СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА Российский патент 1997 года по МПК F25B1/00 F25B15/00 

Изобретение относится к холодильной технике и может использоваться при конструировании холодильных агрегатов и разработке новых составом холодильных агентов.

Получил широкое распространение способ получения холода (Кантарович В.И. Явель Б.К. Устройство, монтаж, эксплуатация и ремонт холодильных установок. М. Госторгиздат, 1963, с. 26) путем дросселирования жидкого хладагента, находящегося при повышенном давлении, до давления, при котором хладагент испаряется с поглощением тепла от охлаждаемого объекта, сжатия нагревшихся в процессе теплообмена с охлажденным в компрессоре до давления, при котором пары хладагента конденсируются при температурах, превышающих температуру окружающей среды, и подачи жидкого хладагента снова на дросселирование. В этом способе используется разница скрытой теплоты фазового перехода "жидкость-пар" в функции от давления в области двухфазного состояния хладагента. Указанный способ реализуется на практике в компрессорных холодильных установках со спектром использования как в быту (холодильники, кондиционеры, морозильные камеры), так и в народном хозяйстве (на транспорте, в торговле, пищевых комбинатах и т.д.).

В процессе развития холодильной техники был разработан и внедрен в холодильные установки целый класс веществ, хорошо зарекомендовавшихся себя в качестве эффективных и не дорогих в производстве хладагентов. Это хлорфторуглероды (ХФУ), большая часть которых, получивших наибольшее распространение в производстве (например Ф12), оказалось, имеет озоноразрушающую способность. В связи с этим решением Монреальской конвенции их производство и использование запрещены с 1 января 1994 года. Встал вопрос либо о поиске альтернативных озонобезопасных хладагентов, среди которых рассматриваются углеводородные соединения, являющиеся, однако, пожароопасными, либо о поиске иных термодинамических процессов получения холода, что может потребовать переналадку существующего оборудования серийных заводов, изготовляющихся холодильное оборудование.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обоснование способа получения холода, который расширит поле поиска и разработки составов веществ, используемых в качестве хладагентов, с возможно большим использованием оборудования существующих компрессорных холодильных установок.

Указанная задача может быть решена при использовании теплового эффекта растворения веществ (Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика. Госхимиздат, 1975, с. 236), ибо порядки растворения у многих веществ и теплот их образования совпадают.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения холода путем дросселирования жидкого хладагента, находящегося при повышенном давлении, до давления, при котором хладагент испаряется с поглощением тепла от охлаждаемого объекта, сжатия нагревшихся в процессе теплообмена с охлаждаемым объектом паров хладагента до давления, при котором пары хладагента конденсируются при температурах, превышающих температуру окружающей среды, и подачи жидкого хладагента снова на дросселирование, в качестве хладагента используют раствор твердого, жидкого или газообразного вещества с положительной теплотой растворения в жидком растворителе, циклически меняющем свое агрегатное состояние на газообразное для получения теплового эффекта фазового перехода, который складывается с тепловым эффектом выделения из раствора растворенного вещества. В предложенном способе получения холода получают раствор контактированием растворяемого вещества, имеющего положительную теплоту растворения в выбранном растворителе, и растворителя в конденсаторе при повышенном давлении, затем дросселируют полученный раствор до давления, при котором испаряют раствор в испарителе с выделением из него растворенного вещества с поглощением тепла от охлаждаемого объекта. Полученные пары растворителя сжимают в компрессоре до давления, при котором пары растворителя конденсируются при температурах, превышающих температуру окружающей среды, и смешивают с растворяемым веществом для получения раствора. Если растворяемое вешество в твердом или жидком агрегатном состоянии, то его отделяют в испарителе от паров растворителя и вводят в контакт с жидким растворителем после компрессора. Если растворяемое вещество имеет газообразное агрегатное состояние во всем рабочем диапазоне холодильной установки, то конструкция и схема работы компрессорной холодильной установки остаются без изменений.

При использовании азеотропных растворов в испарителе происходит суммирование трех тепловых эффектов: испарения каждого из компонентов раствора и разделения составляющих раствора.

Предложенный способ позволит повысить или изменить хладопроизводительность на том или ином уровне температур холодильных установок, работающих в холодильном цикле с компрессором и дросселем на любых (озонобезопасных) хладонах, без изменения конструкции только за счет подбора примесного газообразного вещества с положительным тепловым эффектом растворения в данном хладоне.

В качестве примера осуществления изобретения приведены композиции "растворитель растворяемое вещество", которые могут быть использованы в качестве хладагента и которые в соответствии с изобретением разделяются при испарении растворителя на фазы "пар газ", "пар твердое тело", "пар-жидкость".

Раствор газообразного кетена (CH₃=C=O) в жидком ацетоне (CH₃=CO=CH₃) с концентрацией 37 г на 100 мл раствора получают при давлении 1140 мм рт.ст. (1,5 ата) при температуре конденсации ацетона +69^oC, затем дросселируют до давления 309 мм рт.ст. (0,4 ата), при котором происходят испарение ацетона при температуре -20^oC с поглощением 20,09 кД/моль тепла и выделение газообразного кетена из раствора с поглощением 2 кДж/моль тепла.

При использовании водного раствора нитрата серебра (AgNO₃) с тепловым эффектом растворения в воде 22,7 кДж/моль растворяемое вещество при испарении воды при нормальных условиях выделяется в твердой фазе, а при использовании водного раствора фосфорной кислоты с тепловым эффектом растворения в воде 6,7 кДж/моль в жидкой фазе.

Холодильный цикл на растворах, разделяющихся при испарении на фазы пар-газ", осуществляют на существующих компрессорных холодильных установках. При использовании в качестве хладагентов растворов, разделяющихся при испарении растворителя на фазы "пар твердое тело" или "пар жидкость", отделяют растворяемое вещество от пара в испарителе холодильного агрегата и вводят его в контакт с жидким растворителем за компрессором в конденсаторе холодильного агрегата, в полости которого повышенное давление.

Использование: при конструктировании холодильных агрегатов. Сущность изобретения: способ получения холода путем получения раствора контактированием растворителя и растворяемого вещества, имеющего положительную теплоту растворения в растворителе, дросселирования раствора, испарения раствора и выделения из него растворяемого вещества с поглощением тепла от охлаждаемого объекта, сжатия полученной парогазовой смеси, конденсации растворителя, смешения его с растворяемым веществом для получения раствора, при котором выделение растворяемого вещества из раствора происходит одновременно с испарением растворителя, а образование раствора происходит одновременно с конденсацией растворителя; при этом в качестве растворителя используется вещество, которое переходит из жидкого состояния в пар и обратно, а в качестве растворяемых веществ используются вещества в любом агрегатном состоянии, имеющие положительный тепловой эффект растворения в растворителе. Для реализации способа возможности в качестве растворяемого вещества использовать газообразное вещество, не меняющее своего агрегатного состояния в интервале давлений и температур, при которых реализуется способ; в качестве растворителя возможности использовать существующие. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ получения холода путем дросселирования жидкого хладагента, находящегося при повышенном давлении, до давления, при котором хладагент испаряется с поглощением тепла от охлаждаемого объекта, сжатия нагревшихся в процессе теплообмена с охлаждаемым объектом паров хладагента до давления, при котором пары хладагента конденсируются при температурах, превышающих температуру окружающей среды, и подачи жидкого хладагента снова на дросселирование, отличающийся тем, что в качестве жидкого хладагента используют раствор, который получают контактированием жидкого растворителя и растворяемого вещества с положительной теплотой растворения в растворителе, дросселируют до давления, при котором растворитель испаряют с одновременным выделением из раствора растворенного вещества с поглощением тепла от охлаждаемого объекта, сжимают образовавшуюся и нагревшуюся в процессе теплообмена с охлаждаемым объектом смесь паров растворителя и растворяемого вещества до давления, при котором пары растворителя конденсируют при температурах, превышающих температуру окружающей среды, и одновременно растворяют в образовавшемся жидком растворителе растворяемое вещество для получения жидкого раствора, который снова подают на дросселирование. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что компоненты раствора образуют азеотропные смеси. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве растворяемого вещества используют газообразное вещество, не меняющее своего агрегатного состояния в интервале давлений и температур, при котором реализуется способ. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве растворителя или растворяемого вещества используют озонобезопасные хладагенты, например, хладоны. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что растворяемое вещество твердого или жидкого агрегатного состояния отделяют при испарении растворителя от его паров и подают на контакт с жидким растворителем после сжатия его паров и конденсации.