КОМПАКТНАЯ СУДОВАЯ АБСОРБЦИОННАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2018 года по МПК F25B15/02 

Изобретение относится к источникам технологического холода и предназначено, в частности, для систем кондиционирования воздуха кораблей и судов, а также может быть использовано в системах хладоснабжения предприятий пищевой, химической, нефтехимической и других отраслей промышленности, для установки на судах речного и морского транспорта.

Известны абсорбционные холодильные установки, описанные в учебнике для ВУЗов Бадылькес И.С., Данилов Р.Л. «Абсорбционные холодильные машины». - М: Пищепромиздат, 1966. - 356 с.

Известна абсорбционная установка по а.с. №1096463, аппараты которой, для повышения эксплуатационной надежности, имеют системы циркуляции рабочей жидкости. Недостатком этого устройства является невозможность избирательной интенсификации тепломассообмена в том или ином аппарате, а, следовательно, невозможно обеспечить оптимальный режим работы холодильной установки в целом при изменении внешних воздействий на нее (изменения потребности в холоде, повышение температуры охлаждающей забортной воды).

Известна абсорбционная установка по патенту №2460020, содержащая генератор пара, конденсатор, испаритель, абсорбер, корпусные оболочки которых выполнены из металла с толщиной стенки 1÷3 мм, тепломассообменные аппараты, выполненные в виде тепломассообменных пучков труб, насос для перекачки слабого раствора абсорбента, форсунки для распыла слабого раствора абсорбента, форсунки для распыла крепкого раствора абсорбента, автономные системы циркуляции жидкости с циркуляционными насосами и распределительными трубопроводами, паропровод, соединяющей генератор пара и конденсатор.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является абсорбционная бромистолитиевая холодильная установка по а.с. №233700, принятая за прототип, содержащая генераторы для выпаривания слабого раствора, конденсаторы паров хладагента после генераторов, испарители для производства холода, абсорберы, в которых крепким раствором поглощаются пары хладагента после испарителей, и теплообменники -регенераторы тепла между крепким и слабым растворами. При этом теплообменные поверхности ее генераторов, конденсаторов, испарителей, абсорберов и теплообменников выполнены в виде заключенных в общий кожух однотипных прямоугольных блоков, вертикальные ряды которых образуют параллельно включенные автономные холодильные агрегаты равной производительности, а в каждом их горизонтальных рядов размещены аппараты одного назначения, например, генераторы, испарители, подключенные к общим паровым и жидкостным коммуникациям установки.

Однако указанные известные устройства обладают относительно низкой эксплуатационной надежностью при повышенных массогабаритных характеристиках.

Задачей изобретения является создание компактной абсорбционной холодильной установки со сниженными массогабаритными характеристиками, обладающей повышенной эксплуатационной надежностью.

Указанный технический результат достигается в техническом решении компактной судовой абсорбционной холодильной установке, содержащей генератор пара, конденсатор, испаритель и абсорбер, соединенные трубо- и паропроводами. При этом в отличие от прототипа генератор пара, испаритель и абсорбер оснащены собственными циркуляционными насосами, обеспечивающими кратность циркуляции жидкости в аппарате от 1 до , причем распределительные трубопроводы от циркуляционных насосов проложены вдоль трубных пучков тепломассообменных аппаратов генератора, испарителя и абсорбера, подключенных к забортной воде, а выпуск жидкости из трубопроводов осуществляется в направлении трубного пучка из прямоугольных отверстий в образующей трубы с соотношением сторон от 1:1 до 1:4, причем отверстия, со стороны потока набегающей жидкости, перекрыты арочным элементом.

В частном случае заявляемого изобретения паропровод, соединяющий генератор и конденсатор, подсоединен к корпусу конденсатора через прямоугольное отверстие в корпусе со сторонами от 1:1 до 1:4, а само отверстие со стороны набегающего пара содержит арочный элемент.

В другом частном случае заявляемого изобретения корпуса аппаратов абсорбционной установки выполнены из тонкостенного металла, толщиной 1,0÷3,0 мм, а трубные пучки аппаратов - из трубок 5,0÷10 мм с толщиной стенки 0,3÷1,0 мм. Такие корпусные конструкции, выполненные по технологии изготовления тонкостенных оболочек, обеспечивают повышение компактности установки с одновременным снижением массогабаритных характеристик. Размещение тепломассообменных аппаратов установки в современных тонкостенных оболочечных корпусах с толщиной стенки 1,0÷3,0 мм позволяет перейти от теплообменных труб диаметром 15÷25 мм к интенсивным «плотным» теплообменным пучкам труб с диаметром 5÷10 мм с толщиной стенки 0,3÷1,0 мм.

В третьем частном случае заявляемого изобретения для успокоения движения жидкости в аппаратах в условиях качки заявляемая установка оборудована успокоителями волн в виде взаимно перпендикулярных перегородок из тонкого листового инертного для сред материала с устройством квадратных ячеек со стороной 20÷100 мм, причем верхний край перегородок на 50÷70 мм выше уровня жидкой фазы в аппаратах: генераторе пара, испарителе и в абсорбере, а нижний край на 50÷70 мм ниже уровня жидкой фазы.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена компактная абсорбционная установка, в условном разрезе совмещенная с ее гидравлической схемой.

На фиг. 2 показан вид сбоку абсорбционной установки.

На фиг. 3 показано устройство отверстий, перекрытых арками 18, для выпуска жидкости из распределительных трубопроводов 12, 13, 14.

На фиг. 4 показана абсорбционная установка с успокоительной решеткой 19.

Работает холодильная установка следующим образом. Насос 6 подает слабый раствор абсорбера 18 в генератор пара 1 через форсунки для распыла на основе RU-эффекта 7, которые, в случае понижения уровня раствора, позволяют эффективно орошать пучки труб 5. Внешняя греющая среда поступает в тепломассообменные пучки труб 5 генератора пара 1. В результате водяной пар 20 (если абсорбционная установка бромисто-литиевая) или аммиак (если установка водоаммиачная) выкипает из слабого раствора и уходит в конденсатор 2, где и конденсируется на трубках теплообменного пучка, в котором циркулирует охлаждающая забортная вода.

Вдоль тепломассообменных пучков труб 5 аппаратов 1, 3, 4 от насосов 9, 10, и 11 проложены распределительные трубопроводы 12, 13 и 14 систем циркуляции, в образующих которых для выпуска жидкости выполнены прямоугольные отверстия, перекрытые арками 22 со сторонами от 1:1 до 1:4, фиг. 2.

Паропровод 15 подсоединен к обечайке конденсатора через прямоугольное отверстие, перекрытое арочным элементом 16, причем соотношения сторон отверстия и арки от 1:1 до 1:4 (см. фиг. 1). Пар 20, двигаясь к конденсатору 2 по паропроводу 15, обтекает арочный элемент 16. Подтекая под арку 16, встречные потоки пара поочередно подтормаживают друг друга, возбуждая под аркой автоколебательный процесс. Частота автоколебаний при скорости пара в 30 м/с и при характерном размере отверстия, например 0,15 м, составит f=0,21⋅30/0,15=42 Гц, здесь 0,21 - число Струхаля. Результирующее течение пара за аркой имеет выраженный периодический характер, а угол его раскрытия составляет не ~ 25°, как в обычных струйных турбулентных течениях, а 90÷130° (в зависимости от соотношения сторон отверстия). Важно отметить, что арочный элемент повышает интенсивность турбулентности потока пара с естественно-природного уровня в ~ 3% до 60-65%. Большой угол раскрытия течения с интенсивностью турбулентности ~ 60% интенсифицирует процесс конденсации: истечение пара из арочного элемента увеличивает поверхность контакта пара с трубным пучком вправо и влево от отверстия, а пульсационная компонента турбулентного течения уменьшает толщину пограничных слоев и сдувает образовавшийся конденсат, причем пульсирующий пар глубоко входит в пучок труб. Образовавшийся конденсат 21 из корпуса конденсатора 2 по соединительному трубопроводу, поступает в пространство испарителя 3, где кипит под вакуумом, забирая тепло от охлаждаемой среды, которая подается в тепломассообменные пучки труб 5 от потребителя (теплая вода из системы кондиционирования воздуха) и поступает обратно к потребителю уже охлажденная. Образовавшийся в испарителе пар по паропроводу 17 уходит в абсорбер 4. В паропроводе на входе в абсорбер 4 расположены форсунки с RU-эффектом 8, распыляющие абсорбент 19 (вода, если машина водоаммиачная, или крепкий раствор бромистого лития, если машина бромисто-литиевая). Абсорбент 19 активно поглощает пар из испарителя и поступает в зону охлаждения абсорбера 4, где расположены тепломассообменные пучки труб 5 абсорбера, по трубкам которого проходит охлаждающая забортная вода. Далее цикл повторяется.

Испаритель 3 оснащен системой циркуляции жидкости. Насос 10 забирает из объема испарителя жидкость и подает ее в распределительный трубопровод 13 проложенный вдоль тепломассообменных пучков труб 5 испарителя. Жидкость из распределительного трубопровода выходит через прямоугольные отверстия с арочными элементами 22 в направлении трубного пучка, (фиг. 2)

Арки, перекрывающие прямоугольные отверстия в стенке распределительной трубы (фиг. 2) генерируют автоколебательные процессы в потоке жидкости. Если допустить, что скорость жидкости ~ 2 м/с, а характерный размер отверстия 0,006 м, то частота автоколебаний будет

Поток циркулирующей жидкости из отверстий, перекрытыми арками 22 (фиг. 2) распределительного трубопровода 5 уходит глубоко в трубный пучок и интенсифицирует теплообмен на нем за счет активных воздействий на пограничные слои у стенок теплообменных труб.

Производительность циркуляционного насоса должна обеспечивать кратность обмена в объеме жидкости аппарата от 1 до (т.е. кратность обмена 1-5 раз в час). Положительный эффект в интенсификации теплообмена создает не средняя скорость потока жидкости из распределительного трубопровода, а ее мощная пульсационная компонента, которая составляет 60÷65% от средней скорости.

Абсорбер 4 имеет свою циркуляционную систему, содержащую циркуляционный насос 11 и распределительный трубопровод 14 с отверстиями, перекрытыми арками 22, фиг. 2.

Температура забортной воды может изменяться, например, расти с ростом температуры наружного воздуха или с изменением района плавания судна, например, Средиземное или Красное море. Повышение температуры охлаждающей среды снижает отвод теплоты абсорбции из аппарата и снижает холодильную мощность установки. Включая циркуляционный насос 11 и интенсифицируя теплоотдачу на стенках пучка теплообменных труб удается повысить отвод теплоты от рабочей жидкости сохраняя работоспособность холодильной установки в целом и сохраняя ее холодопроизводительность.

Раствор рабочих веществ из абсорбера насос 6 подает в генератор пара 1, распыляя его в генераторе. В генератор подводится теплота из внешнего источника, например, в виде горячей воды от системы охлаждения главной силовой судовой установки, в тепломассообменные пучки труб 5. Жидкость в генераторе, за счет подвода внешней теплоты кипит и образующийся пар уходит в конденсатор 2. Если температура внешней среды по каким-либо причинам в ходе эксплуатации установки понизилась, или потребность в технологическом холоде в ходе эксплуатации возросла, то включается циркуляционный насос 9, который интенсифицирует теплообмен в трубном пучке генератора, увеличивая его мощность, это восстанавливает проектную холодопроизводительность абсорбционной установки.

В ходе эксплуатации судовой абсорбционной установки на нее будет действовать качка, вызываемая волнением моря. Рабочая жидкость в аппаратах придет в движение и часть теплообменной поверхности может время от времени обнажаться, что будет снижать производительность аппаратов и установки в целом. Для снижения негативного влияния качки в ходе эксплуатации в установке, на границе раздела сред, установлен успокоитесь волн в виде взаимно перпендикулярных перегородок из тонкого листового инертного для сред материала с устройством квадратных ячеек со стороной d, причем верхний край перегородок на с выше уровня жидкой фазы в аппарате, а нижний край на с ниже уровня жидкой фазы (фиг. 3).

Изобретение относится к холодильным установкам и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха и системах хладоснабжения предприятий, для установки на кораблях и судах. Генератор пара, конденсатор, испаритель и абсорбер соединены трубо- и паропроводами. Испаритель и абсорбер оснащены собственными циркуляционными насосами, обеспечивающими кратность циркуляции жидкости в аппарате в 1-5 раз в час. Распределительные трубопроводы от циркуляционных насосов проложены вдоль трубных пучков тепломассообменных аппаратов генератора, испарителя и абсорбера, подключенных к забортной воде. Выпуск жидкости из трубопроводов осуществляется в направлении трубного пучка из прямоугольных отверстий в образующей трубы. Паропровод, соединяющий генератор и конденсатор, подсоединен к корпусу конденсатора через прямоугольное отверстие в корпусе, причем все упомянутые отверстия имеют соотношение сторон от 1:1 до 1:4 и перекрыты арочными элементами. Техническим результатом является снижение массогабаритных характеристик установки и повышение эксплуатационной надежности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Компактная судовая абсорбционная холодильная установка, содержащая генератор пара, конденсатор, испаритель и абсорбер, соединенные трубо- и паропроводами, отличающаяся тем, что генератор пара, испаритель и абсорбер оснащены собственными циркуляционными насосами, обеспечивающими кратность циркуляции жидкости в аппарате в 1-5 раз в час, причем распределительные трубопроводы от циркуляционных насосов проложены вдоль трубных пучков тепломассообменных аппаратов генератора, испарителя и абсорбера, подключенных к забортной воде, а выпуск жидкости из трубопроводов осуществляется в направлении трубного пучка из прямоугольных отверстий в образующей трубы, а паропровод, соединяющий генератор и конденсатор, подсоединен к корпусу конденсатора через прямоугольное отверстие в корпусе, причем все упомянутые отверстия имеют соотношение сторон от 1:1 до 1:4 и перекрыты арочными элементами.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что корпуса аппаратов абсорбционной установки выполнены из тонкостенного металла толщиной 1,0÷3,0 мм, а трубные пучки аппаратов - из трубок 5,0÷10 мм с толщиной стенки 0,3÷1,0 мм.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что для успокоения движения жидкости в аппаратах в условиях качки в ней установлены успокоители волн в виде взаимно перпендикулярных перегородок из листового инертного для сред материала с устройством квадратных ячеек со стороной 20÷100 мм, причем верхний край перегородок на 50÷70 мм выше уровня жидкой фазы в генераторе пара, испарителе и в абсорбере, а нижний край на 50÷70 мм ниже уровня жидкой фазы.