способ эксплуатации гибридных компрессионно-абсорбционных тепловых насосов или холодильных машин и гибридный тепловой насос или холодильная машина

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации гибридных компрессионно-абсорбционных тепловых насосов или холодильных машин с применением в качестве рабочей среды неазеотропной смеси хорошо растворяющихся друг в друге компонентов различной летучести путем конденсации, с одной стороны, менее летучего компонента при отводе тепла от среды в первом теплообменном процессе и растворения, с другой стороны, пара более летучего компонента в жидкости, снижения давления рабочей среды в процессе ее расширения, по меньшей мере частичного выпаривания из раствора более летучего компонента во втором теплообменном процессе, с одной стороны, и испарения по меньшей мере частично менее летучего компонента, с другой стороны, и сжатия рабочей среды с повышением давления, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности тепловых насосов и холодильных машин, рабочая среда выводится из первого теплообменного процесса в виде смеси двух различных фаз с различной концентрацией, причем между двухфазной рабочей средой , выходящей из первого процесса теплообмена перед ее расширением, и рабочей средой перед ее сжатием осуществляют внутренний теплообмен, при котором в рабочей среде, выходящей из первого процесса теплообмена, продолжаются процессы растворения и конденсации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что внутренний теплообмен осуществляют в два этапа, при этом на первом этапе заканчивается конденсация и растворение с переходом всей рабочей среды в жидкую фазу, которая на втором этапе охлаждается дальше.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что из влажного пара рабочей среды перед ее сжатием жидкость частично или полностью отделяется, оставшийся сухой или влажный пар сжимается, а отделенную жидкость впрыскивают в движущийся пар.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что отделенную жидкость возвращают в пар перед его сжатием или в процессе его сжатия, по крайней мере на одном уровне давления, или после его сжатия.

5. Гибридный тепловой насос или холодильная машина, содержащий замкнутый контур с последовательно включенными в него конденсатором-абсорбером, конденсатоохлаждающим внутренним теплообменником, элементом расширения, испарителем-десорбером и компрессором, выход которого подключен к входу конденсатора-абсорбера, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности тепловых насосов и холодильных машин, между конденсатором-абсорбером и конденсатоохлаждающим внутренним теплообменником помещен переохлаждающий внутренний теплообменник.

6. Насос или машина по п.5, отличающийся тем, что во всасывающий трубопровод компрессора включен сепаратор, на стороне выхода которого имеются отдельные трубопроводы пара и жидкости, первый из которых подключен к компрессору, а во втором установлен насос, подключенный к форсункам, размещенным в трубопроводе пара перед компрессором, и/или помещенным в компрессор, и/или размещенным в трубопроводе пара после компрессора.

7. Насос или машина по п.6, отличающийся тем, что перед форсунками установлена регулирующая арматура.

Приоритет по пунктам:

23.05.86 по пп. 1,2 и 5.

24.03.87 по пп. 3,4,6 и 7.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к гибридным компрессионно-абсорбционным тепловым насосам и холодильным машинам.

Известен способ эксплуатации гибридных компресионно-абсорбционных тепловых насосов или холодильных машин с применением в качестве рабочей среды неазеотропной смеси хорошо растворяющихся друг в друге компонентов различной летучести путем конденсации с одной стороны менее летучего компонента при отводе тепла от среды в первом теплообменном процессе и растворения с другой стороны пара более летучего компонента в жидкости, снижения давления рабочей среды в процессе ее расширения, по меньшей мере частичного выпаривания из раствора более летучего компонента во втором теплообменном процессе с одной стороны и испарения по меньшей мере частично менее летучего компонента с другой стороны и сжатия рабочей среды с повышением давления.

Известен также гибридный насос или холодильная машина, содержащая замкнутый контур с последовательно включенными в него компрессором-абсорбером, конденсатоохлаждающим внутренним теплообменником, элементом расширения, испарителем-десорбером и компрессором, выход которого подключен к входу конденсатора-абсорбера.

Недостаток известного решения заключается в невысоком коэффициенте мощности, что обусловлено невысокой эффективностью внутреннего теплообмена, который на стороне высокого давления протекает в уже полностью сконденсированной рабочей среде.

Цель изобретения - повышение коэффициента мощности тепловых насосов и холодильных машин.

Для этого в способе эксплуатации гибридных компрессионно-абсорбционных тепловых насосов или холодильных машин с применением в качестве рабочей среды неазеотропной смеси хорошо растворяющихся друг в друге компонентов различной летучести путем конденсации с одной стороны менее летучего компонента при отводе тепла от среды в первом теплообменном процессе и растворения с другой стороны пара более летучего компонента в жидкости, снижая давления рабочей среды в процессе ее расширения, по меньшей мере частичного выпаривания из раствора более летучего компонента во втором теплообменном процессе с одной стороны и испарения по меньшей мере частично менее летучего компонента с другой стороны и сжатия рабочей среды с повышением давления, рабочая среда выводится из первого теплообменника в виде смеси двух различных фаз с различной концентрацией, причем между двухфазной рабочей средой, выходящей из первого процесса теплообмена перед ее расширением, и рабочей средой перед ее сжатием осуществляют внутренний теплообмен, при котором в рабочей среде, выходящей из первого процесса теплообмена, продолжаются процессы растворения и конденсации. Кроме того, внутренний теплообмен осуществляют в два этапа, при этом на первом этапе заканчивается конденсация и растворение с переходом всей рабочей среды в жидкую фазу, которая на втором этапе охлаждается дальше, причем из влажного пара рабочей среды перед ее сжатием жидкость частично или полностью отделяется, оставшийся сухой или влажный пар сжимается, а отделенную жидкость впрыскивают в движущийся пар, при этом отделенную жидкость возвращают в пар перед его сжатием или в процессе его сжатия, по крайней мере на одном уровне давления, или после его сжатия.

Для достижения поставленной цели в гибридном тепловом насосе или холодильной машине, содержащей замкнутый контур с последовательно включенными в него конденсатором-абсорбером, конденсатоохлаждающим внутренним теплообменником, элементом расширения, испарителем-десорбером и компрессором, выход которого подключен к входу конденсатора-абсорбера, между конденсатором-абсорбером и конденсатоохлаждающим внутренним теплообменником помещен переохлаждающий внутренний теплообменник, кроме того, во всасывающий трубопровод компрессора включен сепаратор, на стороне выхода которого имеется отдельный трубопровод пара и отдельный трубопровод жидкости, первый из которых подключен к компрессору, а во втором установлен насос, подключенный к форсункам, размещенным в трубопроводе пара перед компрессором и/или помещенным в компрессор, и/или размещенным в трубопроводе пара после компрессора, причем перед форсунками установлена регулирующая арматура.

На фиг.1 приведена схема компрессионной машины и T, S-диаграмма осуществляемого в ней цикла; на фиг.2- схема компрессионной машины с внутренними теплообменниками и Т,S-диаграмма осуществляемого в ней цикла; на фиг.3 - Т, S-диаграмма, где приведен процесс из- энтропической компрессии рабочей среды из двух компонентов с промежуточным охлаждением в замкнутой круговой системе; на фиг.4 - участок компрессионной машины для влажной компрессии с подачей жидкости в паровой трубопровод; на фиг.5 и 6 - то же, варианты выполнения.

Компрессионная машина содержит замкнутый контур, который включает конденсатор-абсорбер 1, элемент 2 расширения, испаритель-десорбер 3 и компрессор 4. В зависимости от варианта конструктивного исполнения компрессионная машина может также включать в себя внутренние теплообменники 5 и 6, сепаратор 7 жидкости, насос 8, форсунки 9, 10 и 11, регулирующую арматуру 12, паровой трубопровод 13 и жидкостный трубопровод 14.

Компрессионная машина работает следующим образом.

Рабочая среда поступает в конденсатор-абсорбер 1 в состоянии А с давлением Р₁, где ее более летучий компонент при отдаче количества тепла Q₁ в менее летучем компоненте переходит в раствор, при этом пары последнего одновременно конденсируются. Одновременно при этом постепенно уменьшается температура рабочей среды. По окончании растворения и конденсации рабочая среда в двухфазном состоянии В выходит из конденсатора-абсорбера. При этом точка В не лежит на граничной кривой Н.

В элементе 2 расширения, которым может быть расширительный клапан, давление рабочей среды уменьшается до Р_о. Из элемента 2 расширения рабочая среда в состоянии С поступает в испаритель-десорбер 3. Здесь из рабочей среды при подведении количества тепла Q₃ удаляется большая часть более летучего компонента, при этом температура рабочей среды постепенно повышается. Рабочая среда выходит из испарителя-десорбера 3 в состоянии D, после чего в компрессоре 4 благодаря подведению работы сжатия Q₄ вновь достигается ее состояние А с давлением Р₁ .

Для описанного выше кругового процесса целесообразно использовать внутренний теплообмен между рабочими средами в состоянии В и D так, как это показано на фиг.2. В этом случае рабочая среда в состоянии А с давлением Р₁ поступает в конденсатор-абсорбер 1, где при отдаче количества тепла Q₁ температура рабочей среды постепенно уменьшается, причем при этом идет конденсация и растворение. Влажный пар в состоянии В выходит из конденсатора-абсорбера 1 и поступает на сторону высокого давления охлаждающего паром внутреннего теплообменника 6, охлаждается дальше до окончания процессов конденсации и растворения. Рабочая среда в состоянии G (насыщенная жидкость) отсюда переводится на сторону высокого давления охлаждающегося жидкостью внутреннего теплообменника 5, где при отдаче количества тепла Q₅ охлаждается до состояния Е. Далее рабочая среда расширяется в элементе 2 расшиpения до давления Р_о, и часть среды переходит в паровую фазу (точка С). Затем рабочая среда поступает в испаритель-десорбер 3, в котором при подведении количества тепла Q₃ доля паровой фазы увеличивается и среда нагревается. В состоянии D рабочая среда подается на сторону низкого давления внутреннего теплообменника 5, где она поглощает количество тепла Q₅, отданного жидкостью высокого давления, после чего в состоянии F подается на сторону низкого давления внутреннего теплообменника 6, где она поглощает количество тепла Q₆, отданное паром высокого давления. Подогретая таким образом рабочая среда сжимается компрессором 4 с подведением количества тепла до состояния А с давлением Р₁.

На фиг. 3 показан процесс изэнтропического сжатия пара, состоящего из двух компонентов, с одноступенчатым промежуточным охлаждением в пределах давлений Р₁ и Р₃ на уровне давления Р₂. Заштрихованная область W иллюстрирует уменьшение в таком процессе работы сжатия. Промежуточное охлаждение с многими до бесконечности ступенями охлаждения теоретически можно осуществить при влажной компрессии, в частности, путем внесения в поток сжимаемого пара мелких капель жидкости.

На фиг. 4 из рабочей среды после испарителя-десорбера 3 в отделителе 7 жидкости частично или полностью отделяется жидкая фаза, отделенная жидкость насосом 8 по трубопроводу 14 подается к форсункам 9 и впрыскивается в потом пара в трубопроводе 13 (см. фиг.4).

При использовании винтового компрессора, в котором капли жидкости имеют тенденцию к осаждению на стенках корпуса компрессора, форсунки 10 могут быть помещены в корпусе компрессора 4 (см. фиг.5). Возможно размещение этих форсунок в отверстиях роторного вала. Форсунки 10 могут подавать жидкость в пар на одном или нескольких уровнях компрессии. В определенных случаях форсунки 9 может и не быть.

В том случае, когда возвращаемая в пар жидкость до и во время компрессии уже не улучшает, а ухудшает коэффициент полезного действия компрессии, можно подавать жидкость насосом 8 через форсунку 11 ниже байпаса компрессора 4 в трубопровод нагнетания компрессора 4 (см. фиг.6).

Целесообразно помещать в ведущие к отдельным форсункам или группам форсунок ответвления трубопровода давления насоса 8 регулирующую арматуру 12. Это позволяет добиться требуемого распределения жидкости между форсунками и регулировать их работу с имеющимися условиями работы, при этом некоторые форсунки могут быть даже выключены.