способ работы абсорбционного холодильного аппарата

Формула изобретения

Способ работы абсорбционного холодильного аппарата путем включения и отключения постоянной по величине тепловой нагрузки на генераторном узле абсорбционно-диффузионной холодильной машины (АДХМ) в зависимости от температуры, отличающийся тем, что включения и отключения тепловой нагрузки осуществляют в зависимости от температуры в точке подъемного участка дефлегматора АДХМ, при этом отключения осуществляют при температуре, превышающей температуру насыщения аммиака, а включения - при температуре, равной или меньшей, чем температура насыщения аммиака.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к способам работы бытовых холодильных аппаратов с абсорбционно-диффузионными холодильными машинами (АДХМ).

Известен способ работы абсорбционного холодильного аппарата (АХА) (Лепаев Д.А. Ремонт бытовых холодильников: Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Легпромбытиздат, 1989, с.237), включающий попеременную подачу номинальной и минимальной тепловой нагрузки на генераторный узел АДХМ, причем включение либо отключение номинальной тепловой нагрузки проводят в зависимости от температуры в холодильной камере, а в нерабочий период осуществляют подачу минимальной тепловой нагрузки.

Интенсивность режима запуска обеспечивается работой генераторного узла на минимальной нагрузке в период отключения номинальной нагрузки (при температуре в холодильной камере меньше заданной). Минимальная нагрузка не предназначена для производства холода, а поддерживает АДХМ в состоянии готовности.

Выход на рабочий режим АДХМ связан с вытеснением инертного газа из дефлегматора и конденсатора потоком пара аммиака при движении в зону испарения. Величина динамического напора потока зависит от количества пара, а количество пара, в свою очередь, - от величины подводимой тепловой нагрузки и условий транспортировки из зоны генерации. Чем выше величина тепловой нагрузки, тем больше генерируется пара. С другой стороны, чем ниже температура транспортных магистралей, тем больше пара будет конденсироваться. При фиксированной величине подводимой тепловой нагрузки время выхода на рабочий режим будет определяться температурой окружающей среды (воздуха в помещении). При этом имеет место парадоксальная ситуация - при низкой температуре воздуха в помещении, когда теплопритоки в холодильную камеру минимальны, а условия работы теплорассеивающих элементов АДХМ оптимальны, время выхода на режим АХА, а следовательно, количество подведенного тепла будет больше, чем при высокой температуре.

Таким образом, дополнительные затраты тепла в нерабочем периоде работы не только не увеличивают суммарное энергопотребление АХА, но и частично, на 10...15% по сравнению с позиционным регулированием, снижают его (Михайлов Я.В. О регулировании температуры домашнего холодильника "Север-6". // Холодильная техника. - 1971, №4, - с.19-20).

Конкуренцию аналогу по величине энергозатрат способ работы в позиционном режиме составляет только в случае, когда время нерабочего периода составляет 30...45 минут и более. Такая ситуация имеет место при эксплуатации холодильного аппарата в условиях пониженных (плюс 10...15°С) температур воздуха в помещении, особенно в случае низкотемпературной (морозильной) камеры с «суперизоляцией» ограждающих конструкций (100 мм пенополиуретан) (Бабакин Б.С., Выгодин В.А. Бытовые холодильники и морозильники. / 2-е изд., испр. и доп. - М.: Колос, 2000, - 656 с.).

Известен способ работы АХА (Лепаев Д.А. Ремонт бытовых холодильников: Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Легпромбытиздат, 1989, - с.223) - прототип, путем включения либо отключения постоянной по величине тепловой нагрузки на генераторном узле АДХМ в зависимости от температуры в холодильной камере (позиционное регулирование).

К достоинствам известного способа-прототипа относят простоту конструкций, обеспечивающих его реализацию, и надежность.

Как было отмечено выше, способ-прототип эффективен в части энергосбережения в низкотемпературных камерах.

Недостатком известного способа-прототипа является повышенное энергопотребление при эксплуатации АХА в широком диапазоне температур воздуха в помещении.

Задача изобретения - снижение энергопотребления при эксплуатации холодильного аппарата в широком диапазоне температур воздуха в помещении за счет контроля температур в зоне транспорта потока пара аммиака в рабочий период.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе работы абсорбционного холодильного аппарата путем включения и отключения постоянной по величине тепловой нагрузки на генераторном узле АДХМ в зависимости от температуры согласно изобретению включения и отключения тепловой нагрузки осуществляют в зависимости от температуры в характерной точке подъемного участка дефлегматора АДХМ, при этом отключения проводят при температуре, превышающей температуру насыщения аммиака, а включения - при температуре, равной или меньшей, чем температура насыщения аммиака.

Дополнительные включения и отключения тепловой нагрузки на генераторном узле в рабочий период в зависимости от величины температуры в характерной точке подъемного участка дефлегматора АДХМ позволяют экономить энергию при эксплуатации АХА в условиях повышенных температур воздуха в помещении.

В этом случае условия прохождения потока пара из зоны генерации в зону испарения наиболее благоприятны - транспортная магистраль прогрета и конденсация пара минимальна. Вместе с тем прогрет и дефлегматор АДХМ, являющий одним из элементов транспортной магистрали и предназначенный для очистки потока пара аммиака от паров воды (абсорбента). Наличие в потоке паров воды определяется при фиксированном рабочем давлении температурой стенки дефлегматора. Даже незначительное количество паров воды (3...5%) обеспечивает скачок температуры по сравнению с чистым аммиаком на 50-55°С (Титлов А.С., Ботук Ю.С., Мазур А.В., Завертаный В.В. Оптимизация температурно-энергетических характеристик абсорбционно-диффузионных холодильных агрегатов и аппаратов бытовой техники на их основе. // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры. Науч.-техн. сб. - 1995, - Вып.1-2, с.69-78).

Такая величина легко фиксируется при помощи достаточно простого измерительного оборудования и используется для формирования управляющего воздействия - для отключения или включения тепловой нагрузки на генераторном узле АДХМ.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется чертежом.

АХА содержит АДХМ, включающую термосифон 1, источник тепловой нагрузки 2, опускной и подъемный участки дефлегматора, соответственно 3 и 4, горизонтальный ректификатор 5, теплообменник 6 крепкого и слабого растворов. Зона теплоподвода закрыта теплоизоляционным кожухом 7. АДХМ содержит также конденсатор 8, испаритель 9, абсорбер 10, ресивер 11 жидкого раствора.

Характерная точка Д на дефлегматоре расположена на его подъемном участке 4 в верхней части теплоизоляционного кожуха 7.

Положение характерной точки Д для данного типа абсорбционных холодильных аппаратов определено по результатам экспериментальных исследований (Титлов А.С., Ботук Ю.С., Мазур А.В., Завертаный В.В. Оптимизация температурно-энергетических характеристик абсорбционно-диффузионных холодильных агрегатов и аппаратов бытовой техники на их основе. // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры. Науч.-техн. сб. - 1995, - Вып. 1-2, - с.69-78; Патент Украины №19328, МКИ F25 В 15/10. Абсорбционный холодильник. Хоменко Н.Ф., Олифер Г.М., Титлов А.С. Заявка №95321331, Заявл. 03.04.91; Опубл. 25.12.97, Бюл. N6).

Согласно этим результатам температурный скачок в характерной точке Д говорит о предельных режимах работы испарителя АДХМ. Предельные режимы работы испарителя 9 фиксируются по неизменности или практической неизменности его температуры при значительном (до 40%) увеличении подводимой тепловой нагрузки.

В таких режимах аммиак не успевает испаряться и в жидком виде стекает в ресивер 11. Таким образом, в критических режимах рост подводимой тепловой нагрузки не приводит к адекватному увеличению холодопроизводительности, что и снижает энергетическую эффективность абсорбционного холодильного аппарата.

Работа абсорбционного холодильного аппарата по заявляемому способу осуществляется следующим образом.

При подводе тепловой нагрузки к термосифону 1 происходит выпаривание аммиака и частично паров воды (абсорбента), которые поступают в опускной участок 3 дефлегматора, ректификатор 5 и подъемный участок 4 дефлегматора. На этом пути происходит механическая (за счет разности нормальных температур кипения) очистка пара аммиака, который сжижается в конденсаторе и стекает в испаритель 9. В испарителе жидкий аммиак испаряется в среду инертного газа при низком парциальном давлении. Насыщенная аммиаком парогазовая смесь за счет более высокой плотности опускается в ресивер 11 и нижнюю часть абсорбера 10. Навстречу ей с верхней части абсорбера стекает слабый водоаммиачный раствор, который интенсивно поглощает пар аммиака. Насыщенный (крепкий) водоаммиачный раствор поступает обратно через теплообменник 6 в ректификатор 5 и далее на вход термосифона 1, а очищенный инертный газ возвращается в испаритель 9.

Производство искусственного холода осуществляется в испарителе 9 при температурах минус (30...20)°С.

При продолжительном теплоподводе на термосифоне 1 будет расти количество выпаренной воды, которая в паровой фазе не используется для реализации холодильного цикла АДХМ.

Наличие потока с высоким содержанием паров воды определяется по температуре в характерной точке подъемного участка дефлегматора - в верхней части теплоизоляционного кожуха 7.

При фиксации температурного скачка в этой точке на 50...55°С вырабатывается управляющий сигнал и система управления отключает источник тепловой нагрузки 2.

За счет тепловой инерционности элементов генераторного узла отключение тепловой нагрузки не вызывает мгновенного оттеснения фронта парового потока с высоким содержанием воды. Через некоторый период времени, длительность которого определяется интенсивностью взаимодействия элементов генераторного узла с наружным воздухом, паровой фронт опустится и температура в характерной точке приблизится к температуре насыщения аммиака при данном рабочем давлении. В этом случае система управления вновь включает тепловую нагрузку на генераторном узле АДХМ. Управление теплоподводом по температуре в характерной точке дефлегматора будет происходить только в периоды, когда имеется необходимость производить искусственный холод в холодильной камере. Определение потребности в искусственном холоде диагностируется по датчику температуры (на чертеже не показан) в холодильной камере. При отсутствии такой потребности, т.е. когда температура в холодильной камере ниже заданной, теплоподвод к термосифону полностью прекращается.

Заявляемый способ предназначен для холодильных аппаратов абсорбционного типа, обладающих рядом уникальных свойств - минимальная стоимость, безшумность, отсутствие движущихся частей, высокая надежность и длительный ресурс, возможность работы на некачественных и альтернативных источниках энергии (Захаров Н.Д., Титлов А.С., Васильев О.Б., Тюхай Д.С. Новые конструкции энергосберегающих бытовых абсорбционных холодильных аппаратов. // Холодильная техника и технология. - 1998. - Вып.1. - №58. - С.44...52.) Данная холодильная техника сможет конкурировать на потребительском рынке с компрессионными аналогами и в части энергопотребления.