кипении раствора, проходит через ректификатор 4, где уменьшается содержание водяного пара в смеси при отводе теплоты ректификации к воздуху. Аммиачный пар направляется в конденсатор 5 и там ожижается при отводе к окружающему воздуху теплоты конденсации.
Из конденсатора жидкий хладагент поступает в испаритель б, находящийся внутри холодильного шкафа. Так как давление в конденсаторе и испарителе одинаково, то нет необходимости в дроссельном устройстве между ними. Однако для гравитационного стока жидкого хладагента в испаритель конденсатор должен располагаться выше испарителя. Если точнее характеризовать процесс в испарителе, то там происходит не кипение жидкости, а ее испарение, так как давление аммиачного пара здесь ниже общего давления в аппарате. Аммиачный пар диффундирует в водород (поэтому агрегат называют абсорбционно-диффузионный), в результате чего образуется аммиачно-водородная газовая смесь.
Теплота, необходимая для испарения жидкости, подводится от воздуха холодильной камеры и составляет холодопроизводительность агрегата.
Аммиачно-водородная смесь через газовый теплообменник 8 направляется в абсорбер 9, где происходит разделение компонентов с выделением теплоты абсорбции. Получившийся крепкий водоаммиачный раствор через жидкостный теплообменник 11 направляется вновь в кипятильник, в котором замыкается циркуляционное кольцо хладагента. Во втором циркуляционном кольце раствор циркулирует между кипятильником и абсорбером. Обедненный в генераторе слабый водоаммиачный раствор (36с) самотеком стекает в абсорбер из верхней зоны кипятильника. Так как здесь давления в обоих аппаратах равны, то нет необходимости в дросселирующем устройстве, но важно, чтобы уровень жидкости в генераторе был выше, чем в абсорбере, на некоторое значение ДА.
С другой стороны, в этом агрегате крепкому раствору (Збк), направляющемуся из абсорбера в генератор, не нужно преодолевать разность давлений конденсации и кипения, что освобождает от применения насоса, следует только преодолеть разницу в уровнях жидкости в генераторе и сборнике абсорбера; в самом же абсорбере жидкость протекает сверху тонкой струей, не занимая всего сечения трубы. Эту задачу— подъем жидкости — выполняет простое устройство, называемое термосифоном.
Одна из конструкций термосифона 2 представляет собой трубку малого диаметра (4—5 мм), делающую два-три витка вокруг нагреваемой внутренней трубы генератора. Пузырьки пара, образующиеся при кипения раствора, поднимаясь по трубе термосифона, толкают, как поршеньки, впереди себя небольшие порции жидкости и тем самым перекачивают ее в верхнюю зону кипятильника. Теплообменник раствора 11 имеет такое же назначение, как в обычной абсорбционной машине.
В третьем циркуляционном кольце (т. е. в газовом) движение водорода происходит в результате разницы плотностей газовой смеси в испарителе и абсорбере, между которыми циркулирует водород. Из испарителя 6 опускается холодная, т. е. более тяжелая аммиачно-водородная смесь (Збх), а из абсорбера 9 подымается почти чистый водород (16т), нагревшийся в абсорбере примерно до температуры окружающего воздуха и, следовательно, более легкий. Газовый теплообменник 8 улучшает тепловые показатели агрегата, так как позволяет охладить водород перед поступлением в испаритель (16х) путем передачи тепла к холодной смеси, опускающейся из испарителя в абсорбер.
Можно утверждать, что экономичность абсорбционных машин с инертным газом обязательно ниже, чем экономичность обычных абсорбционных машин непрерывного действия в связи с появлением в цикле машины дополнительных необратимых процессов: смешения аммиака и водорода при наличии теплообмена между ними; диффузии аммиака в водород.
Холодопроизводительность компрессоров бытовых холодильников значительно выше, чем тепловая нагрузка, поэтому при нормальных температурных условиях и нормативной загрузке продуктами компрессор работает циклично, включаясь и выключаясь автоматически. Благодаря запасу холодопроизводительности компрессорный агрегат может обеспечить заданный температурный режим внутри шкафа даже при очень тяжелых внешних условиях, но главное — циклическая работа компрессора бытовых холодильников с малым коэффициентом рабочего времени является одним из средств обеспечения долговечности.
Изменение холодопроизводительности абсорбционной машины может осуществляться двумя путями: цикличной работой агрегата, т. е. его периодическим включением и выключением, или применением ступенчатого нагрева нагревателями с несколькими (двумя-тремя) секциями, например, 60, 75 и 90 Вт. Оба метода равноценны по энергетическому эффекту. Автоматическое регулирование температуры в абсорбционном холодильнике не может существенно изменить его экономичность, но все же расход энергии в этом случае сокращается на 12—15%.
Теплообменные аппараты абсорбционных агрегатов изготавливают из стальных труб: конденсатор и испаритель холодильной камеры в виде сребренного змеевика, испаритель низкотемпературной камеры — в виде змеевика; а жидкостные и газовые — типа труба в трубе.
Нагреватели генератора (электронагреватель, газовая и керосиновая горелки) позволяют ступенчато изменять тепловую мощность.
Абсорбционный агрегат однокамерного холодильника содержит 0,35-0,75 дм3 водоаммиачного раствора с массовой долей аммиака 34—36%, ингибитор коррозии (хромат натрия) и заполнен водородом под давлением 1,5—2,0 МПа.
К современным моделям относится абсорбционный двухкамерный холодильник «Кристалл-9м» АШД-200П. Устройство его корпуса аналогично устройству корпуса компрессорного холодильника. В верхней части теплоизолированного пенополиуретаном корпуса расположена морозильная камера с внутренней оболочкой из алюминия, а в нижней — холодильная камера с внутренней оболочкой из ударопрочного полистирола. Каждая камера имеет свою теплоизолированную дверь. Испаритель низкотемпературной камеры выполнен из стальной трубки и расположен за внутренней обшивкой в теплоизоляции, а высокотемпературной камеры — у задней стенки камеры.
Холодильный агрегат находится на задней стенке холодильника.
В камерах холодильника температура поддерживается автоматически путем ступенчатого изменения мощности электрического нагревателя с 40 на 125 Вт и наоборот.
|
