ТЕПЛОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК F25B15/06 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в холодильной установке, абсорбционных машинах, теплопреобразовательных установках и других аппаратах аналогичного назначения.

Известны теплопреобразовательные установки, содержащие десорбер, конденсатор, абсорбер, испаритель и теплообменник растворов, соответственно подключенные к линиям с нагреваемыми и охлаждаемыми средами.

К недостатком известных теплопреобразовательных установок следует отнести возможность увеличения производительности только за счет использования большего количества установок одной производительности или увеличения количества модификаций по производительности, что неэффективно.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является установка, содержащая модуль с десорбером, конденсатором, абсорбером, испарителем и теплообменником растворов, заключенными в общий корпус, соответственно подключенными к линиям с нагреваемыми и охлаждаемыми средами.

Данная установка выбрана в качестве прототипа.

Ее недостатками в дополнение к вышеуказанным являются:
необходимость организации наружных каналов для прохода парообразного рабочего вещества из десорбера в конденсатор и из испарителя в абсорбер, что приводит к значительному увеличению габаритов и материалоемкости,
увеличенная мощность циркуляционных насосов за счет избыточной высоты модуля.

Основной задачей разработки является создание такой многофункциональной теплопреобразовательной установки, в которой составляющие ее модули были бы скомпонованы в единую комбинацию с наибольшей степенью эффективности использования низко- и высокопотенциального тепла при меньшей металлоемкости, а в каждом модуле его аппараты были бы размещены с обеспечением перетока парообразного рабочего вещества по внутреннему пространству без организации наружных каналов.

Цель изобретения повышение надежности и эффективности.

Для решения указанной задачи и достижения поставленной цели в теплопреобразовательной установке, содержащей модули с однотипными десорберами, абсорберами, испарителями, оросителями и рекуперативными теплообменниками, заключенными в индивидуальные корпуса, соответственно подключенные к линиям с нагреваемыми и охлаждаемыми средами, она выполнена в виде комбинации четырех модулей с линией высокопотенциальной охлаждаемой среды и линиями низкопотенциальных охлаждаемых и нагреваемой сред, в каждом ее модуле рекуперативный теплообменник размещен между попарно вертикально установленными, расположенными в горизонтальный ряд и разделенными перегородками десорбером с конденсатором над ним и абсорбером с испарителем под ним, герметично скреплен с корпусом модуля, соединен вводом в межтрубное пространство непосредственно с полостью десорбера, а выводом с оросителем абсорбера, вывод из его трубного пространства выполнен в стенке теплообменника или корпуса модуля и соединен с оросителем десорбера, полость конденсатора по жидкому абсорбенту соединена линией с оросителем испарителя, перегородка между десорбером и конденсатором второго модуля герметично скреплена с его корпусом и теплообменником, перегородки между десорбером и конденсатором, испарителем и абсорбером первого, третьего и четвертого модулей выполнены с проходами для парообразной среды, вводы в трубные пространства рекуперативных теплообменников соединены с общей линей забора жидкого абсорбента из абсорберов всех модулей, десорбер второго модуля по парообразной среде соединен линией с трубным пространством десорбера первого модуля, выход из которого соединен с полостью конденсатора второго модуля, трубные пространства конденсатора первого модуля и абсорбера, испарителей третьего и второго модулей, трубные пространства абсорберов и конденсатора второго модуля и испарителя третьего модуля последовательно соединены соответственно линиями циркуляции теплоносителя в замкнутые контуры, трубные пространства десорберов четвертого, третьего и второго модуля соединены последовательно, параллельно или смешанно с линией высокопотенциальной охлаждаемой среды, трубные пространства конденсаторов и абсорберов третьего и четвертого модулей последовательно соединены линией низкопотенциальной нагреваемой среды, а трубное пространство испарителя первого модуля соединено с линией низкопотенциальной охлаждаемой среды.

Отличительными особенностями предложенного технического решения являются следующие признаки:
выполнение теплопреобразовательно установки в виде комбинации четырех модулей с линией высокопотенциальной охлаждаемой среды и линиями низкопотенциальных нагреваемой и охлаждаемой сред;
размещение рекуперативного теплообменника в каждом ее модуле между попарно вертикально установленными, расположенными в горизонтальный ряд и разделенными перегородками десорбером с конденсатором над ним и десорбером с испарителем под ним;
герметичное скрепление теплообменника с корпусом модуля;
соединение ввода в межтрубное пространство теплообменника непосредственно с полостью десорбера;
соединение вывода из вышеупомянутого пространства с оросителем абсорбера;
выполнение вывода из трубного пространства теплообменнике в его стенке или в стенке корпуса модуля;
соединение упомянутого вывода с оросителем десорбера;
соединение полости конденсатора в каждом модуле по жидкому абсорбенту линией с оросителем испарителя;
герметичное скрепление перегородки между десорбером и конденсатором второго модуля с его корпусом и теплообменником;
выполнение перегородок между десорбером и конденсатором, испарителем и абсорбером первого, третьего и четвертого модулей с проходами для парообразной среды;
соединение вводов в трубные пространства рекуперативных теплообменников с общей линией забора жидкого абсорбента из абсорберов всех модулей;
соединение десорбера второго модуля по парообразной среде линией с трубным пространством десорбера первого модуля;
соединение выхода из последнего с полостью конденсатора второго модуля;
последовательное соединение в замкнутые контуры трубных пространств адсорбера и конденсатора первого модуля, испарителей третьего и второго модулей, трубных пространств абсорбера и конденсатора второго модуля и испарителя третьего модуля соответствующими линиями циркуляции теплоносителя;
последовательное, параллельное или смешанное соединение трубных пространств десорберов четвертого, третьего и второго модулей с линией высокопотенциальной охлаждаемой среды;
последовательное соединение трубных пространств конденсаторов и абсорберов третьего и четвертого модулей линией низкопотенциальной нагреваемой среды;
соединение трубного пространства испарителя первого модуля с линией низкопотенциальной охлаждаемой среды.

Указанные отличительные признаки являются существенными, так как исключение их из общей совокупности признаков не позволяет решить поставленную задачу и достичь нового положительного эффекта, например, исключение линии высокопотенциальной охлаждаемой среды, подведенной последовательно в десорбер четвертого, третьего и второго модуля лишает смысла самой теплопреобразовательной установки в предложенном техническом решении.

Отличительные существенные признаки являются новыми, поскольку их использование в известных технических решениях не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенное техническое решение по сравнению с аналогами и прототипом соответствующим критерию "новизна".

Единая совокупность общих известных и новых существенных признаков в предложенном техническом решении позволяет при его использовании решить поставленную задачу и достичь нового положительного эффекта, выражающегося в уменьшении материалоемкости установки, уменьшении теплопотерь и повышении эффективности, что позволяет характеризовать предложенное техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники, аналогами и прототипом. В разработке теплопреобразовательной установки не использованы известные проектировочные решения, стандарты и рекомендации, разработка получена как результат научно-исследовательской и экспериментальной работы, творческого вклада, что свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема предлагаемой теплопреобразовательной установки.

Теплопреобразовательная установка содержит четыре модуля А, В, С и D. имеющие однотипные десорберы 1, 2, 3 и 4, конденсаторы 5, 6, 7 и 8, абсорберы 9, 10, 11 и 12. испарители 13, 14, 15 и 16, теплообменники 17, 18, 19 и 20, заключенные в индивидуальные корпуса 21, 22, 23 и 24, линию 25 высокопотенциальной нагреваемой среды, в которую последовательно включены конденсатор 7 и абсорбер 11 модуля С и конденсатор 8 и абсорбер 12 модуля D, линию 26 высокопотенциальной охлаждаемой среды, в которую последовательно включены десорбер 4 модуля D, десорбер 3 модуля С и десорбер 2 модуля В, линию 27 низкопотенциальной охлаждаемой среды, подведенную в испаритель 13 модуля А, линию 28, соединяющую десорбер 2 модуля В по парообразной рабочей среде с контуром теплообменной поверхности десорбера 1 модуля А, линию 29, соединяющую выход с теплообменной поверхности десорбера 1 модуля А с конденсатором 6 модуля В, линию 30, соединяющую адсорбер 9 с конденсатором 5 модуля А, испаритель 15 модуля С и испаритель 14 модуля В в замкнутый контур по охлаждаемой среде, линию 31, соединяющую испаритель 16 модуля D, конденсатор 6 и абсорбер 10 модуля В в замкнутый контур по нагреваемой среде.

Теплообменники 17, 18, 19 и 20 размещены в корпусах 21, 22, 23 и 24 и герметично скреплены с ними с образованием полостей для размещения с параллельным горизонтальным расположением десорберов 1, 2, 3 и 4 и конденсаторов 5, 6, 7 и 8 над ними и абсорберов 9, 10, 11 и 12 и испарителей 13, 14, 15 и 16 под ними.

Десорбер 2 и конденсатор 6 модуля В разделены герметичной перегородкой 33, а десорберы 13 и 14 и конденсаторы 5, 7 и 8 соответственно модулей А, С и D, а также абсорберы 9, 10 и 11 и 12 и испарители 13, 14, 15 и 16 модулей А, В, С и D соответственно снабжены перегородками 32, 34, 35, 36, 37, 38 и 39 с проходами 40, 41, 42, 44, 45 и 46 для парообразных агентов, поступающих из соответствующих десорберов в конденсаторы и из испарителей в абсорберы.

Теплообменники 17, 18, 19 и 20 модулей А, В, С и D их входами 47, 48, 49 и 50 соответственно соединены непосредственно с полостями десорберов 1, 2, 3 и 4, а выходами из них подключены к оросителям 51, 52, 53 и 54 абсорберов 9, 10, 11 и 12 модулей А, В. С и D.

Выходы с внутренних теплообменных поверхностей теплообменников 17, 18, 19 и 20 соединены линиями 55, 56, 57 и 58 с оросителями 59, 60, 61 и 62 десорберов 1, 2, 3 и 4 модулей А, В, С и D, а их входы соединены линиями 63, 64, 65 и 66 с насосом 67, забор растворов в который производится по линиям 68, 69, 70 и 71 из абсорберов 9, 10, 11 и 12 модулей А, В, С и D, полости конденсаторов 5, 6, 7 и 8 соединены линиями 72, 73, 74 и 75 с оросителями 76, 77, 78 и 79 испарителей 13, 14, 15 и 16 модулей А, В, С и D соответственно.

Конденсаторы теплопреобразовательной установки представляют собой теплообменные аппараты, десорберы, абсорберы и испарители теплообменные аппараты оросительного типа. Поверхность и тех и других образована теплообменными трубами. Теплообменники растворов абсорбента представляют собой противоточные рекуперативные теплообменные аппараты затопленного типа, поверхность которых образована теплообменными трубами.

Работа установки заключается в следующем.

В межтрубных пространствах испарителей 13, 14, 15 и 16 модулей А, В, С и D кипит жидкая рабочая среда за счет теплоты низкопотенциальной охлаждаемой среды, поступающей по их трубному пространству. Пары рабочей среды поступают через проходы 43, 44, 45 и 46 в абсорберы 9, 10, 11, 12 модулей А, В, С и D, поглощаются концентрированным холодным раствором абсорбента. Теплота абсорбции является низкопотенциальной нагреваемой средой, поступающей в трубное пространство абсорберов 9, 10, 11, 12. Отработанный раствор абсорбента из абсорберов насосом 67 забирается по линиям 68, 69, 70 и 71 и подается по линиям 63, 64, 65 и 66 в трубные пространства теплообменников 17, 18, 19 и 20, из которых поступает по линиям 55, 56, 57 и 58 на оросители 59, 60, 61 и 62 десорберов 1, 2, 3 и 4 модулей А, В, С и D. В десорберах 1, 2, 3 и 4 отработанный раствор абсорбера, предварительно подогретый в теплообменниках 17, 18, 19 и 20, кипит за счет теплоты высокопотенциальной охлаждаемой среды, подаваемой в трубные пространства десорберов. Выпаренные из раствора пары рабочей среды поступают через проходы 40, 41, 42 в конденсаторы 5, 7 и 8 модулей А, С и D, а пары рабочей среды, выпаренные в десорбере 2 модуля В, поступают по линии 28 в трубные пространства десорбера 1 модуля А, являясь для него высокопотенциальной охлаждаемой средой. В трубном пространстве десорбера 1 пары рабочей среды конденсируются, и жидкая рабочая среда по линии 29 поступает в конденсатор 6 модуля В. Концентрированный горячий раствор абсорбента из десорберов 1, 2, 3 и 4 через входные отверстия 47, 48, 49 и 50 поступает в межтрубное пространство теплообменников 17, 18, 19 и 20, откуда охлажденный крепкий раствор поступает на оросители 51, 52, 53 и 54 абсорберов 9, 10, 11 и 12 для поглощения в них паров рабочих жидкостей, поступающих из испарителей.

Теплота конденсации в конденсаторах 5, 7 и 8 и теплота перегрева в конденсаторе 6 рабочей среды отводится низкопотенциальной охлаждаемой средой, поступающей в трубное пространство этих конденсаторов.

Жидкая рабочая среда из конденсаторов 5, 6, 7 и 8 по линиям 72, 73, 74 и 75 поступает в оросители 76, 77, 78 и 79 испарителей 13, 14, 15 и 16 модулей А, В, С и D, где выкипает за счет отбора теплоты от низкопотенциальной охлаждаемой среды, и ее пары снова поступают в абсорберы, и цикл повторяется.

Высокопотенциальная охлаждаемая среда от внешнего источника подается в трубные пространства 2, 3 и 4 модулей В, С и D.

Высокопотенциальной охлаждаемой средой для десорбера 1 модуля А является теплота парообразования рабочей среды, подведенная в десорбер 2 модуля В, что обеспечивает работу десорбера 1 модуля А без подвода к нему высокопотенциальной охлаждаемой среды от внешнего источника.

В трубное пространство испарителя 13 по линии 27 подводится низкопотенциальная охлаждаемая среда от внешнего источника потребителя искусственного холода.

Низкопотенциальная нагреваемая среда от внешнего источника потребителя теплоты по линии 25 подается последовательно в трубные пространства конденсатора 7, абсорбера 11, конденсатора 8 и абсорбера 12, откуда подогретой направляется к потребителю.

В замкнутом контуре по линии 30 теплота абсорбции от абсорбера 9 и теплота конденсации от конденсатора 5 модуля А отводится в испарители 14 и 15 модулей В и С и обеспечивает в них кипение рабочей среды.

В замкнутом контуре по линии 31 теплота абсорбции от абсорбера 10 и теплота перегрева жидкой рабочей среды, поступающей по линии 29 от десорбера 1, отводится в испаритель 16 модулей D для обеспечения в нем кипения жидкой рабочей среды.

Положительный эффект от использования предложенного технического решения в теплопреобразовательной установке заключается в уменьшении матеpиалоемкости за счет экономии материала, повышении эффективности использования высоко- и низкопотенциальной теплоты и исключении необходимости каждый раз разрабатывать новые конструкции установок под заданные условия теплопреобразования и создавать их бесчисленные модификации по производительности.

Опробование натурного образца теплопреобразовательной установки в условиях, приближенных к эксплуатационным, показало его эффективность и целесообразность промышленного применения.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует и критерию "промышленная применимость".

Использование: в теплотехнике, а именно в холодильной технике, абсорбционных машинах, теплопреобразовательных установках и других аппаратах аналогичного назначения. Сущность изобретения: теплопреобразовательная установка содержит четыре однотипных модуля A, B, C, D с однотипными десорберами 1, 2, 3, 4, конденсаторами 5, 6, 7, 8, абросберами 9, 10, 11, 12, испарителями 13, 14, 15, 16 и теплолбменниками 17, 18, 19, 20, заключенными в индивидуальные корпуса 21, 22, 23, 24. Особенность теплопреобразовательной установки состоит в последовательности соединения ее узлов, образовании и соединении замкнутых контуров 30, 31 при расположении конденсаторов 5, 6, 7, 8 и десорбентов 1, 2, 3, 4 над абсорбентами 9, 10, 1, 12 и испарителями 13, 14, 15, 16, последовательном подведении линии 26 высокопотенциальной охлаждаемой среды в десорбер 4 модуля D, десорбер 3 модуля C, десорбер 2 модуля B, последовательном соединении конденсатора 7 и абсорбера 11 модуля C и конденсатора 8 и аброрбера модуля D по нагреваемой среде линией 25. 1 ил.

ТЕПЛОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая модули с однотипными десорберами, абсорберами, испарителями, оросителями, конденсаторами и рекуперативными теплообменниками растворов абсорбента, заключенными в индивидуальные корпуса, соответственно подключенные к линиям с нагреваемыми и охлаждаемыми средами, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности, установка выполнена в виде комбинации четырех модулей с линией высокопотенциальной охлаждаемой среды и линиями низкопотенциальных охлаждаемой и нагреваемой сред, в каждом ее модуле рекуперативный теплообменник размещен между попарно вертикально установленными, расположенными в горизонтальный ряд и разделенными перегородками десорбером с расположенным над ним конденсатором и абсорбером с расположенным под ним испарителем, герметично скреплен с корпусом модуля, соединен вводом в межтрубное пространство непосредственно с полостью десорбера, а выводом с оросителем абсорбера, вывод из его трубного пространства выполнен в стенке теплообменника или корпуса модуля и соединен с оросителем десорбера, полость конденсатора по жидкому абсорбенту соединена линией с оросителем испарителя, перегородка между десорбером и конденсатором второго модуля герметично скреплена с его корпусом и теплообменником, перегородки между десорбером и конденсатором, испарителем и абсорбером первого, третьего и четвертого модулей выполнены с проходами для парообразной среды, вводы в трубные пространства рекуперативных теплообменников соединены с общей линией забора жидкого абсорбента из абсорберов всех модулей, десорбер второго модуля по парообразной среде соединен линией с трубным пространством десорбера первого.