Абсорбційний ТН

Використання компресійних теплових насосів

Через свою високу ефективність саме цей тип теплових насосів отримав практично повсюдне поширення, витіснивши усі інші в різні екзотичні сфери застосування. І навіть відносна складність конструкції і її чутливість до ушкоджень не можуть обмежити їх широке використання — майже на кожній кухні стоїть компресійний холодильник або морозильник, а то і не один!

Абсорбційні ТН відрізняються від компресорних виглядом своєї холодильної машини. По ряду технічних і енергетичних показників абсорбційний ТН перевершує компресорний. У ньому немає рухомих елементів (немає компресора), малий рівень шуму, менше витрати на ремонт і обслуговування. Абсорбційний ТН відрізняється стабільною роботою. Однак цей вид ТН ще мало вивчений, тому ці ТН не отримали ще належного застосування. Хладагентом для абсорбційних ТН може служити водоаміачний розчин, водні розчини солей, фреони.

На основі техніко-економічних розрахунків, проведених в ФРН, можна стверджувати, що в порівнянні з котельною, абсорбційний ТН може дати економію біля 50%. ТН цього типу знаходять все більш широке застосування.

Випарні теплові насоси абсорбції (дифузійні)

Робочий цикл випарних теплових насосів абсорбції дуже схожий з робочим циклом випарних компресійних установок, розглянутих трохи вище. Головна відмінність полягає в тому, що якщо у попередньому випадку розрідження, необхідне для випару холодагенту, створюється при відсмоктуванні пари компресором, то в агрегатах абсорбції холодагент, що випарувався, поступає з випарника у блок абсорбера, де поглинається (абсорбується) іншою речовиною — абсорбентом. Тим самим пара видаляється з об'єму випарника і там відновлюється розрідження, що забезпечує випар нових порцій холодагенту. Необхідною умовою є така «спорідненість» холодагенту і абсорбенту, щоб сили зв'язування при поглинанні змогли створити істотне розрідження в об'ємі випарника. Історично першою і до цих широко використовуваною парою речовин є аміак NH3 (холодагент) і вода (абсорбент). При поглинанні пари аміаку розчиняються у воді, проникаючи (дифундує) в її товщу. Від цього процесу пішли альтернативні назви таких теплових насосів — дифузійні або дифузійні для абсорбції.

Робочий цикл одноступінчатого теплового насоса абсорбції.

Для того, щоб знову розділити холодагент (аміак) і абсорбент (воду), водно-аміачну суміш, що відпрацювала і багату аміаком, нагрівають в десорбері зовнішнім джерелом теплової енергії аж до кипіння, потім дещо охолоджують. Першою конденсується вода, але при високій температурі відразу після конденсації вона здатна утримати дуже мало аміаку, тому основна частина аміаку залишається у вигляді пари. Що тут знаходяться під тиском рідку фракцію (воду) і газоподібну (аміак) розділяють і окремо охолоджують до температури довкілля. Захолола вода з малим вмістом аміаку спрямовується в абсорбер, а аміак при охолодженні в конденсаторі стає рідким і поступає у випарник. Там тиск падає, і аміак випаровується, знову охолоджуючи випарник і забираючи ззовні тепло. Потім знову сполучають пари аміаку з водою, видаляючи з випарника надлишки аміачної пари і підтримуючи там низький тиск. Збагачений аміаком розчин знову спрямовується в десорбер на розподіл. В принципі, для десорбції аміаку кип'ятити розчин не обов'язково, досить просто нагрівати його близько до температури кипіння, і «зайвий» аміак випарується з води. Але кип'ячення дозволяє провести розподіл найшвидше і ефективно. Якість такого розподілу є головною умовою, що визначає розрідження у випарнику, а отже, ефективність роботи агрегату абсорбції, і багато хитрощів в конструкції спрямовано саме на це. В результаті, по організації і кількості стадій робочого циклу дифузійні для абсорбції теплові насоси, мабуть, є найбільш складними з усіх поширених типів подібного устаткування.

«Родзинкою«принципу роботи є те, що для вироблення холоду тут використовується нагрів аж до кипіння робочого тіла. При цьому вид джерела нагріву непринциповий, — це може бути навіть відкритий вогонь (полум'я пальника), тому використання електрики необов'язкове. Для створення необхідної різниці тисків, що обумовлює рух робочого тіла, іноді можуть використовуватися механічні насоси (зазвичай в потужних установках при великих об'ємах робочого тіла), а іноді, зокрема в побутових холодильниках, — елементи без рухливих частин (термосифони).

Дифузійний для Абсорбції холодильний агрегат (АДХА) холодильника «Морозко-ЗМ». 1 — теплообмінник; 2 — збірка розчину; 3 — акумулятор водню; 4 — абсорбер; 5 — регенеративний газовий теплообмінник; 6 — дефлегматор; 7 — конденсатор; 8 — випарник; 9 — генератор; 10 — термосифон; 11 — регенератор; 12 — трубки слабкого розчину; 13 — паровідвідна трубка; 14 — електронагрівач; 15 — термоізоляція. По матеріалах сайту elremont.ru.

Перші холодильні машини (АБХМ) абсорбції на аміачно-водяній суміші з'явилися в другій половині XIX століття. Із-за отруйності аміаку в побуті вони великого поширення тоді не отримали, але дуже широко використовувалися в промисловості, забезпечуючи охолодження аж до — 45°С. В одноступінчатих АБХМ теоретично максимальна холодопроизводительность дорівнює кількості витраченого на нагрів тепла (реально, звичайно, помітно менше). Саме цей факт підкріплював упевненість захисників того самого формулювання другого початку термодинаміки, про яку говорилося на початку цієї сторінки. Проте зараз і теплові насоси абсорбції здолали це обмеження. У 1950-х роках з'явилися ефективніші двоступінчаті (два конденсатори або два абсорбери) бромистолитиевые АБХМ (холодагент — вода, абсорбент — бромід літію LiBr). Триступінчаті варіанти АБХМ запатентовані в 1985-1993 роках. Їх зразки-прототипи по ефективності перевершують двоступінчаті на 30-50% і наближаються до компресійних установок.

Тут я не розглядаю усі подробиці безлічі складних процесів, що протікають при роботі теплових насосів абсорбції. У Інтернеті досить сайтів, де усе це описано в деталях. Я, наприклад, багато відомостей по АБХМ знайшов тут.