ГЕНЕРАТОР-АДСОРБЕР ГЕЛИОХОЛОДИЛЬНИКА Российский патент 1999 года по МПК F25B17/08 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к аппаратам солнечных сорбционных холодильных машин периодического действия для охлаждения фруктохранилищ, кондиционирования помещений и получения льда в районах с жарким климатом.

Известны аппараты: генератор-адсорбер сорбционной машины, состоящий из гладкотрубного цилиндрического корпуса, во внутрь которого засыпается твердый сухой адсорбент (соль). В зависимости от температуры адсорбент-соль может поглощать пары хладагента (например аммиака), образуя в результате физико-химической реакции последовательно ди-, тетра-, октоаммиакаты солей, при этом объем адсорбента увеличивается (режим работы аппарата - "сухая" абсорбция с отводом теплоты при пониженной температуре).

При облучении корпуса аппарата снаружи солнечными лучами пары аммиака десорбируют из соли при ее нагреве и октоаммиакаты последовательно в обратном порядке превращаются в тетро-, диаммиакаты и затем в сухую соль, при этом объем ее уменьшается (режим работы генератора, с подводом тепла при повышенной температуре) [Ачилов Б.М., Мангалжалав Ч. Холодильная гелиоустановка с твердым сорбентом.// Холодильная техника, 1990, N 2, с. 5-7].

Недостатком таких конструкций является: неполное заполнение цилиндрического корпуса сухим адсорбентом, приводит к плохому контакту соли внутри с обогреваемой солнцем днем или охлаждаемой ночью воздухом поверхностью корпуса, так как генератор-адсорбер расположен перпендикулярно солнечным лучам, практически под небольшим углом к горизонту. Плохой контакт с самой горячей частью аппарата не обеспечивает хороший подвод тепла к внутренним частицам массы адсорбента и в результате еще и низкой теплопроводности соли физико-химические реакции с ней происходят неполные, что приводит к значительным потерям эффективности адсорбента и неполноты использования ее свойств, что в целом приводит к снижению холодопроизводительности всей установки.

Из известных устройств наиболее близким является генератор-адсорбер [А. С. СССР, N 1280280, Генератор-адсорбер гелиохолодильника, О.И. N 48-1986, с. 154] , содержащий корпус с перфорированной трубкой внутри и подключенный при помощи нее к хладопроводу. Внутри корпуса дополнительно установлена винтовая цилиндрическая пружина и ползун, разделяющий корпус на две полости, причем пружина установлена в слое адсорбента вокруг трубки и один ее конец закреплен на торце корпуса, а второй на ползуне, имеющим возможность перемещаться вдоль трубки, а адсорбер размещен только в одной с пружиной полости корпуса.

Недостатком такого аппарата является: плохой подвод и отвод теплоты от наружной поверхности корпуса к внутренней массе адсорбента; необходимость крепления пружины к фланцам и поршню, усложняет конструкцию аппарата; перемещение поршня вдоль перфорированной трубки большое - по всей длине его хода, что увеличивает вероятность заедания особенно при стягивании пружины и значительных перемещений абсорбента в нижнюю часть аппарата; работа пружины происходит на растяжение, что увеличивает вероятность облома закрепленных концов; сложность сборки конструкции.

Технический результат: улучшение работы генератора-адсорбера, что в целом приводит к повышению холодопроизводительности всей машины.

Это достигается тем, что генератор-адсорбер состоит из гладкого, цилиндрического корпуса с нанесенным на него снаружи селективным покрытием, а изнутри корпус имеет внутреннее продольное оребрение; внутри в средней части корпуса установлена перфорированная трубка, подключенная к хладопроводу, на которой насажено множество подвижных, лепестковобразных, хорошо проводящих тепло, вертикальных пластин с загнутыми, заостренными, подпружиненными торцевыми концами, заостренным, подпружиненным буртиком в средней части и острообразными горизонтальными насечками; организующими направленное движение, ограничивающими перемещение, улучшающими контактный теплообмен пластин с торцевой (корпусом) и серединной частью (перфорированной трубкой), а также рыхлящие сорбент и препятствующие его сползанию в нижнюю часть аппарата заостренные торцевые концы и буртик пластин срезают "подмоченный" вязкий слой адсорбента, уменьшая усилие пружины и улучшая перемещение пластин по перфорированной трубке; внутри также установлена вне адсорбента (соли) пружина, свободносидящая в пазах ребер корпуса и сердцевины фланца, работающая на сжатие, которая обеспечивает плотность и надежность контакта соли, засыпанной по всей площади между лепестковобразными пластинами, увеличивая долговечность и надежность работы аппарата, обеспечивая легкость разборки.

На чертежах 1 схематически изображены продольный (фиг. 1) и поперечный (фиг. 2) разрезы предлагаемого генеретора-адсорбера.

Генератор-адсорбер содержит цилиндрический корпус 1 с селективной наружной поверхностью и продольными внутренними ребрами 2; внутреннюю перфорированную трубку 3, с малыми овальными отверстиями 4 вытянутыми вдоль длины трубки, подключенную к хладопроводу 5; лепестковобразные вертикальные подвижные пластины 6 с загнутыми заостренными торцевыми концами 7, с заостренным буртиком осевого отверстия 8 и острообразными горизонтальными насечками 9; винтовую цилиндрическую пружину 10, расположенную между шайбой 11, упирающуюся в лепестковообраэную пластину 6 и направляющим стержнем фланца 12 и внутренними ребрами 2 корпуса, свободносидящую, подпружиненную; адсорбент 13, засыпанный между пластинами 6 и перфорированной трубкой 3.

Генератор-адсорбер работает следующим образом.

В холодном состоянии (в ночное время) адсорбент (соль) 13 начинает поглощать хладагент (аммиак), образуя последовательно химические соединения по мере понижения температуры: ди-, тетра-, октоаммикаты: при этом его объем увеличивается. Внутренние силы увеличения объема давят на подвижные пластины 6 и раздвигают их, при этом пружина сжимается сильнее.

Физико-химическая реакция всего адсорбента (соли) 13 идет полностью, до аммиакоемкого соединения (октоаммиаката), если тепло реакции будет хорошо отводиться от всей его массы. Хладагент (аммиак) в адсорбент (соль) 13 проникает через перфорированные отверстия 4 трубки 3, а тепло реакции поглощения отводится частично через лепестковобразные пластины 6, ведущие себя как теплопроводящие мосты от средних слоев адсорбента к наружной поверхности корпуса 1. Коэффициент теплопроводности адсорбента (соли) на три порядка ниже теплопроводности металла, поэтому тепло реакции поглощения будет уходить через пластины 6, способствуя эффективности работы аппарата в режиме адсорбции при равномерном и полном протекании ее. Увеличение объема адсорбента 13 происходит неравномерно: сначала идет увеличение объема в средней части, близкой к перфорированным отверстиям 4, а затем, по мере "намокания", процесс смещается к периферии.

Это явление может привести к перемещению адсорбента в нижнюю часть горизонтально расположенного корпуса 1, за счет неравномерного увеличения объема. Насечки 9 на пластинах исключают это смещение и компенсируют неравномерное увеличение объема равномерным перемещением пластин 6, при этом хороший контакт адсорбента 13 между ними остается. Заострение на концах и буртике пластин 6 при перемещениях, связанных с изменением объемов адсорбента, улучшают движение, срезая подслой "намокшей" массы соли.

В дневное время, при обогреве корпуса 1 солнечными лучами и повышения его температуры, хладагент (аммиак) десорбирует из адсорбента (соли) 13 через перфорированные отверстия 4 трубки 3, причем прогрев всей соли, за счет продольных ребер 2 корпуса 1 и лепестковобразных пластин 6 увеличивает эффективность процесса, за счет большего прогрева, отсутствия "намоченных" зон и рационального подвода теплового потока. Загнутые заостренные концы 7 торцов пластин 6 и заостренный буртик 8 их способствуют лучшему равномерному перемещению пластин за счет внутренних сил адсорбента при физико-химических реакциях, срезая подслой "намокшей" и стеклянеющей массы соли.

При нагревании и охлаждении генератора-адсорбера возникают тепловые расширения пластин, что частично компенсируется зазорами, при этом наличие продольных внутренних ребер корпуса и лепестковообразные подпружиненные торцевые концы пластин и аналогичный буртик обеспечивают надежный тепловой контакт корпуса 1, пластин 6 и перфорированной трубки 3.

Учитывая неравномерный обогрев солнцем цилиндрического корпуса 1 - верхняя часть освещается, а нижняя теневая, возможно сконструировать генератор-адсорбер как показано на фиг.2.

На фиг.2 показаны продольный (фиг. 3) и поперечный (фиг. 4) разрезы генератора-адсорбера.

Верхняя половина корпуса 1 имеет продольное внутреннее оребрение 2, а нижняя в увеличенном продольном ребре 14 канал 15 для отвода тепла адсорбции промежуточным теплоносителем, например водой. При этом интенсификация процесса улучшается, а подогретая вода может использоваться для полезного обогрева ночью.

При использовании в качестве корпуса 1 хорошо проводящих тепло материалов, а в качестве адсорбентов материалов о высокой пористостью и жесткой структурой при процессах физической адсорбции (активные угли) для усиления интенсификации днем и ночью возможно применение ребер с внутренними теплопроводящими каналами равномерно по всему объему адсорбента, как показано на фиг.5.

Предлагаемая конструкция обеспечивает следующие преимущества:
- на основании изучения физико-химических реакций выявлены температурные константы некоторых реакций, показывающих направление и интенсивность последних:

- на основании теплотехнических расчетов высокая эффективность работы за счет сравнения коэффициентов теплопроводности:
коэффициент теплопроводности сухой соли (адсорбента) для CaCl₂ составляет λ ≈ 0.05 (Вт/м•К), для стали λ_ст ≈ 50 (Bт/м•К), для алюминиевых сплавов λ_ал ≈ 190 (Вт/м•К).

- простота конструкции, монтажа и замены пружины;
- установленная пружина работает на сжатие и не закреплена торцевыми концами, что улучшает ее прочность в концевых участках;
- перемещения пластин автоматическое на небольшое расстояние и определяется их количеством и слоем засыпаемого адсорбента, наличие подпружиненных заостренных торцевых концов и центрального буртика улучшает тепловой контакт и исключает заедание при перемещении, а также устанавливает фиксацию пластин при обратной установки;
- наличие заостренных горизонтальных насечек длиной 3 ^oC 5 мм при толщине адсорбента между пластинами 5 ^oC 10 мм способствует удержанию слоев адсорбента от сползания вниз, при неравномерном насыщении и осушении.

Источники информации.

1. Ачилов Б.М. Мангалжалав Ч. Холодильная гелиоустановка с твердым сорбентом //Холодильная техника. 1990, N 2, с. 5-7.

2. А. С. СССР. N - 1280280, Захидов Р.А., Шадиев С. Генератор-адсорбер гелиохолодильника.

Внутри на корпусе генератора-адсорбера выполнено продольное оребрение. В корпусе размещена перфорированная трубка, подключенная к хладопроводу, цилиндрическая пружина, и лепестковообразные двигающиеся вертикальные пластины с заостренными, подпружиненными торцевыми поверхностями и заостренным подпружиненным буртиком в средней части. Между пластинами засыпан адсорбент, который удерживается заостренными насечками. Пластины поджаты пружиной, установленной без закрепления в свободной от адсорбента части аппарата. Во внутренних ребрах корпуса могут быть выполнены каналы для отвода тепла адсорбции теплоносителем. Использование изобретения позволит повысить холодопроизводительность машины. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Генератор-адсорбер гелиохолодильника, содержащий корпус с перфорированной трубкой внутри, подключенной к хладопроводу, имеющий также внутри корпуса цилиндрическую пружину, отличающийся тем, что корпус имеет продольное внутреннее оребрение, дополнительно внутри корпуса установлены лепестковообразные двигающиеся вертикальные пластины с загнутыми, заостренными, подпружиненными торцевыми концами и заостренным подпружиненным буртиком в середине, пластины имеют горизонтальные насечки, удерживающие от перемещения адсорбент, находящийся между ними, а пружина установлена вне адсорбента без крепления между продольными ребрами корпуса и стержневой конструкцией фланца и поджимает лепестковообразные пластины. 2. Генератор-адсорбер по п.1, отличающийся тем, что половина корпуса, освещенная солнцем, имеет внутреннее продольное оребрение, а половина корпуса, не освещенная солнцем, имеет увеличенное продольное оребрение с каналом внутри для отвода промежуточным теплоносителем тепла адсорбции. 3. Генератор-адсорбер по п.1, отличающийся тем, что имеет равномерные по всей внутренней поверхности корпуса ребра с внутренними каналами.