СПОСОБ РАБОТЫ АБСОРБЦИОННО-ДИФФУЗИОННОГО ХОЛОДИЛЬНОГО АГРЕГАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2001 года по МПК F25B15/10 

Предлагаемое изобретение относится к холодильной технике, в частности к способам работы и устройствам абсорбционно-диффузионных холодильных агрегатов (АДХА).

Известны АДХА холодильников "Морозко-3М", "Иней" (Д.А.Лепаев. Ремонт бытовых холодильников. Москва, Легпромиздат. 1989, стр. 213-216, 231-233). В состав упомянутых АДХА входят: конденсатор, испаритель, газовый теплообменник, жидкостный теплообменник, абсорбер, сборник крепкого раствора (ресивер), термосифон генератора, дефлегматор, трубка слабого раствора, трубка крепкого раствора, паровая трубка, электронагреватель, теплоизоляция.

В упомянутых устройствах реализован способ работы АДХА, включающий подачу крепкого раствора из жидкостной части сборника раствора (ресивера) на вход термосифона генератора, подъем раствора путем нагрева в термосифоне на уровень выше абсорбера с разделением его на слабый раствор и пар, охлаждение пара в трубке перед конденсатором окружающим воздухом для очистки от примесей паров воды, возвращение в генератор флегмы (воды с примесью аммиака), подачу очищенных паров аммиака в конденсатор и далее жидкого аммиака из конденсатора в испаритель, испарение его в испарителе в водород с поглощением тепла от охлаждаемого объекта (камеры холодильника), подачу парогазовой смеси в парогазовую часть ресивера и далее в абсорбер для образования крепкого раствора путем абсорбции слабым раствором аммиака из парогазовой смеси, слив крепкого раствора в ресивер, подачу очищенного водорода из абсорбера вновь в испаритель.

Недостаток реализованного способа в упомянутом холодильном агрегате заключается в том, что КПД его составляет 20-25% (тепловой коэффициент 0,2-0,25). Причиной этого является то, что флегма поступает на вход в термосифон, ослабляет крепкий раствор и тем самым снижает тепловой коэффициент агрегата. Кроме того, дополнительное снижение теплового коэффициента холодильного агрегата происходит за счет того, что примерно 30% тепловой энергии бесполезно рассеивается в окружающее пространство с поверхности дефлегматора.

В качестве прототипа выбран АДХА холодильника "Кристалл-9М" (Д.А.Лепаев. Ремонт бытовых холодильников. Легпромбытиздат, 1989, стр. 236-240). В состав АДХА этого холодильника входят: конденсатор, испаритель, трубка паров аммиака, теплоизоляция, абсорбер, трубка слабого раствора, трехпоточный теплообменник, паровая трубка, кипятильник, термосифон, нагреватель, ресивер, трубка крепкого раствора, генератор.

В описанном устройстве-прототипе осуществлен способ работы АДХА, включающий подачу крепкого раствора из ресивера на вход термосифона генератора, подъем раствора путем нагрева в термосифоне на уровень выше абсорбера с разделением его на слабый раствор и пар, поступающие соответственно на вход трубки слабого раствора и вход паровой трубки, средние части которых входят в состав трехпоточного теплообменника. В трехпоточном теплообменнике пар охлаждается встречным потоком крепкого раствора при непосредственном их соприкосновении с отбором и сливом образовавшейся флегмы (воды со слабой концентрацией аммиака) в крепкий раствор. Очищенный аммиак (аммиачный пар) поступает в конденсатор, в котором он конденсируется и сливается в испаритель. В испарителе аммиак испаряется в водород с поглощением тепла из полости холодильника. Образовавшаяся при этом парогазовая смесь (смесь аммиака с водородом) опускается в нижнюю часть абсорбера.

Недостаток способа заключается в том, что охлаждение пара встречным потоком крепкого раствора осуществляется при их непосредственном соприкосновении. Как следствие этого, не обеспечивается стабильность концентрации крепкого раствора, поступающего в термосифон. Так как рабочие температуры в трехпоточном теплообменнике находятся в диапазоне (80-180)^oC, то концентрация аммиака во флегме, поступающей в крепкий раствор и далее в термосифон значительно ниже нормальной концентрации аммиака в крепком растворе (35-26)%. Понижение концентрации аммиака в растворе, поступающего в термосифон, приводит к повышению его рабочей температуры, при этом больше воды из раствора испаряется, пар становится горячее, а во флегме еще больше снижается концентрация аммиака. В конечном счете, это приводит к двум негативным факторам: к увеличению паров воды, поступающих в конденсатор, что снижает холодопроизводительность агрегата, к усиленной коррозии термосифона при рабочих температурах 200^oC и более с последующим его прогоранием и выходом из строя АДХА. Именно по этой причине холодильник "Кристалл-9М" был снят с серийного производства на Васильковском заводе холодильников (Украина).

Цель предлагаемого технического решения - повышение надежности АДХА при обеспечении стабильности работы.

Поставленная цель достигнута за счет того, что способ работы абсорбционно-диффузионного холодильного агрегата включает отделение и слив флегмы из пара путем охлаждения его в паровой трубке встречным потоком крепкого раствора над уровнем жидкостной части ресивера, прохождение парогаза из испарителя через парогазовую часть ресивера в абсорбер, флегму, образовавшуюся при охлаждении пара, подают на созданный гидравлический затвор для пара, для которого используют раствор ресивера, причем охлаждение пара встречным потоком крепкого раствора осуществляют через стенку паровой трубки. Охлаждение пара может быть осуществлено на уровне парогазовой части ресивера путем подвода крепкого раствора на уровень жидкостной части ресивера и обеспечения между ними кондуктивной тепловой связи.

Поставленная цель достигнута за счет того, что абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат содержит жидкостный теплообменник, расположенный в нижней части агрегата и выполненный по типу - трубка слабого раствора в трубке крепкого раствора, термосифон, вход которого связан с выходом трубки крепкого раствора упомянутого жидкостного теплообменника, а его выход функционально связан с входом трубки слабого раствора и с входом паровой трубки, выход которой подключен к конденсатору, участок трубки крепкого раствора последовательно выведен из средней части жидкостного теплообменника и установлен на уровне жидкостной части ресивера с наклоном на подъем движущегося в нем раствора и связан в тепловом отношении посредством вновь введенной теплопроводной пластины с параллельно установленным ему на уровне парогазовой части ресивера участком паровой трубки, к выходу которого подключен вход вновь введенной трубки слива флегмы, выход которой подключен к ресиверу снизу.

В состав устройства для реализации предложенного способа работы АДХА (чертеж) входят:
конденсатор 1;
паровая трубка 2;
теплоизоляция 3;
термосифон генератора 4;
трубка слабого раствора 5;
электронагреватель 6;
охлаждаемый участок 7 паровой трубки 2;
трубка слива флегмы 8;
средний участок 9 трубки крепкого раствора 10 жидкостного теплообменника 11;
теплопроводная пластина 12;
жидкостная часть ресивера 13;
парогазовая часть ресивера 14;
абсорбер 15;
парогазовая трубка 16;
испаритель 17;
генератор, включающий трубку пара 2; теплоизоляцию 3; термосифон; трубку слабого раствора 5; электронагреватель 6; трубку крепкого раствора 10.

Холодильный агрегат для реализации предложенного способа работает следующим образом (чертеж). Крепкий раствор из жидкостной части ресивера 13 по трубке крепкого раствора 10 поступает на вход термосифона 4, в котором раствор кипит от тепла, поступающего от электронагревателя 6. Паровые пробки процесса кипения поднимают и выталкивают жидкость из термосифона на уровень, обеспечивающий поступление слабого раствора по трубке 5 в верхнюю часть абсорбера 15. Пары аммиака и воды поступают на участок 7 (паровой трубки 2), установленный на уровне парогазовой части 14 ресивера, охлаждаемый через теплопроводную пластину 12 участком 9 трубки крепкого раствора, последовательно выведенным из жидкостного теплообменника 11 на уровень жидкостной части 13 ресивера. В результате охлаждения вода конденсируется с невысокой концентрацией аммиака и сливается в виде флегмы в ресивер 13 по трубке 8.

Очищенный от воды аммиачный пар поступает после участка 6 на вход конденсатора 1. Таким образом, тепло, выделенное в результате конденсации флегмы, используется для нагрева крепкого раствора на участке трубки 9, в которой он движется в противоположном направлении относительно движения охлаждаемого пара, и за счет этого повышается КПД агрегата, при этом концентрация раствора, поступающего на вход термосифона, остается неизменной, и тем самым обеспечивается стабилизация режима работы АДХА:
рабочая температура термосифона 4 не повышается выше требуемой и термосифон не перегревается;
в конденсатор 1 не поступают водяные пары;
в испарителе обеспечивается стабильная заданная холодопроизводительность.

Для подтверждения эффективности предложенного способа и устройств для его осуществления в НПО прикладной механики был изготовлен и испытан действующий макет, который обеспечил стабильность работы с тепловым коэффициентом 0,4.

Охлаждение пара встречным потоком крепкого раствора для выделения из него флегмы осуществляют через стенку паровой трубки. Образовавшуюся флегму сливают в ресивер через гидрозатвор для пара. В качестве гидрозатвора используют раствор ресивера. Охлаждение пара производят на уровне парогазовой части ресивера путем подвода крепкого раствора на уровень жидкостной части ресивера за счет обеспечения между ними кондуктивной тепловой связи. Использование изобретения позволит повысить надежность холодильного агрегата при обеспечении стабильности его работы. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы абсорбционно-диффузионного холодильного агрегата, включающий отделение и слив флегмы из пара путем охлаждения его в паровой трубке встречным потоком крепкого раствора над уровнем жидкостной части ресивера, прохождение парогаза из испарителя через парогазовую часть ресивера в абсорбер, отличающийся тем, что флегму, образовавшуюся при охлаждении пара, подают на созданный гидравлический затвор для пара, для которого используют раствор ресивера, причем охлаждение пара встречным потоком крепкого раствора осуществляют через стенку паровой трубки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение пара осуществляют на уровне парогазовой части ресивера путем подвода крепкого раствора на уровень жидкостной части ресивера и обеспечения между ними кондуктивной тепловой связи. 3. Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат, содержащий жидкостный теплообменник, расположенный в нижней части агрегата и выполненный по типу трубка слабого раствора в трубке крепкого раствора, термосифон, вход которого связан с выходом трубки крепкого раствора упомянутого жидкостного теплообменника, а его выход функционально связан с входом трубки слабого раствора и с входом паровой трубки, выход которой подключен к конденсатору, отличающийся тем, что участок трубки крепкого раствора последовательно выведен из средней части жидкостного теплообменника и установлен на уровне жидкостной части ресивера с наклоном на подъем движущегося в нем раствора и связан в тепловом отношении посредством вновь введенной теплопроводной пластины с параллельно установленным ему на уровне парогазовой части ресивера участком паровой трубки, к выходу которого подключен вход вновь введенной трубки слива флегмы, выход которой подключен к ресиверу снизу.