Принцип работы АБХМ — поясняем просто и понятно

Обновлено: 22 июля 2022.

Абсорбционные холодильные машины (АБХМ) работают за счет сжатия хладагента компрессором. Они используются там, где электропитание является недоступным или дорогостоящим, где есть источник тепловой энергии.

Принцип работы АБХМ (абсорбционной холодильной машины, чиллера, теплового насоса) основан на процессе абсорбции – поглощения одного вещества другим. Для его работы необходим источник тепла – отработанный теплый воздух, пар, природный газ, любые виды твердого топлива.

Виды АБХМ

Все абсорбционные холодильные машины можно разделить по следующим признакам:

1. Количество контуров;
2. Тип нагрева;
3. Рабочие жидкости.

Абсорбционные машины бывают одноконтурными, двухконтурными и трехконтурными. От количества контуров зависит разница температур, которую можно получить. Чем больше контуров, тем более эффективно будет охлаждать установка.

АБХМ прямого нагрева работают за счет сжигания газа, жидкого или твердого топлива в самом агрегате. Машины непрямого нагрева используют внешний источник тепла – пар, воду, излучаемое тепло. Комбинированные абсорбционные машины используют прямые и косвенные источники тепла.

Существуют бромистолитиевые и аммиачные абсорбционные холодильные машины. В первых хладагентом является вода, абсорбентом – бромид лития LiBr. Во вторых хладагентом является аммиак NH3, абсорбентом – вода.

Базовые принципы (это надо знать)

Наиболее распространенными являются бромистолитиевые АБХМ. Чтобы понять их принцип работы, нужно знать некоторые базовые моменты.

Когда мы кипятим воду, она переходит из жидкого в газообразное состояние. Точка кипения воды зависит от давления. Если мы повысим давление, то температура закипания повысится, если снизим давление, то вода будет кипеть при температуре ниже +100 градусов.

В абсорбционных машинах вода находится под давлением 6 мм. рт. ст., что близко к вакууму. При таких условиях она превращается в пар (закипает) при температуре +4 °С.

Бромид лития — это соль, но в жидком агрегатном состоянии. Любая соль поглощает влагу. Если распылить его в водяном паре, молекулы притянутся и смешаются.

Вода и бромид лития хорошо смешиваются до однородного раствора. Но если их нагревать, вода будет подниматься вверх и испаряться, а бромид лития останется в жидком состоянии.

При кипении любая жидкость охлаждается, отбирая тепло у окружающей среды. Наглядный пример:

Когда вы летом после купания выходите из водоема на берег, вам становится прохладно. Это потому, что вода испаряется с кожи и охлаждает ее.

Конструкция АБХМ

Абсорбционная холодильная машина состоит из двух камер, теплообменника и трех контуров. В верхней камере находится конденсатор и генератор, в нижней – испаритель и абсорбер.

Генератор служит для нагрева смеси хладагента и теплоносителя. Влага испаряется из раствора, концентрация бромида лития увеличивается.

Конденсатор нужен для охлаждения водяных паров и сбора влаги для дальнейшего использования.

Испаритель – источник холода, в нем давление воды резко снижается, она переходит в состояние газа.

В теплообменнике происходит охлаждение потока подогретого концентрированного бромида лития, поступающего из генератора в абсорбер и нагрев охлажденной смеси, идущей из абсорбера в генератор.

Назначение и обозначение контуров:

• По контуру К1 циркулирует холодная вода, которая проходит через теплообменники в конденсаторе и абсорбере.
• Водяной контур К2 служит для съема тепла с климатических установок.
• Контур К3 служит для подогрева генератора. По нему может циркулировать подогретый воздух, выхлопные газы, теплая вода от бойлера.

Принцип работы АБХМ

Основные компоненты АБХМ – конденсатор и генератор, которые находятся в верхней камере. Испаритель и абсорбент расположены в нижней. Отдельно расположен теплообменник, с помощью которого происходит отбор тепла.

Начальная концентрация раствора в абсорбере содержит около 45% воды и 55% бромида лития.

При запуске АБХМ смесь бромистого лития и воды проходит из абсорбера в теплообменник, где нагревается от потока концентрированного раствора, поступающего из генератора. Из теплообменника смесь поступает в генератор.

В генераторе находится частично заполненный резервуар с бромидом лития. Внутри генератора находится теплообменник, по которому движется теплый воздух или любой другой теплоноситель из контура К3.

Под влиянием тепла раствор начинает частично закипать. Водяные пары поднимаются вверх, в конденсатор, а абсорбент остается в генераторе.

Бромистый литий концентрируется в нижней части генератора и по отдельному каналу перетекает в теплообменник. Там он охлаждается, отдавая тепло смеси, которая поступает из абсорбера. Затем он попадает в абсорбер, в котором через форсунку распыляется для лучшего поглощения водяного пара.

В секции конденсатора находится охлаждающий теплообменник (змеевик, катушка или радиатор). В нем циркулирует вода, которая по замкнутому контуру К1 прокачивается через градирню. Она служит для охлаждения конденсатора.

При соприкосновении с теплообменником конденсатора водяной пар переходит в жидкое состояние и скапливается в поддоне.

Из поддона конденсатора вода попадает в испаритель через клапан. В испарителе поддерживается давление порядка 6 мм. рт. ст. или 0,008 бар. При таком давлении она моментально закипает, превращается в пар. Ее температура падает до +4 градусов.

В испарителе находится такой же теплообменник для охлаждения, как в конденсаторе, по которому циркулирует вода из контура К2. Он выполняет функцию съема тепловой энергии с климатических устройств (фанкойлов, установок кондиционирования и т.д.) Температура воды в теплообменнике контура К2 – порядка +12 °С.

При контакте с контуром К2, вода в испарителе отбирает у него тепло. По контуру К2 охлажденный хладагент возвращается к климатическим устройствам.

В абсорбере находится бромид лития в жидком состоянии. Он поглощает водяной пар, причем сила притяжения молекул настолько велика, что в испарителе практически не остается газообразной воды.

При поглощении пара теплоноситель выделяет тепло, поэтому контур К1 проходит через абсорбер чтобы охлаждать раствор.

Смесь бромистого лития и воды далее проходит повторный цикл.

Одноступенчатая АБХМ косвенного нагрева

В одноступенчатой системе рабочий контур, по которым циркулирует вода для климатических систем, охлаждается только один раз.

Концентрированный раствор попадает в абсорбер из генератора, где поглощает воду и становится разбавленным. Выделяемое тепло при этом поглощается контуром, по которому циркулирует вода, охлажденная в градирне.

Раствор попадает в теплообменник, после в генератор, где нагревается от контура обогрева. Вода испаряется и попадает в конденсатор, откуда перетекает в испаритель. За счет испарения концентрация раствора увеличивается, он возвращается в абсорбер.

Принцип работы двухступенчатой АБХМ косвенного нагрева

В двухступенчатой абсорбционной холодильной машине есть вспомогательный и основной цикл. Каждый из них обеспечивается отдельным генератором (1`st Generator и 2`nd Generator). Кроме них есть дополнительный генератор (Aux. Generator), работающий в комплексе с первым.

Разбавленный раствор из абсорбера попадает в низкотемпературный теплообменник, из которого проходит через высокотемпературный теплообменник.

Нагретая смесь попадает в первый генератор, где частично испаряется вода. Она конденсируется контуром охлаждения и попадает в испаритель.

Через высокотемпературный теплообменник жидкая смесь воды и бромида лития попадает во второй генератор, где нагревается контуром от источника тепла – теплого воздуха или воды.

Во втором генераторе температура выше чем в первом, поэтому испаряется больше воды и раствор бромида лития становится более концентрированным.

Пары воды абсорбируются в дополнительном абсорбере (Aux. Absorber) и возвращаются в дополнительный генератор. Концентрированный раствор возвращается в абсорбер, откуда возвращается в первый генератор.

Одноступенчатая АБХМ прямого нагрева

Эта система действует по тому же принципу что и одноступенчатая. Существует два варианта исполнения АБХМ.

В первом за счет тепла сгорания топлива нагревается вода, которая используется для подогрева бромида лития в генераторе.

Во втором варианте теплообменник в генераторе нагревается за счет циркуляции продуктов горения. Он редко применяется, так как его эффективность ниже.

Принцип работы двухступенчатой АБХМ прямого нагрева

С помощью насоса вода распыляется на трубы испарителя, что повышает уровень теплопередачи между ней и водой, используемой для климатических установок.

Водяные пары поглощаются бромидом лития в абсорбере, после чего раствор разделяется на два потока. Один проходит прямо в генератор. Второй поток проходит поочередно через три теплообменника:

• Низкотемпературный;
• Теплообменник с продуктами горения;
• Высокотемпературный.

После этого раствор из второго потока догревается в высокотемпературном генераторе. Часть воды испаряется и пар проходит по змеевику через низкотемпературный генератор, тем самым нагревая раствор в нем. Вода остывает, превращается в жидкость и попадает в лоток конденсатора.

Жидкий раствор перекачивается из высокотемпературного в низкотемпературный генератор, где нагревается, испаряя воду. Концентрированный раствор бромида лития возвращается в абсорбер. Вода из конденсатора попадает в испаритель, где охлаждает контур, который обеспечивает охлаждение климатических систем.

В статье мы постарались доступно рассказать, что такое АБХМ, описать особенности и принцип работы. Это климатическое оборудование используется в основном на промышленных предприятиях и для кондиционирования зданий. Но в скором будущем могут появиться модели, предназначенные для широкого применения в частных домах.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!