Абсорбционные холодильные машины

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования  

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  

(национальный исследовательский университет)»

В.П. Леонов

Абсорбционные  

холодильные машины  

Учебно-методическое пособие

ISBN 978-5-7038-5383-2

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020
© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020

Издание доступно в электронном виде по адресу 

https://bmstu.press/catalog/item/6882/
Факультет «Энергомашиностроение»

Кафедра «Холодильная, криогенная техника,  

системы кондиционирования и жизнеобеспечения»

Рекомендовано Научно-методическим советом  

МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия

УДК 621.56
ББК 31.392

Л47

 
Леонов, В. П.

  
Абсорбционные холодильные машины  :  учебно-методическое пособие / 

В. П. Леонов.  — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2020. — 
74, [2] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-5383-2
Представлены описания абсорбционных холодильных машин. Рассмотрены области 

применения холодильных машин и их основные параметры, а также типы и конструк-
тивные схемы холодильных машин, конструкции их основных аппаратов.  Изложены 
методики расчета циклов холодильных машин и их основных аппаратов.  Приведены 
описания выполнения домашних заданий, посвященных указанным расчетам.

Для студентов, изучающих дисциплину «Нетрадиционные холодильные установки».

УДК 621.56
ББК 31.392

Л47

Учебное издание

Леонов Виктор Павлович

Абсорбционные холодильные машины 

Оригинал-макет подготовлен в Издательстве МГТУ им. Н.Э. Баумана.

В оформлении использованы шрифты Студии Артемия Лебедева.

Подписано в печать 20.10.2020. Формат 70×100/16. 

Усл. печ. л. 6,175. Тираж 100 экз. Изд. №  576-2018. Заказ    

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.

105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1.

Отпечатано в типографии МГТУ им. Н.Э. Баумана.

105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1.

baumanprint@gmail.com

press@baumanpress.ru    https://bmstu.press

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебно-методическое пособие посвящено  изучению методики расчета 

циклов абсорбционных холодильных машин и их основных аппаратов  и 
выполнению домашних заданий, которые являются обязательной частью 
программы изучения дисциплины «Нетрадиционные холодильные установки» 
для студентов, обучающихся по направлению подготовки магистров 16.04.03 
«Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения».

Основная цель пособия — овладение методикой расчета цикла абсорбци-

онной холодильной машины (АХМ) и их основных теплообменных аппаратов. 

В разделе 1 пособия рассмотрены абсорбционные водоаммиачные холо-

дильные машины, в гл. 2 — абсорбционные бромистолитиевые холодильные 
машины.

После изучения материалов пособия и выполнения домашнего задания 

студенты овладеют базовыми знаниями об основных принципах работы раз-
личных типов абсорбционных холодильных машин, умениями анализировать 
поставленную задачу для нахождения оптимальных и рациональных способов 
ее решения, оценки различных вариантов решения поставленной задачи, а 
также применять физико-математический аппарат для решения задач про-
фессиональной деятельности.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

 
m — массовый расход, кг/с

 
Q — холодопроизводительность, кВт

 
t — температура, °С

 
p — давление, Па

 
w — скорость, м/с

 
f — кратность циркуляциии

 
Г — плотность орошения, кг/(м∙с)

 
h(i) — энтальпия, Дж/кг

 
c — теплоемкость, Дж/(кг∙К)

 Nu, Re, Pr, Pe — критерии подобия
 
d — диаметр, м

 
k — коэффициент теплопередачи, Вт/м2⋅К

 
λ — коэффициент теплопроводности, Вт/м∙К

 
α — коэффициент теплоотдачи, Вт/м2∙К

 
δ — геометрический размер, м

 
θ — среднелогарифмический перепад температур, °С

 
ζ — тепловой коэффициент

 
μ — динамическая вязкость, Па⋅с

 
ξ — концентрация

1. АБСОРБЦИОННЫЕ АММИАЧНЫЕ  

ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

1.1. Принцип действия и схема абсорбционной  

холодильной машины

В состав абсорбционной холодильной машины (АХМ) обычно входят: 

генератор, дефлегматор, конденсатор, абсорбер, насос и теплообменные аппараты. 
Принципиальная схема АХМ приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Принципиальная 

схема АХМ:

Г — генератор; РК — ректификационная 
колонна; Д — дефлегматор; 
К — конденсатор; И — испаритель; 
А — абсорбер; Н — насос; 
В1 и В2 — вентили; R и R+1 — 
потоки флегмы; tк, tw1, tw2, ts1, 
ts2 — температура в аппаратах; ξг — 
концентрация раствора; f, f – 1 — 
кратность циркуляции; qa, qг, qд, 
qк — удельные тепловые нагрузки 

аппаратов

1. Абсорбционные аммиачные холодильные машины 

Бинарная смесь Н2О–NН3 испаряется в генераторе Г, оснащенном ректификационной 
колонной РК (ректификатором) и дефлегматором Д, при 
давлении конденсации pк  с подводом теплоты генератора Qг. При этом об-
разуется пар аммиака достаточно высокой концентрации. Давление, которое 
устанавливается в генераторе Г и конденсаторе К, обычно составляет от 10 до 
17 бар (1 бар = 0,1 МПА) в зависимости от температуры охлаждающей воды 
для того, чтобы весь пар мог, отдавая теплоту воде, превратиться в жидкость.

В вентиле В1 жидкость дросселируется до давления в испарителе И и 

абсорбере А p0,  которое составляет от 0,2 до 0,4 бар в зависимости от темпе-
ратуры испарения. Благодаря этому жидкость может испариться при низкой 
температуре кипения t0, забирая для этого от охлаждаемого объекта теплоту 
Q0.  Процессы, протекающие в конденсаторе и испарителе АХМ, соответству-
ют аналогичным процессам в парокомпрессионной холодильной машине с 
той только разницей, что для чистого аммиака температуры конденсации 
и испарения при заданных давлениях постоянны, в то время как для смеси 
Н2О—NН3 они переменны.

Холодный пар, поступающий из испарителя И, направляется в абсорбер А, 

где он абсорбируется охлаждаемым раствором, отдавая при этом теплоту Qa.
Свойство бинарной смеси, заключающееся в том, что холодный пар может 
поглощаться относительно теплой жидкостью, является решающим для аб-
сорбционного холодильного процесса.

Образовавшийся в генераторе Г в результате выпарки легкокипящего 

вещества слабый раствор концентрации ξa  дросселируется в вентиле В2 до 
давления p0,  поступает через теплообменник растворов ТО в абсорбер А и 
охлаждается в нем охлаждающей водой. Одновременно в абсорбер подводится 
холодный пар из испарителя, который поглощается раствором, в результате 
чего концентрация раствора повышается до значения ξг. Обогащенный креп-
кий раствор с помощью насоса Н подается в генератор. Установка работает, 
таким образом, непрерывно.

Для нагрева генератора могут применяться отработанный пар или пар, 

поступающий от турбины противодавления, теплота, выделяемая при раз-
личных промышленных процессах, масло или перегретая вода, горячий газ 
(дымовые газы), жидкие или газообразные топлива, используемые для пря-
мого нагрева, солнечная энергия.

Для получения высокой степени чистоты паров аммиака (до 99,8 %) 

АХМ должны иметь также ректификационную колонну. Остающаяся вода 
собирается в испарителе и возвращается в абсорбер, при этом опасности 
замерзания оставшегося водного раствора не существует.

Конструктивное деление АХМ на абсорбционный и выпарной блоки (генератор, 
или десорбер) позволяет многократно применять один типоразмер блока 
или машин с разной температурой кипения и холодопроизводительностью.

1.2. Особенности конструкции и компоновки  абсорбционной холодильной машины 

1.2. Особенности конструкции и компоновки  

абсорбционной холодильной машины 

Обеспечение широкого диапазона холодопроизводительности и температур 
кипения возможно на основе 5–8 базовых типоразмеров теплообменных 
элементов, которые в свою очередь могут быть в значительной степени 
унифицированы по основным конструктивным параметрам: диаметру и 
толщине обечайки, длине теплообменной части, конструкции отдельных 
узлов и устройств.

Генераторы, дефлегматоры, абсорберы, 

комплектующие АХМ характерны только 
для этих машин. Испарители и конденсаторы 
принципиально не отличаются от оборудования 
общепромышленного назначения. Однако 
особенность работы АХМ — накапливание 
в испарителе жидкого абсорбента (флегмы). 
Поэтому для обеспечения стабильного режима 
работы машины должен быть предусмотрен 
слив флегмы.

Генераторы 

По конструкции генераторы подразделяют 
на кожухотрубные (вертикальные и 
горизонтальные), элементные, двухтрубные 
и кожухозмеевиковые; по принципу — на 
пленочные и затопленные. В АХМ большой 
производительности используют пленочные 
кожухотрубные (вертикальные или горизонтальные) 
аппараты.

Вертикальный кожухотрубный генератор 

с ректификатором и дефлегматором (рис. 1.2) 
применяют при использовании в качестве греющей 
среды водяного пара или горячей воды.

Греющий пар сверху поступает в выпарную 
часть 6, а конденсат  отводится снизу. 
Крепкий раствор через патрубок 10 подается 
на насадку из колец Рашига 9 и далее, проходя 
через распределительные колпачки 5, в виде 
пленки стекает по внутренней поверхности 
труб. Ректификация паров осуществляется 
в полости 4 на насадке и далее на ректификационных 
тарелках 3 холодной флегмой, 
стекающей из дефлегматора 2, дефлегмация 
паров — холодным крепким раствором после 

Рис. 1.2. Вертикальный кожухо-
трубный генератор с ректифика-
тором (обозначен штрихпунктир-
ной рамкой) и дефлегматором:
1 — паровой патрубок;  2 — деф-
легматор; 3 — ректификационная 
тарелка; 4 — полость на насадке;  
5 — распределительные колпачки;  
6 — выпарная часть; 7 — сборник 
слабого раствора; 8 — патрубок от-
вода слабого раствора; 9 — кольца 
Рашига; 10 — патрубок крепкого 

раствора 

1. Абсорбционные аммиачные холодильные машины 

абсорбера. Очищенный пар аммиака кон-
центрацией около 99,8 % отводится через 
патрубок 1, а слабый раствор хладагента — 
через патрубок 8 из сборника 7.

Конструкция вертикального пленоч-

ного кожухотрубного генератора показана 
на рис. 1.3.

Достоинством вертикальных пленоч-

ных кожухотрубных генераторов является 
компактность, высокие коэффициенты 
теплопередачи и высокая степень рек-
тификации. К недостаткам конструкции 
относятся чувствительность генератора к 
загрязнениям, засоряющим каналы рас-
пределительных колпачков 8, также труд-
ность замены и очистки кипятильных 
труб 5. Чтобы в трубы не попадали ме-

кого раствора, устанавливают фильтр 1. 
В нижней части генератора расположен 
теплообменник растворов 3 с подачей 
пара в него через паровой коллектор 4. 
В верхней части генератора расположен 
дефлегматор 9.

Вертикальные пленочные кожухо-

трубные генераторы используют в АХМ 
различной холодопроизводительности, 
но чаще в машинах с холодопроизводи-
тельностью от 100 кВт до нескольких ме-
гаватт, где уменьшение металлоемкости 
и количество аммиака в аппаратах имеет 
большое значение.

Горизонтальные кожухотрубные ге-

нераторы затопленного типа используют 
в машинах с холодопроизводительностью 

до 100 кВт, где металлоемкость и количество аммиака для зарядки не играют 
большой роли (рис. 1.4).

К корпусу аппарата приварены две трубные решетки 9, в которые заваль-

цованы трубы 7. Ректификационная колонна с распределительным устрой-
ством 2  и насадкой 1  установлена на корпусе 4. Распределительное устрой-
ство состоит из пучка труб, внутренняя поверхность их орошается раствором, 
который осуществляет начальную ректификацию паров аммиака. Вторичная 
ректификация происходит на насадке холодной флегмой, стекающей из деф-
легматора. В межтрубном пространстве кипит водоаммиачный раствор, а в 
трубах конденсируется греющий пар. На рис. 1.4 справа показана раскладка 
греющих труб в трубной решетке.

Рис. 1.3. Вертикальный пленочный 

кожухотрубный генератор:

1 — фильтр; 2 — фланец; 3 — теплообменник 
растворов; 4 — паровой коллектор;  
5 — кипятильные трубы; 6, 7 —присоединительные 
фланцы; 8 — распределительные 
колпачки; 9 — дефлегматор

ханические загрязнения на линии креп-

1.2. Особенности конструкции и компоновки абсорбционной холодильной машины  

Рис. 1.4. Горизонтальный кожухотрубный генератор затопленного типа:

1 — насадка из керамических колец; 2 — распределительное устройство; 3 — указатель уровня 
раствора; 4 — корпус; 5 — фланец; 6 — задняя паровая крышка; 7 — греющие трубы; 8 — передняя 
паровая крышка; 9 — трубная решетка

Рис. 1.5. Двухтрубный генератор:

1 — внешние трубы; 2 — внутренние трубы; 3 — сборник слабого раствора; 4 — паровой 
патрубок; 5 — нижний коллектор

1. Абсорбционные аммиачные холодильные машины 

Достоинствами аппарата являются малая чувствительность к загрязнениям (
они осаждаются в нижней части корпуса), легкая очистка и смена 
труб. Недостатки: малые значения коэффициентов передачи, вследствие 
чего — значительная металлоемкость и громоздкость аппарата, большое ко-
личество водоаммиачного раствора и длительный период ввода генератора 
в эксплуатацию.

В АХМ с малой холодопроизводительностью (до 30 кВт) применяют 

двухтрубные генераторы (рис. 1.5).

Каждая из параллельно соединенных секций генератора состоит из не-

скольких последовательно соединенных двухтрубных элементов,состоящих 
из внешних 1 и внутренних 2 труб. Крепкий раствор подается в нижний 
коллектор 5, слабый раствор и пары аммиака выводятся из верхнего коллек-
тора в сепаратор (на рис. 1.5 не показан). Нижняя часть сепаратора является 
сборником слабого раствора 3, а верхняя — ректификационной колонной. 
Раствор кипит во внутренних трубах 2, в межтрубном пространстве конден-
сируется греющий пар, поступающий через патрубок 4.

Достоинствами этой конструкции являются высокие значения коэффи-

циентов теплопередачи, малые габариты и металлоемкость. Этот генератор 
очень хорошо компонуется с двухтрубным теплообменником растворов. Изо-
лируя эти аппараты, можно получить компактный горячий блок.

Рис. 1.6. Вертикальный кожухотрубный пленочный генератор, обогреваемый паро-

газовой смесью:

1 — патрубок подачи греющей среды; 2 — кольцевой коллектор; 3 — компенсатор корпуса; 

4 — трубное пространство; 5, 6 — патрубки; 7 — щелевые зазоры; 8 — щелевые устройства