ТЕПЛОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК F25B15/06 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в холодильной технике, 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 недостаткам 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 у 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, а также 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 два модуля 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, она выполнена в виде комбинации модулей с линией высокопотенциальной нагреваемой среды и линиями низкопотенциальных нагреваемой и охлаждаемой сред, в каждом ее модуле рекуперативный теплообменник размещен между попарно вертикально установленными, расположенными в горизонтальный ряд и разделенными перегородками абсорбером с испарителем над ним и десорбером и конденсатором под ним, герметично скреплен с корпусом модуля, соединен в межтрубное пространство непосредственно с полостью абсорбера, а выводом с оросителем десорбера, вывод из его трубного пространства выполнен в стенке теплообменника или корпуса модуля и соединен с оросителем абсорбера, перегородка между абсорбером и испарителем первого модуля герметично скреплена с его корпусом и теплообменником, перегородки между испарителем и абсорбером, между десорбером и конденсатором второго модуля, между десорбером и конденсатором первого модуля выполнены с проходами для парообразной среды, полость испарителя первого модуля по жидкому абсорбенту соединена с линией с трубным пространством абсорбера второго модуля, выход из которого соединен линией с полостью абсорбера первого модуля, вводы в трубные пространства рекуперативных теплообменников соединены с общей линией забора жидкого абсорбента из десорберов первого и второго модуля, конденсаторы первого и второго модулей соединены общей линией подачи жидкого абсорбента с оросителями испарителей первого и второго модулей, трубные пространства конденсаторов первого и второго модулей последовательно соединены линией по низкопотенциальной нагреваемой среде, трубные пространства испарителя и десорбера второго модуля и испарителя и десорбера первого модуля последовательно соединены линией по низкопотенциальной охлаждаемой среде, а трубное пространство абсорбера первого модуля соединено линией высокопотенциальной нагреваемой среды.

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

Указанные отличительные признаки являются существенными, так как исключение их из общей совокупности признаков не позволяет решить поставленную задачу и достичь новый положительный эффект, например, исключение соединения конденсаторов первого и второго модулей общей линией подачи жидкого абсорбента с оросителями испарителей первого и второго модулей.

Отличительные существенные признаки являются новыми, поскольку их использование в известных 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 предлагаемом техническом решении позволяет при его использовании решить поставленную задачу и достичь новый положительный эффект, выражающийся в уменьшении материалоемкости установки, уменьшении теплопотерь и повышении эффективности, что позволяет ее характеризовать 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 конструктивная схема предлагаемой установки.

Теплопреобразовательная установка содержит два модуля А и В с однотипными абсорберами 1 и 2, испарителями 3 и 4, десорберами 5 и 6, конденсаторами 7 и 8, теплообменниками 9 и 10, заключенными в индивидуальные корпуса 11 и 12, подключенные к линиям 13. 14 и 15 с нагреваемыми и охлаждаемыми средами. В линию 13 низкопотенциальной нагреваемой среды включены конденсатор 7 модуля А и конденсатор 8 модуля В, соединенные последовательно. Линия 14 высокопотенциальной нагреваемой среды подведена в абсорбер 1 модуля А. Линией 15 низкопотенциальной охлаждаемой среды соединены последовательно испаритель 4, десорбер 6 модуля В, испаритель 3 и десорбер 5 модуля А.

Испаритель 3 модуля А по жидкому агенту соединен линией 16 с контуром теплообменной поверхности абсорбера 2 модуля В, выход которого соединен линией 17 с абсорбером 1 модуля А.

Теплообменники 9 и 10 размещены в корпусах 11 и 12 и герметично скреплены с ними с образованием полостей для размещения с параллельным горизонтальным расположением абсорберов 1 и 2, испарителей 3 и 4 над ними и десорберов 5 и 6 и конденсаторов 7 и 8 под ними.

Абсорбер 1 и испаритель 3 разделены герметично перегородкой 18, а десорбер 5 и конденсатор 7 модуля А, абсорбер 2 и испаритель 4 модуля В, десорбер 6 и конденсатор 8 модуля В снабжены перегородками 19, 20 и 21 соответственно с проходами 22, 23 и 24 для парообразных агентов, поступающих из десорбера 5 в конденсатор 7 модуля А, из испарителя 4 в абсорбер 2 и из десорбера 6 в конденсатор 8 модуля В.

Теплообменник 9 модуля А и теплообменник 10 модуля В входами 25 и 26 соединены непосредственно с полостями абсорберов 1 и 2, а выходы из них подключены к оросителям 27 и 28 десорберов 5 и 6 модулей А и В соответственно. Полости конденсаторов 7 и 8 соединены линиями 29 и 30 с оросителями 31 и 32 испарителей 3 и 4 модулей А и В.

Выходы с внутренних теплообменных поверхностей теплообменников 9 и 10 соединены линиями 33 и 34 с оросителями 35 и 36 абсорберов 1 и 2 модулей А и В, а их входы соединены линиями 37 и 38 с насосом 39, забор агентов в который производится по линии 40 из десорбера 5 модуля А и по линии 41 из десорбера 6 модуля В.

Забор жидкого агента из конденсаторов 7 и 8 модулей А и В для подачи его на оросители 31 и 32 испарителей 3 и 4 производится насосом 42 по линиям 43 и 44.

Конденсаторы теплопреобразовательной установки представляют собой теплообменные аппараты, десорберы, адсорберы 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.

Парообразная рабочая среда, поступающая по линии 17 в межтрубное пространство теплообменного пучка абсорбера 1 абсорбируется концентрированным раствором абсорбента, теплота абсорбции отводится высокопотенциальной нагреваемой средой, подаваемой по линии 14 в трубное пространство абсорбера 1.

Отработанный раствор абсорбента через вход 25 теплообменника 9 и его межтрубное пространство поступает на ороситель 27 десорбера 5, где вскипает за счет теплоты низкопотенциальной охлаждаемой среды, подводимой линией 15 в трубное пространство теплообменного пучка десорбера 5. Концентрированный раствор абсорбента из десорбера 5 по линии 40 поступает в насос 39 и по линии 37 подается в трубное пространство теплообменника 9, откуда по линии 33 на ороситель 35 абсорбера 1 для поглощения парообразной рабочей среды, поступающей по линии 17 из трубного пространства теплообменного пучка абсорбера 2. Парообразная рабочая среда из десорбера 5 модуля А через проход 22 перегородки 19 поступает в межтрубное пространство теплообменного пучка конденсатора 7, где конденсируется, отдавая теплоту конденсации низкопотенциальной нагреваемой среде, подаваемой по линии 13 в трубное пространство теплообменного пучка конденсатора, жидкая рабочая среда из конденсатора 7 по линии 43 насосом 42 подается в линию 29 на ороситель 31 испарителя 3 модуля А, где нагревается за счет тепла низкопотенциальной охлаждаемой среды, подаваемой в трубное пространство теплообменного пучка испарителя 3 по линии 15, подогретая рабочая среда по линии 16 подается в трубное пространство теплообменного пучка абсорбера 2, где вскипает за счет теплоты абсорбции при поглощении парообразной рабочей среды из испарителя 4 концентрированным раствором абсорбента, поступающим в межтрубное пространство теплообменного пучка абсорбера 2 из десорбера 6 по линии 41, через насос 39 и линию 38 в трубное пространство теплообменника 10 модуля В и из него по линии 34 на ороситель 36 абсорбера 2.

Отработанный раствор абсорбента из абсорбера 2 стекает через вход 26 теплообменника 10 по его межтрубному пространству на ороситель 28 десорбера 6, где вскипает в межтрубном пространстве за счет теплоты низкопотенциальной охлаждаемой среды, поступающей по линии 15 в трубное пространство теплообменного пучка десорбера 6. Парообразная рабочая среда из десорбера 6 через проход 24 в перегородке 21 поступает в межтрубное пространство конденсатора 8, где конденсируется, отдавая теплоту конденсации низкопотенциальной нагреваемой среде, поступающей в трубное пространство теплообменного пучка конденсатора 8 по линии 13. Жидкая рабочая среда из конденсатора 8 по линии 44 насосом 42 через линию 30 подается на ороситель 32 испарителя 4, где вскипает за счет теплоты низкопотенциальной охлаждаемой среды, поступающей в трубное пространство теплообменного пучка испарителя по линии 15.

Парообразная рабочая среда через проход 23 перегородки 20 поступает в межтрубное пространство теплообменного пучка абсорбера 2.

Положительный эффект от использования предложенного технического решения в теплопреобразовательной установке заключается в уменьшении материалоемкости за счет экономии материала, повышении эффективности использования высоко- и низкопотенциальной теплоты, в исключении необходимости в разработке каждый раз новых конкретных конструкций установок под заданные условия теплопреобразования и их бесчисленных модификаций 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 критерию "промышленная применимость".

Использование: в теплотехнике, в холодильной технике в абсорбционных машинах, теплопреобразовательных установках. Сущность изобретения: теплопреобразовательная установка содержит два модуля A и B с однотипными 1 и 2, испарителями 3 и 4, десорберами 5 и 6, конденсаторами 7 и 8 и теплообменниками 9 и 10, заключенными в индивидуальные корпуса 11 и 12. Абсорберы 1 и 2 и испарители 3 и 4 модулей A и B расположены соответственно над их десорберами 5 и 6 и конденсаторами 7 и 8 с размещением теплообменников 9 и 10 между ними. В абсорбер 1 модуля A подведена линия 14 высокопотенциальной нагреваемой среды, конденсаторы модулей A и B соединены последовательно линией 13 низкопотенциальной нагреваемой среды. Испаритель 3 модуля A по жидкому абсорбенту соединен линией 16 с контуром теплообменной поверхности абсорбера 2 модуля B, выход которого соединен линией 17 с абсорбером 1 модуля A. Испарители 3 и 4 и десорберы 5 и 6 модулей A и B по охлаждаемой среде соединены последовательно линией 15. 1 ил.

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