Способ работы холодильного агрегата абсорбционного типа и устройство для его осуществления

 

Охлаждение дефлегматора осуществляют посредством испарения рабочего тела, которое подают к нему снизу за счет нагрева рабочего тела в дополнительном термосифоне. Пар, образовавшийся при испарении рабочего тела от воздействия тепла дефлегматора, подают для подогрева крепкого раствора в средней части жидкостного теплообменника и для конденсации упомянутого пара для очередного подъема его к дефлегматору по замкнутому циклу. Использование изобретения позволит повысить КПД и надежность холодильного агрегата. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к способам работы и устройствам абсорбционно-диффузионных холодильных агрегатов (АДХА).

Известен АДХА холодильник "Кристалл-9М" (А. Д.Лепаев. Ремонт бытовых холодильников. Москва. Легпромбытиздат, 1989, стр. 236-240). В состав АДХА этого холодильника входят конденсатор, испаритель, трубка паров аммиака, теплоизоляция, абсорбер, трубка слабого раствора, техпоточный теплообменник, паровая трубка, кипятильник-термосифон (термосифон), нагреватель, ресивер, трубка крепкого раствора, генератор.

В описанном аналоге осуществлен способ работы АДХА, включающий подачу крепкого раствора из ресивера в трехпоточный теплообменник, в котором он предварительно подогревается за счет тепла от пара и слабого раствора и затем поступает на вход термосифона генератора. В термосифоне крепкий раствор нагревается до кипения, поднимается к выходу термосифона и выходит из него в виде пара и слабого раствора на уровне выше абсорбера. В трехпоточном теплообменнике пар и слабый раствор охлаждаются встречным потоком крепкого раствора при непосредственном их соприкосновении с образованием флегмы (воды со слабой концентрацией аммиака), которая смешивается с крепким раствором, а очищенный от воды аммиачный пар поступает в конденсатор, испарение аммиака в испарителе с образованием парогазовой смеси (аммиака с водородом) и последующей ее подачи в нижнюю часть абсорбера.

Недостаток этого способа заключается в том, что охлаждение пара встречным потоком крепкого раствора осуществляется при их непосредственном соприкосновении. Как следствие этого не обеспечивается стабильный концентрации крепкого раствора, поступающего в термосифон. Так как рабочие температуры в трехпоточном теплообменнике находятся в диапазоне 80-180^oC, то концентрация аммиака во флегме, поступающей в крепкий раствор и термосифон, значительно ниже нормальной концентрации аммиака в крепком растворе (ниже 35-36%). Понижение концентрации аммиака в растворе, поступающего в термосифон, приводит к повышению рабочей температуры последнего, при этом из раствора больше испаряется воды, пар становится горячее, а во флегме еще больше снижается концентрация аммиака. В конечном счете, это приводит к двум негативным факторам: к увеличению паров воды, поступающих в конденсатор, что снижает холодопроизводительность агрегата; и к усиленной коррозии термосифона, работающего при более высоких температурах (200^oC и более) с последующим его прогоранием и выходом из строя АДХА. Именно по этой причине холодильник "Кристалл-9М" был снят с серийного производства на Васильковском заводе холодильников (Украина).

Известен также АДХА холодильника "Иней" (А.Д. Лепаев. Ремонт бытовых холодильников. Москва. Легпромбытиздат, 1989, стр. 231-233).

В состав упомянутого АДХА входят: конденсатор, испаритель, газовый теплообменник, абсорбер, ресивер (сборник раствора), нагреватель, термосифон, генератор. В этом АДХА реализован тот же способ работы, что и в вышеупомянутом холодильнике "Кристалл-9М". Разница лишь в том, что в нем не используется тепло дефлегмации для подогрева крепкого раствора (дефлегмация осуществляется путем отвода тепла с поверхности дефлегматора в окружающую среду). Это не позволяет получить КПД больше чем 20-25%, что ниже по сравнению с АДХА, холодильника "Кристалл-9М", примерно на 30%. Что является недостатком АДХА холодильника "Иней".

В качестве прототипа выбран АДХА холодильника "Морозко-3М" (А.Д. Лепаев. Ремонт бытовых холодильников. Москва, Легпромбытиздат, 1989, стр. 213-216). Прототип включает жидкостный теплообменник, выполненный по типу трубка слабого раствора в трубке крепкого раствора, вход которой подключен снизу ресивера (сборника раствора), абсорбер, дефлегматор, конденсатор, испаритель, генератор, включающий термосифон с электронагревателем, трубку слабого раствора, пароотводящую трубку, теплоизоляцию.

В прототипе реализован способ работы АДХА, включающий подачу крепкого раствора из жидкостной части ресивера на вход термосифона генератора, подъем раствора путем нагрева в термосифоне на уровень выше абсорбера с разделением его на слабый раствор и пар, выделение флегмы из пара путем охлаждения дефлегматора окружающим воздухом и последующим сливом флегмы в генератор, подачу очищенного аммиачного пара в конденсатор, испарение аммиака в испарителе в водород с поглощением тепла и образованием парогазовой смеси, поступлением ее из испарителя через паровую часть ресивера в абсорбер с образованием крепкого раствора и свободного водорода.

Недостатком упомянутого способа и устройства для его реализации является низкий КПД, на уровне 20-25%. Причиной этому является то, что примерно 30% потребляемой мощности агрегата бесполезно рассеивается с дефлегматора в окружающую среду.

Цель предлагаемого изобретения - повышение КПД и надежности холодильного агрегата путем использования тепла, отводимого с наружной поверхности дефлегматора для подогрева крепкого раствора перед поступлением в термосифон.

Поставленная цель достигается за счет того, что способ включает выделение флегмы из пара в дефлегматоре путем охлаждения его снаружи, подогрев крепкого раствора в жидкостном теплообменнике перед термосифоном, охлаждение дефлегматора путем испарения рабочего тела с его наружной поверхности, которое подают к нему снизу путем нагрева в дополнительном термосифоне, а пар, образовавшийся при испарении рабочего тела от воздействия тепла дефлегматора, подают для подогрева крепкого раствора в средней части жидкостного теплообменника и для конденсации этого пара для очередной подачи его к дефлегматору по замкнутому циклу. Замкнутый рабочий цикл рабочего тела может быть осуществлен в контуре герметично разобщенном с контуром холодильного агрегата.

Поставленная цель достигается за счет того, что холодильный агрегат абсорбционного типа содержит термосифон с электронагревателем, жидкостный теплообменник, расположенный в нижней части холодильного агрегата и выполненный по типу трубка слабого раствора в трубке крепкого раствора, вход которой подключен снизу ресивера, также он снабжен дополнительным термосифоном, выполненным в тепловом контакте с электронагревателем и с выходом, подключенным сверху к паровой части вновь введенного дополнительного ресивера, в жидкостной части которого установлен дефлегматор, причем паровая часть дополнительного ресивера снабжена паровой трубкой, концевая часть которой выполнена в виде наружной трубки дополнительного теплообменника на уровне, ниже уровня раствора в основном ресивере, а внутренняя трубка упомянутого теплообменника выполнена из трубки крепкого раствора, последовательно выведенной из средней части жидкостного теплообменника, а вход дополнительного термосифона подключен снизу к концу упомянутой паровой трубки.

Охлаждение дефлегматора, осуществленное таким образом, позволило использовать отработанное тепло с наружной поверхности дефлегматора для подогрева крепкого раствора перед поступлением в термосифон и тем самым допустить снижение потребной мощности электронагревателя без снижения хладопроизводительности холодильного агрегата, повысив тем самым его КПД. При этом концентрация крепкого раствора, поступающая в основной термосифон, не изменяется, так как теплообмен осуществляется через стенки трубок, что обеспечивает стабильность работы холодильного агрегата как по холодопроизводительности, так и по исключению превышения рабочей температуры термосифона выше допустимой (исключая его перегрев с последующим прогоранием стенки, разгерметизацией и выходом агрегата из строя), повышение надежности агрегата в течение всего заданного срока эксплуатации.

Использование замкнутого цикла рабочего тела в контуре, герметично разобщенном с контуром холодильного агрегата, позволило исключить влияние работы дополнительного термосифона на концентрацию крепкого раствора, поступающего в основной термосифон, а также на концентрацию раствора во всем цикле работы холодильного агрегата и тем самым обеспечить требуемую стабильность работы агрегата в целом с увеличением КПД и повышенной надежностью.

Среди информационных материалов по данному классу техники, а также среди известных устройств данного типа авторами не обнаружены абсорбционные холодильные агрегаты с подобными существенными признаками, как у заявленного объекта.

Предлагаемое изобретение показано на чертеже. В состав агрегата для осуществления предложенного способа входят жидкостный теплообменник 1, основной ресивер 2 с его парогазовой частью 3 и жидкостной частью 4, абсорбер 5, дефлегматор 6, конденсатор 7, испаритель 8, термосифон 9 генератора, паровая трубка 10, электронагреватель 11, теплоизоляция 12, трубка крепкого раствора 13, трубка слабого раствора 14, дополнительный ресивер 15 с его паровой частью 16 и жидкостной частью 18, дополнительная паровая трубка 18, дополнительный термосифон 19, средний участок трубки крепкого раствора 20, конец дополнительной паровой трубки 21, тепловой контакт 22 (дополнительного термосифона 19 с электрообогревателем 11).

Холодильный агрегат для осуществления предложенного способа работает следующим образом. Крепкий раствор из жидкостной части 4 основного ресивера 2 по трубке крепкого раствора 13 поступает на вход термосифона 9 генератора, в котором раствор нагревается до кипения от тепла электронагревателя 11. Паровые пробки процесса кипения поднимают и выталкивают жидкость из термосифона 9 выше уровня верней части абсорбера 5, в который жидкость (слабый раствор) поступает по трубке слабого раствора 14. Пары аммиака и частично воды поступают в дефлегматор 6, от которого нагревается жидкостная часть 17 дополнительного ресивера 15. Жидкость 17 испаряется и охлаждает дефлегматор 6 до температуры 60-70^oC. При этой температуре пары воды конденсируются в дефлегматоре и сливаются в трубку слабого раствора 14. Пары чистого аммиака из дефлегматора поступают в конденсатор 7, из которого жидкий аммиак сливается в испаритель 8, в котором испаряется в водород с поглощением тепла от охлаждаемой камеры холодильника. Образовавшаяся смесь опускается в паровую часть 3 основного ресивера 2, затем поднимается в абсорбер 5, в котором происходит образование крепкого раствора путем поглощения слабым раствором паров аммиака из парогазовой смеси. Крепкий раствор сливается в ресивер 2, из которого вновь поступает в термосифон 9 генератора. А водород, освобожденный от паров аммиака, вновь поднимается в испаритель 8.

Пары из дополнительного ресивера 15 по дополнительной трубке паров 18 поступают для подогрева среднего участка 20 трубки крепкого раствора. При этом конденсат паров рабочего тела, например воды, поступает по нижней части дополнительного термосифона 19 в зону теплового контакта 22 с нагревателем 11, где нагревается до кипения и в парожидкостном виде вновь поднимаются в дополнительный ресивер 15. Дополнительный термосифон 19 выполнен из трубки с внутренним диаметром 1,5-2,0 мм, и т.к. теплоподвод к нему подобран на уровне 2-5 Вт, то осредненная температура парожидкости, поднимающейся в дополнительный ресивер 15 составляет 50^oC.

Таким образом, тепло дефлегмации используется для подогрева крепкого раствора в средней части жидкостного теплообменника, и тем самым КПД холодильного агрегата повышен с 20-25 до 40%. При этом обеспечивается стабильность концентрации крепкого раствора (примерно, на уровне 36%), поступающего в термосифон 9 генератора, т. к. флегма из дефлегматора не попадает в него (сливается в слабый раствор) и, как следствие этого, обеспечивается стабильная работа холодильного агрегата и по температурному режиму и по холодопроизводительности. Это в свою очередь обеспечивает надежность работы термосифона 9 (исключает его прогорание) и агрегата в целом.

Предварительный действующий макет предложенного решения с водой в качестве рабочего тела для охлаждения дефлегматора обеспечивает КПД на уровне 40%.

Формула изобретения

1. Способ работы холодильного агрегата абсорбционного типа, включающий выделение флегмы из пара в дефлегматоре путем охлаждения его снаружи, подогрев крепкого раствора в жидкостном теплообменнике перед термосифоном, отличающийся тем, что охлаждение дефлегматора осуществляют путем испарения рабочего тела с его наружной поверхности, которое подают к нему снизу путем нагрева в дополнительном термосифоне, а пар, образовавшийся при испарении рабочего тела от воздействия тепла дефлегматора, подают для подогрева крепкого раствора в средней части жидкостного теплообменника и для конденсации этого пара для очередной подачи его к дефлегматору по замкнутому циклу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что замкнутый рабочий цикл рабочего тела осуществляют в контуре, герметично разобщенном с контуром холодильного агрегата.

3. Холодильный агрегат абсорбционного типа, содержащий термосифон с электронагревателем, жидкостный теплообменник, расположенный в нижней части холодильного агрегата и выполненный по типу трубка слабого раствора в трубке крепкого раствора, вход которой подключен снизу ресивера, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным термосифоном, выполненным в тепловом контакте с электронагревателем и с выходом, подключенным сверху к паровой части вновь введенного дополнительного ресивера, в жидкостной части которого установлен дефлегматор, причем паровая часть дополнительного ресивера снабжена паровой трубкой, концевая часть которой выполнена в виде наружной трубки дополнительного теплообменника на уровне, ниже уровня раствора в основном ресивере, а внутренняя трубка упомянутого теплообменника выполнена из трубки крепкого раствора, последовательно выведенной из средней части жидкостного теплообменника, а вход дополнительного термосифона подключен снизу к концу упомянутой паровой трубки.

РИСУНКИ

Рисунок 1