Абсорбционная установка периодического действия

 

       В тех случаях, когда нет необходимости непрерывной выработки холода, используют схемы периодической выработки. В этом случае функции генератора совмещены с функциями абсорбера, а функции конденсатора – с функциями испарителя.

Весь цикл работы делится на два этапа:

1) зарядка установки;

2) рабочий период.

Зарядка схемы идет 1…3 часа в сутки, а работа – 21…23 часа. Установка полностью автономная.

           

Схема установки:

 

I

Q_K

Охл. Вода         Дф                                      К-И

Q_O

II

P

 

Г-А

 

 

Q_Г              Q_A

 

Р – линейный ресивер;

Дф – дефлегматор.

1. Зарядка.

       Водоаммиачная смесь находится в генераторе. Вентиль I – открыт, а вентиль II – закрыт. К установке подводится внешний источник тепла. Пары аммиака, отделяясь и очищаясь в дефлегматоре, поступают в конденсатор, где, охлаждаясь под воздействием окружающей среды, сжижаются и собираются в ресивере. Процесс зарядки заканчивается фиксацией разделения водоаммиачного раствора. В ресивере – аммиак, в генераторе – вода. При этом давление во всех элементах схемы одинаково. Перед рабочим периодом оба вентиля закрыты, источник тепла отключается и от генератора отводится тепло Q_A в окружающую среду. При охлаждении давление в абсорбере понижается относительно ресивера и конденсатора.

2. Рабочий период.

       Рабочий период начинается с открытия венти-ля II. При этом давление передается из абсорбера в испаритель и при достижении им давления насыщения в испарителе жидкий аммиак начинает кипеть. Пары проходят через вентиль II, и происходит смешивание воды и аммиака.

 Q_O

                                                              t* - время прекращения работы.

 

  t^*         t

 

 

27. АБСОРБЦИОННО-ДИФФУЗИОННАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ        УСТАНОВКА

 

В 1920-ых годах в Швеции была изобретена абсорбционная установка, где отсутствовали насосы для перекачки. При этом вместо двух компонентов в схему вводился газ – водород. Смешиваясь с потоком аммиака перед входом в испаритель, водород снижает парциальное давление рабочего агента (аммиака), тем самым снижая его температуру кипения.

       Циркуляция жидких и газообразных потоков осуществляется за счет сил гравитации, т.е. разности плотностей.

       На практике такие установки используются в качестве бытовых охлаждающих устройств с температурой охлаждения от –5 ^ОС и выше.

Q_K                              NH₃ + H₂

NH₃ (пар)                                          РБ                           И

K

I

NH₃ (ж)

 

Q_PK

PK               NH₃ + H₂

ГТ                   Q_O

Г

H₂

ТС                          Н₂О            Dh   Q_A

II                      C

 

A

Продукты         Q_Г           PT

Сгорания                                                                      NH₃ + H₂

 

 

ХШ – холодильный шкаф;

С – сепаратор;

ТС – термосифон;

ГТ – газовый теплообменник;

РТ – регенеративный теплообменник;

Р – ректификатор;

РБ – расширительный бак.

       При смешении аммиака и водорода парциальное давление аммиака уменьшается.

       К генератору подводится по жаровой трубе источник тепла. Естественное движение жидкости в генераторе происходит за счет ТС, который представляет собой несколько витков тонких труб вокруг центральной жаровой трубы. Поскольку диаметр трубки небольшой, то она нагревается быстрее основной массы, и образующиеся пузырьки пара проталкивают перед собой порции жидкости, исполняя роль насоса.

       В ректификаторе пар охлаждается и поступает в конденсатор. В точке I, смешиваясь с водородом, аммиак кипит в испарителе, т.к. его парциальное давление падает. Отработанная смесь из испарителя направляется в абсорбер, проходя через ГТ. Для обеспечения естественного тока абсорбер расположен ниже верхнего уровня жидкости в генераторе. В точке II происходит смешение всех компонентов, образующееся тепло реакции отводится в окружающую среду. Водород в сепараторе отделяется, а смесь аммиака и воды идет в генератор для последующего разделения.

 

28. СТРУЙНЫЕ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРЫ

 

       Различают две принципиальные схемы: повысительную и расщепительную. В первом случае к установке подводится рабочий поток с параметрами Р_В, Т_В, который осуществляет повышение потенциала тепла от уровня Т_Н на промежуточный средний уровень T_C, ближний к Т_ОС.

       В схемах второго типа подводится рабочий поток с параметрами среднего потенциала Р_С, Т_С. Проходя через установку, часть его делится на высокий потенциал, а часть – низкий потенциал. Пример – вихревая труба. Роль компрессора в струйных ТТ выполняют струйные аппараты, называемые эжекторами или компрессорами.

 

1                       4

2

P_B, T_B                                                                                                              P_C, T_C

 

3    P_H, T_H

 

1 – сопловой аппарат;

2 – приемная камера;

3 – всасывающий патрубок;

4 – диффузор.

       Струйный аппарат называется струйным компрессором, если степень повышения давления:1,2 £ P_C / P_H £ 2,5, а если Р_С/Р_Н >2,5 – эжектор.

 

29. ПАРОЭЖЕКТОРНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА

(ПОВЫСИТЕЛЬНАЯ СХЕМА)

 

 

ГЭ

Вод. пар

P_B, T_B

РГ

ГК

 

ПХ

И                                 РВ

 

 

КН

Конденсат

 

ГЭ – главный эжектор;               ПРУ – поплавковый регулятор уровня;

ХВН – холодноводный насос;   ГК – главный конденсатор;

ПХ – потребитель холода;          КН – конденсатный насос.            

       Функция эжектора – создавать разряжение в испарителе. Назначение: производство холодной воды для горячих цехов металлургического производства. За счет работы эжектора поддерживается разряжение, которое соответствует заданной температуре кипения t₀. Холодная вода насосом ХВН подается к потребителю, затем – в испаритель. Конденсат из ГК возвращается к источнику пароснабжения. Часть конденсата для восполнения потерь направляется в испаритель. Так как испаритель находится под разряжением, то внутрь испарителя поступают присосы атмосферного воздуха. Он ухудшает теплообмен в конденсаторе, поэтому он периодически удаляется вспомогательными эжекторами.  

 

30. ВИХРЕВАЯ ТРУБА (РАСЩЕПИТЕЛЬНАЯ СХЕМА)

 

 

Рабочий поток (P_C, T_C)

3

4

 

Т_Х

 

 

Т_Г                  1                             2

1- корпус (цилиндрическая труба);

2- диафрагма;

3- тангенциальное сопло;

4- регулирующий клапан.

Принцип работы:

К установке подводится сжатый поток воздуха с параметрами Р_С, Т_С. Поступая в тангенциальное сопло, поток разделяется на две части. Периферийная часть потока воспринимает тепло трения об трубу и энергию от центральных слоев и направляется через регулирующий клапан, а центральная часть потока направляется в противоположную сторону, где температура падает.

 

31. ГАЗОВЫЕ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРЫ

 

Принципиальная схема:

Q_B

 

TO

N_ДТ ТДт   ТКМ        N_ДТ

ТП

Q_H

TO – теплоотдатчик;

TП – теплоприемник.

Цикл Карно:

Т

 

3 P₃  2  P₂

Т_В

 

Т_Н

P₄ 4     P₁ 1

S

1-2 – адиабатическое сжатие;

2-3 – изотермическое сжатие с отводом тепла ВИТ;

3-4 – адиабатическое расширение;

4-1 – изотермическое расширение с подводом тепла НИТ.

       Цикл Джоуля:

 

P₂ = P₃

T                      q_B 2

3

T_B                                              P₁ = P₄

T_H

1

q_H

4                                         S

 

       Холодильный коэффициент для цикла Джоуля:

 

       Если С_Р = const, тогда:

       Так как , то:

       Следовательно, e не зависит от свойств хладагента, а зависит от максимальной температуры и температуры охладителя. Чем ниже максимальная температура Т₂, тем выше холодильный коэффициент.

       Степень термодинамического совершенства цикла:

h_ТС = e t_Н ,  где t_Н – коэффициент работоспособности НИТ.

, тогда

       Так как Т_ОС < Т₂, то h_ТС< 1

       Для цикла Карно h_ТС^К = 1

 

 

32. ГАЗОВЫЙ ЦИКЛ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ

 

Схема газового ТТ с регенерацией:

 

Q_B

5                      2

TO

TKM

1

 

PT

3                         6

 

 

ТДТ

 

ТП

4             Q_H

 

Цикл в T-S – диаграмме:

 

T

q_B

2

5

T_B                                       1

T_H   3

6

 

4     q_O                                       S

       Регенерация – это использование внутренних энергетических ресурсов цикла. Этот цикл дает значительно меньшую потерю эксергии.

       Реальный газовый цикл ТТ:

 

 

 

33. СРАВНЕНИЕ ПОТЕРЬ ЦИКЛОВ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ

И БЕЗ РЕГЕНЕРАЦИИ

 

T

2

a

 

a¢ 2¢

3               5

T_B                                                   1¢

1

T_H   3¢                  6          D T_H

 

4                                                     S

           

Потери работы в ТКМ:

1. Цикл без регенерации

DL = L_Д – L_ИД = С_Р(Т₂ – Т₁) – С_Р(Т_А – Т₁)

L_Д = L_ИД / h_ik, где h_ik - внутренний индикаторный КПД.

DL = C_P(T_A – T₁) / h_ik – C_P(T_A – T₁) = C_P(T_A – T₁)(1/ h_ik – 1)

2. Цикл с регенерацией

DL^P = C_P(T_A^| – T₁^|)(1/ h_ik^| – 1), h_ik^|»h_ik 

DL^P << DL, так как (T_A – T₁) >> (T_A^| - T₁^|)