Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат

 

Использование: в холодильной технике, может найти широкое применение в бытовых холодильниках, снабженных абсорбционно-диффузионными холодильными агрегатами. Сущность изобретения: полость термосифона ниже уровня крепкого раствора в области подвода тепла связана паропроводом с паровым объемом магистрали, соединяющей выходной конец дополнительного термосифона с наружным каналом жидкостного теплообменника-регенератора. Теплообменник-регенератор выполнен трехполочным, его средний канал соединяет ресивер абсорбера с жидкостной зоной ректификатора, а внутренний канал подключен к трубопроводу слабого раствора, размещенному в опускном канале ректификатора. В верхний открытый конец трубопровода введена труба термосифона. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к холодильной технике и может найти широкое применение в бытовых холодильниках, снабженных абсорбционно-диффузионными холодильными агрегатами (АДХА).

Известен АДХА, преимущественно для домашнего холодильника, содержащий термосифон, ректификатор, воздушный дефлегматор и теплообменник типа труба в трубе. Недостатком данного устройства является его низкая производительность (холодильная мощность). Это обусловлено ограниченными расходными характеристиками генератора, которые определяются его конструктивными особенностями и режимными параметрами АДХА.

Известен кипятильник абсорбционно-диффузионного холодильного агрегата для выпаривания раствора, содержащий термосифон, нагреватель, парожидкостную эмульсию, колонку, ректификационную сетку. Недостатком известного устройства является малая эффективность, поскольку его конструкция не позволяет использовать для повышения циркуляции парожидкостной эмульсии потенциальную энергию пара, получаемого в результате довыпаривания раствора в нижней части колонны, хотя на довыпаривание расходуется примерно 70% потребляемой мощности.

Кроме того, в известном кипятильнике довыпаривание слабого раствора приводит к повышению температуры паров хладагента и увеличению количества паров воды на выходе. Это повышает теплоту дефлегмации, бесполезно рассеиваемую в окружающую среду, что снижает термодинамическую эффективность агрегата в целом.

Целью изобретения является повышение эффективности агрегата путем улучшения циркуляции парожидкостной эмульсии.

Цель достигается тем, что полость термосифона предлагаемого АДХА ниже уровня крепкого раствора в области подвода тепла связана паропроводом с паровым объемом магистрали, соединяющей выходной конец дополнительного термосифона с наружным каналом теплообменника-регенератора; теплообменник-регенератор выполнен из коаксиальных труб трехпоточным, причем его средний канал связывает ресивер абсорбера с жидкостной зоной ректификатора, а внутренний канал подключен к размещенному в опускном канале ректификатора трубопроводу слабого раствора, в верхний открытый конец которого введена труба термосифона.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что в его конструкции полость термосифона ниже уровня крепкого раствора в области подвода тепла связана паропроводом с паровым объемом магистрали, посредством которой дополнительный термосифон включен в линию связи по слабому раствору с наружным каналом теплообменника-регенератора. Это позволяет сделать вывод, что заявляемое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа. Это дает основание признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

Кроме того, с точки зрения обоснования перечисленных выше критериев и достигаемого с их помощью положительного эффекта можно отметить следующее. Авторам и заявителю не известно решение, в котором полость термосифона ниже уровня крепкого раствора в области подвода тепла связана паропроводом с паровым объемом магистрали, соединяющей выходной конец дополнительного термосифона с наружным каналом теплообменника-регенератора.

Выполнение агрегата с двумя термосифонами позволяет повысить производительность (холодильную мощность) АДХА за счет увеличения циркуляции парожидкостной эмульсии, результатом чего будет увеличение количества подаваемого в испаритель хладагента и соответствующее увеличение подаваемого на абсорбер слабого раствора. Увеличение циркуляции парожидкостной эмульсии обусловлено тем, что для выноса слабого раствора из термосифона используется потенциальная энергия (давление) пара, полученного в дополнительном термосифоне и введенного в полость термосифона ниже уровня крепкого раствора. Поскольку скорость движения и время выноса парожидкостной эмульсии из термосифона определяются по условию баланса сил давления, инерции и трения, то очевидно, что наличие дополнительного подпорного давления в области прогрева приведет к улучшению расходных характеристик термосифонного насоса.

Известно, что вдув газа в нагреваемую жидкость является эффективным методом интенсификации теплообмена между стенкой и жидкостью подобно пузырьковому кипению. Предлагаемое решение позволяет на практике использовать этот метод для повышения коэффициентов теплоотдачи в термосифонном насосе АДХА бытовых холодильников.

Реализуется изобретение следующим образом.

Образовавшийся в дополнительном термосифоне пар постепенно выходит из гидрозатвора паропровода и поднимается в виде пузырьков сквозь массу жидкости, находящейся в термосифоне. При движении пузырьки пара контактируют с поверхностью нагрева, что приводит к активации парообразующих центров. При достаточно большом числе центров парообразования коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении существенно выше, чем при конвективном теплообмене. Это позволяет снимать с жарового стакана нагревателя в процессе работы термосифона значительные тепловые потоки при сравнительно небольших температурных напорах, поскольку основное количество теплоты выносится из пристенного слоя в объем жидкости с паром пузырей, т.е. в виде теплоты испарения. Часть теплоты отводится с перегретой жидкостью, увлекаемой паровыми пузырями при их отрыве от внутренней поверхности термосифона. Рост числа центров парообразования приводит к потере гидродинамической устойчивости жидких пленок между пузырьками и к их слиянию, т.е. при прочих равных условиях в термосифоне будет увеличена область снарядного режима течения по сравнению с режимом работы термосифона известного кипятильника, что улучшит циркуляцию парожидкостной эмульсии.

Кроме того, благодаря наличию большого количества пузырей, контактирующих с поверхностью испарения, в термосифоне предлагаемого агрегата осуществляется режим, практически равноценный испарению с тонких пленок. Тем самым достигается высокая интенсивность теплообмена в диапазоне весьма малых перегревов стенки термосифона. В известном кипятильнике в нижней части затопленного объема процесс кипения не идет, а происходит свободная конвекция, поэтому интенсивность теплообмена соответственно низкая. Это приводит к необходимости повышения температуры нагревателя, следствием чего будет понижение эксплуатационной надежности агрегата, вызванное коррозионным действием аммиачного раствора при повышении его температуры выпаривания. Выполнение агрегата предлагаемой конструкции позволяет выровнить температурный режим генератора и исключить вероятность местного перегрева аммиачного раствора при выпаривании. При этом снижается коррозионная активность раствора и повышается срок службы генератора, который в настоящее время практически полностью определяет ресурс агрегата.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Агрегат содержит термосифон 1, нагреватель 2, ректификатор 3 с вертикальными опускным и подъемным каналами, связанные между собой ниже уровня крепкого раствора, жидкостный теплообменник-регенератор 4 между крепким и слабым раствором, трубопровод 5 слабого раствора, ресивер 6 абсорбера 7.

Кроме того, агрегат содержит паропровод 8, связывающий полость термосифона ниже уровня крепкого раствора в области подвода тепла с паровым объемом магистрали 9, посредством которой дополнительный термосифон 10 соединен с наружным каналом теплообменника-регенератора 4.

Теплообменник-регенератор 4 выполнен из коаксиальных труб трехпоточным, причем его средний канал связывает ресивер 6 абсорбера 7 с жидкостной зоной ректификатора 3, а внутренний канал подключен к размещенному в опускном канале ректификатора трубопроводу 5 слабого раствора, в верхний открытый конец которого введена труба термосифона 1. Нагреватель, термосифон, ректификатор, дополнительный термосифон, паропровод и магистраль закрыты теплоизоляцией в кожухе (на чертеже не показано).

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Внутренняя полость АДХА вакуумируется и заполняется водоаммиачным раствором с массовой концентрацией аммиака 0,34-0,36 кг/кг раствора и инертным газом (водородом) до давления 1,9-2,1 мПа. Объем раствора выбирается таким, чтобы уровень крепкого раствора а был выше центра отверстия между опускным и подъемным каналами ректификатора на 23 1 мм.

Крепкий раствор из ресивера 6 через средний канал жидкостного теплообменника-регенератора 4, ректификатор 3 направляется в термосифон 1 и дополнительный термосифон 10. При подводе тепла нагревателем 2 к термосифону 1 и дополнительному термосифону 10 в них происходит подъем парожидкостного лифта, состоящего из пузырей пара хладагента и столбиков (снарядов) слабого раствора, на высоту, превышающую верхнюю часть абсорбера 7 и обеспечивающую циркуляцию раствора по остальным узлам агрегата.

Из термосифона 1 парожидкостная эмульсия выбрасываемая в верхнюю часть опускного канала ректификатора 3 и, поскольку труба термосифона входит в открытый верхний конец трубопровода 5, то слабый раствор сливается в трубопровод, а неректифицированный пар направляется в полость крепкого раствора ректификатора. В процессе ректификации пар обогащается легколетучим хладагентом, нагревая при этом крепкий раствор. Отделившись от воды, пар аммиака практически чистым поступает в конденсатор (на чертеже не показан), где сжижается с отводом тепла в окружающую среду. Затем жидкий аммиак поступает в испаритель (не показан). Давление аммиака в испарителе ниже, чем в конденсаторе, поэтому аммиак в испарителе испаряется, производя холодильное действие.

При испарении аммиак диффундирует в водород, который поступает в испаритель. Образуется парогазовая смесь водорода и аммиака, которая через теплообменник (не показан) попадает в ресивер 6 и затем поднимается по змеевику абсорбера 7, где пары аммиака абсорбируются слабым водоаммиачным раствором, который по линии связи трубопровод 5 теплообменник 4 поступает в абсорбер 7. Водород вновь поступает в испаритель. Процесс повторяется.

Из дополнительного термосифона 10 парожидкостная эмульсия поступает в магистраль 9, где сепарируется на пар и слабый раствор, который стекает в наружный канал теплообменника-регенератора 4 и далее подается на абсорбер 7. В результате работы дополнительного термосифона 10 будет возрастать давление в паровом объеме магистрали 9 и паропроводе 8. По мере возрастания этого избыточного давления будет снижаться уровень крепкого раствора а в паропроводе 8 и уровень слабого раствора в магистрали 9. В момент выхода пара в термосифон 1 ниже уровня крепкого раствора в области подвода тепла уровень крепкого раствора в паропроводе 8 будет занимать положение a', а уровень слабого раствора магистрали 9 положение '. В результате выхода пара через термосифон 1 произойдет сброс давления и указанные выше уровни займут исходные положения а и после чего процесс повторится.

Таким образом, предлагаемое решение позволяет повысить эффективность агрегата путем улучшения циркуляции парожидкостной эмульсии в термосифоне с помощью пара, полученного при выпаривании крепкого раствора в дополнительном термосифоне.

Формула изобретения

1. АБСОРБЦИОННО-ДИФФУЗИОННЫЙ ХОЛОДИЛЬНЫЙ АГРЕГАТ, содержащий термосифон, нагреватель, ректификатор с вертикальными опускным и подъемным каналами, связанными между собой ниже уровня крепкого раствора, жидкостный теплообменник регенератор между крепким и слабым растворами, трубопровод слабого раствора и ресивер абсорбера, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности агрегата путем улучшения циркуляции парожидкостной эмульсии, полость термосифона ниже уровня крепкого раствора в области подвода тепла связана паропроводом с паровым объемом магистрали, соединяющей выходной конец дополнительного термосифона с наружным каналом теплообменника регенератора.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что теплообменник регенератор выполнен из коаксиальных труб трехпоточным, причем его средний канал связывает ресивер абсорбера с жидкостной зоной ректификатора, а внутренний канал подключен к размещенному в опускном канале ректификатора трубопроводу слабого раствора, в верхний открытый конец которого введена труба термосифона.

РИСУНКИ

Рисунок 1