3.1 Абсорбционная холодильная машина (патент РФ №2224189)

Рисунок 10 - форма выполнения абсорбционной холодильной машины согласно изобретению;

Рисунок 11 - диаграмма достигнутых экспериментальным путем значений кпд абсорбционной холодильной машины согласно изобретению, при разных температурах на входе в зависимости от настройки байпасного регулирующего клапана;

Рисунок 12 - бапасный клапан в разрезе

Рисунок 13 - форма выполнения пузырькового насоса

Абсорбционная холодильная машина системы "Platen-Munters", содержащая генератор для испарения хладагента в растворителе, сепаратор растворителя, в котором осуществляют отделение растворителя от хладагента, конденсатор для сжижения хладагента, испаритель, в котором хладагент испаряют посредством сухого газа и с охлаждением, при необходимости первый газовый теплообменник и абсорбер, в котором в обедненную смесь из хладагента и растворителя вводят испаренный хладагент, и эту смесь в генераторе повторно испаряют. Выход испарителя или выход расположенного при необходимости за испарителем первого газового теплообменника и выход генератора впадают в ведущий в абсорбер байпас. Идущую от испарителя через первый газовый теплообменник смесь из испаренного хладагента и сухого газа направляют к выходу генератора и там через байпас, где газовая смесь вступает в контакт с горячим, частично выгазованным, идущим от генератора раствором и отбирает у него дальнейший хладагент. Использование изобретения позволит повысить кпд машины даже при относительно низкой температуре 75°С источника тепла. 2 с. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к абсорбционной холодильной машине системы "Platen-Munters", содержащей генератор для испарения растворенного в растворителе хладагента, сепаратор растворителя, в котором осуществляют отделение растворителя от хладагента, конденсатор для сжижения хладагента, испаритель, в котором хладагент испаряют посредством сухого газа и с охлаждением, при необходимости первый газовый теплообменник и абсорбер, в котором в обедненную смесь из хладагента и растворителя вводят испаренный хладагент, и эту смесь в генераторе повторно испаряют.

Для эксплуатации известной абсорбционной холодильной машины системы "Platen-Munters" требуется источник тепла с температурой намного выше 100°С. При температурах 100°С и ниже кпд, напротив, приближается к нулю. Имеющиеся источники тепла с низкими температурами, такие как горячая вода из промышленных систем, работающих от отходящего тепла, например централизованное теплоснабжение, солнечная система отопления и т.п., непригодны поэтому для обычных выполнений этих абсорбционных холодильных машин, поскольку требуемые высокие температуры, как правило, не могут быть достигнуты.

Задачей изобретения является поэтому создание абсорбционной холодильной машины описанного выше рода, с помощью которой высокий кпд может быть достигнут даже при относительно низкой температуре, преимущественно приблизительно 75°С.

Согласно изобретению, это достигается за счет того, что выход испарителя или выход расположенного при необходимости за испарителем первого газового теплообменника и выход генератора впадают в ведущий в абсорбер байпас, причем идущую от испарителя через первый газовый теплообменник смесь из испаренного хладагента и сухого газа направляют к выходу генератора и через байпас, где газовая смесь вступает в контакт с горячим, частично выгазованным, идущим от генератора раствором и отбирает у него дальнейший хладагент.

Идущую от испарителя через первый газовый теплообменник смесь направляют, таким образом, не непосредственно к абсорберу, а к выходу генератора и там - через байпас, и она отбирает у идущего от генератора раствора хладагент. От первого газового теплообменника можно также отказаться, так что в этом случае смесь направляют из выхода испарителя к входу байпаса. В обоих случаях можно в зоне входа абсорбера достичь низкой концентрации раствора, являющейся условием низкой температуры охлаждения, без необходимости сильного нагрева генератора. Для абсорбционной холодильной машины согласно изобретению могут найти применение поэтому источники тепла низкой температуры. За счет низкой температуры генератора уменьшается количество испаренной заодно воды, благодаря чему предотвращается снижение кпд в испарителе.

В другом выполнении изобретения предусмотрен второй газовый теплообменник, первичная сторона которого расположена между выходом испарителя или при необходимости выходом первого газового теплообменника и входом байпаса, а вторичная сторона - между выходом байпаса и входом абсорбера, так что идущая от байпаса газовая смесь охлаждается. Охлаждение газовой смеси позволяет повысить обогащение идущей от генератора обедненной жидкости.

Байпас обеспечивает низкую рабочую температуру, однако вызывает также потерю энергии. Согласно другой форме выполнения изобретения может быть предусмотрено, что между выходом испарителя и входом абсорбера или между входом и выходом байпаса расположен регулирующий клапан, с помощью которого дозируют количество направленного в обход через байпас газа, причем не направленная в обход часть течет прямо к абсорберу. Тем самым, возможно регулирование воздействия байпаса на требуемое понижение температуры источника теплоснабжения.

Согласно одному варианту изобретения регулирующий клапан выполнен в виде замыкающего накоротко байпас проходного клапана, благодаря чему при открытом клапане байпас не действует, а при закрытом клапане байпас может полностью проявить свое действие.

Согласно другому варианту изобретения регулирующий клапан выполнен в виде трехлинейного распределителя, который распределяет идущую от испарителя газовую смесь на поток к байпасу и поток к абсорберу. За счет этого байпас может быть очень точно настроен по своему действию.

Для увеличения площади контакта между протекающей через байпас газовой смесью и протекающей через него жидкостью внутренняя стенка байпасной трубы может быть покрыта стойким к аммиаку волокнистым материалом, причем стойкий к аммиаку волокнистый материал преимущественно образован стекловолокнистым холстом, который отвечает требованиям к большой поверхности и высокой стойкости.

Другой признак изобретения состоит в том, что внутри байпасной трубы расположена упирающаяся в ее внутреннюю стенку винтовая пружина, причем стойкий к аммиаку волокнистый материал зажат между внутренней стенкой и винтовой пружиной.

Это предотвращает уменьшение проходного сечения байпаса для протекающего через байпас газа.

Особенно высокий кпд достигается согласно другой форме выполнения изобретения за счет того, что хладагент образован аммиаком, а растворитель - водой.

Далее может быть предусмотрено выполнение байпаса с возможностью обогрева, благодаря чему температуру байпаса можно установить на значение, при котором притекающая газовая смесь отбирает у обедненного раствора очень высокую долю аммиака.

Далее изобретение относится к пузырьковому насосу для абсорбционной холодильной машины, содержащему по меньшей мере одну вертикальную насосную трубку, которая обогревается жидким или газообразным теплоносителем и в которой раствор хладагента движется вверх за счет образования пузырьков.

Жидкостный контур в абсорбционных холодильных машинах часто поддерживают так называемыми "маммут-насосами" или "пузырьковыми насосами", например в классической системе "Platen-Munters", в которой воду используют в качестве растворителя, а аммиак - в качестве хладагента. Поскольку для эксплуатации такой абсорбционной холодильной машины энергию можно отбирать у источника тепла, она прекрасно подходит для преобразования солнечной энергии в холод. Обычные пузырьковые насосы, однако, непригодны или плохо пригодны для обогрева теплоносителями с изменяющейся температурой, возникающей при получении солнечной энергии.

Такой пузырьковый насос состоит из двух сообщающихся между собой сосудов, заполненных водным раствором аммиака. Один из этих обоих сосудов, т.е. активная часть насоса, выполнен в виде вытянутой вверх трубки, которая нагревается, как только внутри нее высвобождается аммиак. Образующиеся газовые пузырьки гонят тогда раствор в узкой трубке вверх. В некоторых пузырьковых насосах в нижней части вытянутой вверх трубки находится маленький газосборник, в который трубка входит сверху. Там газ собирается, прежде чем он вытолкнет вверх жидкость в находящейся выше трубке.

У обоих названных типов пузырьковых насосов имеется критическая область низких температур, в которой газовые пузырьки образуются настолько медленно, что они слишком малы, чтобы заполнить все сечение насосной трубки, и поэтому движутся вверх, не захватывая жидкость. За счет этого концентрация аммиака в насосной трубке понижается. Согласно термодинамическим данным раствора аммиака в воде в этом случае, однако, повышается температура, при которой аммиак может высвобождаться. При медленном повышении температуры насоса одновременно возрастает, следовательно, требуемая минимальная температура и могут возникнуть ситуации, когда пузырьковый насос впоследствии отказывается работать, поскольку в насосной трубке находится больше воды и почти нет аммиака. Упомянутый газосборник должен уменьшать эту опасность. Именно при использовании солнечной энергии возникает, однако, иногда несмотря на это временная температурная характеристика, при которой даже пузырьковые насосы с газосборником из-за описанного эффекта отказываются работать. При слишком медленном процессе запуска или охлаждения раствор хладагента может потерять слишком много газа и за счет этого на длительный срок привести к отказу пузырькового насоса.

Эта проблема может возникнуть также у обогреваемых газом аммиачных абсорбционных холодильников, например когда загрязнена газовая горелка. Насос может быть снова введен в действие только после того, как весь холодильник будет на короткое время перевернут вверх ногами, в результате чего богатый аммиаком раствор снова попадает в насосную трубку. У больших холодильных машин такие действия невозможны, потому что большие холодильные агрегаты, как правило, проектируются не с пузырьковыми, а с электрическими перекачивающими насосами.

При длительной эксплуатации оптимальный холодильный кпд требует точного дозирования производительности насоса независимо от температуры нагрева.

Задачей изобретения является поэтому создание пузырькового насоса описанного выше рода, который предотвращал бы отказ в критической области температур и обеспечивал бы длительную эксплуатацию абсорбционной холодильной машины.

Согласно изобретению это достигается за счет того, что нижний конец по меньшей мере одной насосной трубки соединен с удлиненным, обогреваемым резервуаром для запуска процесса накачивания, который имеет впускное и выпускное отверстия и через который протекает текущий в насосную трубку раствор хладагента, в основном, в горизонтальном направлении, причем впускное и выпускное отверстия расположены с возможностью удержания в резервуаре для запуска процесса накачивания образующегося в нем газового пузыря, причем уровень жидкости - раствора хладагента - в холодном состоянии лежит ниже активной рабочей зоны насосной трубки.

Перед входом раствора хладагента в насосную трубку он находится большей частью в резервуаре для запуска процесса накачивания, обогреваемом температурой, которая всегда немного ниже собственно температуры нагрева пузырькового насоса. При возрастании температуры нагрева в названном резервуаре для запуска процесса накачивания образуется газовый пузырь, который из-за формы этого резервуара не может выйти, и потому вытесняет раствор, так что его уровень возрастает до ставшей горячей тем временем насосной трубки, в результате чего запускается процесс накачивания. Если же температура насосной трубки лежит в критической области, где, например, высвобождается совсем мало аммиака, то резервуар для запуска процесса накачивания уже настолько холодный, что там аммиак переходит в раствор, газовый пузырь исчезает, и раствор отводится из пузырькового насоса.