Комбінований абсорбційний холодильник

Комбінований абсорбційний холодильник, що містить абсорбційно-дифузійну холодильну машину з генератором і дефлегматором, покритими теплоізоляційним кожухом, і теплоізольовану шафу, яка розділена на низькотемпературне відділення, холодильну камеру і теплову камеру, що має тепловий зв'язок з теплорозсіюючими елементами абсорбційно-дифузійної холодильної машини, який відрізняється тим, що теплоізольована шафа розділена поярусно зверху вниз теплоїзольованими перегородками на низькотемпературне відділення, холодильну і теплову камеру, а дефлегматор і теплова камера зв'язані між собою в тепловому відношенні за допомогою випарно-конденсаційного теплопередавального пристрою, частково заповненого сольовим розчином і розчинником, що містить мембранний блок, розділении напівпроникною перегородкою на порожнину, заповнену сольовим розчином, і порожнину, заповнену розчинником, а також вертикальний випарник, виконаний по типу перекачувального термосифона, магістраль міцного сольового розчину, транспортну магістраль і конденсатор, при цьому магістраль міцного сольового розчину і випарник зв'язані своїми нижніми частинами з порожниною сольового розчину мембранного блока, а верхніми частинами - із транспортною магістраллю, яка у свою чергу зв'язана з конденсатором, а конденсатор зв'язаний з порожниною розчинника мембранного блока, причому теплова камера має внутрішню оребрену вертикальну теплорозсіюючу поверхню, з яким зв'язаний у тепловому відношенні конденсатор теплопередавального пристрою, випарник теплопередавального пристрою зв'язаний у тепловому відношенні з дефлегматором абсорбційно-дифузійної холодильної машини, при цьому зона теплового зв'язку розташована в теплоізольованому кожусі генератора, транспортна магістраль теплопередавального пристрою покрита тепловою ІЗОЛЯЦІЄЮ, а магістраль міцного сольового розчину і нижня частина конденсатора, що розташована за межами теплової камери, мають оребрення ю Винахід відноситься до побутової холодильної техніки, зокрема, до абсорбційних холодильників з додатковою тепловою камерою, що працює в діапазоні температур 50 70°С Відомий абсорбційний холодильник [1], що містить абсорбційно-дифузійну холодильну машину (АДХМ) і теплоізольовану шафа, розділена на низькотемпературне відділення (НТВ) і холодильну камеру (ХК) Недоліком відомої конструкції абсорбційного холодильника є відсутність можливості використовувати для побутових потреб теплоту, яка виділяється при реалізації циклу АДХМ Відомий комбінований абсорбційний холодильник (КАХ) [2-прототип], що містить АДХМ із генератором і дефлегматором, покритими теплоізо ляційним кожухом, і теплоізольовану шафу, розділений на НТВ, ХК і теплову камеру (ТК), що має тепловий зв'язок з теплорозсіюючими елементами АДХМ Недоліком відомої конструкції прототипу є те, що тепловий зв'язок ТК і АДХМ здійснюється з зони теплового потоку електронагрівника АДХМ, що вимагає додаткових енерговитрат для роботи апарата в режимі охолодження В основу винаходу поставлена задача створення КАХ, у якому зниження енерговитрат при виробництві штучного холоду забезпечується шляхом використання непридатного тепла дефлегмації циклу АДХМ для забезпечення температурних режимів ТК, а за рахунок цього знижується величина теплового навантаження на генераторі АДХМ для забезпечення необхідних температур 47751 них режимів охолоджуваних камер Поставлена задача вирішується за рахунок того, що теплоізольовану шафу розділено поярусне зверху вниз тепло ізольованими перегородками на НТВ, ХК і ТК, а дефлегматор і ТК зв'язані між собою в тепловому відношенні за допомогою випарно-конденсаційного теплопередаючого пристрою (ТПП), частково заповненого сольовим розчином і розчинником, що містить мембранний блок, розділений напівпроникною перегородкою на порожнину, заповнену сольовим розчином, і порожнину, заповнену розчинником, а також вертикальний випарник, виконаний по типу перекачувального термосифона (ПТС), магістраль міцного сольового розчину, транспортну магістраль і конденсатор, при цьому магістраль міцного сольового розчину і випарник зв'язані своїми нижніми частинами з порожниною сольового розчину мембранного блока, а верхніми частинами - із транспортною магістраллю, яка, у свою чергу, зв'язана з конденсатором, а конденсатор зв'язаний з порожниною розчинника мембранного блоки1, причому ТК має внутрішню оребрену вертикальну теплорозсіюючу поверхню, з яким зв'язаний у тепловому відношенні конденсатор ТИП, випарник ТПП зв'язаний у тепловому відношенні з дефлегматором АДХМ, при цьому зона теплового зв'язку розташована в теплоізоляційному кожусі генератора, транспортна магістраль ТПП покрита тепловою ІЗОЛЯЦІЄЮ, а магістраль міцного сольового розчину і нижня частина конденсатора, розташована за межами ТК, мають оребрення Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю істотних ознак винаходу, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, у якості якого виступає зниження величини теплового навантаження на генераторі АДХМ для забезпечення необхідних температурних режимів охолоджуваних камер, полягає в наступному Ознака "дефлегматор АДХМ і ТК зв'язані між собою в тепловому відношенні за допомогою випарно-конденсаційного ТПП, частково заповненого сольовим розчином і розчинником, що містить мембранний блок, розділений напівпроникною перегородкою на порожнину, заповнену сольовим розчином, і порожнина, заповнену розчинником" указує на спосіб відводу непридатного тепла циклу АДХМ для забезпечення необхідних температурних режимів ТК Авторами пропонується використання для цих цілей ТПП, що працює з використанням ефекту осмосу - мимовільного переходу молекул розчинника через напівпроникаючу перегородку - мембрану [3] Ефект осмосу дозволяє здійснювати перенос молекул розчинника в режимі протитиску через мембранну перегородку, тобто реалізується своєрідний режим роботи рідинного насоса Проведені дослідження показали реальність використання ефекту осмосу в ТПП і холодильних машинах [4,5] Зокрема, у конструкції, що заявляється, використання осмотичного ТПП дозволяє здійснювати передачу тепла зверху вниз і, отже, розташувати ТК у нижній частині шафи Це, по-перше, дозволить винести ТК, що пра цює на рівні температур 50 70°С за межі охолоджуваного об'єму, тобто знизити енергоспоживання АДХМ за рахунок усунення теплових перетічок, а по-друге, найбільше раціонально в тепловому відношенні розташувати ТК, тобто забезпечити тепловий зв'язок із ХК, у якій рівень температур 0 5°С Поділ шафи поярусно на робочі зони, коли ТК виявляється в нижній частині і має тепловий зв'язок тільки з ХК, дозволяє в максимальним чином знизити перетічки тепла з ТК в охолоджувані камери холодильника Сутність винаходу, що заявляється, ілюструється фігурами На фіг 1 зображена схема загального виду КАХ (вид спереду, дверцята відсутні) На фіг 2 - загальний вид КАХ задньої частини КАХ На фіг 3 приведена схема осмотичного ТПП з прив'язкою до АДХМ Конструкція КАХ містить теплоізольовану шафу 1, розділений теплоізольованими перегородками 2 і 3 на НТВ 4, ХК 5 і ТК 6 На задній СТІНЦІ шафи 1 встановлена АДХМ, до складу якої входить генератор 7, ректифікатор 8, повітряний конденсатор 9, змієвиковий абсорбер 10, бачок абсорбера 11, рідинний теплообмінник 12, низькотемпературний випарник 13, встановлений у НТВ 4, і високотемпературний випарник 14, встановлений у ХК 5 Генератор 7 покритий теплоізоляційним кожухом 15 У ТК 6 встановлена вертикальна оребрена теплорозсіююча панель 16 (на фиг 1 і 2 панель 16 встановлена на задній СТІНЦІ ТК 6) У нижній частині труби генератора 7 встановлена гільза з електронагрівником 17 ТПП містить випарник 18, виконаний по типу ПТС (трубки малого поперечного переріза), магістраль міцного сольового розчину 19, що має оребрення, транспортну магістраль 20, конденсатор 21 і мембранний блок 22, розділений напівпроникною перегородкою (мембраною) 23 на порожнину сольового розчину 24 і порожнина розчинника 25 Частина конденсатора, розташована за межами ТК 6, оребрена Між дефлегматором 8 і випарником 18 існуєя зона теплового зв'язку 26 Конденсатор ТПП 21 закріплений на панель 16 Порожнина 24, випарник 18 і магістраль 19 заповнені сольовим розчином до рівня 31 При цьому в магістралі 19 у динамічному робочому режимі знаходиться міцний (збіднений до розчиннику) сольовий розчин Порожнина 25 блоку 22 і нижня частина конденсатора 21 до рівня 32 заповнені рідким розчинником Роботу пристрою розглянемо на прикладі конкретного виконання У якості базового об'єкту розглянемо абсорбційний холодильник типу "Кристал408" з АДХМ типу АШ-150 Робочий рівень температур дефлегматора 8 170 (вхід) 80°С (ВИХІД З ІЗОЛЯЦІЙНОГО кожуха 15) Випарник 18 ТПП виконаний з капіляра з внутрішнім діаметром 2 мм Як напівпроникну перегородку 23 використовується мембрана типу МГА-100 /5/, селективна до молекул води (тобто вибірково пропускає крізь себе молекули води) Для механічної МІЦНОСТІ мембрана армується ніхромовою 47751 підкладкою Повна поверхня мембрани складає 2 64см 3 урахуванням пористості ніхромової підкладки (10%), робоча поверхня перегородки 23 2 складає 6,4 см Як робоче тіло ТПП використовується водяний розчин бромистого ЛІТІЮ, що володіє високим осмотическим тиском Так, наприклад, при масовій концентрації водяного розчину бромистого ЛІТІЮ 3,0 % його осмотичний тиск складає 0,45МПа, при концентрації 18% - 2,84МПа, а при концентрації 36% - 6,09Мпа [3] В дослідах використовувався водяний розчин бромистого ЛІТІЮ масовою концентрацією 25% Заправлення ТПП проводять таким чином, щоб у початковий момент розчин не потрапив у конденсатор 21 і порожнину 25 мембранного блоки 22 Об'єм заправлення розчину підбирається таким чином, щоб у робочому режимі рівень міцного розчину в магістралі 19 знаходився на ВІДМІТЦІ 31, що знаходиться вище рівня теплового зв'язку 26 дефлегматора 8 і випарника 18 Тепловий зв'язок 26 забезпечується вьісокотеплопровідними хомутами, виконаними, наприклад, з МІДІ Панель 16 виконана з алюмінію, а з нею жорстко зв'язаний конденсатор ТПП 21 Цим і забезпечується надійний тепловий зв'язок При подачі теплового навантаження на електронагрівник 17 починається випарювання водоаміачного розчину в генераторі АДХМ 7, що супроводжується перекачуванням слабкого водоаміачного розчину в абсорбер 10 Водоаміачні пари надходять у дефлегматор 8, де здійснюється їхнє очищення від пари води шляхом конденсації на стінках каналу Пари аміаку надходять у конденсатор 9, скраплюються і через теплообмінник (на фіг не показаний) рідкий аміак надходить у низькотемпературний 13 і високотемпературний 14 випарники Ефект штучного охолодження досягається шляхом випару аміаку в середовище інертного газу - водню Холодна насичена парогазовая суміш через бачок 11 надходить в абсорбер 10, де водень очищається від пари аміаку в процесі абсорбції, і надходить назад у випарники 13 і 14, а насичений водоаміачний розчин, через теплообмінник 12 стікає в генератор 7 На цьому цикл роботи АДХМ закінчується Через тепловий контакт 26 здійснюється передача тепла від дефлегматора 8 до ПТС 18 Тому що ПТС 18 заповнений водяним розчином бромистого ЛІТІЮ, то здійснюється його нагрівши і випарювання Нормальна температура кипіння води 100°С, бромистого ЛІТІЮ - 1265°С [6], тому випарювання виробляється тільки води (розчинника) За рахунок використання трубки малого перетину ПТС 18 працює в режимі підйому рідини, тобто пухирці пари, що утворяться, проштовхують у верхню частину і порції рідини (розчину) Збіднений по розчиннику (воді) розчин зливається в магістраль 19, а пари надходять у транспортну магістраль 20 і далі в конденсатор 21 Транспортна магістраль 20 цілком розташована в кожусі генератора 15 Це зроблено для зниження теплових втрат у навколишнє середовище і, тим самим, для більш повного використання теплоти дефлегмації для забезпечення необхідних температурних режимів ТК Конденсація пари води здійснюється в конденсаторі 21 Теплота паротворення через оребрену панель 16 розсіюється в об'ємі ТК 6, чим і забезпечується робочий рівень температур 50 70°С Вода стікає в нижню частину конденсатора 21 і надходить у порожнину 25 блоку 22 У динамічному режимі рідина знаходиться на рівні 32, що перевищує горизонтальний рівень розташування перегородки 23 При транспортуванні в блок 22 конденсат прохолоджується Інтенсифікація охолодження досягається за рахунок установки зовнішнього оребрения в зоні, що знаходиться за межами ТК 6 У магістралі 19 також здійснюється охолодження міцного бромистолітієвого розчину, що надходить у порожнину 24 Це необхідно для того, щоб забезпечити інтенсивне поглинання (зв'язування) молекул розчинника (води) молекулами солі (бромистого ЛІТІЮ) [3] Напівпроникна перегородка 23 пропускає крізь себе тільки молекули води, які, роблять хаотичний молекулярний рух, переходять з порожнини 25 у порожнину 24 і назад При наявності молекул бромистого ЛІТІЮ В порожнині 24, що є абсорбентом молекул води (тобто здатні захоплювати їхній і зв'язувати за допомогою сил молекулярної взаємодії), зворотний потік молекул води в порожнину 25 знижується У динамічній рівновазі результуючий потік молекул води спрямований з порожнини 25 у порожнину 24 Реалізується режим своєрідного рідинного насоса Перекачування молекул через мембрану 23 компенсують їхній ВІДТІК з випарника 18 у конденсатор 21 Як було сказано вище, підтримуються рівні V1 і V2 Інтенсивна циркуляція розчину в порожнині 24 забезпечується режимом роботи ПТС 18 Циркуляція приводить до перемішування прикордонного шару в порожнині 24 біля мембрани 23 і інтенсивному процесу зв'язування молекул води У динамічному режимі мембрана 23 повинна забезпечувати перекачування молекул розчинника (води) через протитиск, що визначається різницею рівнів V1 - V2 Максимальний перепад висот у розглянутому випадку не перевищує одного метра ЩІЛЬНІСТЬ ВОДЯНОГО розчину бромистого ЛІТІЮ ма сової концентрації 25% складає 1800кг/м3 Отже, максимальна величина протитиску не перевищує 0,02МПа Проведені авторами експериментальні дослідження [5] показали, що мембрани МГА-100 дозволяють здійснювати перекачування через 1см2 робочої поверхні КІЛЬКІСТЬ води, еквівалентна теплової потужності 11 12 Вт Причому перекачування здійснювалося убік протитиску 0,30 0,35МПа, тобто граничний тепловий потік для мембрани з робочою поверхнею 6,4 см 2 при протитиску 0,30 0,35 МПа складає 70 75 Вт Разом з тим, граничний тепловий потік, якому можна зняти з дефлегматора АДХМ типу АШ-150, не перевищує ЗОВт Таким чином, у розглянутому конкретному випадку мембрана МГА-100 працює з запасом як по тепловому потоці, так і по протитиску Список використаних джерел 1 Лепаев Д А Ремонт бытовых холодильников, Справочник, -2-е изд , перераб и доп -М Легпромбытиздат, 1989 -С 222-234 2 А с СССР №358588, МКИ F 25 D 11/02, Аб 8 47751 сорбционныи холодильник -3 № 1465946/24-06 от 03 08 70, опубл 03 11 72 в Б И № 34,1972 - прототип 3 Дытнерский Ю И Баромембранные процессы Теория и расчеты -М Химия, 1986 4 А с СССР N 1606820, МКИ F 25В 1/06 Пароэжекторная холодильная установка 3№ 4208119/23-06, заявл 10 03 87, опубл 15 11 90 в БИ №42 5 Титлов А С , Вольневич С В Разработка и исследование перекачивающих элементов автономных транспортных холодильников //Сборник научных трудов «Современные технологии перерабатывающих предприятий агропромышленного комплекса» /Минвуз УССР, Киев, 1991 -С 46-50 6 Теплофизические основы получения искусственного холода Справочник Под ред А В Быкова -М Пищевая пром-сть, 1980 -С 102 ФІГ. 1 /////// Фіг. 2 47751 Фіг. З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10