способ работы абсорбционно-диффузионного холодильного агрегата и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ работы абсорбционно-диффузионного холодильного агрегата, включающий выпаривание крепкого раствора в трубке крепкого раствора с регенерацией пара путем пропускания его через крепкий раствор с последующим выводом его вместе со слабым раствором через термосифон в паровую полость трубки слабого раствора, выпаривание слабого раствора в трубке слабого раствора с подачей пара в паровую полость этой трубки, отличающийся тем, что осуществляют дополнительную регенерацию пара трубки слабого раствора путем пропускания его через слабый раствор, который берут с выхода термосифона и создают из него гидравлический затвор в паровой полости трубки слабого раствора.

2. Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат, содержащий испаритель, конденсатор, дефлегматор, абсорбер, ресивер, жидкостный теплообменник, газовый теплообменник, генератор с электронагревателем на трубке слабого раствора с его паровой полостью, соединенной через дефлегматор с конденсатором и в которой установлена трубка крепкого раствора со своей герметичной паровой полостью и с гидравлическим затвором в нижней ее части, в который погружен нижний конец термосифона, средняя часть которого проходит в трубке крепкого раствора, а верхний его конец выходит из нее в паровую полость трубки слабого раствора, отличающийся тем, что в средней части паровой полости трубки слабого раствора ниже выхода термосифона выполнен дополнительный гидравлический затвор.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дополнительный гидравлический затвор выполнен в виде стакана, через центр дна которого и ортогонально ему проходит термосифон и в который концентрично установлена втулка с меньшим диаметром, чем внутренний диаметр стакана с образованием кольцевой щели между нижним ее краем и дном стакана, а верхний край втулки выполнен выступающим над краем стакана и герметично соединен плоским кольцом с внутренней стенкой трубки слабого раствора в горизонтальной плоскости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к холодильным агрегатам абсорбционно-диффузионного действия, применяемым в бытовых и промышленных холодильниках.

Известен способ регенерации аммиачного пара в абсорбционно-диффузионном холодильном агрегате и сам агрегат для его осуществления (см. книгу Б.С.Бабакин, В.А.Выгодин. Бытовые холодильники и морозильники, справочник. М.: Колос 1998, с.412-414). Способ включает подачу водоаммиачного пара с выхода термосифона через пароотводящую трубку для пропускания его через гидравлический затвор крепкого раствора регенератора, а затем в дефлегматор и далее в конденсатор. Этим достигается повышение концентрации пара без потерь теплоты. Данный способ реализован в холодильном агрегате холодильника "Морозко-3М", а также в холодильнике "Кристалл-4" (см. с.425-428 вышеуказанной книги).

Недостаток этого способа и устройств для их реализации заключается в том, что в них не предусматривается довыпаривание слабого раствора, и слабый раствор поступает а в абсорбер не достаточно очищенным от воды. Это снижает эффективность процесса абсорбции (поглощения) аммиака из аммиачно-водородной параогазовой смеси и тем самым снижается коэффициент полезного действия работы холодильного агрегата. Кроме того, после регенератора насыщенный водоаммичный пар поступает в дефлегматор, в котором происходит дополнительное охлаждение пара окружающим воздухом, образование флегмы (концентрированного раствора аммиака), стекающей в кипящий раствор для повторного бесполезного превращения ее в пар с последующим возвратом пара снова в дефлегматора обратно. При этом происходит двойная бесполезная затрата энергии (на испарение при кипении и конденсацию за счет отвода тепла в окружающий воздух). Это дополнительно снижает коэффициент полезного действия способа и устройств для их осуществления.

В качестве прототипа выбран абсорбционно-диффузионный агрегат бытового холодильника "Кристалл-9" (см. книгу Б.С.Бабакин, В.А.Выгодин. Бытовые холодильники и морозильники, справочник. М.: Колос, 1998, с.428-432), включающий: конденсатор, ловушку водорода, испаритель, газовый теплообменник, абсорбер, воздушный охладитель, жидкостный теплообменник, ресивер, генератор с электронагревателем на трубке слабого раствора с его паровой полостью, соединенной через дефлегматор с конденсатором и в которой установлена трубка крепкого раствора со своей герметичной паровой полостью и с гидравлическим затвором нижней ее части, в который погружен нижний конец термосифона, средняя часть которого проходит в трубке крепкого раствора, а верхний его конец выходит в паровую полость трубки слабого раствора.

В холодильном агрегате осуществлен способ регенерации водоаммиачного пара (повышения его концентрации), выделяемого при кипении крепкого раствора путем пропускания его через крепкий раствор (средняя температура которого ниже пропускаемого через него пара) в гидравлическом затворе перед входом в термосифон. Так как температура конденсации водяного пара выше, чем аммиачного пара, то без затраты дополнительной энергии происходит увеличение объема более чистого аммиачного пара (часть добавляется из крепкого раствора) и снижение в нем водяных паров, так как они конденсируются при прохождении через крепкий раствор и остаются в нем.

Недостаток способа и данного устройства для его реализации заключается в том, что в нем снижен коэффициент полезного действия из-за того, что водоаммиачный пар из трубки слабого раствора выходит в дефлегматор, через который тепловая энергия отводится в окружающее пространство, а сконденсированный при этом водяной пар за счет охлаждения возвращается обратно в трубку слабого раствора, в котором снова затрачивается энергия на его испарение с повторением бесполезной затраты энергии, что снижает коэффициент полезного действия агрегата.

Целью предлагаемого изобретения является повышение коэффициента полезного действия работы абсорбционно-диффузионного холодильного агрегата.

Поставленная цель достигнута за счет того, что осуществляют дополнительную регенерацию пара трубки слабого раствора путем пропускания его через слабый раствор, который берут с выхода термосифона и создают из него гидравлический затвор в паровой полости трубки слабого раствора, в средней части паровой полости трубки слабого раствора ниже выхода термосифона выполнен дополнительный гидравлический затвор, дополнительный гидравлический затвор выполнен в виде стакана, через центр дна которого и ортогонально ему проходит термосифон, в который концентрично установлена втулка с меньшим диаметром, чем внутренний диаметр стакана с образованием кольцевой щели между нижним ее краем и дном стакана, а верхний край втулки выполнен выступающим над краем стакана и герметично соединен плоским кольцом с внутренней стенкой трубки слабого раствора в горизонтальной плоскости.

Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат показан на чертежах (фиг.1 - принципиальная схема холодильного агрегата, фиг.2 - увеличенная схема дополнительного гидравлического затвора). Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат включает: испаритель 1, конденсатор 2, дефлегматор 3, абсорбер 4, ресивер 5, жидкостный теплообменник 6, газовый теплообменник 7, генератор 8 с электронагревателем 9 на трубке слабого раствора 10 с ее паровой полостью 11, соединенной через дефлегматор 3 с конденсатором 4 и в которой установлена трубка 12 крепкого раствора со своей герметичной паровой полостью 13 и с гидравлическим затвором 14 в нижней ее части, в который погружен нижний конец термосифона 15, средняя часть которого проходит в трубке 12 крепкого раствора, а верхний его конец выходит из нее в паровую полость 11 трубки слабого раствора 10, дополнительный гидравлический затвор 16, выполненный в средней части паровой полости 11 трубки 10 слабого раствора ниже выхода термосифона 15, стакан 17 дополнительного гидравлического затвора 16 с его дном 18, через центр дна которого и ортогонально ему герметично проходит термосифон 15 и в который концентрично установлена втулка 19 с меньшим диаметром, чем внутренний диаметр стакана 17 и с образованием кольцевой щели 20 между нижним ее краем и дном 18 стакана 17, а верхний край втулки 19 выполнен выступающим над краем стакана 17 и герметично соединен плоским кольцом 21 с внутренней стенкой трубки 10 слабого раствора в горизонтальной плоскости, трубку 22 крепкого раствора газожидкостного теплообменника 6, внутри которой проходит трубка 23 крепкого раствора, воздушный охладитель 24, ловушку водорода 25.

Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат работает по принципу сообщающихся сосудов. Крепкий водоаммиачный раствор из ресивера 5 через трубку 22 поступает в гидравлический затвор 14, в котором поддерживается такой же уровень, как в ресивере 5. При включенном электронагревателе 9 слабый раствор в трубке 10 кипит с выделением водоаммиачного пара в паровую полость 11. Одновременно кипит крепкий раствор в гидравлическом затворе 14 с выделением водоаммиачного пара в герметичную паровую полостью 13 и при повышении его давления верхний слой крепкого раствора выдавливается во вход термосифона 15 и вместе с частью прорвавшегося в него водоаммиачного пара парожидкостная смесь поднимется по термосифону 15 к его выходу под действием подъемной силы, возникающей из-за снижения удельной плотности смеси и проталкивания вверх паровыми пузырями жидких порций раствора в узком канале термосифона 15 с внутреннем диаметром 3,6 мм. При этом происходит регенерация водоаммиачного пара в результате его прохождения через менее нагретый крепкий раствор и тем самым достигается повышение концентрации пара без потерь теплоты (см. книгу Б.С.Бабакин, В.А.Выгодин. Бытовые холодильники и морозильники, справочник. М.: Колос, 1998, с.413). С выхода термосифона 15 пар поднимается по дефлегматору 3 в конденсатор 2, в котором он сжижается и затем стекает в испаритель 1. Обедненный водоаммиачный раствор с выхода термосифона 15 стекает в дополнительный гидравлический затвор 16, через который периодически проходит (прорывается) водоаммиачный пар из трубки слабого раствора 10 в результате повышения давления пара в паровой полости 11. При этом происходит регенерация водоаммиачного пара (повышение его концентрации). Дополнительное охлаждение пара окружающим воздухом, образование флегмы с целью максимального повышения концентрации пара и отделения от него воды происходит в дефлегматоре 3, при этом аммиачный пар поступает в конденсатор 2, а флегма - в гидравлический затвор 16, в котором она обедняется проходящим через нее паром из трубки слабого раствора 10, после чего она сливается в слабый раствор. Описанные физические процессы происходят в силу того, что водяной пар имеет более высокую температуру конденсации, чем аммиачный, поэтому в случае попадания водоаммиачного пара в условия пониженной температуры или охлаждающего воздействия в первую очередь происходит конденсация водяного пара с отделением его от пара.

Слабый раствор из трубки слабого раствора 10 по трубке 23 крепкого раствора, проходя через жидкостный теплообменник 6, отдает тепло крепкому раствору, движущемуся ему навстречу по трубке 22, а также крепкому раствору в ресивере 5, и затем поступает в верхнюю часть абсорбера 4. Слабый раствор, стекая вниз в абсорбере 4, поглощает (абсорбирует) аммиак из богатой аммиачно-водородной смеси, поднимающейся вверх навстречу ему из ресивера 5, превращается в богатый аммиачный раствор в нижней части абсорбера 4 и затем стекает в ресивер 5. Обедненная парогазовая смесь (почти чистый водород) из абсорбера попадает в воздушный охладитель 24, а затем, пройдя через газовый теплообменник 7, охлаждается и поступает в испаритель 1. Парогазовые смеси движутся благодаря разнице их плотности.

В испарителе 1 аммиачный пар диффундирует в водород, образуя богатую аммиачно-водородную смесь, при этом происходит поглощение тепла испарителем 1 из окружающего воздуха и теплопроводных элементов, связанных с испарителем 1. Богатая аммиачно-водородная смесь в испарителе 1 движется вниз, охлаждая по пути водород в газовом теплообменнике 7, и затем поступает в ресивер 5 и далее снова в нижнюю часть абсорбера 4 навстречу слабому раствору. Чтобы предупредить попадание водорода из испарителя 1 в конденсатор 2, устроена ловушка 24 водорода, отводящая его излишки в ресивер 5.

Дополнительный гидравлический затвор 16 работает аналогично гидравлическому затвору 14, выполняя роль регенерации проходящего через него более горячего по сравнению со слабым раствором водоаммиачного пара (повышает концентрацию аммиака в проходящем через него паре за счет конденсации и выделения из него в раствор водяного пара). Дополнительный гидравлический затвор 16 является проточным для слабого раствора, поступающего с выхода термосифона 15, и для флегмы, стекающей из дефлегматора 3.

Суть предложенного технического решения заключается в том, что осуществляют регенерацию пара трубки 10 слабого раствора путем пропускания его через слабый раствор, который берут с выхода термосифона 15 и создают из него гидравлический затвор 16 в паровой полости 11 трубки слабого раствора. Это позволило без дополнительных затрат энергии и за счет поступления более очищенного аммиачного пара в конденсатор и далее в испаритель повысить коэффициент полезного действия работы холодильного агрегата с (20-25)% до (30-35)%.

Среди известных информационных материалов по холодильной тематике, среди холодильных абсорбционно-диффузионных холодильных агрегатов авторами не обнаружены признаки, порочащие новизну предложенного решения.

В настоящее время предложенный холодильный агрегат проходит отработочные лабораторные испытания с целью подготовки его к внедрению в производство.