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 изобретению 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.

К ее недостаткам в дополнение к вышеуказанным относятся 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 уменьшение материалоемкости и повышение эффективности.

Для решения проставленной задачи и достижения поставленной цели в теплопреобразовательной установке, содержащей два модуля с однотипными десорберами, адсорберами, испарителями, оросителями, конденсаторами и рекуперативными теплообменниками растворов абсорбента, заключенными в индивидуальные корпуса, соответственно подключенные к линиям с нагреваемыми и охлаждаемыми средами, установка выполнена в виде комбинации модулей с линией высокопотенциальных нагреваемой и охлаждаемой 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 первого модуля герметично скреплена с его корпусом и теплообменником, перегородки между испарителем и абсорбером первого модуля, десорбером и конденсатором, испарителем и абсорбером второго модуля выполнены с проходами для парообразной среды, вводы в трубные пространства рекуперативных теплообменников соединены с общей линией забора жидкого абсорбента из абсорберов первого и второго модулей, десорбер первого модуля по парообразной среде соединен линией с трубным пространством десорбера второго модуля, выход из которого соединен с полостью конденсатор первого модуля, трубные пространства испарителей второго и первого модулей последовательно соединены линией по низкопотенциальной охлаждаемой среде, трубные пространства абсорбера и конденсатора первого модуля последовательно соединены с трубным пространством абсорбера и конденсатора второго модуля линией по низкопотенциальной нагреваемой среде, а трубное пространство десорбера первого модуля соединено с линией высокопотенциальной охлаждаемой среды.

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

Указанные отличительные признаки являются существенными, так как исключение из их общей совокупности признаков не позволяет решить поставленную задачу и достичь нового положительного эффекта.

Например, исключение подвода линии высокопотенциально охлаждаемой среды в десорбер только одного из модулей, например первого, лишает смысла наличия всех остальных признаков.

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 нового положительного эффекта, выражающегося 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 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, где представлена конструктивная схема теплопреобразовательной установки.

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

Линия 14 высокопотенциальной охлаждаемой среды подведена в десорбер 1 модуля А, а испарители 8 и 7 модулей В и А соединены последовательно линией 15 низкопотенциальной охлаждаемой среды. Десорбер 1 модуля А по парообразной рабочей среде соединен линией 16 с контуром теплообменной поверхности десорбера 2 модуля В, выход которого соединен линией 17 с конденсатором 3 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 десорберов 1 и 2 и конденсаторов 3 и 4 над ними, и абсорберов 5 и 6 и испарителей 7 и 8 под ними. Десорбер 1 и конденсатор 3 модуля А разделены герметичной перегородкой 18, а десорбер 2 и конденсатор 4 модуля В, абсорбер 5 и испаритель 7 модуля А, абсорбер 6 и испаритель 8 модуля В снабжены перегородками 19. 20 и 21 соответственно с проходами 22, 23 и 24 для парообразных агентов, поступающих из десорбера 2 в конденсатор 4 и из испарителя 8 в абсорбер 6 модуля В и из испарителя 7 в абсорбер 5 модуля А.

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

Выходы с внутренних теплообменных поверхностей теплообменников 9 и 10 соединены линиями 33 и 34 с оросителями 35 и 36 десорберов 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 адсорбера 5 модуля А и по линии 41 из абсорбера 6 модуля В.

Десорберы, абсорберы и испарители представляют собой теплобменные аппараты оросительного типа, конденсаторы теплообменный аппарат. Теплообменная поверхность всех аппаратов образована трубами. Теплообменники растворов абсорбента представляют собой противоточные рекуперативные теплообменные аппараты затопленного типа.

Установка работает следующим образом.

В испарителях 7 и 8 модулей А и В за счет теплоты низкопотенциальной охлаждаемой среды кипит жидкая рабочая среда, пары которой через проходы 23 и 24 поступают в абсорберы 5 и 6, где поглощаются раствором абсорбера, поступающим из теплообменников 9 и 10 через оросители 27 и 28 на теплообменные пучки абсорберов 5 и 6 модулей А и В.

Слабый раствор абсорбента из абсорберов 5 и 6 по линиям 10 и 41 насосом 39 подается по линиям 37 и 38 в трубное пространство теплообменников 8 и 10 и из них по линиям 33 и 34 на оросители 34 и 35 десорберов 1 и 2. В десорбере 1 модуля А за счет теплоты высокопотенциальной охлаждаемой среды, поступающей по линии 14, происходит выпаривание парообразной рабочей среды из раствора абсорбента. Концентрированный горячий раствор абсорбента через вход 25 теплообменника 9 по межтрубному пространству поступает на ороситель 27.

Парообразная рабочая среда из полости десорбера 1 по линии 16 поступает в трубное пространство теплообменного пучка десорбера 2, отдает теплоту конденсации кипящему в межтрубном пространстве десорбера 2 абсорбенту и по линии 17 поступает в межтрубное пространство теплообменного пучка конденсатора 3 модуля А, охлаждается, отдавая теплоту низкопотенциальной нагреваемой среде, подаваемой в трубное пространство по линии 13, стекает по линии 29 на оросители 31 теплообменника 7 модуля А.

Концентрированный раствор абсорбента в десорбере 2 через входное отверстие 26 по межтрубному пространству теплообменника 10 поступает на оросители 28 абсорбера 6. Парообразная рабочая среда из десорбера 2 через проход 22 в перегородки 19 поступает в конденсатор 4, где, конденсируясь, отдает теплоту низкопотенциальной охлаждаемой среде, стекает по линии 30 на оросители 32 абсорбера 8, вскипает, отбирая теплоту из низкопотенциальной охлаждаемой среды, поступающей по линии 15 в трубное пространство испарителей 7 и 8 модулей А и В, и в парообразном виде снова поступает в абсорберы 6 и 5, цикл повторяется.

Положительный эффект от использования предложенного технического решения в теплопреобразовательной установке заключается в уменьшении материалоемкости за счет экономии материала, повышении эффективности использования высокопотенциальной 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 и критерию "промышленная применимость".

Использование: в теплотехнике, в холодильной технике, абсорбционных машинах, теплопреобразовательных установках и других аппаратах аналогичного назначения. Сущность изобретения: теплопреобразовательная установка содержит два модуля А и В с однотипными десорберами 1 и 2, конденсаторами 3 и 4, абсорберами 5 и 6, испарителями 7 и 8, теплообменниками 9 и 10, соответственно заключенными в индивидуальные корпуса 11 и 12. Линия 14 высокопотенциальной охлаждаемой среды подведена в десорбер 1 модуля А, испарители 8 и 7 модулей А и В соединены последовательно линией 15 низкопотенциальной охлаждающей среды, десорбер 1 модуля А по парообразному абсорбенту соединен линией 16 с контуром теплообменной поверхности десорбера 2 модуля В, выход которого соединен линией 17 с конденсатором 3 модуля А, абсорберы 5 и 6 и конденсаторы 3 и 4 модулей А и В по нагреваемой среде соединены линией 13. 1 ил.

ТЕПЛОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая 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, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения металлоемкости и повышения эффективности, установка выполнена в виде комбинации модулей с линией высокопотенциальной охлаждаемой 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 десорбером с конденсатором над ним и абсорбером с испарителем под ним, герметично скреплен с корпусом модуля и 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 первого модуля герметично скреплена с его корпусом и теплообменником, перегородки между испарителем и абсорбером первого модуля, десорбером и конденсатором, испарителем и абсорбером второго модуля выполнены с проходами для парообразной среды, вводы в трубные пространства рекуперативных теплообменников соединены с общей линией забора жидкого абсорбента из абсорберов первого и второго модулей, десорбер первого модуля по парообразной среде соединен линией с трубным пространством десорбера второго модуля, выход из которого соединен с полостью конденсатора первого модуля, трубные пространства испарителей второго и первого модулей последовательно соединены линией по низкопотенциальной охлаждаемой среде, трубные пространства абсорбера и конденсатора первого модуля последовательно соединены с трубным пространством абсорбера и конденсатора второго модуля линией по низкопотенциальной нагреваемой среде, а трубное пространство десорбера первого модуля соединено с линией высокопотенциальной охлаждаемой среды.