ОСМОТИЧЕСКАЯ АБСОРБЦИОННАЯ ТЕПЛОВАЯ МАШИНА Российский патент 1999 года по МПК F25B15/14 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к холодильным машинам. Известны абсорбционные холодильные машины, содержащие генератор, конденсатор, испаритель, абсорбер, трубопроводную арматуру, насосы, объединенные между собой трубопроводами в единый агрегат. /1. УДК 621.56 Доссат Рой Дж. Основы холодильной техники. Пер. с англ. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984, с. 466.

2. УДК 620.92 Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. Пер. с анг.-М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 125.

3. УДК 536.7, 621.036 Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. Учебное пособие для неэнергетических специальностей ВУЗов.-М.: "Высшая школа", 1975, с.303.

4. УДК 621.1 Теплотехнический справочник. Изд. 2-е, перераб. Под ред. В. Н.Юренева и П.Д. Лебедева. Т.1-М. "Энергия", 1975, с. 286.

5. Заявка РСТ N 89/11071, Кл. F 25 B 15/14, 1989. Осмотический тепловой двигатель./
В этих холодильных машинах используется свойство некоторых жидкостей /абсорбентов/ абсорбировать другие жидкости /хладагенты/, сравнительно легкокипящие.

К недостаткам устройства относятся: невысокий КПД, наличие механических трущихся частей, а именно в насосах рециркуляции раствора хладагента с абсорбентом между абсорбером и генератором, сложность устройства и регулирования, наличие некоторого, хотя и небольшого по сравнению с компрессорными холодильными машинами шума.

Наиболее близким по технической сущности является осмотический тепловой двигатель, содержащий абсорбер, генератор, конденсатор, дроссельное устройство, испаритель и полупроницаемую перегородку, пропускающую пары хладагента и задерживающую абсорбент и расположенную между испарителем и абсорбером, причем все устройства связаны между собой трубопроводами, в которых циркулируют хладагент, абсорбент или их раствор /Заявка РСТ N89/11071, кл. F 25 B 15/14, 1989. Осмотический тепловой двигатель/.

Однако, этот тепловой двигатель по принципу действия мало отличается от обычных абсорбционных и в нем, как и во всех абсорбционных машинах, используется бароградиентная диффузия, вызванная градиентом давления насыщенных паров хладагента над чистым жидким хладагентом /испаритель/ и над раствором его в абсорбенте /абсорбер/. В данном случае полупроницаемая перегородка лишь позволяет расположить абсорбер над испарителем.

Вместо же обычно применяемого насоса рециркуляции раствора хладагента и абсорбента между абсорбером и генератором использован гравитационный принцип циркуляции за счет разности плотностей слабого и концентрированного раствора. Это является недостатком известного двигателя, так как он не может работать при отсутствии гравитации, например в космосе.

Кроме того, указанный двигатель, называясь осмотическим, по сути таковым не является, исходя из определения процесса осмоса.

Цель изобретения - увеличение коэффициента полезного действия и уменьшение потерь энергии на рециркуляцию раствора хладагента с абсорбентом между абсорбером и генератором, исключение механических трущихся частей и насосов рециркуляции, снижение шума, упрощение конструкции, отказ от использования электроэнергии.

Цель достигается тем, что внутренние полости генератора и абсорбера выполняются сообщающимися между собой, но при этом разделены полупроницаемой, теплоизолирующей перегородкой /мембраной, полыми волокнами и т.п./, пропускающей хладагент и задерживающий абсорбент.

Изобретение поясняется чертежом, где изображен схематично общий вид холодильной машины.

Холодильная машина содержит следующие основные компоненты: на стороне высокого давления - генератор 1, компенсатор 2; на стороне низкого давления - испаритель 3, абсорбер 4, соединенные трубопроводами 5, полупроницаемую перегородку 6, разделяющую внутренние полости генератора 1 и абсорбера 4, при этом генератор 1 и абсорбер 4 сообщены между собой через эту перегородку 6, а также трубопроводы теплоносителя и охлаждающей воды /на схеме условно не показаны/. Перегородка 6 имеет свойство пропускать хладагент и задерживать абсорбент, при этом она обладает также теплоизоляционными свойствами.

Рабочим веществом для осуществления холодильного цикла абсорбционной машины является раствор, состоящий из двух компонентов с разными температурами кипения при одинаковом давлении. Один из них с более низкой температурой кипения служит в качестве хладагента, а другой - абсорбентом.

Хладагент проходит из конденсатора 2 в испаритель 3, абсорбер 4, генератор 1 и возвращается в конденсатор 2, а абсорбент, в отличие от обычной абсорбционной холодильной машины, не циркулирует из абсорбера 4 в генератор 1 и обратно, а постоянно находится в генераторе 1 и абсорбере 4, но в разных концентрациях в растворе с хладагентом.

Циркуляция хладагента осуществляется, в отличие от традиционной абсорбционной холодильной машины, за счет использования эффекта осмоса. Осмос - самопроизвольный процесс перехода растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор. Если чистый растворитель и раствор какого-либо вещества в этом растворителе или два раствора разной концентрации поместить в два отсека, по обе стороны полупроницаемой перегородки, способной пропускать только молекулы растворителя, то в такой системе будет наблюдаться следующее. Из-за разности давления /концентрации/ молекул растворителя в разных отсеках осуществляется переход молекул растворителя в объем с их меньшей концентрацией, т.е. в отсек концентрированного раствора.

Последовательность цикла работы абсорбционной осмотической машины следующая. Жидкий хладагент /высокого давления/ подается из конденсатора 2 в испаритель 3, при этом за счет потерь давления при движении его по трубопроводу 5 /либо в дроссельном клапане/ снижается давление хладагента.

Жидкий хладагент в испарителе 3 превращается в пар, отбирая тепло от охлаждаемой среды. Образовавшийся пар низкого давления поступает по трубопроводу 5 из испарителя 3 в абсорбер 4, где этот пар поглощается абсорбентом.

Хладагент перетекает из испарителя 3 в абсорбер 4, так как давление его паров над раствором в последнем несколько ниже.

Давление раствора в абсорбере 4 определяет давление и, следовательно, температуру кипения хладагента в испарителе 3.

В свою очередь давление раствора зависит от свойств абсорбента, его температуры и концентрации.

При поглощении абсорбентом пара хладагента, поступающего из испарителя 3, объем хладагента уменьшается и высвобождается теплота абсорбции.

Для поддержания температуры и давления раствора на заданном уровне теплота, выделяемая в абсорбере 4 /равна сумме скрытой теплоты парообразования и теплоты растворения хладагента в абсорбенте/, отводится в окружающую среду в конденсаторе 2. Этот процесс осуществляется следующим образом.

Пар хладагента, поглощаемый абсорбентом, повышает давление раствора в абсорбенте 4. Поэтому необходимо непрерывно увеличивать концентрацию абсорбента в растворе для поддержания его давления на достаточно низком уровне по отношению к давлению в генераторе 1. Это необходимо для обеспечения заданного давления и температуры в испарителе 3. Увеличение концентрации абсорбента в растворе, находящемся в абсорбере 4, осуществляется посредством протекания хладагента через полупроницаемую перегородку 6 под действием осмотического давления из абсорбера 4 в генератор 1. Повышение концентрации абсорбента в растворе, находящемся в генераторе 1, обеспечивается за счет выкипания большей части хладагента при нагреве.

Хладагент, постоянно поступающий вследствие разности концентрации из абсорбера 4 через перегородку 6, понижает концентрацию абсорбента, а следовательно повышает давление в растворе, находящемся в генераторе 1.

Процесс происходит без сжатия хладагента.

Хладагент отделяется в генераторе 1 от абсорбента при нагреве раствора и выкипает. Образующийся пар высокого давления поступает в конденсатор 2, где сжижается, отдавая скрытую теплоту парообразования окружающей среде. Затем цикл повторяется снова.

Таким образом обеспечивается цикл холодильной машины, которая для осуществления этого цикла может использовать низкопотенциальное тепло вентвыбросов, продувок котлов, солнечную энергию и т.п. без использования электроэнергии.

Полости генератора и абсорбера сообщаются через полупроницаемую перегородку, выполненную из теплоизоляционного материала. Использование изобретения позволит увеличить коэффициент полезного действия и уменьшить потери энергии на рециркуляцию раствора хладагента с абсорбентом между абсорбером и генератором, а также исключить насосы рециркуляции, снизить шум и упростить конструкцию. 1 ил.

Абсорбционная тепловая машина, содержащая абсорбер, генератор, конденсатор, дроссельное устройство, испаритель и полупроницаемую перегородку, пропускающую хладагент и задерживающую абсорбент, причем все устройства связаны между собой трубопроводами, в которых циркулируют хладагент, абсорбент или их раствор, отличающаяся тем, что полости генератора и абсорбера сообщаются через полупроницаемую перегородку, выполненную из теплоизоляционного материала.