Абсорбционная холодильная машина

Абсорбционная холодильная машина на 14МВт

Абсорбционная холодильная машина (также абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина, абсорбционный чиллер или АБХМ) — промышленная холодильная установка, предназначена для отбора и удаления избыточного тепла и поддержания заданного оптимального температурного и теплового режимов при работе различного рода производственного оборудования, технологических устройств, инструмента, оснастки, а также технологических процессов, связанных с повышенными тепловыми нагрузками. В качестве абсорбента в них используется раствор бромида лития (LiBr) в воде.

К абсорбционным холодильным машинам относятся так же аммиачные холодильные установки абсорбционного принципа действия.

История создания АБХМ

• Первое документированное использование искусственного охлаждения в 1756 году было осуществлено английским ученым Вильямом Калленом^[1]
• В 1810г Джоном Лесли создана первоя искусственная ледоделка на основе поглощения сернистого газа водой.
• В 1834г английским врачом Джейкобом Перкинсом (Jacob Perkins) (1766—1844) была построена холодильная машина с использованием насоса (компрессора) на диэтиловом эфире.
• Французским учёным Фердинандом Карре (Ferdinand Carre (фран.)) (1824-1900) и его братом Эдмондом Карре (Edmond Carre) в 1846 году была изобретена аммиачная абсорбционная холодильная машина. Несмотря на то, что его способ был очень удачным, об изобретении забыли на несколько десятилетий.
• В 1871 году была построена машина, работающая на метиловом эфире.
• В 1926 году физики Альберт Эйнштейн и Лео Силард изобретают так называемый холодильник Эйнштейна, который был запатентован в США 11 ноября 1930 года^[2].
• В начале XX века в Москве была открыта фирма, которая предлагала всем желающим агрегат под названием «Эскимо». Данный агрегат был изготовлен по принципу предложенному Фердинадом Карре. При своих больших габаритах, агрегат не издавал громкого шума и был универсальным. Для работы необходимы были уголь, дрова, керосин или спирт. Один цикл работы «Эскимо» позволял получить 12 кг льда.
• Применение абсорбции в промышленном кондиционировании началось в конце 1950-х годов.
• В 1985 году были разработана и запатентована более эффективная АБХМ — трехступенчатая абсорбционная холодильная машина с тремя конденсаторами и тремя генераторами.
• В 1993 году был запатентован альтернативный цикл трехступенчатой абсорбционной холодильной машины с двойным конденсатором.^[3]

Типы абсорбционных охладителей

Тип АБХМ	Источник тепла	Мощность
Охладители прямого нагрева (Direct-fired Chiller/heaters)	Природный газ, дизельное топливо, отходящие дымовые газы.	По холоду от 17 кВт до 12 МВт, по теплу — от 17 кВт до 8 МВт.
Охладители парового нагрева (Steam-fired chillers)	Пар с температурой 75-200°С	По холоду от 200 кВт до 15 МВт.
Охладители нагрева горячей водой (Hot water-fired chillers)	Горячая вода с температурой 75-95°С на входе/до 65°С на выходе)	По холоду от 105 кВт до 12 МВт.
Охладители нагрева выхлопными газами (Exhaust-fired chillers/heaters)	Выхлопные газы с температурой 250-600°С на входе/до 150°С на выходе	По холоду от 200 кВт до 12 МВт.

Принцип действия

На представленной схеме охладитель состоит из двух камер.

• Верхняя — генератор (AT). Это горячая камера с относительно высоким давлением.
• Нижняя — испаритель (VD) и абсорбер (AB). Это холодная камера с очень низким давлением (2мБар).

Под действием тепла (HM) в генераторе из раствора бромида лития выделяются пары воды (хладагента), которые переносятся в конденсатор. Водяной пар конденсируется, отдавая тепло воде охлаждающего контура KüW. Охлажденная вода по линии 5 поступает в испаритель, где при низком давлении закипает при температуре +6 °C и забирает тепло от охлаждаемого контура чиллер-фанкойл (KW). Насос VD прокачивает воду на форсунки, что способствует более интенсивному теплообмену. В других типах АБХМ охлаждаемый контур не обрызгивается, а погружается в ванну хладагента.

Оставшийся концентрированный раствор бромида лития по линии 1-2 через растворный теплообменник/гидравлический затвор WT1 переходит в абсорбер. Для улучшения абсорбции раствор разбрызгивается форсунками и поглощает водяной пар из испарителя. Процесс абсорбции связан с выделением тепла, которая отводится охлаждающим контуром KüW в адсорбере АВ. Полученный раствор воды и бромида лития перекачивается по линии 3-4 в генератор через регулятор/теплообменник WT1, и цикл повторяется снова.

Преимущества

По сравнению с компрессионными холодильниками, АБХМ обладают следующими преимуществами:

• Минимальное потребление электроэнергии. Электроэнергия требуется для работы насосов и автоматики.
• Минимальный уровень шума.
• Экологически безопасны. Хладагентом является обычная вода.
• Утилизируют тепловую энергию сбрасываемой горячей воды, дымовых газов или производственных процессов.
• Длительный срок службы (не менее 20 лет).
• Полную автоматизацию.
• Пожаро- и взрывобезопасность.
• Абсорбционные машины не подведомственны Ростехнадзору.

Недостатки

Абсорбционные охладители, по сравнению с компрессионными охладителями отличает:

• Более высокая цена оборудования, примерно в 2 раза выше чем цена обычного охладителя.
• Необходимость наличия дешевого (бесплатного) источника тепловой энергии с достаточно высокой температурой.
• Относительно низкая энергетическая эффективность - КПД (холодильный коэффициент) 65-80 % - для одноступенчатых машин, и 100-140% - для двухступенчатых машин.
• Существенно больший вес, чем у обычного охладителя.
• Необходимость использовать открытые охладители - градирни, что увеличивает водопотребление системы.

Примечания

1. ↑ Уильям Каллен, «О производстве холода, произведенного при испарении жидкостей и некоторые другие способы получения холода», в «Essays and Observations Physical and Literary Read Before a Society in Edinburgh and Published by Them, II», (Эдинбург, 1756) (en)
2. ↑ Design Analysis of the Einstein Refrigeration Cycle (англ.)
3. ↑ Подробное описание двух и трехступенчатых АБХМ на сайте Ассоциации инженеров АВОК

Литература

1. Холодильные машины: Учебник для студентов втузов специальности «Техника и физика низких температур»/А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев, Л. С. Тимофеевский: Под общ. ред. Л. С. Тимофеевского.- СПб.: Политехника, 1997 г.- 992с.

Ссылки

• История тепловых насосов и холодильной техники