способ разделения смеси (три варианта) и способ прокачки теплоносителя (для применения в третьем варианте способа разделения смеси)

Формула изобретения

1. Способ разделения смеси путем подачи смеси в канал, парообразования в нем и выдачи раздельно пара и остатка, представляющего собой жидкость или парожидкостную среду, отличающийся тем, что парообразование осуществляют в капиллярно-пористой перегородке, установленной в канале и разделяющей его на область питания и полость разделения, при этом смесь подают в область питания, тепло для парообразования подают к участку поверхности капиллярно-пористой перегородки в полости разделения, или в область, представляющую собой граничащий с полостью разделения участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в область, представляющую собой участок слоя внутри капиллярно-пористой перегородки, причем парообразование осуществляют с образованием паровой среды или парожидкостной среды, образующуюся среду переносят в полость разделения, в которой осуществляют частичную конденсацию, выдачу раздельно пара и остатка производят из полости разделения.

2. Способ разделения смеси по п.1, отличающийся тем, что осуществляют разделение смеси еще в одном канале или еще в нескольких каналах, причем во всех каналах разделение смеси производится путем подачи смеси во входное отверстие канала, парообразования в канале и выдачи из канала раздельно пара через выходное отверстие для пара и остатка, представляющего собой жидкость или парожидкостную среду, через выходное отверстие для остатка, при этом пар из выходного отверстия для пара по крайней мере одного канала транспортируют во входное отверстие какого-либо канала и/или остаток из выходного отверстия для остатка по крайней мере одного канала транспортируют во входное отверстие какого-либо канала.

3. Способ разделения смеси по п.1 или 2, отличающийся тем, что по крайней мере на одном канале с капиллярно-пористой перегородкой снимаемое при частичной конденсации пара тепло направляется для осуществления парообразования в каком-либо другом канале.

4. Способ разделения смеси по п.1 или 2, отличающийся тем, что транспорт пара из выходного отверстия для пара по крайней мере одного канала во входное отверстие какого-либо канала производят с осуществлением конденсации.

5. Способ разделения смеси по одному из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что тепло, снимаемое при конденсации пара из выходного отверстия для пара, направляется для осуществления парообразования в каком-либо другом канале.

6. Способ разделения смеси путем подачи смеси в канал, парообразования в нем и выдачи раздельно пара и остатка, представляющего собой жидкость или парожидкостную среду, отличающийся тем, что парообразование осуществляют в капиллярно-пористой перегородке, установленной в канале и разделяющей его на область питания и полость разделения, при этом смесь подают в область питания, тепло для парообразования подают к участку поверхности капиллярно-пористой перегородки в полости разделения, или в область, представляющую собой граничащий с полостью разделения участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в область, представляющую собой участок слоя внутри капиллярно-пористой перегородки, причем процесс парообразования осуществляют с образованием парожидкостной среды, которую переносят в полость разделения, выдачу раздельно пара и остатка производят из полости разделения.

7. Способ разделения смеси по п.6, отличающийся тем, что транспорт смеси из области питания к участкам парообразования в условиях превышения давления пара в полости разделения над давлением в области питания осуществляется за счет сил поверхностного натяжения в капиллярных порах капиллярно-пористой перегородки.

8. Способ прокачки теплоносителя через канал путем подачи теплоносителя в канал, осуществления процесса парообразования в канале и выдачи парожидкостной среды из канала, отличающийся тем, что парообразование осуществляют в капиллярно-пористой перегородке, установленной в канале и разделяющей его на область питания и полость, при этом теплоноситель подают в область питания, тепло для парообразования подают к участку поверхности капиллярно-пористой перегородки в полости, или в область, представляющую собой граничащий с полостью участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в область, представляющую собой участок слоя внутри капиллярно-пористой перегородки, из области питания теплоноситель транспортируют к участкам парообразования в условиях превышения давления пара в полости над давлением в области питания, парообразование осуществляют с увеличением паросодержания в теплоносителе, если подаваемый в область питания теплоноситель представляет собой парожидкостную среду, или с образованием парожидкостной среды, если подаваемый в область питания теплоноситель представляет собой жидкую среду, образующуюся парожидкостную среду переносят в полость, из которой осуществляется выдача теплоносителя из канала.

9. Способ прокачки теплоносителя через канал по п.8, отличающийся тем, что из области питания теплоноситель транспортируют к участкам парообразования в условиях превышения давления пара в полости над давлением в области питания за счет сил поверхностного натяжения в капиллярных порах капиллярно-пористой перегородки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области тепломассообменных процессов, в частности к процессам разделения смеси в абсорбционных холодильниках, для работы которых используются смеси абсорбента и рабочего агента. Изобретения могут быть использованы, например, при разработке абсорбционных холодильных установок, работающих за счет потребления солнечной энергии.

Известен способ разделения смеси, выбранный в качестве прототипа по обоим вариантам способа разделения смеси, путем подачи смеси, состоящей как минимум из двух компонентов, в канал, парообразования в нем и выдачи раздельно пара и остатка. Остаток представляет собой либо жидкость, либо парожидкостную среду [1].

Известен способ прокачки теплоносителя через канал, выбранный в качестве прототипа, путем подачи теплоносителя во входное отверстие канала, парообразования в канале и переноса парожидкостной среды по каналу к выходному отверстию [2].

Заявляемые способы разделения смеси следует рассматривать относительно прототипа как новые варианты способа разделения смеси, обладающие новыми существенными отличиями. Возможные преимущества заявляемых способов разделения смеси будут обнаружены после проведения испытаний в конкретных ситуациях.

Заявляемый способ прокачки теплоносителя также следует рассматривать относительно прототипа как новый вариант способа прокачки теплоносителя, обладающий новыми существенными отличиями.

Сущность первого варианта способа разделения смеси состоит в том, что в известном способе разделения смеси по первому варианту путем подачи смеси в канал, парообразования в нем и выдачи раздельно пара и остатка, представляющего собой жидкость или парожидкостную среду, согласно изобретению парообразование осуществляют в капиллярно-пористой перегородке, установленной в канале и разделяющей его на область питания и полость разделения. При этом смесь подают в область питания, тепло для парообразования подают к участку поверхности капиллярно-пористой перегородки в полости разделения, или в область, представляющую собой граничащий с полостью разделения участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в область, представляющую собой участок слоя внутри капиллярно-пористой перегородки. Причем парообразование осуществляют с образованием паровой среды или парожидкостной среды. Образующуюся среду переносят в полость разделения, в которой осуществляют частичную конденсацию, выдачу раздельно пара и остатка производят из полости разделения.

Сущность второго варианта способа разделения смеси состоит в том, что в известном способе разделения смеси по второму варианту путем подачи смеси в канал, парообразования в нем и выдачи раздельно пара и остатка, представляющего собой жидкость или парожидкостную среду, согласно изобретению парообразование осуществляют в капиллярно-пористой перегородке, установленной в канале и разделяющей его на область питания и полость разделения. При этом смесь подают в область питания, тепло для парообразования подают к участку поверхности капиллярно-пористой перегородки в полости разделения, или в область, представляющую собой граничащий с полостью разделения участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в область, представляющую собой участок слоя внутри капиллярно-пористой перегородки. Причем процесс парообразования осуществляют с образованием парожидкостной среды, которую переносят в полость разделения, выдачу раздельно пара и остатка производят из полости разделения.

Транспорт смеси из области питания к участкам парообразования в условиях превышения давления пара в полости разделения над давлением в области питания осуществляется за счет сил поверхностного натяжения в капиллярных порах капиллярно-пористой перегородки.

Заявляемые варианты способа разделения смеси приводят к изменению концентрации легкокипящего компонента в отводимых частях смеси. Например, использование смеси абсорбента и рабочего агента приводит к получению отводимых из канала пара с более высоким содержанием рабочего агента и остатка с более низким содержанием рабочего агента, чем подаваемая в канал смесь.

При реализации второго варианта способа разделения смеси применяется способ прокачки теплоносителя через канал. Последний в настоящей заявке оформляется как изобретение с независимым пунктом формулы изобретения.

Сущность способа прокачки теплоносителя через канал состоит в том, что в известном способе прокачки теплоносителя через канал путем подачи теплоносителя во входное отверстие канала, парообразования в канале и выдачи парожидкостной среды из канала, согласно изобретению парообразование осуществляют в капиллярно-пористой перегородке, установленной в канале и разделяющей его на область питания и полость. При этом смесь через входное отверстие подают в область питания, тепло для парообразования подают к участку поверхности капиллярно-пористой перегородки в полости, или в область, представляющую собой граничащий с полостью участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в область, представляющую собой участок слоя внутри капиллярно-пористой перегородки. Из области питания теплоноситель транспортируют к участкам парообразования в условиях превышения давления пара в полости над давлением в области питания, парообразование осуществляют с увеличением паросодержания в теплоносителе, если подаваемый в область питания теплоноситель представляет собой парожидкостную среду, или с образованием парожидкостной среды, если подаваемый в область питания теплоноситель представляет собой жидкую среду. Образующуюся парожидкостную среду переносят в полость, из которой осуществляется выдача теплоносителя из канала.

При этом из области питания теплоноситель может транспортироваться к участкам парообразования в условиях превышения давления пара в полости над давлением в области питания за счет сил поверхностного натяжения в капиллярных порах капиллярно-пористой перегородки.

На фиг.1 представлено устройство для реализации способа по первому варианту. Устройство содержит канал 1, состоящий из камеры парообразования 2 и конденсационной камеры 3. В камере парообразования установлена капиллярно-пористая перегородка 4, разделяющая канал на область питания 5 и полость разделения 6. Устройство выполнено с возможностью подачи тепла для парообразования к участку поверхности 7 калиллярно-пористой перегородки в полости разделения, или в область 8, представляющую собой граничащий с полостью разделения участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в область 9, представляющую собой участок слоя внутри капиллярно-пористой перегородки. Для подачи смеси имеется входное отверстие 10, для выдачи пара имеется выходное отверстие для пара 11, а для выдачи остатка - выходное отверстие для остатка 12. Полость разделения представляет собой область канала от капиллярно-пористой перегородки до выходных отверстий для пара и остатка.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом. Смесь подается через входное отверстие 10 в область питания и далее транспортируется через капиллярно-пористую перегородку к участку поверхности 7 капиллярно-пористой перегородки в полости разделения, или в область 8, представляющую собой граничащий с полостью разделения участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в область 9, представляющую собой участок слоя внутри капиллярно-пористой перегородки. Под действием подаваемого тепла осуществляется парообразование на участке поверхности 7 капиллярно-пористой перегородки в полости разделения, или в области 8, представляющей собой граничащий с полостью разделения участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в области 9, представляющей собой участок слоя внутри капиллярно-пористой перегородки. В результате процесса парообразования образуется паровая среда или парожидкостная среда. Образующуюся среду переносят в полость разделения; в конденсационной камере 3 осуществляют частичную конденсацию, в результате образуются раздельно отводимые пар и остаток. С выходного отверстия 12 отводится остаток с более низким содержанием легкокипящего компонента, чем подаваемая в область питания смесь. С выхода 11 отводится пар, характеризующийся более высоким содержанием легкокипящего компонента в сравнении с подаваемой в область питания смесью.

На фиг. 2 представлена схема устройства, в котором осуществляют разделение смеси в трех каналах. Причем во всех каналах разделение смеси производится путем подачи смеси во входное отверстие 10 канала, парообразования в канале и выдачи из канала раздельно пара через выходное отверстие 11 для пара и остатка, представляющего собой жидкость или парожидкостную среду, через выходное отверстие 12 для остатка. Устройство содержит каналы 13, 14 и 15. Канал 14 полностью соответствует представленному на фиг.1 устройству. Выходное отверстие для остатка 12 канала 13 гидравлически соединено со входным отверстием 10 канала 14, а выходное отверстие для остатка канала 15 - со входным отверстием канала 13. Выходное отверстие для пара 11 канала 13 гидравлически соединено со входным отверстием канала 15, а выходное отверстие для пара 11 канала 14 гидравлически соединено со входным отверстием канала 13. Устройство (фиг. 2) может быть выполнено снабженным тепловым контактом 16 для переноса тепла, снимаемого с конденсационной камеры 3 канала 14, к каналу 13 для осуществления парообразования. Выходные отверстия для пара каналов 13 и 14 могут быть через конденсаторы 17 и 18 гидравлически соединены со входными отверстиями каналов 15 и 13. Устройство также может быть выполнено снабженным тепловым контактом 19 для переноса тепла, снимаемого с конденсатора 18, к каналу 15 для осуществления в нем парообразования.

Процесс разделения в соответствии с конкретным устройством (фиг.2) осуществляют следующим образом. Пар из выходного отверстия 11 для пара канала 13 транспортируют во входное отверстие канала 15, а отводимый с канала 13 остаток через выходное отверстие 12 направляют во входное отверстие 10 канала 14 и осуществляют дополнительный процесс разделения. Отводимый с канала 14 пар подвергают конденсации в конденсаторе 18, образовавшуюся среду направляют во входное отверстие канала 13. Отводимый с канала 13 пар направляют в конденсатор 17, из конденсатора среду переносят во входное отверстие канала 15. Тепло конденсации, снимаемое в конденсационной камере 3 канала 14, направляется для осуществления процесса парообразования в канале 13. Снимаемое в конденсаторе 18 тепло направляется для осуществления процесса парообразования в канале 15. В этом устройстве в результате разделения из подаваемой во входное отверстие канала 13 смеси получают отводимый поток пара через выходное отверстие 11 канала 15 и отводимый поток остатка через выходное отверстие 12 канала 14. Причем отводимый поток пара имеет более высокую концентрацию легкокипящего компонента, а отводимый поток остатка - более низкую, чем подаваемая смесь.

Способ разделения смеси по второму варианту реализуется с помощью устройства, представленного на фиг. 3. Устройство содержит канал 1, в состав которого входит камера парообразования 2. В камере установлена капиллярно-пористая перегородка 4, разделяющая канал на область питания 5 и полость разделения 6. Устройство выполнено с возможностью подачи тепла для парообразования к участку поверхности 7 капиллярно-пористой перегородки в полости разделения, или в область 8, представляющую собой граничащий с полостью разделения участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в область 9, представляющую собой расположенный внутри капиллярно-пористой перегородки участок слоя капиллярно-пористой перегородки (фиг. 3). Для подачи смеси имеется входное отверстие 10, для выдачи пара имеется выходное отверстие для пара 11, а для выдачи остатка - выходное отверстие для остатка 12. Область питания представляет собой область, расположенную перед капиллярно-пористой перегородкой, собственно смесь в капиллярно-пористую перегородку поступает непосредственно из области питания. Полость разделения составляет область канала от капиллярно-пористой перегородки до выходных отверстий для пара и остатка.

Устройство (фиг. 3) работает следующим образом. Смесь через входное отверстие подается в область питания и далее транспортируется через капиллярно-пористую перегородку. Под действием тепла, подаваемого к участку поверхности 7, или в область 8, представляющую собой граничащий с полостью разделения участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в область 9, представляющую собой расположенный внутри капиллярно-пористой перегородки участок слоя капиллярно-пористой перегородки, осуществляется парообразование. В результате процесса парообразования образуется парожидкостная среда, которая поступает в полость разделения. Пар отделяется от жидкости и отводится через выходное отверстие для пара 11, а остаток в виде жидкости или парожидкостной среды выводится через выходное отверстие для остатка 12.

Транспорт смеси из области питания к участкам парообразования в условиях превышения давления пара в полости разделения над давлением в области питания осуществляется за счет сил поверхностного натяжения в капиллярных порах капиллярно-пористой перегородки.

Использование при разделении смеси процесса парообразования в капиллярно-пористой перегородке приводит к возникновению направленного перетекания смеси по каналу, в котором осуществляют процесс разделения.

Заявляемый способ прокачки теплоносителя через канал может быть реализован в заявляемом способе разделения смеси по второму варианту. Опишем заявляемый способ прокачки теплоносителя на примере устройства, представленного на фиг.4.

Устройство для прокачки теплоносителя через канал 1 (фиг.4) содержит камеру парообразования 2, в которой установлена капиллярно-пористая перегородка 4, разделяющая его на область питания 5 и полость 20. Устройство выполнено с возможностью подачи тепла для парообразования к участку поверхности 7 капиллярно-пористой перегородки в полости, или в область 8, представляющую собой граничащий с полостью участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в область 9, представляющую собой расположенный внутри капиллярно-пористой перегородки участок слоя капиллярно-пористой перегородки. Для выдачи парожидкостной среды из полости имеется выходное отверстие 21 для парожидкостной среды.

Устройство (фиг.4) работает следующим образом. Теплоноситель подается в область питания и далее транспортируется через капиллярно-пористую перегородку. Под действием тепла, подаваемого к участку поверхности 7, или в область 8, представляющую собой граничащий с полостью участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в область 9, представляющую собой участок слоя внутри капиллярно-пористой перегородки, осуществляется парообразование. При этом из области питания теплоноситель транспортируют к участкам парообразования в условиях превышения давления пара в полости над давлением в области питания. Это может быть осуществлено за счет использования сил поверхностного натяжения в капиллярных порах на участках парообразования. Парообразование осуществляют с увеличением паросодержания в теплоносителе, если подаваемый в область питания теплоноситель представляет собой парожидкостную среду, или с образованием парожидкостной среды, если подаваемый в область питания теплоноситель представляет собой жидкую среду. Парожидкостную среду переносят в полость, из которой осуществляется выдача теплоносителя из канала.

Использование для прокачки процесса парообразования в капиллярно-пористой перегородке в области вблизи полости приводит к осуществлению направленного перетекания теплоносителя по каналу.

В заключение опишем работу абсорбционного холодильника, в котором для осуществления процесса десорбции смеси абсорбента и рабочего агента используются первый и второй варианты заявляемого способа разделения смеси.

Абсорбционный холодильник содержит (фиг.5 и 6) абсорбционную 22, испарительную 23 и конденсационную 24 камеры, а также канал разделения 1. В абсорбционном холодильнике, функционирующем в соответствии с первым вариантом заявляемого способа разделения смеси (фиг.5), канал разделения выполнен в соответствии с конструкцией, представленной на фиг.1, а в абсорбционном холодильнике, функционирующем в соответствии со вторым вариантом заявляемого способа разделения смеси (фиг.6), канал разделения выполнен в соответствии с конструкцией, представленной на фиг.3. Абсорбционный холодильник (фиг.5 и 6) выполнен с возможностью подачи тепла для парообразования к участку поверхности 7 капиллярно-пористой перегородки в полости разделения 6, или в область 8, представляющую собой граничащий с полостью разделения участок слоя капиллярно-пористой перегородки, и/или в область 9, представляющую собой участок слоя внутри капиллярно-пористой перегородки (в соответствии с фиг.1 и 3). Внутри может содержаться инертный по отношению к раствору газ.

В канале разделения 1 осуществляется процесс разделения смеси, более конкретно процесс десорбции рабочего агента из смеси. В устройстве, представленном на фиг.5, процесс десорбции происходит в соответствии с описанным выше первым способом разделения смеси, а на фиг.6 процесс десорбции происходит в соответствии с описанным выше вторым способом разделения смеси. Из выходного отверстия 12 образовавшийся слабый раствор поступает в абсорбционную камеру 22, а пар рабочего агента из выходного отверстия 11 поступает в конденсационную камеру 24 и конденсируется. Образующийся конденсат далее перетекает в испарительную камеру 23, где осуществляется парообразование. Пар из испарительной камеры 23 поступает в абсорбционную камеру 22 и поглощается абсорбентом. Этот процесс сопровождается выделением тепла, поэтому необходим теплоотвод. Образуемый в абсорбционной камере крепкий раствор транспортируется через входное отверстие 10 в область питания 5. Работа устройства описана.

Литература:

1. Соколов Е.А., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. - М., 1981, с.113-117.

2. Соколов Е.А., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. - М., 1981, с.133.