Абсорбционный холодильник - Absorption refrigerator

Термодинамика
Классический Тепловой двигатель Карно
ветви Классический Статистический Химическая Квантовая термодинамика Равновесие  / Неравновесный
Законы Zeroth Первый Второй В третьих
Системы Состояние Уравнение состояния Идеальный газ Настоящий газ Состояние вопроса Равновесие Контрольный объем Инструменты Процессы Изобарический Изохорический Изотермический Адиабатический Изэнтропический Изентальпический Квазистатический Политропный Бесплатное расширение Обратимость Необратимость Необратимость Циклы Тепловые двигатели Тепловые насосы Тепловая эффективность
Свойства системы Примечание: Сопряженные переменные в курсив Диаграммы свойств Интенсивные и обширные свойства Функции процесса Работа Высокая температура Функции государства Температура  / Энтропия  (вступление ) Давление  / Объем Химический потенциал  / Номер частицы Качество пара Сниженные свойства
Свойства материала Базы данных недвижимости Удельная теплоемкость   ${ displaystyle c =}$ ${ displaystyle T}$ ${ displaystyle partial S}$ ${ displaystyle N}$ ${ displaystyle partial T}$ Сжимаемость   ${ displaystyle beta = -}$ ${ displaystyle 1}$ ${ displaystyle partial V}$ ${ displaystyle V}$ ${ displaystyle partial p}$ Тепловое расширение   ${ Displaystyle альфа =}$ ${ displaystyle 1}$ ${ displaystyle partial V}$ ${ displaystyle V}$ ${ displaystyle partial T}$
Уравнения Теорема Карно Теорема Клаузиуса Фундаментальное отношение Закон идеального газа Максвелл отношения Взаимные отношения Онзагера Уравнения Бриджмена Таблица термодинамических уравнений
Потенциал Свободная энергия Свободная энтропия Внутренняя энергия ${ Displaystyle U (S, V)}$ Энтальпия ${ Displaystyle H (S, p) = U + pV}$ Свободная энергия Гельмгольца ${ Displaystyle А (Т, В) = U-TS}$ Свободная энергия Гиббса ${ Displaystyle G (T, p) = H-TS}$
История Культура История Общий Энтропия Газовые законы Машины "вечный двигатель" Философия Энтропия и время Энтропия и жизнь Броуновская трещотка Демон Максвелла Парадокс тепловой смерти Парадокс лошмидта Синергетика Теории Теория калорийности Теория тепла Vis viva («живая сила») Механический эквивалент тепла Сила мотивации Ключевые публикации "Экспериментальное расследование Относительно ... тепла " "О равновесии Гетерогенные вещества " "Размышления о Движущая сила огня " Сроки Термодинамика Тепловые двигатели Изобразительное искусство Образование Термодинамическая поверхность Максвелла Энтропия как рассеивание энергии
Ученые Бернулли Больцман Карно Клапейрон Клаузиус Каратеодори Duhem Гиббс фон Гельмгольц Джоуль Максвелл фон Майер Онсагер Ренкин Смитон Шталь Томпсон Томсон ван дер Ваальс Waterston
Книга Категория

An абсорбционный холодильник это холодильник который использует источник тепла (например, солнечный энергия, пламя, работающее на ископаемом топливе, отходящее тепло с заводов, или районное отопление систем) для обеспечения энергией, необходимой для процесса охлаждения. В системе используются две охлаждающие жидкости, первая из которых выполняет охлаждение испарением а затем абсорбируется второй охлаждающей жидкостью; тепло необходимо для возврата двух охлаждающих жидкостей в их исходное состояние. Этот принцип также можно использовать для кондиционер здания, использующие отходящее тепло от газовая турбина или же водонагреватель. Использование отработанного тепла газовой турбины делает турбину очень эффективной, потому что она сначала производит электричество, затем горячая вода и, наконец, кондиционер.тригенерация. Абсорбционные холодильники обычно используются в прогулочные автомобили (Дома на колесах), туристы, и караваны потому что они могут работать на пропановом топливе, а не на электричестве. В отличие от более распространенных парокомпрессионное охлаждение систем абсорбционный холодильник может быть изготовлен без движущихся частей, кроме охлаждающей жидкости.

История

В первые годы двадцатого века цикл абсорбции пара с использованием водно-аммиачных систем был популярен и широко использовался, но после разработки цикл сжатия пара он потерял большую часть своего значения из-за низкого коэффициент производительности (примерно одна пятая от цикла сжатия пара). Абсорбционные холодильники - популярная альтернатива обычным компрессорным холодильникам, где электричество ненадежно, дорого или недоступно, где шум от компрессора вызывает проблемы или где имеется избыточное тепло (например, от выхлопных газов турбин или промышленных процессов, или от солнечных электростанций).

Абсорбционное охлаждение изобрел французский ученый. Фердинанд Карре в 1858 г.^[1] В оригинальной конструкции использовались вода и серная кислота. В 1922 г. Бальцар фон Платен и Карл Мунтерс, еще будучи студентами Королевский технологический институт в Стокгольм, Швеция, усовершенствовал принцип с помощью конфигурации с тремя жидкостями. Эта конструкция "Platen-Munters" может работать без насоса.

Коммерческое производство началось в 1923 году вновь образованной компанией. AB Арктика, который был куплен Electrolux в 1925 году. В 1960-х годах абсорбционное охлаждение пережило ренессанс из-за значительного спроса на холодильники для караваны (туристические трейлеры). AB Electrolux учредила дочернюю компанию в США под названием Dometic Sales Corporation. Компания продавала холодильники для прогулочные автомобили (RVs) под Dometic бренд. В 2001 году Electrolux продал большую часть своей линейки товаров для отдыха венчурной компании. EQT который создал Dometic как отдельная компания.

В 1926 г. Альберт Эйнштейн и его бывший ученик Лео Сцилард предложил альтернативный дизайн, известный как Эйнштейн холодильник.^[2] В 2007 году Конференция TED, Адам Гроссер представил свое исследование нового, очень маленького, холодильного агрегата для вакцины "прерывистого поглощения" для использования в странах третьего мира. Холодильник представляет собой небольшую установку, установленную над костром, которую впоследствии можно использовать для охлаждения 15 литров воды до температуры чуть выше нуля в течение 24 часов при температуре окружающей среды 30 ° C.^[3]

Принципы

В обычных абсорбционных холодильниках используется хладагент с очень низкой точка кипения (менее −18 ° C (0 ° F)), как и компрессорные холодильники. В компрессорных холодильниках обычно используется ГХФУ или же HFC, в то время как абсорбционные холодильники обычно используют аммиак или же воды и нужна по крайней мере вторая жидкость, способная абсорбировать хладагент, абсорбентсоответственно вода (для аммиака) или рассол (для воды). Оба типа используют охлаждение испарением: когда хладагент испаряется (закипает), он забирает с собой тепло, обеспечивая охлаждающий эффект. Основное различие между двумя системами заключается в том, как хладагент превращается из газа обратно в жидкость, чтобы цикл мог повторяться. Абсорбционный холодильник превращает газ обратно в жидкость, используя метод, который требует только тепла и не имеет движущихся частей, кроме жидкостей.

Цикл абсорбционного охлаждения можно разделить на три фазы:

1. Испарение: Жидкий хладагент испаряется при низком частичное давление окружающей среды, таким образом извлекая тепло из окружающей среды (например, из холодильного отделения). Из-за низкого парциального давления температура, необходимая для испарения, также низкая.
2. Абсорбция: Вторая жидкость в обедненном состоянии всасывает газообразный хладагент, обеспечивая тем самым низкое парциальное давление. При этом образуется насыщенная хладагентом жидкость, которая затем поступает на следующий этап:
3. Регенерация: Жидкость, насыщенная хладагентом, нагревается, вызывая испарение хладагента.

а. Испарение происходит на нижнем конце узкой трубки; Пузырьки газообразного хладагента выталкивают жидкость с обедненным хладагентом в верхнюю камеру, из которой она самотеком перетекает в абсорбционную камеру.

б. Горячий газообразный хладагент проходит через теплообменник, передавая свое тепло за пределы системы (например, в окружающий воздух с температурой окружающей среды), и конденсируется в более высоком месте. Конденсированный (жидкий) хладагент будет течь под действием силы тяжести, подавая фазу испарения.

Таким образом, система бесшумно обеспечивает механическую циркуляцию жидкости без использования обычного насоса. Третья жидкость, газообразная, обычно добавляется, чтобы избежать проблем с давлением при конденсации (см. Ниже).

Для сравнения, в компрессорном холодильнике используется компрессор, обычно приводимый в действие либо от электрического двигателя, либо от двигателя внутреннего сгорания, для увеличения давления на газообразный хладагент. Образующийся горячий газ под высоким давлением конденсируется в жидкую форму путем охлаждения в теплообменнике («конденсаторе»), который подвергается воздействию внешней среды (обычно воздуха в помещении). Конденсированный хладагент, теперь имеющий температуру, близкую к температуре внешней среды, но при более высоком давлении, затем проходит через отверстие или дроссельный клапан в секцию испарителя. Дроссельная заслонка или дроссельная заслонка создают перепад давления между секцией конденсатора высокого давления и секцией испарителя низкого давления. Более низкое давление в секции испарителя позволяет жидкому хладагенту испаряться, который поглощает тепло из пищевого отделения холодильника. Теперь испарившийся хладагент возвращается в компрессор для повторения цикла.

Простая система соли и воды

В простой абсорбционной холодильной системе, распространенной на крупных коммерческих предприятиях, используется раствор: бромид лития или же хлорид лития соль и вода. Вода под низким давлением испаряется из охлаждаемых змеевиков. Вода абсорбируется водным раствором бромида лития. Система отводит воду из раствора бромида лития с помощью тепла.^[4]

Поглощение водяного спрея

Система впитывания распылением воды

Другой вариант - воздух, вода и раствор соленой воды. Забор теплый влажный воздух проходит через распыленный раствор соленой воды. Спрей снижает влажность, но существенно не меняет температуру. Затем менее влажный теплый воздух проходит через испарительный охладитель, состоящий из струи пресной воды, которая охлаждает и повторно увлажняет воздух. Влажность удаляется из охлажденного воздуха с помощью еще одной струи солевого раствора, обеспечивающей выход прохладного и сухого воздуха.

Солевой раствор регенерируют, нагревая его под низким давлением, в результате чего вода испаряется. Вода, испарившаяся из солевого раствора, повторно конденсируется и направляется обратно в испарительный охладитель.

Абсорбционное охлаждение с одинарным давлением

Бытовой абсорбционный холодильник.
1. Водород поступает в трубу с жидким аммиаком.
2. Аммиак и водород попадают во внутренний отсек. Увеличение объема вызывает снижение парциального давления жидкого аммиака. Аммиак испаряется, забирая тепло от жидкого аммиака (ΔH_Вап) понижение его температуры. Тепло течет от более горячей внутренней части холодильника к более холодной жидкости, способствуя дальнейшему испарению.
3. Аммиак и водород возвращаются из внутреннего отсека, аммиак возвращается в абсорбер и растворяется в воде. Водород может подниматься вверх.
4. Конденсация газообразного аммиака (пассивное охлаждение).
5. Горячий газообразный аммиак.
6. Теплоизоляция и отгонка газообразного аммиака из воды.
7. Электрический источник тепла.
8. Емкость абсорбера (вода и раствор аммиака).

Тепловое изображение бытового абсорбционного холодильника сопоставимого типа с изображением на помеченном выше изображении. Цвет указывает относительную температуру: синий = холодно, красный - самая высокая температура. Источник тепла (7) полностью находится внутри изоляционной секции (6).

Абсорбционный холодильник с одинарным давлением использует тот факт, что скорость испарения жидкости зависит от частичный давление пара над жидкостью и возрастает с понижением парциального давления. Имея одинаковое общее давление во всей системе, холодильник поддерживает низкое парциальное давление хладагента (следовательно, высокую скорость испарения) в той части системы, которая отводит тепло из низкотемпературной внутренней части холодильника, но поддерживает хладагент. при высоком парциальном давлении (следовательно, низкой скорости испарения) в той части системы, которая отводит тепло в воздух с температурой окружающей среды за пределы холодильника.

В холодильнике используются три вещества: аммиак, водород газ и воды. Цикл замкнут, весь водород, вода и аммиак собираются и бесконечно используются повторно. В системе создается давление, при котором точка кипения аммиака выше, чем температура змеевика конденсатора (змеевика, который передает тепло воздуху за пределами холодильника, будучи более горячим, чем внешний воздух). Это давление обычно составляет 14–2 ° С. 16 атм, при котором точка росы аммиака будет около 35 ° C (95 ° F).

Цикл охлаждения начинается с подачи жидкого аммиака комнатной температуры в испаритель. Объем испарителя больше объема жидкости, а избыточное пространство занято смесью газообразного аммиака и водорода. Присутствие водорода снижает частичное давление аммиака, тем самым снижая точка испарения жидкости ниже температуры внутри холодильника. Аммиак испаряется, забирая у жидкости небольшое количество тепла и понижая температуру жидкости. Он продолжает испаряться, пока большой энтальпия испарения (тепло) течет из более теплых внутренних помещений холодильника в более холодный жидкий аммиак, а затем в большее количество газообразного аммиака.

На следующих двух этапах газообразный аммиак отделяется от водорода, чтобы его можно было повторно использовать.

1. Смесь аммиака (газ) и водорода (газ) течет по трубопроводу из испарителя в абсорбер. В абсорбере эта смесь газов контактирует с водой (технически слабым раствором аммиака в воде). Газообразный аммиак растворяется в воде, в то время как водород, которого нет, собирается в верхней части абсорбера, оставляя на дне уже крепкий раствор аммиака и воды. Теперь водород отделен, а аммиак растворен в воде.
2. На следующем этапе аммиак отделяется от воды. Раствор аммиака / воды поступает в генератор (бойлер), где нагревается до выкипания аммиака, оставляя большую часть воды (которая имеет более высокую температуру кипения). Некоторое количество водяного пара и пузырьков остается смешанным с аммиаком; эта вода удаляется на заключительном этапе сепарации, пропуская ее через сепаратор, серию изогнутых вверх труб с небольшими препятствиями для лопания пузырьков, позволяя водяному пару конденсироваться и стекать обратно в генератор.

Затем чистый газообразный аммиак поступает в конденсатор. В этом теплообменник, горячий газообразный аммиак передает свое тепло наружному воздуху, температура которого ниже точки кипения аммиака полного давления, и поэтому конденсируется. Конденсированный (жидкий) аммиак стекает вниз, чтобы смешаться с газообразным водородом, выделяющимся на стадии абсорбции, повторяя цикл.

Смотрите также

• Адсорбционное охлаждение
• Ледяной шар
• Квантово-абсорбционный холодильник
• RV Холодильник

Рекомендации

дальнейшее чтение

• Леви, А .; Кослофф, Р. (2012). «Холодильник квантовой абсорбции». Phys. Rev. Lett. 108: 070604. arXiv:1109.0728. Bibcode:2012PhRvL.108g0604L. Дои:10.1103 / PhysRevLett.108.070604. PMID  22401189.

внешняя ссылка

• Абсорбционные тепловые насосы (Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии ).
• Аризона Энерджи Пояснения к схемам
• Литий-бромид / водный цикл - Абсорбционное охлаждение для охлаждения кампуса в BYU.
• Американский национальный институт стандартов. «Стандарт AHRI 560–2000 для абсорбционных холодильников» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-10-31. Получено 2012-03-31.