АБСОРБЦИОННЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК Российский патент 1998 года по МПК F25B15/16 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к конструкции абсорбционных холодильников, работа которых основана на использовании экзотермических процессов смешения и эндотермических процессов разделения рабочего агента и абсорбента. Изобретение может быть использовано, например, при разработке холодильных установок, работающих за счет потребления солнечной энергии.

Из уровня техники известна конструкция абсорбционного холодильника, выбранная в качестве прототипа, содержащая абсорбционную, испарительную, конденсационную и десорбционную камеры, соединенные каналами, и канал для прокачки раствора из абсорбционной камеры в десорбционную. Конструкция частично заполнена раствором абсорбента и рабочего агента, в качестве которых могут быть использованы соответственно вода и аммиак. В некоторых конструкциях дополнительно содержится инертный по отношению к раствору газ, например водород.

В известной конструкции абсорбционного холодильника десорбционная камера функционально предназначена для осуществления процессов преобразования, ректификации и дефлегмации; в результате достигается отделение пара рабочего агента от раствора. В конденсационной камере осуществляется процесс конденсации пара рабочего агента, а в испарительной камере процесс парообразования. В абсорбционной камере пар рабочего агента поглощается слабым раствором при внешнем отводе тепла; образуемый крепкий раствор по каналу прокачки поступает в десорбционную камеру.

Предлагаемое устройство следует рассматривать относительно прототипа как еще один вариант конструкции абсорбционного холодильника, обладающий новыми существенными отличиями. Возможные преимущества предлагаемого устройства будут обнаружены после проведения испытаний реального устройства.

Цель изобретения достигается тем, что в известной конструкции абсорбционного холодильника, содержащей абсорбционную, десорбционную, конденсационную и испарительную камеры, а также канал прокачки раствора из абсорбционной камеры в десорбционную, установлен дополнительный канал, снабженный капиллярно-пористой перегородкой и имеющий входной и выходной концы, при этом выходной конец дополнительного канала соединен с каналом прокачки раствора, а входной конец соединен с одной из камер, а обращенная к каналу прокачки раствора поверхность капиллярно-пористой перегородки соединена тепловым контактом с нагревателем. Соединенный с каналом прокачки конец дополнительного канала может быть заведен внутрь и ориентирован выходным отверстием в направлении к десорбционной камере.

На фиг. 1 изображена общая принципиальная схема абсорбционного холодильника; на фиг.2 и 3 частные схемы.

Абсорбционный холодильник содержит абсорбционную 1, испарительную 2, конденсационную 3 и десорбционную 4 камеры, соединенные каналами 5, а также канал 6 прокачки раствора, по которому осуществляется прокачивание раствора абсорбента и рабочего агента из абсорбционной камеры в десорбционную. Установлен дополнительный канал 7, снабженный капиллярно-пористой перегородкой 8 и имеющий входной 9 и выходной 10 концы; при этом выходной конец дополнительного канала соединен с каналом прокачки раствора, а входной конец - с одной из камер. Поверхность 11 капиллярно-пористой перегородки, обращенная к каналу прокачки раствора, соединена тепловым контактом 12 с нагревателем 13.

Выходной конец дополнительного канала может быть заведен в канал прокачки раствора и ориентирован выходным отверстием 14 в направлении к десорбционной камере (фиг. 2).

Десорбционная камера может быть выполнена снабженной капилярно-пористой насадкой 15, разделяющей камеру на десорбционную полость 16 и ресивер 17 (фиг. 2). При этом десорбционная полость соединена с конденсационной камерой и с каналом прокачки раствора, а ресивер 17 соединен с абсорбционной камерой.

Капиллярно-пористая насадка 15 может быть соединена тепловым контактом 12 с теплоподводом 18 и (или) с теплоотводом 19.

Входной конец дополнительного канала может быть соединен с десорбционной камерой. Это соединение может быть выполнено в донной части десорбционной камеры или с ресивером десорбционной камеры (фиг.2).

Абсорбционная камера может быть выполнена снабженной капиллярно-пористой насадкой 20, разделяющей камеру на абсорбционную полость 21 и ресивер 22 (фиг. 2). При этом абсорбционная полость соединена с испарительной и десорбционной камерами, а ресивер 22 соединен с каналом прокачки раствора.

Капиллярно-пористая насадка 20 может быть соединена тепловым контактом 12 с теплоотводом 23.

Входной конец дополнительного канала может быть соединен с абсорбционной камерой. Это соединение может быть выполнено в донной части абсорбционной камеры (фиг.1 и 3) или с ресивером абсорбционной камеры.

Канал, соединяющий десорбционную камеру с абсорбционной, может иметь тепловой контакт 12 с каналом прокачки раствора на участке от абсорбционной камеры до места соединения с дополнительным каналом (фиг.2).

Внутри соединенных каналами камер может содержаться инертный по отношению к раствору газ.

При этом канал, соединяющий абсорбционную и испарительную камеры, может быть выполнен из двух раздельных опускного 24 и подъемного 25 каналов, соединенных с абсорбционной камерой на разных высотах (фиг.3).

Устройство работает следующим образом. Выделяемое нагревателем 13 тепло через тепловой контакт 12 подводится к поверхности 11 и приводит к парообразованию в объеме слоя капиллярно-пористой перегородки, расположенной вблизи поверхности 11. Образуемый пар поступает в канал прокачки раствора 6, где смешивается с жидким раствором с образованием парожидкостной смеси, которая далее перетекает в десорбционную камеру. Этот процесс переноса раствора из абсорбционной камеры в десорбционную происходит более интенсивно, если выходной конец 10 дополнительного канала выполнен заведенным внутрь канала прокачки раствора и ориентирован выходным отверстием в направлении к десорбционной камере, поскольку выходящий из канала 7 поток пара вовлекает в направленное движение к десорбционной камере крепкий раствор из абсорбционной камеры.

В десорбционной камере осуществляются процессы парообразования в растворах при наличии теплоподвода, ректификации (возрастание концентрации рабочего агента в паре вследствие тепломассообмена между поступающими по каналу прокачки паром и крепким раствором) и дефлегмации (конденсация паров абсорбента) при отводе тепла. В результате происходит отделение пара рабочего агента от жидкого раствора. Образуемый слабый раствор стекает в абсорбционную камеру, а пар рабочего агента поступает в конденсационную камеру и конденсируется. Образующийся конденсат перетекает в испарительную камеру, где возникает процесс парообразования; следует заметить, что подводимая для этого теплота составляет холодопроизводительность устройства. Парообразование в испарительной камере имеет место вследствие того, что в абсорбционной камере происходит процесс абсорбции поступающего из испарительной камеры пара рабочего агента абсорбентом. Этот процесс сопровождается выделением тепла и поэтому необходим теплоотвод. Образуемый в абсорбционной камере крепкий раствор прокачивается далее в десорбционную камеру через канал прокачки.

Поступление питания к капиллярно-пористой перегородке дополнительного канала осуществляется с одной из камер; например, с абсорбционной (фиг.1 и 3) или с десорбционной (фиг.2).

Если десорбционная камера выполнена снабженной капиллярно-пористой насадкой, разделяющей камеру на десорбционную полость и ресивер (фиг.2), то имеет место перетекание жидкого раствора через капиллярно-пористую насадку и "отсеивание" пара. Последнее возможно за счет менисков, образующихся в объеме слоя вблизи поверхности капиллярно-пористой насадки и удерживающих силами поверхностного натяжения паровые пузыри. Теплоподвод 18 способствует процессу парообразования, а теплоотвод 19 дефлегмации в десорбционной полости; в результате улучшается процесс отделения пара рабочего агента от жидкого раствора.

Входной конец дополнительного канала может быть соединен с десорбционной камерой (фиг.2), в этом случае образуемый в десорбционной камере после отделения пара рабочего агента слабый раствор направляется в канал 7 для питания капиллярно-пористой перегородки 8 и в абсорбционную камеру 1.

При выполнении абсорбционной камеры снабженной капиллярно-пористой насадкой 20, разделяющей камеру на абсорбционную полость и ресивер (фиг.2), процесс абсорбции пара рабочего агента, поступающего из испарительной камеры, дополнительно имеет место как на поверхности капиллярно-пористой насадки, так и в ее объеме. Поэтому процесс абсорбции усиливается в случае выполнения капиллярно-пористой насадки соединенной тепловым контактом с теплоотводом 23. В таком конструктивном исполнении капиллярно-пористая насадка обеспечивает транспортировку слабого раствора в зону абсорбции пара рабочего агента, протекание образуемого крепкого раствора в ресивер с одновременным исключением возможности прорыва пара рабочего агента, а также отвод тепла абсорбции.

Соединение входного конца дополнительного канала с абсорбционной камерой (фиг. 1 и 3) предпочтительнее из соображений энергетической эффективности, поскольку в этом случае для питания капиллярно-пористой перегородки 8 используется раствор, который и должен непосредственно нагреваться для осуществления процесса парообразования с целью отделения пара рабочего агента от жидкого раствора в последующих процессах ректификации и дефлегмации.

Выполнение канала 5, соединяющего десорбционную камеру с абсорбционной, снабженным тепловым контактом 12 с каналом прокачки раствора 6 на участке от абсорбционной камеры до места соединения с дополнительным каналом (фиг.2) повышает энергетическую эффективность устройства за счет уменьшения потерь тепла.

Содержание внутри соединенных каналами камер инертного по отношению к раствору газа позволяет уменьшить перепады давления между камерами. Если при этом канал 5, соединяющий абсорбционную и испарительную камеры, выполнен из двух раздельных каналов, опускного 24 и подъемного 25, соединенных с абсорбционной камерой на разных высотах (фиг. 3), то создается контур циркуляции инертного газа. По каналу 24 опускается холодная (тяжелая) смесь пара рабочего агента и инертного газа, а по каналу 25 поднимется теплый (легкий) поток инертного газа.

Следует обратить внимание, что возможно осуществление теплообмена парожидкостной смеси, образующейся в месте соединения дополнительного канала с каналом прокачки, с нижней частью десорбционной камеры, что приведет к дополнительному выпариванию рабочего агента.

Использование дополнительного канала с капиллярно-пористой перегородкой приводит к возникновению направленного перетекания крепкого раствора из абсорбционной камеры в десорбционную.

Использование: в холодильной технике, в частности в конструкциях абсорбционных холодильников. Может быть использовано при разработке холодильных установок, работающих за счет потребления солнечной энергии. Сущность изобретения: абсорбционный холодильник содержит абсорбционную, десорбционную, конденсационную и испарительную камеры, канал прокачки раствора из абсорбционной камеры в десорбционную и дополнительный канал, снабженный капиллярно-пористой перегородкой, при этом выходной конец дополнительного канала соединен с каналом прокачки раствора, а входной - с одной из камер, а обращенная к каналу прокачки раствора поверхность капиллярно-пористой перегородки соединена тепловым контактом с нагревателем. Соединенный с каналом прокачки конец дополнительного канала может быть заведен внутрь и ориентирован выходным отверстием в направлении к десорбционной камере. 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Абсорбционный холодильник, содержащий соединенные каналами абсорбционную, десорбционную, конденсационную и испарительную камеры, а также канал прокачки раствора абсорбента и рабочего агента из абсорбционной камеры в десорбционную, отличающийся тем, что в нем установлен дополнительный канал, снабженный капиллярно-пористой перегородкой и имеющий входной и выходной концы, при этом выходной конец дополнительного канала соединен с каналом прокачки раствора, а входной с одной из камер, а обращенная к каналу прокачки раствора поверхность капиллярно-пористой перегородки соединена тепловым контактом с нагревателем. 2. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что выходной конец дополнительного канала заведен в канал прокачки раствора и ориентирован выходным отверстием к десорбционной камере. 3. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что десорбционная камера снабжена капиллярно-пористой насадкой, разделяющей камеру на десорбционную полость и ресивер, при этом десорбционная полость соединена с конденсационной камерой и с каналом прокачки раствора, а ресивер с абсорбционной камерой. 4. Холодильник по пп.1 и 3, отличающийся тем, что установленная в десорбционной камере капиллярно-пористая насадка соединена тепловым контактом с теплоотводом и/или с теплоподводом. 5. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что входной конец дополнительного канала соединен с десорбционной камерой. 6. Холодильник по пп.1 и 5, отличающийся тем, что входной конец дополнительного канала соединен с десорбционной камерой в донной части. 7. Холодильник по пп.1, 3 и 5, отличающийся тем, что входной конец дополнительного канала соединен с ресивером десорбционной камеры. 8. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что абсорбционная камера снабжена капиллярно-пористой насадкой, разделяющей камеру на абсорбционную полость и ресивер, при этом абсорбционная полость соединена с испарительной и десорбционной камерами, а ресивер с каналом прокачки раствора. 9. Холодильник по пп.1 и 8, отличающийся тем, что установленная в абсорбционной камере капиллярно-пористая насадка соединена тепловым контактом с теплоотводом. 10. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что входной конец дополнительного канала соединен с абсорбционной камерой. 11. Холодильник по пп.1 и 10, отличающийся тем, что входной конец дополнительного канала соединен с абсорбционной камерой в донной части. 12. Холодильник по пп.1, 8 и 10, отличающийся тем, что входной конец дополнительного канала соединен с ресивером абсорбционной камеры. 13. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что канал, соединяющий десорбционную камеру с абсорбционной, имеет тепловой контакт с каналом прокачки раствора из абсорбционной камеры в десорбционную на участке от абсорбционной камеры до места соединения с дополнительным каналом. 14. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что внутри соединенных каналами камер содержится инертный по отношению к раствору газ. 15. Холодильник по пп.1 и 14, отличающийся тем, что канал, соединяющий абсорбционную и испарительную камеры, выполнен из двух раздельных каналов, которые соединены с абсорбционной камерой на разных высотах.