Абсорбційно-дифузійний холодильний агрегат

Абсорбційно-дифузійний холодильний апарат, що містить термосифон, дефлегматор, конденсатор, рідинний теплообмінник типу «труба в трубі», в міжтрубному просторі якого рухається слабкий водоаміачний розчин, а у внутрішній трубі - міцний водоаміачний розчин, що містить також поярусно розміщені зверху вниз секцію парогазового контуру й ресивер, ресивер частково заповнений рідким водоаміачним розчином, секція парогазового контуру у верхній частині містить випарник, в середній частині - газовий теплообмінник, в нижній частині абсорбер, парова порожнина ресивера сполучена з нижньою частиною абсорбера і окремим каналом - з газовим теплообмінником, конденсатор зв'язаний з верхньою частиною випарника за допомогою U 2 (19) 1 3 13910 4 По-перше, збільшенням кількості пари холозміни теплового навантаження на генераторному дильного агента, а по-друге, збільшенням кількості вузлі, зокрема, на термосифоні. В той же час досперекачуваного слабкого водоаміачного розчину лідження [7] показали, що після діапазону пропорміж генераторним вузлом і абсорбером. ційної зміни значень холодильної потужності випаУ відомій конструкції АДХА [1] перша функція рника і теплового навантаження, що підводиться, виконується генератором пари, а друга - перекамають місце такі режими роботи АДХА, в яких збічуючим термосифоном. Для стабільної роботи льшення теплового навантаження, що підводитьАДХА необхідна синхронізація роботи генератора і ся, не призводить до зростання холодильної потуперекачуючого термосифона. Як правило, сумаржності. на величина теплового навантаження, що підвоНаявність критичних режимів роботи пов'язана диться, розподіляється приблизно як 30% - на пез фіксованими геометричними параметрами консрекачуючий термосифон, а 70% - на генератор трукції АДХА. Кінцеві розміри елементів обмежупари [4]. При відсутності синхронізації виникнуть ють процеси тепломасообміну при випаровуванні і енергетично неефективні режими роботи АДХА з абсорбції і інтенсивність циркуляції в парогазовонадлишком або холодильного агента, або слабкому контурі. У першому випадку - за рахунок фіксого розчину. ваної поверхні, а в другому - за рахунок фіксоваУ відомій конструкції АДХА [1] є і обмеження них розмірів прохідних перерізів парогазового сумарного значення теплового навантаження, що контуру. підводиться, навіть при збереженні оптимальної Крім цього, залишається у силі і обмеження по пропорції 30%-70%. Це обмеження обумовлене процесах корозії, пов'язане з рівнем температур у зростанням теплового навантаження на переказоні теплопідведення термосифона (не вище чуючому термосифоні і, відповідно, зростанням 180°С [5]). температури в зоні теплопідведення. Збільшення У основу корисної моделі поставлене завдантемператури інтенсифікує процеси корозії, що ня створення АДХА, широка область застосування призводить до блокування прохідного перерізу якого досягається шляхом організації додаткових перекачуючого термосифона і виходу АДХА з лапаралельних потоків парогазової суміші, рідкого і ду. Граничним значенням температур в зоні теппароподібного холодильного агента і слабкого лопідведення сучасних АДХА, яке не викликає водоаміачного розчину. інтенсивну корозію, вважають 180°С [5]. Технічний результат, що досягається у корисНедоліком відомого АДХА [1] є і складність ній моделі, пов'язаний із зниженням гідравлічних конструкції холодильного апарата із-за наявності опорів у зоні теплопідведення, конденсації і в кондвох елементів теплопідведення (перекачуючого турі природної циркуляції. Це призводить до зростермосифону і генератора пари). Наявність додаттання кількості циркулюючого в системі холодилькових елементів обумовлює і наявність додаткових ного агента і водоаміачного розчину і, зрештою, до зварних швів у конструкції, а це знижує надійність збільшення холодильної потужності випарника. при експлуатації. Поставлене завдання розв'язується за рахунок Відомий АДХА [6 - прототип], який містить у того, що АДХА додатково містить однакову кільсобі термосифон, дефлегматор, конденсатор, рікість секцій парогазового контуру, термосифонів і динний теплообмінник типу «труба в трубі», в міжконденсаторів з ідентичними геометричними розтрубному просторі якого рухається слабкий водомірами, додаткові секції парогазового контуру і аміачний розчин, а у внутрішній трубі - міцний конденсатори розміщені в одній вертикальній водоаміачний розчин, що містить також поярусно площині з основними і рознесені з ними по висоті, розміщені зверху вниз секцію парогазового контупри цьому абсорбери кожної секції парогазового ру і ресивер, ресивер частково заповнений рідким контуру сполучені окремими магістралями слабководоаміачним розчином, секція парогазового конго розчину із спільним рідинним теплообмінником туру у верхній частині містить випарник, в середній через гідроколектор, встановлений вище за рівень частині - газовий теплообмінник, в нижній частині входу всіх абсорберів, конденсатори мають спільабсорбер, парова порожнина ресивера сполучена ну вирівнювальну магістраль, сполучену з одним з з нижньою частиною абсорбера і окремим каналом газових теплообмінників, а у верхній частині де- з газовим теплообмінником, конденсатор сполуфлегматора встановлений паровий колектор, котчений з верхньою частиною випарника за допоморий сполучає дефлегматор з кожним конденсатогою магістралі рідкого аміаку і вирівнювальною ром, при цьому термосифони встановлені магістраллю з газовим теплообмінником, міжтрубпаралельно і мають спільний вхід і спільний вихід. на порожнина рідинного теплообмінника сполучеПричинно-наслідковий зв'язок між сукупністю на з верхньою частиною абсорбера за допомогою суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, і магістралі слабкого розчину. технічним результатом, що досягається, полягає в У конструкції прототипу термосифон виконує наступному. дві функції - перекачуючого пристрою і генератора Ознака «АДХА додатково містить однакову кіпари. Це спрощує конструкцію АДХА, але не долькість секцій парогазового контуру і термосифозволяє суттєво розширити діапазон значень холонів і конденсаторів» вказує на шлях, яким забезпедильної потужності випарника, тобто розширити чують можливість збільшення кількості область застосування. циркулюючого робочого тіла - додатковим відповіТака ситуація визначається наступними факдним збільшенням кількості елементів. торами. Ознака «з ідентичними геометричними розміУ конструкціях АДХА керувати значенням хорами» і ознака «додаткові секції парогазового конлодильної потужності випарника можна за рахунок туру і конденсатори розміщені в одній вертикаль 5 13910 6 ній площині з основними і рознесені з ними по вивузла 1 частково входить дефлегматор 4. Частина соті» і вказують на конкретні конструктивні парадефлегматора 4, що залишилася, знаходиться в метри додаткових елементів, які необхідні для повітряному середовищі. У верхній частині АДХА створення АДХА з підвищеною холодильною порозташований повітряний конденсатор 6, виконатужністю випарника. ний у вигляді двох паралельних горизонтальних Ознака «абсорбери кожної секції парогазового каналів із зовнішнім оребренням. Для організації контуру сполучені окремими магістралями слабкостоку рідкого холодильного агента канали конденго розчину із загальним рідинним теплообмінником сатора встановлені з невеликим нахилом. Канали через гідроколектор, встановлений вище за рівень конденсатора сполучені з дефлегматором через входу всіх абсорберів», ознака «у верхній частині паровий колектор 5, призначений для рівномірного дефлегматора встановлений паровий колектор, розподілу парового потоку. Кожен канал конденсаякий сполучає дефлегматор з кожним конденсатотора 6 має в зоні стоку рідкого холодильного агенром» і ознака «термосифони встановлені паралета окрему вирівнювальну магістраль 7, яка сполульно і мають спільний вхід і спільний вихід» вкачає паровий об'єм конденсатора із спільною зують на умови роботи конструкції, що вирівнювальною магістраллю 8. Вирівнювальні заявляється, з паралельними елементами. Для магістралі 7 і 8 призначені для вирівнювання тиску роботи додаткових елементів повинні бути ствопо обидві сторони гідрозатворів, утворених рідким рені відповідні зв'язки в конструкції, зокрема, дехолодильним агентом у магістралі рідкого холодифлегматора з конденсатором, а абсорберів -з рільного агента 9 і випарниками 10. Випарники 10 динним теплообмінником. через газові теплообмінники 12 сполучені із відпоКрім цього ознака «термосифони встановлені відними абсорберами 13 (верхній випарник сполупаралельно і мають спільний вхід і спільний вихід» чений з верхнім абсорбером, а нижній випарник - з вказує на шлях, яким досягається: нижнім абсорбером. Газові теплообмінники 12 а) зниження гідравлічного опору при циркулявиконані за типом «труба в трубі», причому у внутції слабкого водоаміачного розчину; рішній трубі проходить теплий потік інертного газу, б) збільшення кількості генерованої пари хоочищений від парів холодильного агента, а в міжтлодильного агента і перекачуваного слабкого ворубному просторі - холодний потік інертного газу, доаміачного розчину. насичений парою холодильного агента. Ресивер Установлення парового колектора між дефле15 частково заповнений рідким водоаміачним розгматором і паралельними гілками конденсатора чином. Верхня частина ресивера 15 сполучена з дозволить забезпечити рівномірну роздачу пари газовими теплообмінниками 12 каналами 11, а з на кожну гілку конденсатора, а розпаралелювання нижніми частинами абсорберів 13 - каналами 14. конденсатора на гілці забезпечить гарантовану Нижня частина ресивера 15 через рідинний тепконденсацію пари і наявність рідини в кожному лообмінник типу "труба в трубі" 17 сполучена по трубопроводі подачі рідкого аміаку до відповідного каналу міцного розчину 16 з генераторним вузлом випарника. Установлення на магістралі слабкого 1. Міжтрубний простір рідинного теплообмінника розчину перед абсорберами гідроколектора до17 сполучений магістраллю слабкого розчину 19 з зволить рівномірно роздавати слабкий розчин на верхніми частинами абсорберів 13 через гідророзкожний з абсорберів, а розміщення гідроколектора подільник слабкого розчину 18. вище за рівень входу всіх абсорберів дозволить Випарники 10, газові теплообмінники 12, абсослабкому розчину стікати в кожен абсорбер у грарбери 13 і ресивер 15 утворюють два парогазових вітаційному режимі. контури. Ознака «конденсатори мають спільну вирівПрацює АДХА таким чином. нювальну магістраль, сполучену з одним із газових Розглянемо приклад роботи АДХА, де традитеплообмінників», вказує на умови реалізації роційним водоаміачним розчином і воднем виступає боти винаходу, що заявляється. Крім цього, ця інертний газ. ознака вказує на некритичність зв'язку конденсаПри включенні джерела теплового навантаторів з газовими теплообмінниками. ження на нагрівальних елементах в жарових стаСуть корисної моделі ілюструється кресленканах 3 виділяється теплота, за рахунок якої киням. пить міцний водоаміачний розчин, що знаходиться На фігурі поданий загальний вигляд АДХА, в нижній частині термосифонів 2. Після випаровуякий, наприклад, має по одному додатковому елевання міцний водоаміачний розчин втрачає легкоменту. киплячий аміак і стає слабким розчином. Парові АДХА містить у собі генераторний вузол 1, запробки, що утворюються, проштовхують частинки критий теплоізоляційним кожухом. До складу генерідкого слабкого розчину у верхню частину термораторного вузла 1 входять два термосифони 2, сифонів 2. У динамічній рівновазі по висоті термостворюючі систему паралельних каналів і виконусифонів 2 встановлюється двофазний режим течії. ючі функції генератора пари холодильного агента і У верхній частині термосифонів 2 відбувається перекачуючого пристрою. До кожного термосифорозділення парової і рідкої частини двофазного на приварений жаровий стакан 3, в яких розміщені потоку. Пара поступає через дефлегматор 4 і панагрівальні елементи. Нагрівальні елементи зв'яровий колектор 5 в конденсатори 6, а слабкий роззані з джерелом теплового навантаження. Джеречин через рідинний теплообмінник 17, магістраль лом теплового навантаження можуть бути елект19 і гідроколектор 18 - у верхні частини абсорберів ричні елементи, пальникові пристрої і потоки 13. У дефлегматорі 4 відбувається очищення пари нагрітих газів, наприклад, вихлопні гази двигунів аміаку від пари води за рахунок різниці нормальвнутрішнього згорання. До складу генераторного 7 13910 8 них температур кипіння. Теплота дефлегмації відроботи АДХА, в яких наявний практично двократводиться в навколишнє середовище. ний запас поверхонь тепломасообміну. У рідинному теплообміннику 17 відбувається Експериментальні і теоретичні дослідження охолоджування потоку слабкого водоаміачного режимів роботи АДХА показують, що найбільш розчину з одночасним підігрівом міцного перед суттєвим обмеженням значень холодильної потувходом у генераторний вузол 1. Остаточне охоложності випарників є гідравлічні опори елементів дження потоку слабкого водо-аміачного розчину парогазового контуру. Основна вимога до додатпроходить в магістралі 19 і гідроколекторі 18 за кових паралельних елементів - їх гідравлічна іденрахунок теплорозсіювання в навколишнє середотичність. Експерименти і розрахунки показують, вище. що довжини і діаметри трубопроводів паралельУ конденсаторі 6 пара аміаку зріджується з віних елементів можуть залишатися без змін. У разі, дведенням тепла в навколишнє середовище. Рідколи паралельних елементів два, то розміри декий аміак стікає по окремих магістралях 9 на вхід флегматора 4, магістралей 7, 8, 9, 16, 18, ресивевипарників 10. На своєму шляху руху потоки рідкора 15 і рідинного теплообмінника 17 можуть зберіго аміаку взаємодіють в тепловому відношенні з гатися незмінними. При більшій кількості холодними потоками парогазової суміші, які надпаралельних елементів у складі АДХА слід провоходять з випарників 10 у ресивер 15, а також з дити відповідні теплові і гідравлічні розрахунки і випарниками 10. При такій взаємодії відбувається дослідним шляхом здійснювати підбір оптимальвідведення тепла від рідкого аміаку і на вхід випаного значення теплового навантаження на терморників 10 він надходить у переохолодженому стасифонах 2. ні. Конструкція АДХА із збільшеною холодильною У випарниках 10 рідкий аміак випаровується в потужністю випарників, що пропонується, комплексередовище інертного газу - водню при низькому тується із стандартних елементів холодильного парціальному тиску і, відповідно, при низькій темагрегату типу АШ-160, який випускається Васильпературі. Випаровування відбувається в процесі ківським заводом холодильників (Україна, Київська гравітаційного стікання потоків рідкого аміаку у область). Згідно з результатами теоретичних і ексвипарниках 10. Насичена парами аміаку холодна периментальних досліджень в новій конструкції паро-газова суміш має більшу густину, ніж суміш, слід використовувати абсорбер, зменшений до яка знаходиться в ресивері 15 і абсорберах 13. 50%, в порівнянні з серійним абсорбером агрегату Внаслідок цього густіша суміш опускається в нижАШ-160. При цьому можливе не тільки вертикальню частину абсорберів 13 і ресивер 15, а її місце у не розміщення абсорберів і випарників, як показавипарнику займає ненасичена парами аміаку суно на фігурі, але і горизонтальне їх розміщення. міш. Таким чином організовується циркуляційний Техніко-економічний ефект від використання контур між випарниками 10 і абсорберами 13. конструкції АДХА, що пропонується, полягає в тоОчищення парогазової суміші від парів аміаку му, що на базі вузлів, які серійно випускаються на здійснюється в процесі абсорбції при гравітаційВасильківському заводі холодильників, можна виному стіканні переохолодженого слабкого водоаготовити новий АДХА із збільшеною холодильною міачного розчину з верхньої частини абсорберів 13 потужністю випарника. Це дозволить створити нові у ресивер 15. Абсорбція відбувається в режимі моделі побутових і торгових холодильників і моропротитечійного стікання потоків слабкого розчину і зилок з вищими значеннями корисного об'єму і парогазової суміші. Теплота абсорбції відводиться розширити область застосування холодильних в навколишнє середовище. Внаслідок проведення апаратів абсорбційного типу. процесу очищення у верхній частині абсорберів 13 Список використаних джерел: тече висхідний потік очищеної від парів аміаку па1. А. с. 1728599 СССР, МКИ F25 В 15/00. Аброгазової суміші, а з нижньої частини абсорберів сорбционно-диффузионный холодильный агрегат 13 у ресивер 15 стікає міцний водоаміачний роз1 А.С. Титлов. - № 4766252/06; Заявл. 08.12.89; чин. Висхідний нагрітий потік надходить у випарОпубл. 23.04.92, Бюл. № 15. ники 10 через газові теплообмінники 12. 2. Чайковский В.Ф., Титлов А.С. ЭксперименЗ нижньої частини ресивера 15 міцний водоатальные исследования холодильных труб, реалиміачний розчин по каналу 16 через рідинний тепзующих абсорбционно-диффузионный холодильлообмінник 17 надходить в генераторний вузол 1 і ный цикл // Холодильная техника и технология. далі на вхід термосифонів 2. Потім цикл повторюКиев. - 1991. - № 52. - С. 3-7. ється. 3. Деклараційний патент на винахід № 59674А У номінальному режимі роботи АДХА, при України, МКИ F25 В 15/10; Морозильник // О.С. якому забезпечуються необхідні температурні паТітлов, О.Б. Василів, М.Д. Захаров, С.М. Кудашев раметри холодильного зберігання в "жорстких" (Україна). - №2002119067; Заявл. 14.11.2002; умовах експлуатації (температура навколишнього Опубл. 15.09.2003, Бюл. №9. повітряного середовища 32°С) [8], значення теп4. Niebergal W. Sorptoin-kalte-maschinen. лової потужності на термосифонах 2 і відповідні їм Berlin.: Springer, 1959. значення холодильної потужності випарників по5. Титлов А.С., Тюхай Д.С., Васылив О.Б. Повинні бути максимальні. иск энергосберегающих режимов работы перекаПри помірних і низьких величинах температур чивающих термосифонов АДХМ //Холодильная повітря в приміщенні значення теплових навантатехника и технология. - 2000. - № 67. - С. 12-20. жень можна знижувати, зокрема, повністю відклю6. Бабакин Б.С., Выгодин В.А. Бытовые холочити один з паралельних термосифонів. У такому дильники и морозильники. (Справочник) / 3-е изд., разі будуть реалізовані енергозберігаючі режими 9 13910 10 испр. и доп. - Рязань, "Узоречье", 2005. - С. 5868. ДСТУ 2295-93 (ГОСТ 16317-95 ISO 5155-83, 589. (рис. 9.136) - прототип. ISO 7371-85, ІЕС 335-2-24-84). Прилади холодиль7. Васылив О.Б., Титлов А.С. Поиск энергосні електричні побутові. Загальні технічні умови. берегающих режимов работы серийных абсорбВзамен ГОСТ 16317-87; Введ. 20.07.95. - К: Держционных холодильных аппаратов //Холодильная стандарт України, 1996. - 35с. техника и технология. - 1999. - № 60. - С. 28-37. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601