АБСОРБЦИОННЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК

Полезная модель относится к холодильной технике, в частности, к абсорбционным холодильникам, и может быть использована в быту, торговле и на транспорте.
Абсорбционные холодильники являются теплоиспользующими холодильными машинами и для их работы необходимо наличие источника тепловой нагрузки с температурой не менее 200°С различной физической природы (электричество, тепловое излучение и т.д.).
Известен абсорбционный холодильник (Niebergal W. Sorption-kaltemaschinen. - Berlin. Springer, 1959), содержащий теплоизолированную камеру и абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат (АДХА) с генераторным узлом, который связан с источником тепловой нагрузки промежуточным теплопередающим устройством (тепловой трубой), при этом в качестве источника тепловой нагрузки используется тепловой потенциал выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.
Преимущества такого холодильника связаны с отсутствием эксплуатационных затрат, так как в качестве источника тепловой энергии используется бросовое тепло двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.
К недостаткам указанного абсорбционного холодильника можно отнести зависимость работы холодильника от режимов движения транспортного средства и связанная с этим необходимость предусматривать дополнительный резервный источник тепловой энергии для работы на стоянках и остановках.
Известен абсорбционный холодильник (А.С.Титлов и др. «Поиск энергосберегающих режимов работы перекачивающих термосифонов абсорбционно-диффузионных холодильных машин» // Холодильная техника и технология. - 2000, №7, С 12-20), содержащий теплоизолированную камеру и АДХА с генераторным узлом, который связан с источником тепловой нагрузки, при этом в качестве источника тепловой нагрузки используются продукты сгорания природного газа.
Преимущества такого холодильника связаны со стабильностью работы и минимальными, по сравнению с электрическими источниками энергии, эксплуатационными затратами.
Недостатком является зависимость работы холодильника от наличия источника природного газа, т.е. невозможность работы в транспортных условиях.
В качестве прототипа принят известный абсорбционный холодильник (О.Б.Васильев, А.С.Титлов «Поиск энергосберегающих режимов работы серийных абсорбционных холодильных аппаратов» // Холодильная техника и технология. - 1999, №60, С 28-37). Прототип содержит теплоизолированную холодильную камеру и АДХА с генераторным узлом, который связан с источником тепловой нагрузки, при этом в качестве источника тепловой нагрузки использован горячий поток продуктов сгорания сжиженного газа.
Преимущество такого абсорбционного холодильника связано с возможностью его автономной работы, в том числе и на транспортных средствах.
Недостаток прототипа - высокая стоимость эксплуатации, что связано с высокой стоимостью сжиженного газа и, как следствие, узкая область применения.
Задачей полезной модели является расширение функциональных характеристик абсорбционного холодильника при уменьшении эксплуатационных затрат.
Поставленная задача решается тем, что в известном абсорбционном холодильнике, содержащем теплоизолированную холодильную камеру и абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат (АДХА) с генераторным узлом, связанным в тепловом отношении с источником тепловой нагрузки, согласно полезной модели в качестве источника тепловой нагрузки используют газогенератор.
Газогенератор, аппарат для термической переработки твердых и жидких топлив в горючие газы, осуществляемой в присутствии воздуха, свободного или связанного кислорода (водяных паров), принцип действия которого см. (А.А.Щукин Газовое и печное хозяйство заводов, Энергия, Москва-Ленинград, 1966). Получаемые в газогенераторе газы называют генераторными. Горение твердого топлива в газогенераторе в отличие от горения в любой другой камере сгорания осуществляется в большом слое и характеризуется поступлением количества воздуха, недостаточного для полного сжигания топлива (например, при работе на паровоздушном дутье в газогенератор подается 30…35% воздуха от теоретически необходимого). Образующиеся в газогенераторе газы содержат продукты полного сгорания топлива (углекислый газ, вода) и продукты их восстановления, неполного горения и пиролизного разложения топлива на угарный газ, водород, метан, углерод. В генераторные газы переходит также азот воздуха.
В сельской местности, как правило, имеется большое количество древесных отходов. Эти отходы являются ценным энергетическим сырьем и могут стать рабочим телом для получения тепловой энергии методом их пиролизного разложения (с целью получения генераторных газов) в газогенераторах.
3
3
Для классических камер сгорания твердого топлива, характерна достаточно низкая энергетическая эффективность (40…50%) и увеличенная эмиссия угарного газа и сажи. Газогенератор имеет энергетическую эффективность около 90%. Произведенный в газогенераторе газ пересылается в камеру сгорания и там дожигается безопасных для окружающей среды концентраций водяного пара и газов: углекислого газа, азота. Температура процесса газогенерирования находится в границах от 200…850°С. В этих условиях из 1 тонны сухого дерева производится 2000 м горючего газа. Энергетическая ценность 1000 м газа около 1,4 МВт.
В газогенераторе можно использовать низкокалорийные сорта древесины, которые содержат высокий процент влаги (до 50%). Высокая энергетическая эффективность газогенератора приводит к тому, что несмотря на более низкую энергетическую ценность древесных отходов по сравнению с углем, в конечном итоге 1 кг газогенерирующих древесных отходов заменяет сжигание 1 кг каменного угля в классических камерах сгорания твердого топлива.
Во всех известных технических решениях газогенераторы используются для отопления, для работы транспортных средств, поэтому отличительной особенностью заявляемого изобретения является предложение об использовании газогенераторов для работы теплоиспользующих машин, в, частности, абсорбционных холодильников.
Суть изобретения поясняется схематическими чертежами.
На фиг.1 показан заявляемый абсорбционный холодильник (вид сбоку).
На фиг.2 изображена схема АДХА.
На фиг.3 показано устройство газогенератора.
Абсорбционный холодильник содержит теплоизолированную холодильную камеру 1 с дверью 2. На задней стенке камеры 1 закреплен АДХА 3, который связан с газогенератором 4 посредством выводного патрубка 5 и дымогарной трубы 6. Отвод генераторного газа в атмосферу производится через дымогарную трубу 6. Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат содержит генераторный узел 7, закрытый теплоизоляцией 8. В нижней части генераторного узла 7 установлен жаровый стакан 9, связанный в тепловом отношении с дымогарной трубой 6. В верхней части АДХА размещен воздушный конденсатор 10, который имеет внешнее оребрение. Конденсатор 10 расположен с небольшим уклоном к горизонту для стока жидкого холодильного агента и связан с трехпоточным испарителем 11. Два канала испарителя 11 связывают его с ресивером 12 жидкого рабочего тела и верхней частью абсорбера 13, соответственно, каналы 14 и 15. Нижняя часть ресивера 12 через жидкостный теплообменник 16 типа «труба в трубе», соединена с генераторным узлом 7 по каналу крепкого раствора (внутренняя труба). Межтрубное пространство жидкостного теплообменника 16 соединено с верхней частью абсорбера 13 трубкой 17 слабого раствора. Уровень крепкого раствора в ресивере 12 - ∇a, уровень слабого раствора на входе в абсорбер 13 - ∇б.
Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат, заправленный традиционно водоаммиачным раствором и водородом и, источником тепловой нагрузки у которого является газогенератор, работает следующим образом.
Генераторный газ с температурой 400…500°С через патрубок 5 и дымогарною трубу 6 поступает в зону теплоподвода АДХА - жаровый стакан 9, при этом кипит крепкий водоаммиачный раствор, который находится в нижней части генераторного узла 7 на уровне ∇a. В процессе кипения крепкого водоаммиачного раствора из него испаряется аммиак и раствор становится слабым. Паровые пробки, образующиеся при этом, проталкивают частицы жидкого слабого раствора в верхнюю часть генераторного узла 7. В динамическом равновесии по высоте генераторного узла 7 устанавливается двухфазный режим течения. В верхней части генераторного узла 7 происходит разделение паровой и жидкой частей двухфазного потока. Пар поступает в конденсатор 10, а слабый раствор через жидкостный теплообменник 16 - в верхнюю часть абсорбера 13 на уровень ∇б.
В жидкостном теплообменнике 16 происходит охлаждение потока слабого водоаммиачного раствора с одновременным подогреванием крепкого раствора перед входом в генераторный узел 7.
В конденсаторе 10 пар аммиака сжижается с отведением тепла в окружающую среду. Жидкий аммиак стекает на вход испарителя 11.
В испарителе 11 жидкий аммиак испаряется в среду инертного газа (водород) при низком парциальном давлении и, соответственно, при низкой температуре. Испарение происходит в процессе гравитационного стекания жидкого аммиака в испарителе 11. Насыщенная парами аммиака холодная парогазовая смесь имеет большую плотность, чем парогазовая смесь, которая находится в ресивере 12 и абсорбере 13. В результате этого холодная парогазовая смесь опускается в нижнюю часть абсорбера 13 и в ресивер 12, а ее место в испарителе занимает ненасыщенный парами аммиака практически чистый водород. В результате этого организуется массо-теплообменный циркуляционный контур между испарителем 11 и абсорбером 13.
Очистка парогазовой смеси от паров аммиака осуществляется в процессе абсорбции при гравитационном стекании слабого водоаммиачного раствора из верхней части абсорбера 13 в ресивер 12 (с уровня ∇б на уровень ∇a). Абсорбция происходит в режиме противоточного движения слабого раствора и парогазовой смеси. Теплота абсорбции рассеивается в окружающую среду. В результате процесса абсорбции в верхней части абсорбера 13 течет восходящий поток, очищенной от паров аммиака парогазовой смеси, а из нижней части абсорбера 13 в ресивер 12 стекает крепкий водоаммиачный раствор.
Из нижней части ресивера 12 крепкий водоаммиачный раствор через жидкостный теплообменник 16 поступает на вход генераторного узла 7. После этого рабочий цикл АДХА повторяется.
Газогенератор 4 является источником с возобновляемой тепловой энергией и представляет собой корпус, внутренние стенки которого выложены огнеупорным материалом. Через загрузочное устройство 18 в корпус газогенератора подается топливо, а снизу вдувается воздух. Слой топлива поддерживается конусообразной колосниковой решеткой 19. В самой нижней части газогенератора на колосниковой решетке расположена зона 20 золы и шлака, выше - зона 21 горения (или окислительная зона), далее зона 22 газификации и зона 23 разложения топлива. В верхней части внутреннего объема газогенератора 4 происходит процесс сушки топлива теплом поднимающихся газов и паров.
Подаваемый в газогенератор воздух вначале проходит через зону 20 золы и шлака, где подогревается до 300…500°С, а далее поступает в раскаленный слой топлива (в зону 21 горения), где кислород вдуваемого воздуха вступает в реакцию окисления с горючими элементами топлива. Температура в зоне 21 горения составляет 1200…1500°С. Образовавшиеся продукты сгорания топлива, поднимаясь вверх по газогенератору 4 и встречаясь с раскаленным топливом (зона 22 газификации), восстанавливаются окиси углерода и водорода. При дальнейшем движении вверх нагретых продуктов восстановления (800…1000°С) происходит термическое разложение топлива (зона 23 разложения топлива). При этом топливо обогащается продуктами разложения (газами, смоляными и водяными парами). В результате разложения топлива образуются сначала полукокс, а затем и кокс, на поверхности которых при их движении вниз происходит восстановление продуктов горения (в зоне 21 горения). В заключительной стадии работы газогенератора 4 происходит окончательное сжигание кокса.
Генераторный газ с температурой 400…500°С через патрубок 5 и дымогарную трубу 6 поступает в зону теплоподвода АДХА, и далее отводится в атмосферу по дымогарной трубе 6.
Очевидно, что эксплуатация заявляемого абсорбционного холодильника с газогенератором в качестве источника тепловой нагрузки наиболее целесообразна в регионах с нестабильным энергоснабжением и в районах с отсутствием электричества.
Заявляемый абсорбционный холодильник может быть эффективно использован в качестве автономного стационарного холодильника, например, для первичной холодильной обработки фруктов (клубники, винограда и т.д.) непосредственно в местах сбора и автономного транспортного холодильника. Использование в качестве источника тепловой нагрузки газогенератора позволит расширить область применения абсорбционного холодильника при минимальных эксплуатационных затратах.