Температура
|
|
|
|
|
190
|
0
|
0
|
0
|
0
|
160
|
0,11
|
0,52
|
0,116
|
0,534
|
140
|
0,184
|
0,744
|
0,199
|
0,755
|
125
|
0,24
|
0,85
|
0,25
|
0,857
|
111
|
0,3
|
0,9
|
0,31
|
0,905
|
80
|
0,46
|
0,976
|
0,474
|
0,977
|
60
|
0,584
|
0,999
|
0,6
|
0,999
|
40
|
0,81
|
0,9999
|
0,82
|
0,9999
|
33
|
1
|
1
|
1
|
1
|
, (28)
,
Определяем минимальное флегмовое число:
, (29)
По графику равновесия определяем действительное
число тарелок . Одну тарелку
используем на насадку.
Принимая КПД тарелки ηт=0,5,
определяем действительное число тарелок:
, (30)
Уравнения рабочих линий:
а) верхней части колонны
, (31)
б) нижней части колонны
, (32)
Средние концентрации жидкости:
а) верхней части колонны
, (33)
б) нижней части колонны
Средние концентрации пара находим по уравнениям
рабочих линий:
а) верхней части колонны
б) нижней части колонны
Средние температуры пара определяем по диаграмме
(рис.2):
а) верхней части колонны
при
б) нижней части колонны
при
Средние мольные массы и плотности пара:
, (34)
(35)
а) ,
.
б) ,
Средняя плотность пара в колонне:
.
Температура вверху колонны при равняется
,
а в кубе-испарителе при она равняется .
Плотность жидкого аммиака при ,
а воды при .
Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:
, (36)
,
, (37)
Объемный расход проходящего через колонну пара
при средней температуре в колонне:
, (38)
,
(39)
где .
Диаметр колонны:
, (40)
Принимаем диаметр колонны ,
тогда скорость пара в колонне будет равна:
, (41)
Высота тарелочной части колонны:
, (42)
где -
расстояние между тарелками.
Для диаметра колонны принимаем
расстояние между тарелками равным .
Тогда:
Произведем расчет насадочной части колонны.
Выбираем насадку из керамических колец Рашига.
Для беспорядочно засыпанных керамических колец
Рашига размером 25Ч25Ч3 мм: удельная поверхность и
свободный объем .
Диаметр насадочной части колонны:
(43)
Скорость пара определяется следующим путем.
Сначала рассчитываем фиктивную скорость пара в
точке захлебывания (инверсии) по уравнению (при >>):
, (44)
где -
удельная поверхность насадки, ;
- ускорение
свободного падения, ;
- свободный объем
насадки, ;
и -
плотности пара и жидкости, ;
- динамический
коэффициент вязкости жидкости;и D - массовые расходы жидкости и пара, ;
А=0,125 - для ректификационных колонн в режиме
эмульгирования.
, (45)
где .
,
,
,
,
Определяем рабочую скорость пара для колонн,
работающих в пленочном режиме:
, (46)
,
Принимаем диаметр насадочной части колонны .
Определяем высоту насадочной части колонны:
, (47)
где -
эмпирический коэффициент для большинства органических
жидкостей; для керамических колец принимается
равным - 88;
- диаметр
выбранных колец насадки, мм;
=35 - молекулярная
масса разгоряченной смеси;
- плотность
флегмы, ;
- коэффициент,
учитывающий смачивание насадки, ;
- средняя
температура в колонне, К.
Высота насадочной части
Определяем высоту колонны:
, ,
,
,
Расстояние между тарельчатой частью и насадкой
примем равной 450 мм.
Тогда:
2.3 Расчёт испарителя
Тепловой расчет испарителя для охлаждения
жидкого хладоносителя, рассола - раствора NH3 в воде, ведут по формуле:
(48)
Если заданная холодопроизводительность установки
равна Qо , то с учетом тепловых потерь в окружающую среду тепловая нагрузка
испарителя определится формулой:
.
,
, (49)
Тогда:
Выбираем аммиачный кожухотрубчатый испаритель
завода "Компрессор" марки 180-ИКТ.
Количество рассола, циркулирующего в системе
испарителя,
(50)
где -
изобарная теплоемкость рассола,
-
температура рассола на входе в испаритель,
- температура
рассола на выходе из испарителя.
Скорость движения рассола в трубах испарителя
определяется по формуле:
, (51)
где: -
плотность рассола;
- площадь сечения
одного хода по трубам, определяется по формуле:
, (52)
здесь -
внутренний диаметр труб испарителя;
- общее число
труб;
- число ходов труб
испарителя.
,
Коэффициент теплопередачи испарителя
определяется двумя методами, результаты которых сравнивают.
I метод
Коэффициент теплопередачи:
, (53)
где -
поверхность теплообмена испарителя; определяется по
типоразмеру испарителя;
- средняя разность
температур между аммиаком и рассолом,
определяется по выражению;
, (54)
где -
температура испарения аммиака.
метод
Тепловой поток через трубы испарителя находят по
формуле:
(55)
Коэффициент теплопередачи определяется по
выражению:
,
где -
коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к аммиаку;
- коэффициент
теплоотдачи от рассола к стенке трубы;
и -
диаметр труб, соответственно внутренний и наружный;
- толщина стенки
труб, слоя загрязнения маслом и
отложением соли, соответственно;
- коэффициент
теплопроводности металла трубы, масла и соли.
Для аммиачных испарителей принимают:
, ,
, .
Термическим сопротивлением стенки трубы dст/lст
в расчете можно пренебречь.
Величина коэффициента определяется
из выражения:
Величина коэффициента находится
по формуле:
(56)
где -
критерий Нуссельта;
- коэффициент
теплопроводности рассола.
Значение критерия Нуссельта определяют из
критериального уравнения:
, (57)
в котором:
, (58)
,
, (59)
,
(60)
(61)
.
здесь
- динамический коэффициент вязкости рассола.
Тогда:
,
, (62)
.
.4 Гидравлический расчет тракта подачи исходной
смеси в генератор
Рисунок 9 - Схема трубопровода подачи крепкого
раствора в генератор.
Так как в тракт подачи исходной смеси в
генератор входит теплообменник раствора, то нам необходимо выполнить
конструктивный расчёт данного теплообменника.
Расчёт теплообменника.
Тепловая нагрузка аппарата:
(63)
Средняя разность температур между греющим паром
и раствором:
(64)
Принимаем коэффициент теплопередачи
;
Поверхность нагрева аппарата:
(65)
.
Выбираем двухтрубный теплообменник.
Диаметр внутренней трубы ;
диаметр наружной трубы ; слабый раствор
направляется в трубу меньшего диаметра.
Общая длина труб:
(66)
Число труб при длине одной трубы
(67)
Скорости движения слабого и крепкого раствора:
(68)
(69)
Гидродинамический расчёт теплообменника
раствора.
Полный напор:
(70)
где -
сумма гидравлических сопротивлений поверхностей
теплообменника;
- сумма потерь
напора за счёт местных сопротивлений;
- сумма потерь,
обусловленных ускорением потока (у нас
=0);
- затраты напора
для преодоления гидростатического столба
жидкости (у нас теплообменник включён в
замкнутую сеть, а значит
=0); значит:
,
, (71)
, (72)
здесь -
коэффициент сопротивления трения;
- коэффициент
местного сопротивления;
- длина труб;
- эквивалентный
диаметр трубы;
- плотность
крепкого раствора;
- скорость движения
крепкого раствора в трубах теплообменника.
;
Определим :
(73)
;
где -
кинематический коэффициент вязкости при,
.
Так как ,
то коэффициент сопротивления трения определяем по формуле Никурадзе:
(74)
;
тогда:
;
Полная потеря напора в теплообменнике:
;
Гидродинамический расчёт трубопровода.
а) В случае включения в тракт подачи смеси
теплообменника раствора.
;
где -
сумма гидравлических сопротивлений поверхностей
трубопровода;
- сумма потерь
напора за счёт местных сопротивлений;
; (75)
где -
скорость движения крепкого раствора в трубопроводе;
- коэффициент
местного сопротивления;
- длина труб;
- диаметр
трубопровода;
- плотность
крепкого раствора.
; (76)
где -
сумма гидравлических сопротивлений поверхностей
трубопровода на участке трубопровода от
абсорбера до насоса;
- сумма
гидравлических сопротивлений поверхностей
трубопровода на участке трубопровода от насоса
до теплообменника;
- сумма
гидравлических сопротивлений поверхностей
трубопровода на участке трубопровода от
теплообменника до
генератора;
Определим :
; (77)
где -
кинематический коэффициент вязкости при ,
.
Т.к ,
то коэффициент сопротивления трения определяем по формуле Никурадзе:
;
тогда:
(78)
Определим :
;
где -
кинематический коэффициент вязкости при ;
.
Так как ,
то коэффициент сопротивления трения определяем по формуле Никурадзе:
;
тогда:
(79)
.
Определим :
;
где -
кинематический коэффициент вязкости при ,
.
Так как ,
то коэффициент сопротивления трения определяем по формуле Никурадзе:
;
тогда:
;
Сумма гидравлических сопротивлений поверхностей
трубопровода:
;
Полная потеря напора в трубопроводе в случае
включения в тракт подачи смеси теплообменника раствора:
;
Суммарная потеря напора в тракте подачи исходной
смеси в генератор в указанном случае:
;
б) В случае выключения из тракта подачи смеси
теплообменника раствора.
;
где -
сумма гидравлических сопротивлений поверхностей трубопровода;
- сумма потерь
напора за счёт местных сопротивлений;
;
где -
скорость движения крепкого раствора в трубопроводе;
- коэффициент
местного сопротивления;
- длина труб;
- диаметр
трубопровода;
- плотность
крепкого раствора.
;
где -
сумма гидравлических сопротивлений поверхностей трубопровода на участке
трубопровода от абсорбера до насоса;
- сумма
гидравлических сопротивлений поверхностей трубопровода на участке трубопровода
от насоса до генератора;
;
Определим :
;
где -
кинематический коэффициент вязкости при ,
.
Т.к ,
то коэффициент сопротивления трения определяем по формуле Никурадзе:
; тогда:
;
;
Определим :
;
где -
кинематический коэффициент вязкости при ,
.
Т.к ,
то коэффициент сопротивления трения определяем по формуле Никурадзе:
;
тогда:
;
Сумма гидравлических сопротивлений поверхностей
трубопровода:
;
Полная потеря напора в трубопроводе в случае
выключения из тракта подачи смеси теплообменника раствора:
.
. Патентный обзор
.1 Абсорбционная холодильная машина (патент РФ
№2224189)
Рисунок 10 - форма выполнения абсорбционной
холодильной машины согласно изобретению;
Рисунок 11 - диаграмма достигнутых
экспериментальным путем значений кпд абсорбционной холодильной машины согласно
изобретению, при разных температурах на входе в зависимости от настройки
байпасного регулирующего клапана;
Рисунок 12 - бапасный клапан в разрезе
Рисунок 13 - форма выполнения пузырькового
насоса
Абсорбционная холодильная машина системы
"Platen-Munters", содержащая генератор для испарения хладагента в
растворителе, сепаратор растворителя, в котором осуществляют отделение
растворителя от хладагента, конденсатор для сжижения хладагента, испаритель, в
котором хладагент испаряют посредством сухого газа и с охлаждением, при
необходимости первый газовый теплообменник и абсорбер, в котором в обедненную
смесь из хладагента и растворителя вводят испаренный хладагент, и эту смесь в
генераторе повторно испаряют. Выход испарителя или выход расположенного при
необходимости за испарителем первого газового теплообменника и выход генератора
впадают в ведущий в абсорбер байпас. Идущую от испарителя через первый газовый
теплообменник смесь из испаренного хладагента и сухого газа направляют к выходу
генератора и там через байпас, где газовая смесь вступает в контакт с горячим,
частично выгазованным, идущим от генератора раствором и отбирает у него
дальнейший хладагент. Использование изобретения позволит повысить кпд машины
даже при относительно низкой температуре 75°С источника тепла. 2 с. и 16 з.п.
ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к абсорбционной
холодильной машине системы "Platen-Munters", содержащей генератор для
испарения растворенного в растворителе хладагента, сепаратор растворителя, в
котором осуществляют отделение растворителя от хладагента, конденсатор для
сжижения хладагента, испаритель, в котором хладагент испаряют посредством
сухого газа и с охлаждением, при необходимости первый газовый теплообменник и
абсорбер, в котором в обедненную смесь из хладагента и растворителя вводят
испаренный хладагент, и эту смесь в генераторе повторно испаряют.
Для эксплуатации известной абсорбционной
холодильной машины системы "Platen-Munters" требуется источник тепла
с температурой намного выше 100°С. При температурах 100°С и ниже кпд, напротив,
приближается к нулю. Имеющиеся источники тепла с низкими температурами, такие
как горячая вода из промышленных систем, работающих от отходящего тепла, например
централизованное теплоснабжение, солнечная система отопления и т.п., непригодны
поэтому для обычных выполнений этих абсорбционных холодильных машин, поскольку
требуемые высокие температуры, как правило, не могут быть достигнуты.
Задачей изобретения является поэтому создание
абсорбционной холодильной машины описанного выше рода, с помощью которой
высокий кпд может быть достигнут даже при относительно низкой температуре,
преимущественно приблизительно 75°С.
Согласно изобретению, это достигается за счет того,
что выход испарителя или выход расположенного при необходимости за испарителем
первого газового теплообменника и выход генератора впадают в ведущий в абсорбер
байпас, причем идущую от испарителя через первый газовый теплообменник смесь из
испаренного хладагента и сухого газа направляют к выходу генератора и через
байпас, где газовая смесь вступает в контакт с горячим, частично выгазованным,
идущим от генератора раствором и отбирает у него дальнейший хладагент.
Идущую от испарителя через первый газовый
теплообменник смесь направляют, таким образом, не непосредственно к абсорберу,
а к выходу генератора и там - через байпас, и она отбирает у идущего от
генератора раствора хладагент. От первого газового теплообменника можно также
отказаться, так что в этом случае смесь направляют из выхода испарителя к входу
байпаса. В обоих случаях можно в зоне входа абсорбера достичь низкой
концентрации раствора, являющейся условием низкой температуры охлаждения, без
необходимости сильного нагрева генератора. Для абсорбционной холодильной машины
согласно изобретению могут найти применение поэтому источники тепла низкой
температуры. За счет низкой температуры генератора уменьшается количество
испаренной заодно воды, благодаря чему предотвращается снижение кпд в
испарителе.
В другом выполнении изобретения предусмотрен
второй газовый теплообменник, первичная сторона которого расположена между
выходом испарителя или при необходимости выходом первого газового
теплообменника и входом байпаса, а вторичная сторона - между выходом байпаса и
входом абсорбера, так что идущая от байпаса газовая смесь охлаждается.
Охлаждение газовой смеси позволяет повысить обогащение идущей от генератора
обедненной жидкости.
Байпас обеспечивает низкую рабочую температуру,
однако вызывает также потерю энергии. Согласно другой форме выполнения
изобретения может быть предусмотрено, что между выходом испарителя и входом
абсорбера или между входом и выходом байпаса расположен регулирующий клапан, с
помощью которого дозируют количество направленного в обход через байпас газа,
причем не направленная в обход часть течет прямо к абсорберу. Тем самым,
возможно регулирование воздействия байпаса на требуемое понижение температуры
источника теплоснабжения.
Согласно одному варианту изобретения
регулирующий клапан выполнен в виде замыкающего накоротко байпас проходного
клапана, благодаря чему при открытом клапане байпас не действует, а при
закрытом клапане байпас может полностью проявить свое действие.
Согласно другому варианту изобретения
регулирующий клапан выполнен в виде трехлинейного распределителя, который
распределяет идущую от испарителя газовую смесь на поток к байпасу и поток к
абсорберу. За счет этого байпас может быть очень точно настроен по своему
действию.
Для увеличения площади контакта между
протекающей через байпас газовой смесью и протекающей через него жидкостью
внутренняя стенка байпасной трубы может быть покрыта стойким к аммиаку
волокнистым материалом, причем стойкий к аммиаку волокнистый материал
преимущественно образован стекловолокнистым холстом, который отвечает
требованиям к большой поверхности и высокой стойкости.
Другой признак изобретения состоит в том, что
внутри байпасной трубы расположена упирающаяся в ее внутреннюю стенку винтовая
пружина, причем стойкий к аммиаку волокнистый материал зажат между внутренней
стенкой и винтовой пружиной.
Это предотвращает уменьшение проходного сечения
байпаса для протекающего через байпас газа.
Особенно высокий кпд достигается согласно другой
форме выполнения изобретения за счет того, что хладагент образован аммиаком, а
растворитель - водой.
Далее может быть предусмотрено выполнение
байпаса с возможностью обогрева, благодаря чему температуру байпаса можно
установить на значение, при котором притекающая газовая смесь отбирает у
обедненного раствора очень высокую долю аммиака.
Далее изобретение относится к пузырьковому
насосу для абсорбционной холодильной машины, содержащему по меньшей мере одну
вертикальную насосную трубку, которая обогревается жидким или газообразным
теплоносителем и в которой раствор хладагента движется вверх за счет
образования пузырьков.
Жидкостный контур в абсорбционных холодильных
машинах часто поддерживают так называемыми "маммут-насосами" или
"пузырьковыми насосами", например в классической системе
"Platen-Munters", в которой воду используют в качестве растворителя,
а аммиак - в качестве хладагента. Поскольку для эксплуатации такой
абсорбционной холодильной машины энергию можно отбирать у источника тепла, она
прекрасно подходит для преобразования солнечной энергии в холод. Обычные
пузырьковые насосы, однако, непригодны или плохо пригодны для обогрева
теплоносителями с изменяющейся температурой, возникающей при получении
солнечной энергии.
Такой пузырьковый насос состоит из двух
сообщающихся между собой сосудов, заполненных водным раствором аммиака. Один из
этих обоих сосудов, т.е. активная часть насоса, выполнен в виде вытянутой вверх
трубки, которая нагревается, как только внутри нее высвобождается аммиак.
Образующиеся газовые пузырьки гонят тогда раствор в узкой трубке вверх. В
некоторых пузырьковых насосах в нижней части вытянутой вверх трубки находится
маленький газосборник, в который трубка входит сверху. Там газ собирается,
прежде чем он вытолкнет вверх жидкость в находящейся выше трубке.
У обоих названных типов пузырьковых насосов
имеется критическая область низких температур, в которой газовые пузырьки
образуются настолько медленно, что они слишком малы, чтобы заполнить все
сечение насосной трубки, и поэтому движутся вверх, не захватывая жидкость. За
счет этого концентрация аммиака в насосной трубке понижается. Согласно
термодинамическим данным раствора аммиака в воде в этом случае, однако,
повышается температура, при которой аммиак может высвобождаться. При медленном
повышении температуры насоса одновременно возрастает, следовательно, требуемая
минимальная температура и могут возникнуть ситуации, когда пузырьковый насос
впоследствии отказывается работать, поскольку в насосной трубке находится
больше воды и почти нет аммиака. Упомянутый газосборник должен уменьшать эту
опасность. Именно при использовании солнечной энергии возникает, однако, иногда
несмотря на это временная температурная характеристика, при которой даже
пузырьковые насосы с газосборником из-за описанного эффекта отказываются
работать. При слишком медленном процессе запуска или охлаждения раствор
хладагента может потерять слишком много газа и за счет этого на длительный срок
привести к отказу пузырькового насоса.
Эта проблема может возникнуть также у
обогреваемых газом аммиачных абсорбционных холодильников, например когда загрязнена
газовая горелка. Насос может быть снова введен в действие только после того,
как весь холодильник будет на короткое время перевернут вверх ногами, в
результате чего богатый аммиаком раствор снова попадает в насосную трубку. У
больших холодильных машин такие действия невозможны, потому что большие
холодильные агрегаты, как правило, проектируются не с пузырьковыми, а с
электрическими перекачивающими насосами.
При длительной эксплуатации оптимальный
холодильный кпд требует точного дозирования производительности насоса
независимо от температуры нагрева.
Задачей изобретения является поэтому создание
пузырькового насоса описанного выше рода, который предотвращал бы отказ в
критической области температур и обеспечивал бы длительную эксплуатацию
абсорбционной холодильной машины.
Согласно изобретению это достигается за счет
того, что нижний конец по меньшей мере одной насосной трубки соединен с
удлиненным, обогреваемым резервуаром для запуска процесса накачивания, который
имеет впускное и выпускное отверстия и через который протекает текущий в
насосную трубку раствор хладагента, в основном, в горизонтальном направлении,
причем впускное и выпускное отверстия расположены с возможностью удержания в
резервуаре для запуска процесса накачивания образующегося в нем газового
пузыря, причем уровень жидкости - раствора хладагента - в холодном состоянии
лежит ниже активной рабочей зоны насосной трубки.
Перед входом раствора хладагента в насосную
трубку он находится большей частью в резервуаре для запуска процесса накачивания,
обогреваемом температурой, которая всегда немного ниже собственно температуры
нагрева пузырькового насоса. При возрастании температуры нагрева в названном
резервуаре для запуска процесса накачивания образуется газовый пузырь, который
из-за формы этого резервуара не может выйти, и потому вытесняет раствор, так
что его уровень возрастает до ставшей горячей тем временем насосной трубки, в
результате чего запускается процесс накачивания. Если же температура насосной
трубки лежит в критической области, где, например, высвобождается совсем мало
аммиака, то резервуар для запуска процесса накачивания уже настолько холодный,
что там аммиак переходит в раствор, газовый пузырь исчезает, и раствор
отводится из пузырькового насоса.
Это является важным отличием от известного в
этой связи, непосредственно обогреваемого газосборника, в который погружена
насосная трубка, поскольку там конденсация газового пузыря не может наступить,
пока температура в активной зоне пузырькового насоса выше минимальной
температуры выгазовывания. Другое отличие состоит в том, что резервуар для
запуска процесса накачивания имеет преимущественно форму лежащей трубы или
другую схожую, увеличивающую поверхность форму, по которой раствор хладагента
протекает через резервуар в виде тонкого придонного слоя под газовым пузырем и
при этом завихряется, в результате чего только и обеспечивается полная
реабсорбция пузыря при охлаждении, поскольку при незавихренной жидкости, как в
обычном газосборнике, при охлаждении на поверхности образуется тонкий слой удельно
более легкого жидкого аммиака, препятствующий дальнейшему процессу растворения.
У пузырькового насоса, согласно изобретению, раствор хладагента, таким образом,
автоматически удаляется из него, когда температура нагрева понижается в
критическую область. С другой стороны, водный раствор аммиака может находиться
в активной зоне пузырькового насоса только при температурах выше минимальной
температуры выгазовывания, соответствующей данному давлению в системе.
В другом выполнении изобретения предусмотрено,
что резервуар для запуска процесса накачивания выполнен в виде горизонтально
расположенного полого цилиндра с закрывающими поверхностями, причем впускное и
выпускное отверстия расположены в нижней части противоположных закрывающих
поверхностей.
Это препятствует выходу через выпускное
отверстие газового пузыря, самопроизвольно образующегося при нагревании.
Согласно другой форме выполнения изобретения,
может быть предусмотрено, что резервуар для запуска процесса накачивания
окружен нагревательной рубашкой, через которую направляют жидкий или
газообразный теплоноситель. За счет этого температуру резервуара для запуска
процесса накачивания можно установить независимо от температуры в пузырьковом
насосе, причем преимущественно выбирают всегда немного более низкую
температуру, чем температура в пузырьковом насосе, так что внутри резервуара
для запуска процесса накачивания критическая область температур достигается уже
предварительно и сжимающий газовый пузырь отводит раствор хладагента из
насосной трубки.
Согласно другой форме выполнения изобретения
может быть поэтому предусмотрено, что необходимая небольшая разность температур
между пузырьковым насосом и резервуаром для запуска процесса накачивания
достигается за счет того, что нагревающий теплоноситель протекает сначала через
пузырьковый насос, а затем - через резервуар для запуска процесса накачивания.
Согласно другой альтернативной форме выполнения
изобретения насосная трубка может быть окружена первой концентрической
нагревательной рубашкой для обтекания жидким или газообразным теплоносителем, а
между насосной трубкой и первой концентрической нагревательной рубашкой может
быть расположена вторая концентрическая нагревательная рубашка для жидкого
теплоносителя, уровень которого можно регулировать внутри второй концентрической
нагревательной рубашки.
Тем самым, общее тепловое сопротивление
образующего пузырьковый насос сосуда можно привести в соответствие с требуемым
тепловым потоком. Далее подачу тепла к насосной трубке можно регулировать
независимо от температуры теплоносителя, протекающего через первую
концентрическую нагревательную рубашку.
У абсорбционной холодильной машины, содержащей
генератор, абсорбер и конденсатор, в другом выполнении изобретения на
соединительной трубе между генератором и абсорбером или на соединительной трубе
между генератором и конденсатором может быть установлен температурный датчик и
предусмотрен регулирующий блок, с помощью которого производительность насоса
регулируют в зависимости от измеренной датчиком температуры.
Измерения, проведенные на абсорбционных
холодильных машинах, а также точные расчеты доказывают, что холодильный кпд
оптимален только тогда, когда производительность пузырькового насоса постоянна.
При изменяющейся температуре нагрева в случае солнечной энергии производительность
насоса сильно колеблется.
Необходимое регулирование производительности
насоса может происходить за счет того, что подаваемое к пузырьковому насосу
количество тепла можно регулировать независимо от температуры, а это
осуществимо как за счет изменяющейся площади контакта между идущим от
солнечного агрегата теплоносителем и насосной трубкой пузырькового насоса, так
и за счет изменения коэффициента теплопередачи в этом месте.
Согласно другой форме выполнения изобретения
дополнительная возможность регулирования коэффициента теплопередачи в
пузырьковый насос состоит в том, чтобы изменять скорость течения теплоносителя.
Поскольку коэффициент теплопередачи между теплоносителем и твердым телом
возрастает со скоростью течения этого теплоносителя, а теплоноситель так и так
должен постоянно циркулировать, такое регулирование коэффициента теплопередачи
можно предпочтительным образом связать с регулированием скорости течения
теплоносителя.
Предпочтительным образом можно в качестве меры
производительности насоса привлечь температурную характеристику между
генератором и абсорбером или между генератором и конденсатором, поскольку
большая производительность насоса смещает область более высоких температур
ближе к абсорберу или конденсатору.
Другой признак изобретения состоит в том, что
вторая концентрическая нагревательная рубашка соединена с газовым термометром
посредством расширяющегося при нагревании газа, который может регулировать
уровень жидкости внутри второй концентрической нагревательной рубашки.
Расширяющийся при нагревании газ вытесняет жидкость из изменяющейся
нагревательной рубашки вокруг трубки пузырькового насоса, представляющей собой
переменное тепловое сопротивление.
Предпочтительным образом положение газового
термометра представляет собой возможность регулирования производительности
насоса. При смещении газового термометра ближе к абсорберу или ближе к
конденсатору, где поверхность контакта трубки холоднее, нагревательная рубашка
вокруг пузырькового насоса автоматически увеличивается и последний качает сильнее.
Если же температура нагрева насоса возрастает, то он качает быстрее и
температура в газовом термометре возрастает, в результате чего жидкость из
нагревательной рубашки вытесняется и насос дросселируется.
Описанная ниже абсорбционная холодильная машина
работает, в основном, как классическая система "Platen-Munters",
применяемая, в том числе, в абсорбционном холодильнике "Электролюкс"®
и "Сервель"® и многократно задокументированная.
Абсорбционная холодильная машина включает в себя
генератор 7 для испарения растворенного в растворителе хладагента с пузырьковым
насосом 1, сепаратор 2 растворителя, в котором осуществляют отделение
растворителя от хладагента, конденсатор 3 для сжижения хладагента, испаритель
4, в котором хладагент испаряют посредством сухого газа и с охлаждением, первый
газовый теплообменник 6 и абсорбер 5, в котором в обедненную смесь из
хладагента и испарителя вводят испаренный хладагент, и эту смесь в генераторе 7
повторно испаряют.
Для лучшего понимания изобретение поясняется на
примере выполнения, в котором растворитель представляет собой воду, а хладагент
- аммиак. В рамках изобретения могут использоваться также и другие подходящие
растворители и хладагенты.
Согласно изобретению, предусмотрено, что выход
расположенного за испарителем 4 первого газового теплообменника 6 и выход
генератора 7 впадают в ведущий в абсорбер 5 байпас 8, причем идущую от
испарителя 4 через первый газовый теплообменник 6 смесь из испаренного
хладагента и сухого газа направляют к выходу генератора 7 и там через байпас 8,
где газовая смесь вступает в контакт с горячим, частично выгазованным, идущим
от генератора 7 раствором и отбирает у нее дальнейший хладагент.
За счет этого абсорбционную холодильную машину
согласно изобретению можно эксплуатировать с относительно более низкой
температурой нагрева генератора, которая может лежать ниже 100°С.
Можно, однако, и отказаться от первого газового
теплообменника 6, в этом случае выход испарителя 4 впадает непосредственно в
байпас 8.
В пузырьковом насосе 1, образованном в изображенном
примере выполнения одной или несколькими параллельными и вертикальными
трубками, к концентрированному раствору аммиака, в случае если происходящего из
теплообменника 11 тепла недостаточно, подают тепло, в результате чего в
пузырьковом насосе 1 образуются пузырьки аммиака, объем которых составляет лишь
несколько процентов по сравнению с общим количеством газа, высвобождающимся
затем в генераторе 7. Поднимающиеся пузырьки аммиака направляют раствор через
тонкие трубки вверх в водный сепаратор 2. Отделенный от воды аммиак течет по
подъемной трубе 9 дальше вверх к конденсатору 3, где он сжижается за счет
охлаждения.
Жидкий аммиак стекает по U-образной трубе 19
вниз в испаритель 4, где в виде тонкой пленки смачивает стенку трубы, по
которой течет сухой газ, например водород. При этом образующийся аммиачный пар
непрерывно отводят, что ведет к охлаждению испарителя 4, в результате чего
поддерживается собственно холодильный процесс машины согласно изобретению.
Смесь из аммиака и водорода на нижнем конце испарителя 4 удельно более тяжелая,
чем обогащаемая газовая смесь, притекающая в испаритель 4, за счет чего
поддерживается водородный контур.
В обычной системе газовая смесь текла бы прямо к
абсорберу 5. В абсорбционной холодильной машине согласно изобретению она,
однако, отклоняется за первым газовым теплообменником 6 в направлении
генератора 7, где она в байпасе 8 прямотоком или противотоком отбирает у
горячего, наполовину выгазованного раствора, выходящего из генератора 7,
дополнительный аммиак на основе обусловленных температурой и концентрацией
условий давления пара.
При этом следует обратить внимание на то, что
становящийся при этом тяжелее газ не должен подниматься слишком высоко,
поскольку это уменьшило бы скорость его течения.
Так, можно достичь в верхней части абсорбера 5
низкой концентрации раствора, являющейся условием низкой температуры охлаждения
без необходимости сильного нагрева генератора 7. Эта более низкая температура
генератора ограничивает количество испарившейся заодно воды, в результате чего
становится ненужной последующая ректификация водно-аммиачной паровой смеси в
подъемной трубе 9 и предотвращается возможное последующее снижение кпд за счет
воды в испарителе.
Проходящую через испаритель и при необходимости
первый газовый теплообменник 6 смесь из аммиака и водорода в изображенном на
фиг. 1 примере выполнения дополнительно через первичную сторону второго
газового теплообменника 10 к выходу генератора 7 направляют прямотоком или
противотоком через байпас 8, а затем для охлаждения через вторичную сторону
второго газового теплообменника 10 дальше к абсорберу 5, где она снова отдает
свой излишек аммиака идущему от байпаса 8 слабому раствору.
Расположенный между концом 3 конденсатора и
водородным контуром резервуар 12 для компенсации давления газа должен
предотвращать попадание дополнительного аммиака в водородный контур при слишком
высокой температуре генератора. В этом резервуаре 12 для компенсации давления
газа более легкий водород накрывает более тяжелый аммиак, за счет чего при
колебаниях температуры в аммиачном контуре смещается только граничный слой
между обоими газами. Следовательно, этот резервуар 12 для компенсации давления
газа предотвращает попадание водорода при низких температурах генератора по
U-образной трубе 19 в конденсатор 3 и конденсацию там.
На рис. 2 на диаграмме показан измеренный кпд
(ось ординат) абсорбционной холодильной машины согласно изобретению, при
отрегулированном по-разному байпасе и разных температурах нагрева (ось абсцисс)
для генератора 7. Кривая 14 обозначает кпд при отключенном байпасе, кривая 15 -
кпд при установке регулирующего клапана 13 на половинную функцию байпаса, а
кривая 16 - кпд при максимальной функции байпаса.
На рис. 3 изображено возможное выполнение для
увеличения площади контакта между газовой смесью и раствором в байпасе 8. Холст
из стекловолокна или схожий, стойкий к аммиаку материал с большой поверхностью
17 прижимают преимущественно посредством спиральной пружины 18 к стенке
байпасной трубы 8.
На рис. 4 в схематичном виде изображен
пузырьковый насос согласно изобретению. Раствор хладагента, идущий от
генератора 32 через абсорбер 35 абсорбционной холодильной машины, течет к
нижнему входу пузырькового насоса 36, снабженного вертикальной насосной трубкой
26, которая обогревается жидким или газообразным теплоносителем и в которой
раствор хладагента, например аммиачная вода, движется вверх за счет образования
пузырьков. При необходимости, может быть предусмотрен также байпас,
соответствующий форме выполнения на фиг. 1-4. Использование пузырькового насоса
согласно изобретению дает, однако, преимущества также у обычных абсорбционных
холодильных машин.
Согласно изобретению предусмотрено, что нижний
конец насосной трубки 26 соединен с удлиненным, обогреваемым резервуаром 25 для
запуска процесса накачивания, который имеет впускное 21 и выпускное 22
отверстия и по которому протекает текущий в насосную трубку 26 раствор
хладагента, в основном, в горизонтальном направлении.
Впускное 21 и выпускное 22 отверстия расположены
с возможностью удержания в резервуаре 25 для запуска процесса накачивания
образующегося в нем газового пузыря 24, причем уровень жидкости - раствора 23
хладагента - в холодном состоянии лежит ниже активной рабочей зоны насосной
трубки 26.
Резервуар для запуска процесса накачивания
выполнен в виде горизонтально расположенного полого цилиндра 25 с закрывающими
поверхностями, причем впускное 21 и выпускное 22 отверстия расположены в нижней
части противоположных закрывающих поверхностей. Возможна любая другая
подходящая форма резервуара для запуска процесса накачивания.
Показанный на рис. 4 газовый пузырь 24 вытесняет
уровень вверх жидкости в насосную трубку 26. Там раствор теплоносителя в первой
концентрической нагревательной рубашке 27 через частично заполненную вторую
концентрическую нагревательную рубашку 28 дополнительно нагревается, в
результате чего образуются газовые пузырьки, которые гонят жидкость в газовый
сепаратор 31, откуда частично выгазованный раствор течет обратно к генератору
32, тогда как газ продолжает течь вверх в направлении конденсатора (не
показан). Теплоноситель 30 течет сначала через внешнюю нагревательную рубашку
27 пузырькового насоса, а оттуда через нагревательную рубашку 20 запускателя 25
процесса накачивания - обратно к источнику тепла. Небольшая разность температур
между пузырьковым насосом и резервуаром 25 для запуска процесса накачивания
достигается за счет того, что обогревающий теплоноситель протекает сначала
через пузырьковый насос, а затем - через резервуар 25 для запуска процесса
накачивания. Скорость течения жидкости-теплоносителя можно регулировать, с тем
чтобы изменять тепловой поток в пузырьковый насос.
Далее на соединительной трубе между генератором.
32 и абсорбером 35 или на соединительной трубе между генератором 32 и
конденсатором (не показан) может быть установлен температурный датчик, с
помощью которого производительность насоса регулируют в зависимости от
измеренной датчиком температуры.
Возможная форма выполнения включает в себя
газовый термометр 34. Он нагревается на трубопроводе между генератором 32 и
абсорбером 35, и расширяющийся за счет этого газ вытесняет по гибкому
трубопроводу 33 жидкость-теплоноситель из внутренней нагревательной рубашки 28
в сосуд 29 для компенсации давления газа, в результате чего нагретая
поверхность на насосной трубке 26 уменьшается. Таким образом, можно по
необходимости регулировать тепловой поток через насосную трубку 26.
Формула изобретения:
. Абсорбционная холодильная машина системы
"Platen-Munters", содержащая генератор (7) для испарения
растворенного в растворителе хладагента, сепаратор (2) растворителя, в котором
происходит отделение растворителя от хладагента, конденсатор (3) для сжижения
хладагента, испаритель (4), в котором хладагент испаряют посредством сухого
газа и с охлаждением, при необходимости первый газовый теплообменник (6) и
абсорбер (5), в котором в обедненную смесь из хладагента и растворителя вводят
испаренный хладагент, и эту смесь в генераторе (7) повторно испаряют,
отличающаяся тем, что выход испарителя (4) или выход расположенного, при
необходимости, за испарителем (4) первого газового теплообменника (6) и выход
генератора (7) впадают в ведущий в абсорбер (5) байпас (8), причем идущую от
испарителя (4) через первый газовый теплообменник (6) смесь из испаренного
хладагента и сухого газа направляют к выходу генератора (7) и через байпас (8),
где газовая смесь вступает в контакт с горячим, частично выгазованным, идущим
от генератора (7) раствором и отбирает у него дальнейший хладагент.
. Машина по п.1, отличающаяся тем, что
предусмотрен второй газовый теплообменник (10), первичная сторона которого
расположена между выходом испарителя (4) или, при необходимости, выходом
первого газового теплообменника (6) и входом байпаса (8), а вторичная сторона -
между выходом байпаса (8) и входом абсорбера (5), так что идущая от байпаса (8)
газовая смесь охлаждается.
. Машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что
между выходом испарителя (4) и входом абсорбера (5) или между входом и выходом
байпаса (8) расположен регулирующий клапан (13), с помощью которого дозируют
количество направленного в обход через байпас (8) газа, причем не направленная
в обход часть течет прямо к абсорберу (5).
. Машина по п.3, отличающаяся тем, что
регулирующий клапан выполнен в виде закорачивающего байпас (8) проходного
клапана (13).
. Машина по п.3, отличающаяся тем, что регулирующий
клапан выполнен в виде трехлинейного распределителя, который распределяет
идущую от испарителя (4) газовую смесь на поток к байпасу (8) и поток к
абсорберу (5).
. Машина по любому из предыдущих пунктов,
отличающаяся тем, что внутренняя стенка байпасной трубы покрыта стойким к
аммиаку волокнистым материалом (17).
. Машина по п.6, отличающаяся тем, что стойкий к
аммиаку волокнистый материал образован стекловолокнистым холстом (17).
. Машина по п.6 или 7, отличающаяся тем, что
внутри байпасной трубы (8) расположена упирающаяся в ее внутреннюю стенку
винтовая пружина (18), причем стойкий к аммиаку волокнистый материал (17) зажат
между внутренней стенкой и винтовой пружиной (18).
. Машина по любому из предыдущих пунктов,
отличающаяся тем, что хладагент образован аммиаком, а растворитель - водой.
. Машина по одному из предыдущих пунктов,
отличающаяся тем, что байпас (8) выполнен с возможностью обогрева.
. Пузырьковый насос для абсорбционной
холодильной машины, содержащий, по меньшей мере, одну вертикальную насосную
трубку (26), которая обогревается жидким или газообразным теплоносителем и в
которой раствор хладагента движется вверх за счет образования пузырьков,
отличающийся тем, что нижний конец, по меньшей мере, одной насосной трубки (26)
соединен с удлиненным, обогреваемым резервуаром (25) для запуска процесса
накачивания, который имеет впускное (21) и выпускное (22) отверстия и через
который протекает текущий в насосную трубку (26) раствор хладагента, в
основном, в горизонтальном направлении, причем впускное (21) и выпускное (22)
отверстия расположены с возможностью удержания в резервуаре (25) для запуска
процесса накачивания образующегося в нем газового пузыря, причем уровень
жидкости - раствора хладагента - в холодном состоянии лежит ниже активной рабочей
зоны насосной трубки (26).
. Насос по п.11, отличающийся тем, что резервуар
для запуска процесса накачивания выполнен в виде горизонтально расположенного
полого цилиндра (25) с закрывающими поверхностями, причем впускное (21) и
выпускное (22) отверстия расположены в нижней части противоположных закрывающих
поверхностей.
. Насос по п.11 или 12, отличающийся тем, что
резервуар (25) для запуска процесса накачивания окружен нагревательной рубашкой
(20), через которую направляют жидкий или газообразный теплоноситель.
. Насос по любому из пп.11-13, отличающийся тем,
что насосная трубка (26) окружена первой концентрической нагревательной
рубашкой (27) для обтекания жидким или газообразным теплоносителем, при этом
между насосной трубкой (26) и первой концентрической нагревательной рубашкой
(27) расположена вторая концентрическая нагревательная рубашка (28) для жидкого
теплоносителя, уровень которого можно регулировать внутри второй
концентрической нагревательной рубашки (28).
. Насос по п.14, отличающийся тем, что скорость
течения жидкости-теплоносителя можно регулировать.
. Насос по любому из предыдущих пп.13-15,
отличающийся тем, что необходимая небольшая разность температур между
пузырьковым насосом и резервуаром (25) для запуска процесса накачивания
достигается за счет того, что нагревающий теплоноситель протекает сначала через
пузырьковый насос, а затем через резервуар (25) для запуска процесса
накачивания.
. Насос по любому из предыдущих пп.11-16 для
абсорбционной холодильной машины, содержащей генератор, абсорбер и конденсатор,
отличающийся тем, что на соединительной трубе между генератором (32) и
абсорбером (35) или на соединительной трубе между генератором (32) и
конденсатором установлен температурный датчик, при этом предусмотрен
регулирующий блок, с помощью которого производительность насоса регулируют в
зависимости от измеренной датчиком температуры.
. Насос по п.17, отличающийся тем, что вторая
концентрическая нагревательная рубашка (28) соединена с газовым термометром
(34), посредством расширяющегося при нагревании газа которого можно
регулировать уровень жидкости внутри второй концентрической нагревательной
рубашки (28).
.2 Абсорбционная холодильная машина с
мультиступенчатым эжектором (патент РФ №2460020)
Рисунок 14 - Общий вид предлагаемой
абсорбционной холодильной машины с мультиступенчатым эжектором (АХММСЭ)
Рисунок 15 - Узел компоновки мультиступенчатого
эжектора
Рисунок 16 - Процесс поглощения паров
легколетучего компонента слабым раствором рабочей жидкости в мультиступенчатом
эжекторе, изображенный на диаграмме У-Х
Предлагаемое изобретение относится к холодильной
технике, а именно к абсорбционно-эжекторным холодильным установкам.
Абсорбционная холодильная машина с мультиступенчатым эжектором содержит
замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены
генератор, мультиступенчатый эжектор, конденсатор, дроссель, испаритель, насос
и теплообменник. Корпус мультиступенчатого эжектора покрыт кожухом с
образованием полости, являющейся рубашкой охлаждения и состоит из
последовательно размещенных по ходу пара и соединенных между собой n ступеней,
каждая из которых содержит приемную камеру, сопло и диффузор. Приемная камера и
сопло I-й ступени соединены трубопроводами с испарителем и генератором
соответственно. Генератор соединен с теплообменником и насосом. Приемные камеры
II-й и последующих ступеней соединены с диффузорами предыдущих ступеней, внутри
их устроены направляющие лопатки, теплообменник, сопла II-й и последующих
ступеней соединены с нагнетательным патрубком насоса параллельно. Кожух
примыкает к корпусу конденсатора и снабжен входным патрубком, рубашка охлаждения
и диффузор последней ступени соединены с конденсатором через отверстия в стенке
его корпуса и крышке соответственно. Техническим результатом предлагаемого
изобретения является повышение эффективности абсорбционной холодильной машины с
мультиступенчатым эжектором.
Изобретение относится к холодильной технике, а
именно к абсорбционно-эжекторным холодильным установкам.
Известна абсобционная холодильная установка,
содержащая циркуляционный контур, в котором последовательно установлены
абсорбер, насос, теплообменник растворов, генератор, конденсатор,
переохладитель, испаритель и компрессор [А.с. СССР №1537984, МКл. F25B 15/02,
1990].
К недостаткам известного устройства относятся
необходимость использования компрессора, что усложняет конструкцию и снижает
эффективность устройства.
Более близким к предлагаемому изобретению
является абсорбционно-эжекторная холодильная машина, содержащая замкнутый
циркуляционный контур, в котором последовательно установлены генератор,
конденсатор, эжектор с приемной камерой, теплообменники, насос, абсорбер,
выполненный в виде струйного аппарата, испарители, регулирующие вентили
(дроссели) [А.с. СССР №840618, МКл. F25B 15/02, 1981].
Недостатками известной абсорбционно-эжекторной
холодильной машины являются повышенный расход тепловой энергии в генераторе,
выработка низкопотенциальной тепловой энергии (в виде нагретой воды или
воздуха), которой трудно найти потребителя, использование струйного абсорбера,
конструкция которого не позволяет увеличить степень поглощения легколетучего
компонента, что снижает эффективность известного устройства.
Техническим результатом предлагаемого
изобретения является повышение эффективности абсорбционной холодильной машины с
мультиступенчатым эжектором.
Технический результат достигается в
абсорбционной холодильной машине с мультиступенчатым эжектором, содержащей
замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены
генератор, мультиступенчатый эжектор, конденсатор, дроссель, испаритель, насос
и теплообменник, причем корпус мультиступенчатого эжектора покрыт кожухом с
образованием полости, являющейся рубашкой охлаждения, и состоит из
последовательно размещенных по ходу пара и соединенных между собой n ступеней,
каждая из которых содержит приемную камеру, сопло и диффузор, при этом приемная
камера и сопло I-й ступени соединены трубопроводами с испарителем и генератором
соответственно, генератор, в свою очередь, соединен с теплообменником и
насосом, приемные камеры II-й и последующих ступеней соединены с диффузорами
предыдущих ступеней, внутри их устроены направляющие лопатки, теплообменник,
сопла II-й и последующих ступеней соединены с нагнетательным патрубком насоса
параллельно, кожух примыкает к корпусу конденсатора и снабжен входным
патрубком, рубашка охлаждения и диффузор последней ступени соединены с
конденсатором через отверстия в стенке его корпуса и крышке соответственно.
АХММСЭ содержит замкнутый циркуляционный контур,
в котором последовательно установлены генератор 1, мультиступенчатый эжектор 2,
конденсатор 3, дроссель 4, испаритель 5, насос 6 и теплообменник 7, причем
корпус мультиступенчатого эжектора 2 покрыт кожухом 8 с образованием полости,
являющейся рубашкой охлаждения 9 и состоит из последовательно размещенных по
ходу пара и соединенных между собой I-й, II-й и и III-й ступеней, каждая из
которых содержит приемную камеру 10, сопло 11 и диффузор 12, при этом приемная
камера 10 и сопло 11 I-й ступени соединены трубопроводами с испарителем 5 и
генератором 1 соответственно, генератор 1, в свою очередь, соединен с
теплообменником 7 и насосом 6, приемные камеры 10 II-й и последующих ступеней
соединены с диффузорами 12 предыдущих ступеней, внутри их устроены направляющие
лопатки 13, теплообменник 7, сопла 11 II-й и последующих ступеней соединены с
нагнетательным патрубком насоса 6 параллельно, кожух 8 примыкает к корпусу
конденсатора 3 и снабжен входным патрубком 14, рубашка охлаждения 9 соединена с
межтрубным пространством конденсатора 3 через отверстие 15 в стенке его
корпуса, а диффузор 12 последней III-й ступени соединен с верхней крышкой
конденсатора 3 через отверстие 16.
АХММСЭ работает следующим образом.
Из поддона испарителя 5 слабый раствор по
трубопроводу поступает в насос 6, после которого его давление повышается от P3
до P1 а его поток делится на 2 части: одна часть подается в генератор 1 для
образования пара для I-й ступени через теплообменник 7, а другая - холодная
часть, подается на абсорбцию во II-ю и III-ю ступени мультиступенчатого
эжектора 2. Первая часть слабого раствора, количество которого находят исходя
из требуемого количества пара для эжектирования, подогревается в теплообменнике
7 за счет тепла горячей оборотной воды и при давлении P1 подается в генератор
1, где нагревается до температуры кипения за счет тепла постороннего
теплоносителя (например, вторичного пара), в результате чего образуется пар,
который с концентрацией легкокипящего компонента ХН при давлении P1 подается в
приемную камеру 10 через сопло 11 I-й ступени мультиступенчатого эжектора 2. В
результате истечения струи пара из сопла 11 в приемной камере 10 I-й ступени и
соединенном с ней трубопроводом испарителе 5 создается разрежение P3, а
давление паровой смеси на выходе из диффузора 12 снижается от P1 до P2 ".
Одновременно в диффузоре 12 I-й ступени за счет теплообмена через стенку с
охлажденной оборотной водой происходит охлаждение паровой смеси и частичная ее
конденсация, образуются капли раствора, осуществляется процесс абсорбции паров
легкокипящего компонента этими каплями, в результате чего концентрация
легкокипящего компонента в паровой фазе снижается, а в жидкой фазе возрастает.
после чего парожидкостная смесь поступает в приемную камеру 10 II-й ступени.
Одновременно другую - холодную часть слабого раствора (общее количество слабого
раствора должно обеспечивать оптимальные условия эжекции и абсорбции) после
испарителя 5 при давлении P1насос 6 подает параллельно в приемные камеры 10
через сопла 11 во II-ю и последующие ступени мультиступенчатого эжектора 2. Из
диффузора 12 I-й ступени мультиступенчатого эжектора 2 парожидкостная смесь
поступает в приемную камеру 10 II-й ступени, где за счет наличия направляющих
лопаток 13 происходит закручивание и перемешивание парожидкостного потока, в
результате чего интенсифицируется процесс поглощения легкокипящего компонента
раствором. В результате истечения слабого раствора из сопла 11 в приемной
камере 10 II-й ступени также при давлении P1, жидкостная струя которого
увлекает парожидкостную смесь, последняя на выходе из приемной камеры 11 и
перемещении по диффузору 12 по инерции совершает вращательное движение, смешивается
с ней, после чего давление в ней на выходе из диффузора 12 повышается от P2 "
до Р2 '.
Одновременно в диффузоре 12 II-й ступени осуществляется процесс абсорбции паров
легкокипящего компонента слабым раствором, который интенсифицируется процессами
закручивания и перемешивания парожидкостного потока, в результате чего
концентрация легкокипящего компонента в паровой фазе становится ниже, а в
жидкой фазе больше, чем на выходе из диффузора 12 I-й ступени. Далее
парожидкостная смесь поступает в приемную камеру 10 III-й ступени, в которой
происходят процессы, аналогичные произошедшим во II-й ступени, в результате
которых давление в ней на выходе из диффузора 12 дополнительно повышается от до
Р2 '
до Р2, концентрация легкокипящего компонента в паровой фазе становится ниже, а
в жидкой фазе больше, чем на выходе из диффузора 12 II-й ступени (линия c-d на
диаграмме У-Х, фиг. 3), после чего насыщенная парожидкостная смесь через
отверстие 16 поступает в конденсатор 3. Параллельно процессам эжектирования и
абсорбции, происходящих во всех трех ступенях мультиступенчатого эжектора 2,
осуществляется отвод тепла абсорбции от его поверхности потоком оборотной
холодной воды, подаваемой из входного патрубка 14 в рубашку охлаждения 9 и
удаляющейся из нее через отверстие 15 в межтрубное пространство конденсатора 3.
В конденсаторе 3 происходит дальнейшее охлаждение и конденсация парожидкостной
смеси, поступающей из III-й ступени мультиступенчатого эжектора 2 до
окончательного образования крепкого раствора с давлением P2 и концентрацией
легкокипящего компонента ХК, который стекает в поддон, отвод остаточного тепла
абсорбции и тепла конденсации, воспринимаемого оборотной водой, поступающей из
рубашки охлаждения 9 и частично нагретой в ней за счет тепла абсорбции в
мультиступенчатом эжекторе 2, после чего горячая оборотная вода направляется в
теплообменник 7. Крепкий раствор из поддона конденсатора 3 поступает через
дроссель 4 в испаритель 5, где он дросселируется до давления разрежения P3, в
результате чего снижается его температура кипения, происходит испарение
легкокипящего компонента при низкой температуре с образованием пара,
поступающего в приемную камеру 10 I-й ступени мультиступенчатого эжектора 2 и
образование слабого раствора с концентрацией легкокипящего компонента ХН, а
также охлаждение хладоагента, который далее направляют потребителю. Из поддона
испарителя 5 слабый раствор поступает в насос 6, после которого при давлении P1
делится на 2 части, и цикл повторяется. При этом охлажденная в теплообменнике 7
оборотная вода охлаждается далее, например, в градирне.
Из описания работы мультиступенчатого эжектора 2
видно, что этот аппарат одновременно выполняет функции компрессора и струйного
абсорбера. Из сравнения рабочей линии процесса абсорбции в одноступенчатом
аппарате a-d' с конечной ХК '
концентрацией легкокипящего компонента в растворе и суммарной рабочей линии
процесса a-b-c-d с конечной ХК концентрацией легкокипящего компонента в
растворе в предлагаемом мультиступенчатом эжекторе 2, при равных начальных
концентрациях ХН (диаграмма У-Х, фиг.3) следует, что конструкция последнего
позволяет проводить процессы абсорбции ступенчато, что обеспечивает при
одинаковых расходах абсорбента (раствора) большую степень поглощения
легкокипящего компонента и таким образом снизить удельный расход абсорбента
[Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия,
1971, с. 492-495]. В то же время мультиступенчатый эжектор 2 обеспечивает
большее повышение давления, чем одноступенчатый аппарат (P2>Р2 ").
При этом, в результате использования тепла горячей оборотной воды, нагретой в
конденсаторе 3, для подогрева слабого раствора в теплообменнике 7, предлагаемая
АХММСЭ вырабатывает только холод без выработки низкопотенциального тепла,
которому трудно найти потребителя, а затрата тепла в генераторе 1 в ней меньше,
чем в известном устройстве.
Параметры АХММСЭ зависят от физико-химических
свойств веществ, составляющих раствор, мощности и давления, развиваемого
насосом 1 и числа ступеней в мультиступенчатом эжекторе 2. Оптимальное число
ступеней находят из технико-экономического расчета.
Таким образом, компоновка предлагаемой АХММСЭ и
применение в ней мультиступенчатого эжектора обеспечивают повышение
эффективности ее работы.
Абсорбционная холодильная машина с
мультиступенчатым эжектором, содержащая замкнутый циркуляционный контур, в
котором последовательно установлены генератор, эжектор с приемной камерой,
абсорбер, выполненный в виде струйного аппарата, конденсатор, дроссель,
испаритель, насос, теплообменник, отличающаяся тем, что эжектор и струйный
абсорбер выполнены в виде мультиступенчатого эжектора, корпус которого покрыт
кожухом с образованием полости, являющейся рубашкой охлаждения, причем
мультиступенчатый эжектор состоит из последовательно размещенных по ходу пара и
соединенных между собой n ступеней, каждая из которых содержит приемную камеру,
сопло и диффузор, при этом приемная камера и сопло I-й ступени соединены
трубопроводами с испарителем и генератором соответственно, генератор, в свою
очередь, соединен с теплообменником и насосом, приемные камеры II-й и
последующих ступеней соединены с диффузорами предыдущих ступеней, внутри их
устроены направляющие лопатки, теплообменник и сопла II-й и последующих
ступеней соединены с нагнетательным патрубком насоса параллельно, кожух
примыкает к корпусу конденсатора и снабжен входным патрубком, рубашка
охлаждения и диффузор последней ступени соединены с конденсатором через
отверстия в стенке его корпуса и крышке соответственно.
.3 Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат
и способ его работа (патент РФ №2053462)
Рисунок 17 - Вертикальный продольный разрез
холодильника и стены здания
Рисунок 18 - Горизонтальный поперечный разрез
холодильника
Рисунок 18 - Горизонтальный поперечный разрез
холодильника
Использование: изобретение относится к
холодильной технике, в частности, к устройствам абсорбционно-диффузионных
холодильных агрегатов (АДХА) и способам работы холодильника. Сущность
изобретения заключается в том, что теплорассеивающие элементы 1, 2 АДХА имеют
тепловую связь с теплорассеивающей поверхностью 3, которая охлаждается воздухом
атмосферы вне помещения. Тепловая связь осуществлена при помощи тепловой трубы
(или двухфазного термосифона) и теплопроводной пластины 8. Обеспечен теплообмен
при помощи тепловой трубы двухфазного термосифона между поверхностью, связанной
в тепловом отношении с воздухом охлаждаемой камеры, и поверхностью,
воспринимающей холод атмосферы.
Изобретение относится к холодильной технике, в
частности к устройствам абсорбционно-диффузионных холодильных агрегатов (АДХА)
и способам работы холодильника.
Известен АДХА, содержащий термосифон, связанный
нижней частью с ресивером абсорбера, частично заполненного крепким раствором, а
верхней частью с полостью слабого раствора, которая связана магистралью с
верхней частью абсорбера, источник тепловой мощности (электронагреватель),
связанный в тепловом отношении частично с нижней частью термосифона и частично
с нижней частью полости слабого раствора.
Недостатком известного устройства является
низкая эффективность его работы, обусловленная, в частности, слабой очисткой
парогазовой смеси перед поступлением в испаритель АДХА от паров хладагента.
Известное устройство реализовано в абсорбционных холодильниках "Иней"
АШ-120 и "Север-7" АШ-100. Уровень температур в низкотемпературном
отделении холодильника "Иней" АШ-120 не превышает минус 6оС. Это
свидетельствует о малой холодопроизводительности агрегата.
Известен АДХА бытового холодильника, содержащий
теплорассеивающие элементы трубку слабого раствора и абсорбер, связанные в
тепловом отношении с окружающим воздухом помещения.
Недостатком известного АДХА является низкая
эффективность его работы и как следствие малая холодопроизводительность,
обусловленная, в частности, относительно высокими температурами слабого
раствора, поступающего в абсорбер, и самого абсорбера.
Цель изобретения повышение термодинамической
эффективности АДХА.
В части конструкции АДХА указанная цель
достигается тем, что теплорассеивающие элементы конструкции холодильного
агрегата трубка слабого раствора и абсорбер имеют тепловую связь с
теплорассеивающей поверхностью, воспринимающей холод атмосферного воздуха вне
помещения, тепловая связь между теплорассеивающими элементами агрегата и
поверхностью, воспринимающей атмосферный холод, осуществлена при помощи
теплопередающего устройства, реализующего испарительно-конденсационный цикл
(например, тепловая труба или двухфазный термосифон), и теплопроводной
пластины.
Сравнение заявляемого устройства не только с
прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не
позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое устройство от
прототипа.
Это дает основание признать заявляемое решение
соответствующим критерию "существенные отличия".
Для обоснования достигаемого с помощью
предлагаемого устройства положительного эффекта можно отметить следующее.
Во-первых, необходимо принять во внимание тот
факт, что на территории СНГ в зависимости от климатического района холодильники
могут не потреблять электрическую энергию от 3 до 7 месяцев в году, т.е. в этот
период уровень температур атмосферного воздуха ниже 0оС.
Во-вторых, известно, что парциальное давление
паров хладагента в парогазовой смеси (ПГС), поступающей на вход испарителя, во
многом определяет уровень температур испарения хладагента при работе АДХА. Чем
ниже содержание паров хладагента в ПГС, тем ниже уровень температур его
испарения. Улучшить степень очистки ПГС от паров хладагента можно, в частности,
путем увеличения движущей силы процесса абсорбции разности массовой
концентрации хладагента в ПГС и равновесной массовой концентрации хладагента в
слабом растворе, поступающем на вход абсорбера.
Из опыта проектно-конструкторских разработок и
испытаний АДХА для холодильников типа "Кристалл-404-1" и
"Иней-М" авторам известно, что температура слабого раствора,
поступающего в абсорбер, выше температуры воздуха в помещении на 5-7оС,
а средняя температура абсорбера выше на 15-16оС. При этом слабый
раствор имеет 15%-ную концентрацию хладагента. Сочетание перечисленных факторов
приводит к тому, что даже современная модернизированная модель
"Кристалл-404-1" АШ-150, не обеспечивает в низкотемпературном
отделении (НТО) уровень температур ниже минус 12оС. Это в значительной мере
определяется недостаточно высокой степенью очистки ПГС, поступающей на вход
зоны испарения.
Расчеты показывают, что для достижения
интенсивности процесса абсорбции, близкой к существующей в модели
"Кристалл-9М" (при 10%-ной концентрации слабого раствора), достаточно
снизить температуру 15%-ного раствора, поступающего в абсорбер, до 5оС.
Соответствующее увеличение холодопроизводительности АДХА обеспечивает в НТО
уровень температур не выше минус 18оС, что характерно для лучших
образцов холодильной техники такого класса.
Конструкция предлагаемого АДХА позволяет на
практике повысить движущую силу процесса абсорбции путем охлаждения слабого
раствора до температуры ниже температуры воздуха в помещении за счет отвода
тепла от трубки слабого раствора и абсорбера к теплопроводной поверхности,
воспринимающей холод атмосферного воздуха вне помещения. Это обеспечит высокую
степень очистки ПГС, поступающей на вход испарителя, и в конечном итоге повысит
эффективность работы АДХА.
Конкретизация достижения поставленной цели в
устройстве обеспечивается следующим образом.
Трубка слабого раствора связана в тепловом
отношении с теплопроводной поверхностью, воспринимающей холод атмосферного
воздуха, В этом случае цель достигается за счет переохлаждения слабого
раствора, т.е. снижения равновесной массовой концентрации хладагента в
растворе, поступающем в абсорбер, последующей более глубокой очистки ПГС и, как
следствие, снижения температур испарения.
Абсорбер связан в тепловом отношении с теплопроводной
поверхностью охлаждаемой воздухом атмосферы.
Данное техническое решение обеспечивает
непосредственный отвод тепла абсорбции из зоны взаимодействия раствора и ПГС.
Это в значительной мере обусловит эффект дополнительной очистки ПГС и
соответствующее снижение температур испарения.
Тепловая связь трубки слабого раствора и
абсорбера с теплорассеивающей поверхностью, воспринимающей холод атмосферного
воздуха, осуществляется при помощи теплопередающего устройства, реализующего
испарительно-конденсационный цикл, и теплопроводной пластины.
Такое техническое решение обеспечит минимальное
термическое сопротивление тепловой связи и как следствие наиболее эффективное
воздействие источника холода. Теплопроводная пластина (например, из меди или
алюминия) связана в тепловом отношении с абсорбером, с трубкой слабого раствора
и с испарительным участком теплопередающего устройства.
Тепловая связь осуществляется при помощи
тепловой трубы (ТТ).
Известно, что ТТ реализует
испарительно-конденсационный цикл и для транспорта теплоносителя в ней
используются капиллярные силы, которые дают разработчикам большую свободу при
выборе компоновки тепловой связи для реальных конструкций АДХА.
Тепловая связь осуществляется при помощи
двухфазного термосифона (ДТ).
Применение ДТ позволяет в отличие от ТТ
обеспечить минимальное термическое сопротивление тепловой связи, так как
наличие в ТТ капиллярной структуры вносит дополнительный вклад в термическое
сопротивление всей тепловой цепи. Применение ДТ подразумевает создание условий
для стока теплоносителя из зоны конденсации в зону испарения.
Транспортные зоны теплопередающих устройств (ТТ
или ДТ) покрыты теплоизоляцией, например пенополиуретаном.
Наличие тепловой изоляции на транспортных зонах
теплопередающих устройств (ТТ или ДТ) позволяет повысить эффективность тепловой
связи за счет снижения температурного воздействия воздуха помещения.
Неочевидность предложенных технических решений
заключается в том, что дополнительное переохлаждение слабого раствора,
поступающего в абсорбер, осуществлено при помощи холода атмосферного воздуха
вне помещения; теплорассеивающие элементы АДХА (трубка слабого раствора и
абсорбер), имеют тепловую связь с теплорассеивающей поверхностью,
воспринимающей холод атмосферного воздуха вне помещения.
Устройство содержит теплорассеивающие элементы
трубку слабого раствора 1 и абсорбер 2, которые имеют тепловую связь с
теплорассеивающей поверхностью 3, воспринимающей холод атмосферного воздуха вне
помещения, причем тепловая связь осуществлена при помощи теплопередающего устройства,
реализующего испарительно-конденсационный цикл, например, ТТ или двухфазного
термосифона (ДТ), которое содержит участок испарения 4, участок конденсации 5 и
транспортный участок 6, покрытый теплоизоляцией 7. Тепловая связь
осуществляется также при помощи теплопроводной пластины 8, выполненной из меди,
алюминиевого сплава или стали и связанной в тепловом отношении с трубкой
слабого раствора 1, абсорбером 2 и участком испарения 4, например сваркой,
пайкой или при помощи хомутов болтовым соединением.
Теплорассеивающая поверхность 3, охлаждаемая
холодом атмосферного воздуха вне помещения, установлена на внешней стороне
стены 9 здания, причем в качестве такой поверхности могут быть использованы
элементы конструкции здания металлические колонны, ограждение балкона,
перегородки и т.п.
Проем в стене 9, через который проходит
транспортный участок 6 ТТ (или ДТ), заполнен теплоизоляцией.
Холодильный агрегат установлен на задней стенке
теплоизолированного шкафа холодильника, который имеет НТО 10 и высокотемпературное
отделение (ВТО) 11. В НТО 10 размещен испаритель 12 АДХА, связанный в тепловом
отношении с тепловоспринимающей поверхностью 13, выполненной, например, в виде
оребренной пластины из теплопроводного материала (алюминиевого сплава).
Кроме того, АДХА содержит генератор 14,
конденсатор 15, который выполнен с уклоном, и его нижняя часть связана
магистралью 16 со входом испарителя 12. Транспорт очищенной ПГС из абсорбера 2
в верхнюю часть испарителя 12 осуществляется по магистрали 17. В целях
стабилизации подачи жидкого хладагента в зону испарения конденсатор 15 связан
по пару уравнительной магистралью 18 с каналом насыщенной ПГС 19, который в
свою очередь связывает выходной участок испарителя 12 с паровым объемом
ресивера 20. Жидкостная полость ресивера 20 через обогреваемую полость
жидкостного теплообменника (ЖТО) 21 связана с генератором 14. Охлаждаемая
полость ЖТО 21 при помощи трубки слабого раствора 1 связана с верхней частью
абсорбера 2. В нижней части генератора 14, закрытого теплоизоляционным кожухом,
установлен электронагреватель (не показан).
Работа АДХА осуществляется следующим образом.
Внутренняя полость АДХА вакуумируется и
заполняется водоаммиачным раствором с массовой концентрацией 0,34.0,36 кг/кг
раствора и инертным газом (водородом) до давления 1,6.2,1 мПа. Объем раствора
выбирается таким, чтобы в ресивере 20 оставалась паровая полость для прохода
ПГС из испарителя 12 в абсорбер 2.
При помощи электронагревателя в генераторе 14
АДХА происходит выпаривание крепкого раствора, подводимого по ЖТО 21 из
ресивера 20. Получившийся пар хладагента поступает в конденсатор 15, где
сжижается и по магистрали 16 транспортируется на вход испарителя 12. Слабый
раствор через ЖТО 21 и по трубке слабого раствора 1 поступает в верхнюю часть
абсорбера 2.
В испарителе 12 хладагент (аммиак) испаряется в
инертный газ (водород) при низком парциальном давлении, производя при этом
эффект искусственного охлаждения. В процессе стекания аммиака в нижнюю часть
испарителя 12 происходит насыщение водорода парами аммиака, при этом ПГС
становится насыщенной и за счет разности плотностей с очищенной ПГС,
находящейся в ресивере 20 и абсорбере 2, опускается по каналу 19 в ресивер 20,
откуда она поступает в нижнюю часть абсорбера 2.
Навстречу насыщенной ПГС из верхней части
абсорбера 2 стекает слабый раствор. При их контактном взаимодействии
осуществляется процесс абсорбции поглощение слабым водоаммиачным раствором
паров аммиака из насыщенной ПГС. Теплота абсорбции рассеивается в окружающую
среду. Очищенная ПГС из абсорбера 2 поступает по магистрали 17 на вход
испарителя 12.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства в
случае, когда температура воздуха вне здания ниже (например, минус 10оС), чем в
помещении, где установлен холодильник.
При прохождении слабого раствора по трубке 1 он
отдает свое тепло через теплопроводную пластину 8 испарительному участку 4 ТТ
(или ДТ). При этом осуществляется генерация паров теплоносителя (например,
фреона 22), заполняющего испарительный участок 4 ТТ. Пары теплоносителя через
транспортную зону 6 попадают в конденсационный участок 5 ТТ (или ДТ), где
сжижаются с отводом теплоты парообразования на теплорассеивающую поверхность 3,
воспринимающую холод атмосферного воздуха. Конденсат стекает через транспортную
зону 6 в испарительный участок 4, и цикл повторяется.
Поскольку теплопроводная пластина 8 связана в
тепловом отношении с абсорбером 2, то в процессе реализации
испарительно-конденсационного цикла ТТ (или ДТ) будет также отводиться
непосредственно тепло абсорбции, выделяющееся при взаимодействии слабого раствора
с ПГС. Охлаждение абсорбера 2 будет способствовать более глубокой очистке ПГС
от паров хладагента.
Таким образом, положительный эффект
предлагаемого устройства заключается в повышении эффективности работы АДХА за
счет дополнительного переохлаждения слабого раствора, поступающего в абсорбер,
и самого абсорбера холодом атмосферного воздуха вне помещения, что приводит к
понижению температур испарения хладагента в испарителе холодильного агрегата.
Если температура уличного воздуха будет выше,
чем температура трубки слабого раствора 1 и абсорбера 2, например, плюс 50оС,
то в этом случае весь теплоноситель ТТ (или ДТ) перейдет в газообразное
состояние, и испарительно-конденсационный цикл будет прерван. Нагревом трубки
слабого раствора 1 и абсорбера 2 теплом атмосферного воздуха вне помещения
можно пренебречь, поскольку теплоприток через пар теплоносителя и стенки ТТ
(или ДТ) не окажет столь существенного влияния на характер протекания тепло- и
массообменных процессов в АДХА.
Предлагаемый далее к рассмотрению экспертизы
способ работы холодильника связан с описанным выше устройством единым
изобретательским замыслом и по сути обеспечивает получение одного и того же
технического результата охлаждение элементов конструкции холодильника
принципиально одним и тем же путем, а именно отводом тепла от элементов
конструкции на теплорассеивающую поверхность, которая охлаждается воздухом
атмосферы вне помещения. Кроме того, предлагаемые устройство и способ
объединяет то, что их техническое воплощение может быть реализовано с
применением одной общей теплорассеивающей поверхности и выполнением одного
проема в стене здания для расположения в нем однотипных теплопередающих
устройств.
В порядке пояснения заявляемого способа работы
холодильника можно сказать следующее.
Изобретение относится к холодильной технике и
может быть применено в конструкциях стационарных (встроенных) холодильников.
Известен способ охлаждения воздуха хранилища,
при котором воздух охлаждается при прохождении в вентиляционных каналах, в
которые помещены испарительные участки тепловых труб, конденсаторные участки
которых обтекаются воздухом атмосферы вне хранилища.
Недостатком известного способа является
невозможность его применения в бытовой холодильной технике.
Известен способ работы встроенного холодильника,
по которому захолаживание воздуха камеры холодильника происходит в результате
его теплообмена с холодным атмосферным воздухом вне помещения через выполненную
из металла с хорошей теплопроводностью заднюю стенку холодильника, которая при
строительстве устанавливается заподлицо с наружной поверхностью стены дома.
Недостатком известного способа-прототипа
является его малая эффективность с точки зрения сложности конструкции
холодильника и процесса его монтажа. Кроме того, установка изделия сразу при
возведении стен значительно усложнит дальнейшую технологию строительства здания
и сделает проблематичным сохранение внешнего вида холодильника к началу его
эксплуатации.
Целью изобретения является повышение
эффективности работы холодильника путем передачи холода атмосферного воздуха в
охлаждаемую камеру устройством с минимальным внутренним термическим
сопротивлением, которое, будучи встроенным в стену здания при строительстве,
может быть подключено к холодильнику после завершения стройки.
Поставленная цель достигается тем, что
обеспечивают теплообмен между тепловоспринимающей поверхностью, связанной в
тепловом отношении с воздухом охлаждаемой камеры, и теплорассеивающей
поверхностью, которая воспринимает холод атмосферного воздуха вне помещения.
Достижение поставленной цели позволит повысить
эффективность способа работы холодильника в части значительного снижения
энергозатрат на производство искусственного холода, поскольку источником холода
выступает окружающая среда.
Конкретизация достижения поставленной цели
осуществляется тем, что тепловоспринимающую поверхность, связанную в тепловом
отношении с испарителем холодильного агрегата и служащую для захолаживания
воздуха полезного объема, дополнительно охлаждают холодом окружающей среды
посредством теплорассеивающей поверхности, воспринимающей холод атмосферного
воздуха вне помещения, и при помощи теплопередающего устройства, реализующего
испарительно-конденсационный цикл, дополнительное охлаждение осуществляют при
помощи тепловой трубы, дополнительное охлаждение осуществляют при помощи
двухфазного термосифона.
Сравнение заявляемого способа с прототипом
позволило установить соответствие его критерию "новизна". При
изучении других известных технических решений в данной области техники
признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и
потому они обеспечивают заявляемому способу соответствие критерию
"существенные отличия".
Заявляемый способ реализован в холодильнике,
схематические чертежи которого представлены на фиг.1-3.
Способ работы холодильника осуществляют путем
теплообмена между воздухом НТО 10 и тепловоспринимающей поверхности 13,
связанной в тепловом отношении с испарителем 12, причем обеспечивают теплообмен
между тепловоспринимающей поверхностью 13 и теплорассеивающей поверхностью 3,
которая воспринимает холод атмосферного воздуха вне помещения. При этом
теплообмен осуществляют при помощи теплопередающего устройства, реализующего
испарительно-конденсационный цикл, например ТТ (или ДТ), и которое содержит
зону испарения 22, транспортную зону 23 и зону конденсации 24. Зона испарения
22 связана в тепловом отношении с тепловоспринимающей поверхностью 13,
например, при помощи болтов. Транспортная зона 23 ТТ (или ДТ) укрыта
теплоизоляцией 25, чтобы снизить воздействие воздуха в помещении на теплообмен между
поверхностями 13 и 3. Зона конденсации 24 ТТ (или ДТ) связана в тепловом
отношении с поверхностью 3, например, при помощи болтов. Поверхность 3
выполнена из теплопроводного материала и закреплена на внешней стороне стены 9
здания.
Рассмотрим работу холодильника по заявляемому
способу.
Допустим, что температура воздуха атмосферы вне
помещения ниже температуры тепловоспринимающей поверхности 13 в НТО 10,
например, минус 30оС. При этом будет осуществляться генерация паров
теплоносителя (например, аммиака), частично заполняющего зону испарения 22 ТТ
(или ДТ). Пары теплоносителя через транспортную зону 23 попадают в зону
конденсации 24, где сжижаются с отводом теплоты фазового перехода на
теплорассеивающую поверхность 3. Конденсат стекает через транспортную зону 23 в
испарительную зону 22, и цикл повторяется.
Таким образом, для захолаживания полезного
объема подключается дополнительный низкотемпературный источник холод окружающей
среды вне помещения.
Следует отметить, что регулирование температуры
воздуха в ВТО 11 осуществляется при помощи заслонки 26.
В летнее время года во избежание теплового моста
между НТО 10 и теплым воздухом атмосферы возможно применение нескольких
вариантов:
а) испарительная зона 22 ТТ ( или ДТ)
отсоединяется от тепловоспринимающей поверхности 13 и закрывается
теплоизоляцией;
б) закрывается теплоизоляцией теплорассеивающая
поверхность 3;
в) испарительная зона 22 ТТ (или ДТ) вообще
выводится из НТО 10 через специальное окно в задней стенке шкафа холодильника,
которое при смонтированном холодильнике закрыто теплоизоляцией 25 транспортной
зоны 23.
После вывода испарительной зоны 22 ТТ (или ДТ)
данное окно герметизируется специальной теплоизолирующей вставкой.
Поскольку в летнее время года
испарительно-конденсационный цикл ТТ (или ДТ) будет прерван (учитывая малую
теплопроводность за счет малой площади сечения стенок ТТ или ДТ), то вполне
возможно, что даже наличие смонтированной ТТ (или ДТ) не окажет существенного
влияния на температурный режим НТО.
Экономическая целесообразность заявляемого
способа заключается в уменьшении энергозатрат при работе холодильника. Наиболее
существенно эффективность способа скажется при эксплуатации холодильника в
районах с умеренным и холодным климатом.
В указанных климатических районах абсорбционный
холодильник, работающий по предлагаемому способу, будет в среднем за год
потреблять меньше электроэнергии, чем компрессионный аналогичного объема.
Формула изобретения:
. Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат,
содержащий теплорассеивающие элементы - трубку слабого раствора и абсорбер,
отличающийся тем, что теплорассеивающие элементы агрегата имеют тепловую связь
с дополнительно установленной теплорассеивающей поверхностью.
. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что тепловая
связь осуществлена при помощи тепловой трубы.
. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что тепловая
связь осуществлена при помощи двухфазного термосифона.
. Способ работы абсорбционно-диффузионного
холодильного агрегата путем теплообмена между воздухом охлаждаемой камеры и
тепловоспринимающей поверхностью, связанной в тепловом отношении с испарителем
холодильного агрегата, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности,
обеспечивают теплообмен между тепловоспринимающей и дополнительной
теплорассеивающей поверхностями.
. Способ по п.4, отличающийся тем, что
теплообмен осуществляют при помощи тепловой трубы.
. Способ по п.4, отличающийся тем, что
теплообмен осуществляют при помощи двухфазного термосифона.
Заключение
Абсорбционные холодильные машины имеют ряд
преимуществ по сравнению с компрессионными холодильниками. Одно из основных
преимуществ машин данного типа работающих на природном газе - низкие
эксплуатационные расходы за счет сокращения потребления электрической энергии и
выравнивание пиковых нагрузок на систему электроснабжения. Газовые системы
охлаждения позволяют повысить надежность систем климатизации, поскольку в этом
случае работоспособность системы холодоснабжения меньше зависит от надежности
одного-единственного источника электроснабжения, особенно в случае
использования гибридных систем.
Так же достоинствами АБХМ можно считать -
минимальное потребление электроэнергии, лектроэнергия 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.
Однако есть и свои недостатки - более высокая
цена оборудования, примерно в 1,5 раза выше чем цена обычного охладителя,
необходимость наличия дешевого (бесплатного) источника тепловой энергии с
достаточно высокой температурой, относительно низкая энергетическая
эффективность - тепловой коэффициент (отношение подведенной тепловой энергий к
полученному холоду), равный 0,65-0,8 - для одноступенчатых машин, и 1-1,42 -
для двухступенчатых машин, существенно больший вес, чем у обычного охладителя,
необходимость использовать открытые охладители - градирни, что увеличивает
водопотребление системы.
Список литературы
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.-
992 с.
. Лебедев
П.Д., Щукин А.А. "Теплоиспользующие установки промышленных
предприятий", "Энергия",1970 г.
. Лебедев
П.Д. "Теплообменные сушильные и холодильные установки",
"Энергия", 1972 г.
. Романков
П.Г. и др. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры
и задачи): Учебное пособие для вузов. СПб.: Химия, 1993
. Н.
В. Шилкин, доцент МАрхИ Абсорбционные холодильные машины // Журнал
"АВОК" за №1'2008
. Патентный
поиск в РФ. Новые патенты, заявки на патент, библиотека патентов на
изобретение. - URL: http://www.freepatent.ru/ (дата обращения: 31.05.14)
. Поиск
патентов и изобретений, зарегистрированных в РФ и СССР/ ©FindPatent.RU
2012-2014. - URL: http://www.findpatent.ru/ (дата обращения: 31.05.14)