Спосіб роботи холодильної машини та пристрій для його здійснення

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к абсорбционным холодильным машинам (АХМ). Известен способ работы абсорбционной холодильной машины с выравнивающим инертным газом [1], включающий генерацию паров хладагента - сорбата, подачу паров хладагента в конденсатор, их сжижение, подачу в зону испарения с последующим испарением в среду инертного газа, транспортировку насыщенной парами хладагента газовой смеси в зону абсорбции, поглощение паров хладагента из смеси. Недостатком способа является низкая энергетическая эффективность, обусловленная необратимостью процессов диффузии. Тепловой коэффициент абсорбционно-диффузорных холодильных аппаратов (АДХА), реализующи х известный способ, не превышает даже в лучши х образцах 0,50. Известен также способ работы абсорбционной холодильной машины [2], включающий генерацию паров хладагента-сорбата, подачу паров хладагента в конденсатор, их сжижение, дросселирование жидкого хладагента с последующим кипением и поглощением паров хладагента в процессе абсорбции слабым раствором. В известном способе низкое давление в испарителе поддерживается за счет постоянной откачки паров в процессе Их абсорбции слабым раствором. Подача крепкого раствора из абсорбера в генератор (наиболее высокий уровень давления) осуществляется при помощи насосного устройства. Это позволяет достигал величин теплового коэффициента 0.70...0,80. Недостатком этого способа является также невозможность обеспечения двух и более уровней температурных уровней охлаждения в испарителе, причем минимально достигаемый температурный уровень охлаждения не ниже минус 40°С, т.е. известный способ имеет невысокие функциональные возможности. Известно устройство адсорбционной холодильной машины с выравнивающим инертным газом [1]. содержащее конденсатор паров хладагента, связанный U-образным трубопроводом с испарителем, который, в свою очередь, связан с абсорбером. Недостатком известного устройства является низкая энергетическая эффективность, обусловленная присутствием выравнивающего инертного газа. Известно также устройство адсорбционной холодильной машины, содержащее конденсатор паров хладагента, связанный трубопроводом через дроссельное устройство с испарителем, который, в свою-очередь, связан трубопроводом с абсорбером [2]. Недостатком известного устройства является невысокая функциональная возможность обеспечения Нескольких рабочих температурных уровней в испарителе. Кроме того, устройство не позволяет обеспечить глубокое охлаждение объектов, в частности. ниже уровня минус 30.. минус 40°С. В основу изобретения поставлена задача создания способа работы адсорбционной холодильной машины и устройства для его осуществления, в которых высокие функциональные возможности и высокая энергетическая эффективность обеспечиваются двухтемпературным уровнем охлаждения. причем, один из уровней низкотемпературный (до минус 100°С), и за счет этого в ряде производств можно использовать теплоиспользующие холодильные машины, к которым относятся и АХМ. Так, в нефте химии полимеризации изобутилена с изопреном в процессе получения бутил-каучука осуществляется при температуре минус 100°С, в нефтепереработке, депарафинизация транспортного авиационного, автомобильного и других масел происходит при температуре минус 60.., минус 70°С, в пищевой промышленности температуры в скоро-морозильных аппаратах достигают уровня азотных. Во все х приведенных выше случаях для производства низкотемпературного холода также использовались компрессионные машины, использующие для работы электрические источники. Предлагаемый способ и устройство позволяют достичь тех же результатов с использованием теплоиспользующей абсорбционной холодильной машины, т.е. использовать в работе преимущественно неэлектрические источники -природный газ, биогаз, керосин, бензин, дизельное топливо, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, энергию солнечного излучения и т.д. Поставленная задача в части функциональных возможностей решается тем, что в способе работы адсорбционной холодильной машины, включающем генерацию паров Хладагента - сорбата, подачу паров хладагента в конденсатор, их сжижение, дросселирование жидкого хладагента с последующим кипением и поглощением паров хладагента в процессе абсорбции слабым раствором, согласно изобретению, в качестве хладагента используют смесь с различными нормальными температурами кипения, причем, каждый из компонентов смеси является сорбатом, а в процессе сжижения проводят разделение компонентов смеси с последующим дросселированием каждого, их разделением кипением и совместным поглощением слабым раствором. Поставленная задача в части повышения энергетической эффективности решается тем, что в приведенном выше способе работы АХМ, согласно изобретению, после дросселирования часть высококипящего хладагента используют для сжижения и переохлаждения низкокипящего хладагента с последующим поглощением паров в абсорбере. Поставленная задача в части расширения функциональных возможностей устройства решается тем. что в АХМ, содержащей конденсатор паров хладагента, связанный трубопроводом через дроссельное устройство с испарителем, который, в свою очередь, связан трубопроводом с абсорбером, согласно изобретению, конденсатор разделен последовательно на две Секции, при этом каждая из секций конденсатора связана трубопроводами через дроссельное устройство с одной из секций испарители, которые, в свою очередь, связаны трубопроводами с общим абсорбером. Поставленная задача в части повышения энергетической эффективности устройства решается тем, что в приведенном выше устройстве АХМ вторая секция конденсатора выполнена по типу конденсатора-испарителя, при этом зона испарения второй секции связана трубопроводами с общим абсорбером и с трубопроводом первой секции конденсатора в зоне между дроссельным устройством и испарителем. При достижении двухтемпературного уровня охлаждения, в способе работы АХМ, в качестве хладагента используют смесь с различными нормальными температурами кипения, чем обеспечивают различие в условиях охлаждения. , Каждый из компонентов смеси, являясь сорбатом, позволяет осуществлять откачку (отвод) паров хладагента за счет их поглощения слабым раствором в абсорбере и, тем самым, обеспечивать низкий уровень давления в испарителе - абсорбере АХМ. Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг. 1 и фиг. 2 приведены схемы заявляемых АХМ. реализующи х заявляемый способ. На фиг. 2 представлена схема АХМ для получения глубокого холода. Абсорбционная холодильная машина содержит кипятильник 1, связанный трубопроводом с конденсатором, выполненным из двух раздельных, последовательно расположенных секций 2 и 3. Кипятильник также связан с каналом слабого 4 и крепкого 5 раствора с абсорбером 6. Канал слабого раствора 4 содержит дроссельное устройство 7. а крепкого раствора - перекачивающее устройство (насос) 8. Первая 2 и вторая 3 секции конденсатора связаны через дроссельное устройство 9 и 10 с двумя испарителями 11 и 12. Схема с испарителем глубокого охлаждения содержит вторую секцию конденсатора 3. выполненную по типу конденсатора -испарителя. В этом случае на тр убопроводе. соединяющем первую секцию конденсатора с испарителем, имеется дополнительная магистраль 13, Связанная с зоной испарения второй секции конденсатора - испарителя 3. Зона испарения связана также трубопроводом 14 с абсорбером 6. Устройство заправляется смесью хладагента,- сорбата и абсорбента (поглотителя). При этом. в качестве хладагента используется смесь хладагентов с увеличенными нормальными температурами кипения, хладагенты подобраны так, что каждый из компонентов является сорбатом, т.е. поглощается абсорбентом. По двухуровневой схеме устройство работает следующим образом. При подводе тепловой нагрузки к кипятильнику 1 происходит выпаривание хладагента. Образующиеся, пары направляются в высокотемпературный конденсатор 2. где преимущественно конденсируется высоко-Кипящий хладагент (ВКХ). Теплота парообразования отводится охлаждающей средой. Сжиженный ВКХ дросселируется в устройстве 9 и поступает в высокотемпературный испаритель 11. Очищенный от ВКХ пар низкокипящего хладагента (ВКХ) поступает в высокотемпературный конденсатор 3. В связи с ростом парциального давления НКХ (в идеале оно соответствуе т полному давлению в нагнетательной магистрали) за счет конденсации ВКХ обеспечиваются условия для конденсации НКХ. Сжижение НКХ идет с отводом теплоты парообразования. Конденсат НКХ также дросселируется в устройстве 10 и поступает в низкокипящий испаритель 12. В испарителях 11и 12 давление кипения поддерживается за счет отвода паров хладагентов в абсобер 6. Пары хладагента поглощаются слабым раствором, поступающим через дроссельное устройство 7 из кипятильника 1. Таким образом, за счет разности нормальных температур кипения производство искусственного холода и идет на различных температурных уровнях. Насыщенный хладагентом крепкий раствор перекачивается насосом 8 из абсорбера 6 в кипятильник 1 и цикл повторяется. Низкотемпературная абсорбционная холодильная машина работает следующим образом. При подводе тепловой нагрузки к кипятильнику 1 происходит выпаривание преимущественно паровой смеси хладагентов. Пары поступают в высокотемпературный конденсатор 2, где сжижается практически весь ВКХ с отводом теплоты парообразования. Очищенный от паров ВКХ НКХ поступает в испаритель - конденсатор 3, а именно. в полость конденсатора. Параллельно в полость испарителя через дроссельное устройство 9 поступает часть сжиженного ВКХ. Отвод теплоты парообразования НКХ осуществляется в процессе кипения ВКХ в полости испарители на температурном уровне порядка 230...240 К. Сжиженный НКХ через дроссельное устройство 10 поступает в низкотемпературный испаритель 12, а оставшаяся часть конденсатор ВКХ - в высококипящий испаритель 11. Давление кипения поддерживается в испарителе -конденсаторе 3 и испарителях 11 и 12 за счет постоянной откачки паров НКХ и ВКХ и процессом абсорбции, т.е. поглощением паров хладагентов слабым раствором абсорбента, поступающего из кипятильника 1, через дроссельное устройство 7. Крепкий (насыщенный хладагентом) раствор перекачивается насосом 8 в кипятильник 1. Теплота абсорбции отводится охлаждающей средой. За счет разности нормальных температур кипения используемой смеси хладагентов обеспечивается возможность получения двух уровней температур охлаждения, При этом один из уровней - не ниже 240 К, а второй - не выше 210 К. Основным требованием к рабочим телам АХМ и НТХАМ является необходимость абсорбционного процесса, т.е. используемый абсорбент должен поглощать смесь паров НКХ и ВКХ. Рассмотрим конкретный пример реализации заявляемого объекта по двухуровневой схеме.(фиг. 1). В качестве компонентов смеси возьмем пару Р22 - Р21. Из них Р22 - НКХ, а Р21 -ВКХ. Нормальные температуры кипения чистых компонентов у этой пары минус 40,8°С и 8,9°С. соответственно [3]. Абсорбентом для этой пары является диметиловый эфир тетраэтиленгликоля (ДЭТ) с нормальной температурой кипения 275,3°С [4]. При реализации холодильного цикла в системе элементов АХМ устанавливаются два уровня давления конденсации и кипения, которые достигаются при помощи подвода тепловой нагрузки к генератору 1, а также насосным 8 и дроссельными 9 и 10 устройствами. Верхний уровень давления (конденсации) реализуется в генераторе 1 и конденсаторах 2 и 3, нижний уровень давления (испарения) в испарителях 11 и 12 и абсорбере 6. При попадании паровой смеси в конденсатор 2 преимущественно сжижается ВКХ -Р21, а в конденсатор 3 попадает практически чистый пар НКХ - Р22, где он также сжижается с отводом теплоты парообразования. Жидкие компоненты раздельно дросселируются в устройства х 9 и 10 и поступают в испарители 11 и 12. Температура кипения определяется величиной давления насыщения, и в случае использования веществ с различными нормальными температурами кипения будет различна. Так, например, в давлении испарения 0,1 МПа в испарителе 11 эта величина составит 8,9°С. а в испарителе 12 - минус 40,8°С. Откачка ларов осуществляется в процессе абсорбции паровой смеси Р22 и Р21 жидким раствором ДЭТ. Величина давления регулируется кратностью циркуляции слабого и крепкого раствора между абсорбером 6 и генератором 1. При работе АХМ по низкотемпературной схеме (фиг. 2) в качестве смеси хладагентов используется пара Р22 и Р13. Абсорбентом для этой пары также является ДЭТ. В этой паре НКХ - Р13, а ВКХ - Р22, температура нормального кипения Р13 - минус 81,6°С, критическая температура - 28,8°С, критическое давление - 3,87 МПа [5]. При реализации низкотемпературного цикла АХМ в конденсаторе 2 сжижается только ВКК, в конденсатор испаритель проходят пары НКХ. Конденсация паров НКХ происходит также при этом уровне давления, однако температуры сжижения составляют минус 25...минус 18°С. Отрицательные температуры конденсации в испарителе - конденсаторе 3 поддерживаются в процессе кипения ВКХ, поступающего из конденсатора 2 через дроссельное устройство 9. С учетом необходимого перепада температур в процессе теплоотвода температура кипения ВКХ (Р22) должна составить минус 30...минус 23°С, при этом величины давления кипения составят 0,16...0,22 МПа. Этот же уровень давления будет обеспечен и в испарителях 11 и 12, а также абсорбере 6. В этом случае низкотемпературное кипение в испарителе 12 будет осуществляться в диапазоне минус 72.., минус 65°С [5]. Снижение уровня температур в испарителе 12 возможно за счет снижения температур кипения ВКХ в испарителе - конденсаторе 3. Следует отметить, что в низкотемпературной схеме обеспечивается и двухуровневая схема, т.е. она универсальна.