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 модули 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 уменьшение материалоемкости и повышение эффективности.

Поставленная задача и указанная цель достигаются тем, что в теплопреобразовательной установке, содержащей модули с однотипными абсорберами, испарителями, десорберами, оросителями, конденсаторами и рекуперативными теплообменниками растворов абсорбента, заключенными в индивидуальные корпуса, соответственно подключенные к линиям с нагреваемыми и охлаждаемыми средами, сама установка выполнена в виде комбинации четырех модулей с линией высокопотенциальной нагреваемой среды и линиями низкопотенциальных нагреваемой и охлаждаемой сред, в каждом ее модуле рекуперативный теплообменник размещен между попаpно 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 и 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 испарителями и абсорберами остальных модулей и между десорберами и конденсаторами всех модулей выполнены с проходами для парообразной среды, полость испарителя первого модуля по жидкому абсорбенту соединена 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 десорбера всех модулей, конденсаторы всех модулей соединены общей линией подачи жидкого абсорбента с соответствующими оросителями испарителей всех модулей, трубные пространства десорбера первого модуля, конденсаторов второго и третьего модулей и испарителя второго модуля последовательно соединены линией циркуляции теплоносителя в замкнутый контур, трубные пространства испарителя первого, конденсатора четвертого и десорбера второго модулей последовательно соединены линией циркуляции теплоносителя в замкнутый контур, трубное пространство конденсатора первого модуля соединено с линией низкопотенциальной нагреваемой среды, трубные пространства десорбера и испарителя четвертого модуля, десорбера и испарителя третьего модуля последовательно соединены линией по низкопотенциальной охлаждаемой среде, а трубные пространства абсорберов первого, третьего и четвертого модулей последовательно, параллельно или смешанно соединены линией по высокопотенциальной нагреваемой среде.

Отличительными особенностями предложенного технического решения являются следующие:
выполнение теплопреобразовательной установки в виде комбинации четырех модулей с линией высокопотенциальной нагреваемой среды и линиями низкопотенциальных нагреваемой и охлаждаемой сред;
размещение рекуперативного теплообменника в каждом модуле установки между попарно вертикально установленными, расположенными в горизонтальный ряд и разделенными перегородками абсорбером с испарителем над ним и десорбером с конденсатором под ним;
герметичное скрепление теплообменника с корпусом модуля;
соединение ввода в межтрубное пространство теплообменника непосредственно с полостью абсорбера;
соединение вывода из вышеупомянутого пространства с оросителем десорбера;
выполнение вывода из трубного пространства теплообменника в его стенке или в стенке корпуса модуля;
соединение упомянутого вывода с оросителем абсорбера;
герметичное скрепление перегородки между абсорбером и испарителем первого модуля с корпусом модуля и с теплообменником;
выполнение перегородок между испарителем и абсорберами остальных модулей и между десорберами и конденсаторами всех модулей 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 упомянутого абсорбера линией с полостью абсорбера первого модуля;
соединение вводов в трубные пространства рекуперативных теплообменников с общей линией забора жидкого абсорбента из десорберов всех модулей;
соединение конденсаторов всех модулей общей линией подачи жидкого абсорбента с соответствующими оросителями испарителей всех модулей;
последовательное соединение в замкнутый контур трубных пространств десорбера первого модуля, конденсаторов второго и третьего модулей и испарителя второго модуля линией циркуляции теплоносителя;
последовательное соединение в замкнутый контур трубных пространств испарителя первого, конденсатора четвертого и десорбера второго модулей линией циркуляции теплоносителя;
соединение трубного пространства конденсатора первого модуля с линией низкопотенциальной нагреваемой среды;
последовательное соединение трубных пространств десорбера и испарителя четвертого модуля, десорбера и испарителя третьего модуля линией по низкопотенциальной охлаждаемой среде;
последовательное, параллельное или смешанное соединение трубных пространств абсорберов первого, третьего и четвертого модулей линии по высокопотециальной нагреваемой среде.

Указанные отличительные признаки являются существенными, так как исключение их из общей совокупности признаков не позволяет решить поставленную задачу и достичь нового положительного эффекта, например, при исключении последних отличительных признаков оставшиеся признаки не обеспечивают работоспособности теплопреобразовательной установки в соответствии с решаемой задачей.

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-исследовательских и экспериментальных работ, 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 четыре модуля А, В, С и D с однотипными абсорберами 1, 2, 3 и 4, испарителями 5, 6, 7 и 8, десорберами 9, 10, 11 и 12, конденсаторами 13, 14, 15 и 16, теплообменниками 17, 18, 19 и 20, заключенными в индивидуальные корпуса 21, 22, 23 и 24, подключенные к линиям 25, 26, 27 соответственно с нагреваемыми и охлаждаемыми средами.

Линия 25 низкопотенциальной нагреваемой среды подведена в конденсатор 13 модуля А.

Линией 26 низкопотенциальной нагреваемой среды соединены последовательно абсорбер 1 модуля А, абсорбер 3 модуля С и абсорбер 4 модуля D.

В линию 27 высокопотенциальной охлаждаемой среды включены десорбер 12 и испаритель 8 модуля D и десорбер 11 и испаритель 7 модуля С, соединенные последовательно.

Из испарителя 5 модуля А насосом 28 по линии 29 жидкий агент подается в контур теплообменной поверхности абсорбера 2 модуля В, а из него по линии 30 в абсорбер 1 модуля А.

Теплообменные поверхности десорбера 9 модуля А, конденсатора 14 модуля В, конденсатора 15 модуля С и испарителя 5 модуля А соединены линией 31 и образуют замкнутый контур по низкопотенциальной нагреваемой среде.

Теплообменные поверхности десорбера 10, испарителя 6 модуля В и конденсатора 16 модуля D соединены линией 32 и образуют замкнутый контур по высокопотенциальной нагреваемой среде.

Забор жидкого агента из конденсаторов 13, 14, 15 и 16 модулей А. В, С и D соответственно для подачи его на оросители 33, 34, 35, 36 испарителей 5, 6, 7 и 8 производится насосом 35 по линиям 37 и 38.

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 абсорберов 1, 2, 3 и 4 и испарителей 5, 6, 7 и 8 над ними, а десорберов 9, 10, 11, и 12 и конденсаторов 13, 14, 15 и 16 под ними.

Абсорбер 1 и испаритель 5 модуля А разделены герметичной перегородкой 39, абсорбер 2 и испаритель 6 модуля В, абсорбер 3 и испаритель 7 модуля С, абсорбер 4 и испаритель 8 модуля D, десорбер 9 и конденсатор 13 модуля А, десорбер 10 и конденсатор 14 модуля В. десорбер 11 и конденсатор 15 модуля С, десорбер 12 и конденсатор 16 модуля D снабжены перегородками 40, 41, 42, 43 и 44, 45, 46 с проходами для парообразных агентов, поступающих из соответствующих испарителей в абсорберы и из десорберов в конденсаторы.

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

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 абсорберов 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 агентов в который производится по линиям 68, 69, 70 и 71 из десорберов 9, 10, 11 и 12 модулей А, В, С 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.

Установка работает следующим образом.

В межтрубном пространстве конденсаторов 13, 14, 15 и 16 конденсируются пары рабочей среды, теплота конденсации которых отводится низкопотенциальной охлаждаемой средой, поступающей в их трубные пространства.

Жидкая рабочая среда с конденсаторов 13, 14, 15 и 16 отводится насосом 35 по линиям 37 и подается по линиям 38 на оросители 33, 34, 35 и 36 испарителей 5, 6, 7 и 8 модулей А, В, С и D. В испарителях 6, 7 и 8 рабочая среда кипит за счет теплоты охлаждаемой среды, поступающей в их трубные пространства. В испарителе 5 модуля А рабочая среда подогревается за счет теплоты охлаждаемой среды, поступающей в его трубное пространство, и насосом 28 по линии 29 подается в трубное пространство абсорбера 2 модуля В, где нагревается за счет теплоты абсорбции и по линии 30 поступает в абсорбер 1 модуля А, где вскипает, и ее пары поглощаются концентрированным раствором абсорбента.

Пары рабочей среды из испарителей 6, 7 и 8 через проходы в перегородках 40, 41, 42 поступают в абсорберы 2, 3, 4, где абсорбируются концентрированным раствором абсорбента. Теплота абсорбции из адсорберов 1, 3 и 4 отводится высокопотенциальной нагреваемой средой по линии 26 к потребителю. Горячий отработанный раствор абсорбента из абсорберов 1, 2, 3 и 4 через входные отверстия 47, 48, 49 и 50 поступает непосредственно в межтрубные пространства теплообменников 17, 18, 19 и 20, откуда поступает на оросители 51, 52, 53, 54 десорберов 9, 10, 11 и 12, где вскипает за счет теплоты охлаждаемой среды, поступающей в их трубные пространства.

Концентрированный раствор абсорбента из десорберов 9, 10, 11 и 12 по линиям 68, 69, 70 и 71 отводится насосом 67 и подается по линиям 63, 64, 65, 66 в трубные пространства теплообменников 17, 18, 19 и 20, откуда по линиям 55, 56, 57 и 58 поступает на оросители 59, 60, 61 и 62 абсорберов 1, 2, 3 и 4 для абсорбции паров рабочей среды, поступающих из испарителей 6, 7, 8, и паров рабочей среды, поступающих по линии 30 в абсорбер 1.

Пары рабочей среды, выпаренные в десорберах 9, 10, 11 и 12, поступают через проходы в перегородках 43, 44, 45 и 46 в конденсаторы 13, 14, 15 и 16, где конденсируются с отдачей теплоты конденсации нагреваемым средам, и цикл повторяется.

Низкопотенциальная нагреваемая среда от внешнего источника поступает в трубное пространство конденсатора 13 по линии 25.

Высокопотенциальная нагреваемая среда поступает в трубные пространства абсорберов 1, 3, и 4 по линиям 26 от внешнего источника потребителя.

Высокопотенциальная охлаждаемая среда от внешнего источника потребителя по линии 27 поступает последовательно в трубные пространства десорбера 12, испарителя 8, десорбера 11 и испарителя 7.

В замкнутом контуре по линии 31 теплота конденсации от конденсаторов 14 и 15 отводится в испаритель 16 и десорбер 9 модуля А и обеспечивает в них соответственно кипение рабочей среды и раствора абсорбента.

В замкнутом контуре по линии 32 теплота конденсации от конденсатора 16 отводится в десорбер 10, испаритель 5 модуля А и обеспечивает в них соответственно кипение раствора абсорбера и подогрев жидкой рабочей среды.

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 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, в холодильной технике, абсорбционных машинах, теплопреобразовательных установках и других аппаратах аналогичного назначения. Сущность изобретения: в теплопреобразовательной установке, содержащей четыре однотипных модуля А, В, С, D с однотипными абсорберами 1, 2, 3 и 4, испарителями 5, 6, 7 и 8, десорберами 9, 10, 11 и 12, конденсаторами 13, 14, 15 и 16 и теплообменниками 17, 18, 19 и 20, заключенными в индивидуальные корпуса 21, 22, 23 и 24, в каждом модуле теплообменник размещен в общем корпусе так, что расположенные в горизонтальный ряд абсорбер и испаритель находятся над ним, а десорбер и конденсатор под ним. При этом ее узлы соединены последовательно с образованием замкнутых контуров по низкопотенциальной нагреваемой среде благодаря последовательному соединению в линию 31 десорбера 9 модуля А, конденсатора 14 модуля В, конденсатора 15 модуля С и испарителя 5 модуля А и по высокопотенциальной нагреваемой среде благодаря включению в линию 32 десорбера 10, испарителя 6 модуля В и конденсатора 16 модуля D. 1 ил.

ТЕПЛОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая модули с однотипными абсорберами, испарителями, десорберами, оросителями, конденсаторами и рекуперативными теплообменниками раствора абсорбента, заключенными в индивидуальные корпуса, соответственно подключенные к линиям с нагреваемыми и охлаждаемыми средами, отличающаяся тем, что установка выполнена в виде комбинации четырех 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 расположенным над ним испарителем и десорбером и конденсатором под ним, герметично скреплен с корпусом модуля и подсоединен 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 испарителями и абсорберами остальных модулей и между десорберами и конденсаторами всех модулей выполнены с проходами для парообразной среды, полость испарителя первого модуля по жидкому абсорбенту соединена 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 всех модулей, конденсаторы всех модулей соединены общей линией подачи жидкого абсорбента с соответствующими оросителями испарителей всех модулей, трубные пространства десорбера первого модуля, конденсаторов второго и третьего модулей и испарителя второго модуля последовательно соединены линей циркуляции теплоносителя в замкнутый контур, трубное пространство конденсатора первого модуля соединено с линией низкопотенциальной нагреваемой среды, трубные пространства десорбера и испарителя четвертого модуля, десорбера и испарителя третьего модуля последовательно соединены линией по низкопотенциальной охлаждаемой среде, а трубные пространства абсорберов первого, третьего и четвертого модулей последовательно, параллельно или смешанно соединены с линией по высокопотенциальной нагреваемой среде.