Абсорбционные холодильные машины

Абсорбционные холодильные машины

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Уфимский государственный университет экономики и сервиса

Кафедра "МАПТС"

Курсовая работа

Абсорбционные холодильные машины

Выполнил:

студент группы БОДк-1

Игнатьев В.И.

Проверил:

старший преподаватель, доцент

Пахомов А.Н.

Уфа

г.

Содержание

абсорбционный холодильный машина генератор

Введение

. Теоретическая часть

.1 История создания абсорбционных холодильных машин

.2 Классификация абсорбционных холодильных машин

.2.1 Одноступенчатые абсорбционные холодильные машины

.2.2 Двухступенчатые абсорбционные холодильные машины

.2.3 Трехступенчатые абсорбционные холодильные машины

.2.4 Гибридные системы

.3 Эффективность абсорбционных холодильных машин

.4 Область применения и пример использования

. Расчётная часть

.1 Термодинамический расчёт цикла

.2 Тепловой расчет генератора

.3 Расчет испарителя

.4 Гидравлический расчет тракта подачи исходной смеси в генератор

. Патентный обзор

.1 Абсорбционная холодильная машина (патент РФ №2224189)

.2 Абсорбционная холодильная машина с мультиступенчатым эжектором (патент РФ №2460020)

.3 Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат и способ его работа (патент РФ №2053462)

Заключение

Список литературы

Введение

Абсорбция - поглощение газа в объёме, а так же избирательное поглощение одного или нескольких компонентов газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом). Поглощение происходит либо в результате растворения в абсорбенте, либо в результате химического взаимодействия. В 1-м случае процесс называется физической абсорбцией, во 2-м - хемабсорбцией.

Абсорбционная холодильная машина (АБХМ) - промышленная холодильная установка, предназначена для отбора и удаления избыточного тепла и поддержания заданного оптимального температурного и теплового режимов при работе различного рода производственного оборудования, технологических устройств, инструмента, оснастки, а также технологических процессов, связанных с повышенными тепловыми нагрузками. В качестве абсорбента в них используются различные растворы, например, бромида лития (LiBr) в воде.

Преимущество абсорбционной холодильной установки перед компрессионной является использование для выработки холода тепловой энергии как низкого, так и среднего потенциала. Так же она потребляет минимальное количество электроэнергии, за счёт того, что электроэнергия требуется только для работы насосов и автоматики. Абсорбционные холодильные машины малошумны, экологически безопасны, так как хладагентом является обычная вода, они утилизируют тепловую энергию сбрасываемой горячей воды, дымовых газов или производственных процессов, у них высокий срок службы, они имеют полную автоматизацию, пожаро и взрывобезопасны и не подведомственны Ростехнадзору.

В процессе абсорбции температура пара может быть ниже температуры абсорбента, поглощающего пар. Для процесса важно следующее: необходимо, чтобы концентрация абсорбируемого пара была равна или больше равновесной концентрации этого пара над абсорбентом.

Принцип действия абсорбционных холодильных установок:

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

Оставшийся концентрированный раствор бромида лития через растворный теплообменник/гидравлический затвор переходит в абсорбер. Для улучшения абсорбции раствор разбрызгивается форсунками и поглощает водяной пар из испарителя. Процесс абсорбции связан с выделением теплоты, которая отводится охлаждающим контуром в абсорбере. Полученный раствор воды и бромида лития перекачивается в генератор через регулятор/теплообменник, и цикл повторяется снова.

1. Теоретическая часть

.1 История создания абсорбционных холодильных машин

Первая абсорбционная холодильная машина была создана во Франции в 1859 году и запатентована в 1860 Фердинандом Карре (Ferdinand Carre). В качестве рабочего тела использовалась смесь аммиака и воды. Из-за высокой токсичности аммиака такие холодильные машины в то время не получили широкого распространения для домашнего применения и использовались для промышленного производства льда.

В установках кондиционирования воздуха абсорбционный холодильный цикл начал использоваться более пятидесяти лет назад.

В производственных процессах, в которых требовалось поддержание низких температур, стали применяться аммиачно-водяные АБХМ.

В конце 1950-х годов была создана первая двухступенчатая бромистолитиевая абсорбционная холодильная машина. Позже бромистолитиевые АБХМ стали использоваться не только для охлаждения помещений, но и в качестве источника горячей воды.

В 1960-х годах началось активное продвижение газодобывающими компаниями технологий, предусматривающих использование природного газа. При продвижении на рынок АБХМ, работающих на природном газе, отмечались такие их достоинства, как низкие эксплуатационные затраты и лучшая производительность. Однако совершенствование компрессоров, повышение эффективности электродвигателей, устройств управления позволили повысить эффективность компрессорных холодильных машин и снизить стоимость их эксплуатации. Кроме того, свою роль в замедлении распространения АБХМ на природном газе сыграл энергетический кризис 1970-х годов.

В 1987 году был подписан так называемый "Монреальский Протокол" по веществам, разрушающим озоновый слой, который ограничил применение хладагентов на основе хлорфторуглерода (CFC) и гидрохлорфторуглерода (HCFC). При этом непрерывно возрастала стоимость электрической энергии. В то же время стоимость природного газа оставалась достаточно стабильной, а сама технология абсорбционного охлаждения совершенствовалась. Перечисленные факторы способствовали очередному повышению интереса потребителей к АБХМ.

Холодильный цикл трехступенчатой абсорбционной холодильной машины с тремя конденсаторами и тремя генераторами был запатентован в 1985 году. Альтернативный цикл трехступенчатой абсорбционной холодильной машины с двойным конденсатором был запатентован в 1993 году. В настоящее время существуют прототипы трехступенчатых абсорбционных холодильных машин, эффективность которых превышает эффективность двухступенчатых на 30-50%.

1.2 Классификация абсорбционных холодильных машин

Абсорбционная холодильная машина - пароконденсационная холодильная установка. В этой установке хладагент испаряется за счет его поглощения (абсорбции) абсорбентом. Процесс испарения происходит с поглощением теплоты. Затем пары хладагента за счет нагрева (внешним источником тепловой энергии) выделяются из абсорбента и поступают в конденсатор, где за счет повышенного давления конденсируются.

АБХМ бывают прямого и непрямого нагрева, одноступенчатые, двухступенчатые и трехступенчатые. В машинах прямого нагрева источником тепла может быть газ или другое топливо, сжигаемое непосредственно в установке. В машинах непрямого нагрева используется пар или другой теплоноситель, посредством которого теплота переносится от источника. В качестве источника может выступать бойлер, или, например, использоваться тепловая энергия, являющаяся побочным продуктом технологического процесса. Кроме того, существуют комбинированные (гибридные) системы, в состав которых входят АБХМ и когенераторные установки на природном газе, обеспечивающие выработку тепловой и электрической энергии; использование гибридных установок позволяет оптимизировать нагрузку на систему энергоснабжения и обеспечить экономию энергетических ресурсов.

Существуют бромистолитиевые или аммиачные АБХМ. В бромистолитиевых АБХМ в качестве хлад-агента используется вода, а в качестве абсорбента - бромид лития LiBr. В аммиачных АБХМ в качестве хладагента используется аммиак NH3, а в качестве абсорбента - вода. В настоящее время наибольшее распространение получили бромистолитиевые АБХМ.

Компонент системы, поглощаемый абсорбентом в процессе абсорбции, носит название абсорбат. Соответственно, абсорбент - жидкая фаза, поглощающая абсорбат в процессе абсорбции.

.2.1 Одноступенчатые абсорбционные холодильные машины

В одноступенчатых АБХМ ("single effect", в литературе иногда используется термин "одноконтурные") хладагент последовательно перемещается через четыре основных компонента машины - испаритель, абсорбер, десорбер и конденсатор. Холодильный цикл одноступенчатой АБХМ представлен на рис. 1. Он очень похож на холодильный цикл парокомпрессионной холодильной машины. Схема одноступенчатой АБХМ представлена на рис. 2. Хладагент испаряется при понижении давления в испарителе 1. Этот процесс идет с поглощением теплоты. В отличие от парокомпрессионной холодильной машины, процесс понижения давления в испарителе происходит не за счет работы компрессора, а за счет объемного поглощения (абсорбции) хладагента жидким абсорбентом в абсорбере 2. Затем абсорбент с поглощенным им хлад-агентом (бинарный раствор) поступает в десорбер 3. В десорбере бинарный раствор нагревается за счет горения газа, паром и т. д., в результате чего происходит выделение хладагента из абсорбента. Обедненный абсорбент из десорбера возвращается в абсорбер. Хладагент поступает под большим давлением в конденсатор 4, где переходит в жидкую фазу с выделением теплоты, а затем через расширительный клапан 5 поступает в испаритель, после чего начинается новый цикл.

Рисунок 1 - Холодильный цикл одноступенчатой абсорбционной холодильной машины

Изменение концентрации хладагента в абсорбере и десорбере сопровождается изменением температуры насыщения. Для снижения потерь энергии при циркуляции абсорбента между абсорбером и десорбером устанавливается рекуперативный теплообменник.

Идеальная одноступенчатая АБХМ могла бы обеспечить холодильный эффект, равный количеству тепловой энергии, подведенной к генератору, однако из-за термодинамических потерь в реальных установках холодильный эффект всегда будет ниже, чем затраты тепловой энергии.

Рисунок 2 - Схема одноступенчатой абсорбционной холодильной машины: 1 - испаритель; 2 - абсорбер; 3 - десорбер; 4 - конденсатор; 5 - расширительный клапан

Коэффициент полезного действия одноступенчатых АБХМ относительно низок, что несколько ограничивает их область применения.

В настоящее время одноступенчатые АБХМ часто устанавливаются в тех зданиях, где имеются легкодоступные источники сбросного тепла. Машины этого типа используются в составе систем кондиционирования воздуха и в качестве источника охлажденной воды для различных технологических процессов. Установочная мощность одноступенчатых АБХМ составляет, как правило, от 25 кВт до 5 МВт.

.2.2 Двухступенчатые абсорбционные холодильные машины

Рисунок 3 - Схема и холодильный цикл двухступенчатой абсорбционной холодильной машины с двойным конденсатором

Более высокой эффективностью по сравнению с одноступенчатыми отличаются двухступенчатые АБХМ. В этих установках, в отличие от одноступенчатых холодильных машин, используется два конденсатора или два абсорбера, с тем чтобы обеспечить более эффективное выделение хладагента из абсорбента при меньших затратах тепловой энергии.

Двухступенчатые АБХМ могут быть разных конфигураций. Две основные конфигурации - системы с двойным конденсатором и системы с двойным абсорбером. Принцип их действия основан на том, что охлаждающая способность холодильной машины зависит, прежде всего, от количества хладагента, который может быть переведен в газовую фазу в испарителе, и, используя тепловую энергию, отводимую от конденсатора или образующуюся на стадии абсорбции, можно повысить количество хладагента, десорбируемого из абсорбента.

В первом десорбере (Десорбер 1) за счет нагрева от внешнего источника образуются пары хладагента при частичной десорбции хладагента из абсорбента, которые поступают в первый конденсатор (Конденсатор 1). Обедненная смесь абсорбента и хладагента поступает во второй десорбер (Десорбер 2). Во втором десорбере происходит окончательная десорбция хладагента за счет тепловой энергии, образующейся при конденсации хладагента в первом конденсаторе (Конденсатор 1). Затем хладагент и из первого конденсатора (Конденсатор 1) и из второго десорбера (Десорбер 2) поступает во второй конденсатор (Конденсатор 2), в котором и происходит окончательный процесс конденсации.

Схема и холодильный цикл двухступенчатой АБХМ с двойным абсорбером приведены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Схема и холодильный цикл двухступенчатой абсорбционной холодильной машины с двойным абсорбером

В этом случае генератор разделен на низко- и высокотемпературную секции. Пары хладагента из испарителя поступают во второй абсорбер (Абсорбер 2), где частично абсорбируются. Оставшиеся пары хладагента поступают в первый абсорбер (Абсорбер 1). Скрытая (латентная) теплота паров хладагента в первом абсорбере используется для десорбции паров хладагента из бинарного раствора во втором (низкотемпературном) десорбере (Десорбер 2), как показано на рис. 4.

В свою очередь, для десорбции паров хладагента из бинарного раствора в высокотемпературном десорбере (Десорбер 1) используется тепловая энергия от внешнего источника. Пары хладагента и из второго (Десорбер 2), и из первого (Десорбер 1) десорбера поступают в единственный конденсатор (Конденсатор).

В качестве источника тепловой энергии в машинах этого типа может использоваться перегретый пар высокого давления либо различные виды горючего топлива, чаще всего природный газ. Двухступенчатые АБХМ целесообразно использовать в тех случаях, когда стоимость электрической энергии высока относительно стоимости природного газа (либо другого топлива). Кроме того, двухступенчатые АБХМ могут применяться в случаях, когда есть источник перегретого пара высокого давления. Они более эффективны, но при этом отличаются более высокой стоимостью по сравнению с одноступенчатыми. Более высокая стоимость двухступенчатых АБХМ обуславливается в том числе применением более дорогостоящих материалов высокой коррозионной стойкости (из-за более высоких рабочих температур), с большей площадью поверхности теплообменника, более сложными системами управления.

.2.3 Трехступенчатые абсорбционные холодильные машины

Трехступенчатые АБХМ являются дальнейшим логическим развитием двухступенчатых АБХМ. В настоящее время эта технология находится на начальном этапе своего развития.

Рисунок 5 - Схема и холодильный цикл трехступенчатой абсорбционной холодильной машины

Трехступнчатая АБХМ, как и двухступенчатая, может быть реализована различными способами, число возможных конфигураций здесь еще больше по сравнению с двухступенчатыми АБХМ. Простейшая трехступенчатая АБХМ представляет собой комбинацию двух отдельных одноступенчатых АБХМ, где тепловая энергия от одного контура используется в другом контуре. На рис. 5 приведены схема и холодильный цикл трехступенчатой АБХМ. Высокотемпературный цикл обеспечивает холодильный эффект за счет внешнего источника тепловой энергии, но в то же время сам является источником тепловой энергии для низкотемпературного цикла.

Системы с трехступенчатыми АБХМ столь же эффективны, как и традиционные системы с электрическими чиллерами. Однако при этом стоимость таких АБХМ будет выше, поэтому экономическая целесообразность их применения должна определяться индивидуально в зависимости от особенностей конкретного объекта.

.2.4 Гибридные системы

Гибридные системы обладают достоинствами как абсорбционных, так и компрессорных холодильных машин. В типичной гибридной установке холодильная машина с электрическим приводом используется в часы внепиковых нагрузок на систему электроснабжения. Зачастую в это время и тарифы на электрическую энергию могут быть ниже, что приводит к уменьшению эксплуатационных затрат. В часы максимальной пиковой нагрузки на систему электроснабжения используется главным образом АБХМ, а компрессорная холодильная машина включается по мере необходимости, обеспечивая покрытие лишь части нагрузки на систему холодоснабжения. Специфика применения гибридных систем в конкретном проекте определяется характером нагрузки на систему холодоснабжения, особенностями местных тарифов на электрическую энергию и газ (либо иное топливо). Так, целесообразно использование гибридных систем на крупных промышленных предприятиях, где обслуживание инженерного оборудования осуществляется высококвалифицированным обслуживающим персоналом, способным оптимизировать режимы работы оборудования для получения максимального экономического эффекта.

.3 Эффективность абсорбционных холодильных машин

Эффективность абсорбционных холодильных машин характеризуется холодильным коэффициентом (coefficient of performance, COP), определяемым как отношение холодопроизводительности установки к затратам тепловой энергии. Одноступенчатые АБХМ характеризуются величинами холодильного коэффициента, равными 0,6-0,8 (при максимально возможном 1,0). Поскольку холодильный коэффициент установок этого типа всегда меньше единицы, одноступенчатые АБХМ целесообразно использовать в случаях, когда есть возможность утилизации тепловой энергии, например, сбросная тепловая энергия от электростанций, котлов и т.п.

Двухступенчатые АБХМ характеризуются величинами холодильного коэффициента, равными примерно 1,0 при максимально возможном 2,0. Еще не доступные для коммерческого использования прототипы трехступенчатых АБХМ характеризуются величинами холодильного коэффициента от 1,4 до 1, 6.

Эффективность традиционных компрессорных холодильных машин также характеризуется холодильным коэффициентом, однако, поскольку в них используется электрическая энергия от источника централизованного электроснабжения, необходимо учитывать эффективность выработки электрической энергии и потери ее при транспортировке. По этим причинам прямое сравнение эффективности компрессорных холодильных машин с электроприводом и эффективности газовых АБХМ некорректно. Можно сравнить холодильный коэффициент с учетом потерь при выработке энергии и ее транспортировке.

Эффективность реальных холодильных машин значительно ниже эффективности идеальной холодильной машины, во многом за счет сложных необратимых процессов, проходящих в рабочих жидкостях. Для хладагента АБХМ, помимо обычных, предъявляется ряд специфических требований, обусловленных особенностями реализации абсорбционного холодильного цикла. Среди этих требований:

• Высокая растворимость в абсорбенте при заданной рабочей температуре абсорбера.

• Низкая растворимость в абсорбенте при заданной рабочей температуре десорбера.

• Неспособность к химической реакции с абсорбентом во всем диапазоне рабочих температур.

1.4 Область применения и пример использования

Основное преимущество работающих на природном газе АБХМ - сокращение эксплуатационных расходов за счет сокращения потребления относительно дорогостоящей электрической энергии и выравнивание пиковых нагрузок на систему электроснабжения. Кроме того, использование газовых систем охлаждения позволяет 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. Целесообразно также применение АБХМ в качестве резервного источника холодоснабжения.

Системы охлаждения, работающие на природном газе, в конечном итоге обеспечивают более полное использование топливных ресурсов, чем сопоставимые системы охлаждения, потребляющие электрическую энергию. Типичный процесс производства электрической энергии предполагает при выработке и транспортировке потери примерно 65-75 % топливных ресурсов. В то же время в газоиспользующих системах теряется всего 5-10 % топлива. Утилизация сбросной тепловой энергии еще более увеличивает рентабельность АБХМ.

АБХМ имеют также ряд конструктивных преимуществ, не относящихся к области эффективного использования топливно-энергетических ресурсов:

• Экологическая безопасность за счет отказа от использования хладагентов на основе CFC (хлорфторуглерода) и HCFC (гидрохлорфторуглерода).

• Пониженный шум при работе оборудования, отсутствие вибраций.

• Отсутствие высокого давления в системе.

• Отсутствие массивных движущихся частей.

• Высокая надежность установок.

• Низкая стоимость обслуживания.

В процессе сгорания газа в АБХМ образуется некоторое количество вредных выбросов, однако весьма незначительное, поскольку современные установки обеспечивают достаточно полное сгорание. С другой стороны, эти выбросы образуются непосредственно на месте функционирования установки, и этот фактор в некоторых случаях может являться критическим.

АБХМ прямого нагрева могут использоваться, помимо выработки охлажденной воды, и для получения горячей воды в том случае, если они оборудованы вспомогательным теплообменником и контур горячей воды оборудован необходимыми устройствами управления. Если система используется подобным образом, то, как правило, общие приведенные затраты (включая капитальные затраты, расходы на пусконаладку, эксплуатационные затраты), будут ниже, чем затраты при использовании отдельных холодильной машины и бойлера.

Относительно высокие капитальные затраты ограничивают широкое распространение АБХМ. Низкая эффективность одноступенчатых АБХМ ограничивает их конкурентоспособность, за исключением случаев использования легкодоступной сбросной тепловой энергии. Даже применение двухступенчатых АБХМ экономически оправдано не во всех ситуациях.

Еще одно ограничение применения АБХМ связано с относительно высокими затратами энергии на работу насосов. Производительность водяного насоса конденсатора в общем случае является функцией потока холодоносителя. Технологии охлаждения, отличающиеся более низким холодильным коэффициентом, обычно требуют более высокого потока холодоносителя по сравнению с технологиями, обеспечивающими более высокий холодильный коэффициент, и, соответственно, большей производительности (размеров) циркуляционного насоса. Точно так же при использовании абсорбционных холодильных машин из-за большего объема холодоносителя требуются градирни большего размера, чем при использовании холодильных машин с электроприводом компрессоров.

Рисунок 6 - Схема установки холодоснабжения с использованием тепловой энергии от сжигания отходов

Рассмотрим пример построения системы климатизации с использованием (утилизацией) тепловой энергии от сжигания отходов для абсорбционного охлаждения. Такая система была реализована в Бельгии. В данном случае была использована АБХМ мощностью 600 кВт. На рис. 7 приведена схема установки.

В состав системы климатизации первоначально входили три компрессорных холодильных машины, каждая из которых оборудована четырьмя поршневыми компрессорами. В ходе модернизации параллельно этим холодильным машинам была установлена бромистолитиевая АБХМ. Средняя холодильная нагрузка объекта составляет 321 кВт • ч, максимальная 790 кВт • ч. Поскольку мощность АБХМ превышает среднюю холодильную нагрузку, она может использоваться в течение большей части года, по расчетам примерно 80% года. При холодильной нагрузке 321 кВт • ч на абсорбционное охлаждение необходимы затраты тепловой энергии в 497 кВт • ч при холодильном коэффициенте 0,65.

В системе используется градирня производительностью 1376 кВт • ч. Для повышения эффективности установки был установлен бак-аккумулятор охлажденной воды емкостью 8000 л.

Для передачи теплоты дымовых газов промежуточному теплоносителю (воде) используется четырехрядный теплообменник из стальных оребренных труб. Теплообменник установлен в секции очистки дымовых газов с байпассированием. Байпассирование регулируется клапанами с контроллером, позволяющим путем частичного открытия клапанов поддерживать постоянную температуру теплоносителя после теплообменника выше 110°С.

В холодное время года, когда потребность в холодоснабжении невелика, перегретый дымовыми газами теплоноситель используется в качестве источника тепловой энергии для системы водяного отопления через теплообменник.

При использовании (утилизации) теплоты дымовых газов для абсорбционного охлаждения из-за более низкой температуры дымовых газов на входе вытяжного вентилятора обеспечивается дополнительная экономия электрической энергии на вращение вентилятора. Так, при утилизации 497 кВт • ч тепловой энергии дымовых газов требуемая мощность вентилятора уменьшается на 8 кВт (с 14 до 6 кВт).

Выбор мощности абсорбционной холодильной машины определялся отношением средней холодильной нагрузки к максимальной (пиковой). Если пиковая нагрузка наблюдается лишь в течение короткого периода, то абсорбционное охлаждение более экономично в случае, если оно покрывает именно среднюю холодильную нагрузку. При средней холодильной нагрузке 321 кВт • ч и при среднем холодильном коэффициенте 2,9 для компрессорных холодильных машин для снятия холодильной нагрузки требуется 110 кВт электрической мощности. При использовании (утилизации) тепловой энергии от сжигания отходов для абсорбционного охлаждения эта электрическая энергия не используется. Дополнительная экономия, как было указано выше, образуется за счет уменьшения температуры дымовых газов, при которой электрическая нагрузка вытяжного вентилятора уменьшается на 8 кВт. Однако при абсорбционном охлаждении требуется и дополнительное электроснабжение - 8,2 кВт непосредственно для обеспечения работы АБХМ, 2 кВт для вентилятора градирни, 7,8 кВт на работу циркуляционных насосов. Таким образом, чистое снижение электрической нагрузки составляет 101 кВт.

В рассматриваемом случае стоимость электрической энергии составила 2,9 бельгийских франка за 1 кВт • ч (проект был реализован до введения единой европейской валюты). Линия по сжиганию отходов функционирует семь дней в неделю в три смены (практически круглосуточно), и ее время работы в год составляет 8064 ч при коэффициенте загрузки 0,868. Таким образом, годовой экономический эффект от внедрения утилизации теплоты дымовых газов на абсорбционное охлаждение составил 2050168 бельгийских франков. Стоимость установки (капитальные затраты) составила 6830360 бельгийских франков. Период окупаемости (без учета фактора дисконтирования), таким образом, составил менее четырех лет. Однако следует отметить, что, поскольку АБХМ используется лишь для покрытия средней холодильной нагрузки, для покрытия пиковых нагрузок необходимо использовать компрессорные холодильные машины, и этот факт необходимо учитывать при оценке эффективности проекта в целом.

2. Расчётная часть

.1 Термодинамический расчёт цикла

Рисунок 7 - Процессы абсорбционной холодильной установки

Так как температура охлаждаемого помещения , то принимаем температуры рассола на входе и выходе из испарителя:  и .

Температура испарения:

, (1)

.

Так как температура охлаждающей воды на входе в конденсатор , то принимаем температуру воды на выходе .

Температура конденсации:

, (2)

По таблицам состояния насыщения для аммиака:

Температура крепкого раствора на выходе из абсорбера:

, (3)

По давлению  и температуре  определяем концентрацию раствора  и его энтальпию .

,

Температура слабого раствора на выходе из генератора, принимая давление греющего пара pгр.п. = 0,35 МПа:

, (4)

По давлению  и по температуре  определяем концентрацию слабого раствора  и его энтальпию .

,

.

Кратность циркуляции (т.е. отношение массового расхода крепкого раствора к массовому расходу паров ХА из дефлегматора):

, (5)

При правильно организованном процессе дефлегмации и ректификации , поэтому:

Температура пара после дефлегматора должна на  превышать температуру конденсации чистого агента при давлении .

, (6)

,

Его энтальпия определяется по диаграмме по  и .

По  диаграмме определяется параметры пара, равновесного кипящему крепкому раствору.

Жидкость:

, , , .

Пар:

, , , .

Удельный отвод флегмы из дефлегматора (т.е. отношение массового расхода флегмы к массовому расходу пара на выходе из дефлегматора).

Флегмовое отношение:

, (7)

.

Удельная тепловая нагрузка дефлегматора, т.е. отвод теплоты из дефлегматора на единицу массового расхода пара из дефлегматора:

, (8)

Параметры слабого раствора после теплообменника:

,

,

,

,

.

Энтальпия крепкого раствора на входе в генератор, пренебрегая приростом энтальпии раствора в насосе, вследствие малого значения этой величины, т.е. из условия

.

, (9)

Энтальпия крепкого раствора не должна превышать энтальпию кипящего раствора с концентрацией  при давлении .

Энтальпия слабого раствора после теплообменника:

, (10)

Удельная тепловая нагрузка теплообменника:

, (11)

Удельная тепловая нагрузка конденсатора:

, (12)

где  по диаграмме.

Температура паров ХА после охлаждения:

, (13)

где  - температура жидкого ХА после конденсатора, т.е. .

Удельная тепловая нагрузка охладителя:

, (14)

энтальпия пара  по диаграмме при  и .

Энтальпия жидкого аммиака перед дросселем:

, (15)

Удельная холодопроизводительность установки:

, (16)

Удельное количество тепла, отводимое в адсорбере:

, (17)

Энтальпия точки смешения:

.

, (18)

.

Удельная тепловая нагрузка генератора:

 (19)

Тепловой баланс установки:

, (20)

, (21)

,

расхождение баланса

.

Расход ХА (аммиака):

, (22)

где ,

Тепловые нагрузки аппаратов:

генератора ,

абсорбера ,

охладителя ,

конденсатора ,

дефлегматора ,

теплообменника .

Удельный расход тепла:

 , (23)

.

Холодильный коэффициент:

, (24)

.

2.2 Тепловой расчёт генератора

В качестве исходных данных имеем:

количество дистиллята ,

массовое содержание аммиака в исходной смеси ,

массовое содержание аммиака в дистилляте ,

массовое содержание аммиака в кубовом остатке ,

флегмовое отношение ,

кратность циркуляции .

Определяем количество исходной смеси и кубового остатка по следующим формулам:

, (25)

,

, (26)

.

Определяем молярные доли аммиака в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке. Молекулярная масса аммиака , воды .

, (27)

,

,

Для определения числа тарелок графическим методом строим диаграмму равновесия для бинарной смеси аммиак - вода.

Рисунок 8 - Диаграмма равновесия для бинарной смеси аммиак-вод

Таблица 1 - Таблица равновесия для бинарной смеси аммиак-вода

, (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 0^оС.

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 5-7^оС, а средняя температура абсорбера выше на 15-16^оС. 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 5^оС. Соответствующее увеличение холодопроизводительности АДХА обеспечивает в НТО уровень температур не выше минус 18^оС, 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)