СПОСОБ РАБОТЫ АБСОРБЦИОННО-ДИФФУЗИОННОГО ХОЛОДИЛЬНОГО АГРЕГАТА
OPERATING METHOD OF ABSORPTION-DIFFUSION COOLING UNIT

Предлагаемое изобретение относится к бытовой холодильной технике и может быть использовано в абсорбционно-диффузионных холодильных агрегатах.
Известен способ работы абсорбционно-диффузионного холодильного агрегата (АДХА) (см. Б.С.Бабакин, В.А.Выгодин. Бытовые холодильники и морозильники. Справочник. М.: Колос, 1998, стр.412-414 (1)), при котором осуществляют подачу водоаммиачного пара с выхода термосифона через пароотводящую трубку для пропускания его через гидравлический затвор крепкого раствора регенератора, а затем в дефлегматор и далее в конденсатор. При этом происходит повышение концентрации пара без потерь теплоты. Данный способ реализован в холодильном агрегате холодильника «Морозко-3М», а также в холодильнике «Кристалл-4» (см. (1), стр.425-428).
Недостатком этого способа является невысокая эффективность процесса абсорбции (поглощения) аммиака из аммиачно-водородной парогазовой смеси ввиду того, что слабый раствор поступает в абсорбер недостаточно очищенным от воды. Кроме того, после регенератора насыщенный водоаммичный пар поступает в дефлегматор, в котором происходит дополнительное охлаждение пара окружающим воздухом, образование флегмы (концентрированного раствора аммиака), стекающей в кипящий раствор для повторного бесполезного превращения ее в пар с последующим возвратом пара обратно в дефлегматор. При этом происходит двойная бесполезная затрата энергии (на испарение при кипении и конденсацию за счет отвода тепла в окружающий воздух). Это также снижает термодинамическую эффективность способа.
Известен способ работы абсорбционно-диффузионного холодильного агрегата, реализованный в холодильнике «Кристалл-9» (см. (1), стр.428-432). Способ заключается в регенерации водоаммиачного пара, выделяемого при кипении крепкого раствора, путем пропускания его через крепкий раствор (средняя температура которого ниже пропускаемого через него пара) в гидравлическом затворе перед входом в термосифон. Так как температура конденсации водяного пара выше, чем аммиачного пара, то без затраты дополнительной энергии происходит увеличение объема более чистого аммиачного пара (часть добавляется из крепкого раствора) и снижение в нем водяных паров, так как они конденсируются при прохождении через крепкий раствор и остаются в нем.
Способ имеет недостаточную эффективность из-за того, что водоаммиачный пар из трубки слабого раствора выходит в дефлегматор, через который тепловая энергия отводится в окружающее пространство, а сконденсированный при этом водяной пар за счет охлаждения возвращается обратно в трубку слабого раствора, в котором снова затрачивается энергия на его испарение с повторением бесполезной затраты энергии.
В качестве прототипа выбран способ работы абсорбционно-диффузионного холодильного агрегата, описанный в патенте RU 2265164 С2, F25B 15/10, 2005 (2). Способ включает выпаривание крепкого раствора в трубке крепкого раствора с регенерацией пара путем пропускания его через крепкий раствор с последующим выводом его вместе со слабым раствором через термосифон в паровую полость трубки слабого раствора, выпаривание слабого раствора в трубке слабого раствора с подачей пара в паровую полость этой трубки, дополнительную регенерацию пара трубки слабого раствора путем пропускания его через слабый раствор, который берут с выхода из термосифона и создают из него гидравлический затвор в паровой полости трубки слабого раствора.
Недостаток прототипа заключается в том, что в процессе вывода пара вместе со слабым раствором через термосифон происходит частичный слив слабого раствора в трубку слабого раствора, что приводит к ослаблению крепкого раствора перед входом в термосифон. Это приводит к повышению энергозатрат, так как чем слабее раствор, тем больше затрачивается тепла на поддержание его кипения, и снижению термодинамической эффективности способа.
Задачей изобретения является повышение термодинамической эффективности способа работы АДХА.
Поставленная задача достигается за счет того, что в заявленном способе работы абсорбционно-диффузионного холодильного агрегата, включающем выпаривание крепкого раствора в трубке крепкого раствора с регенерацией пара путем пропускания его через крепкий раствор с последующим выводом его вместе со слабым раствором через термосифон в паровую полость трубки слабого раствора, выпаривание слабого раствора в трубке слабого раствора с подачей пара в паровую полость этой трубки, дополнительную регенерацию пара трубки слабого раствора путем пропускания его через слабый раствор, который берут с выхода из термосифона и создают из него гидравлический затвор в паровой полости трубки слабого раствора, согласно изобретению осуществляют по меньшей мере дважды дополнительную регенерацию пара в термосифоне путем пропускания его через крепкий раствор, который выделяют в термосифоне и создают из него равномерно и последовательно расположенные гидравлические затворы в полости термосифона.
Заявляемый способ может быть реализован с помощью абсорбционно-диффузионного холодильного агрегата, изображенного на чертежах.
На фиг.1 показана принципиальная схема АДХА.
На фиг.2 - дополнительный гидравлический затвор.
Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат (фиг.1) содержит: испаритель 1, конденсатор 2, дефлегматор 3, абсорбер 4, ресивер 5, жидкостный теплообменник 6, газовый теплообменник 7, генератор 8 с электронагревателем 9 на трубке 10 слабого раствора с ее паровой полостью 11, соединенной через дефлегматор 3 с конденсатором 2 и в которой установлена трубка 12 крепкого раствора со своей герметичной паровой полостью 13 и с гидравлическим затвором 14 в нижней ее части, в который погружен нижний конец термосифона 15, средняя часть которого проходит в трубке 12 крепкого раствора, а верхний его конец выходит из нее в паровую полость 11 трубки 10 слабого раствора, дополнительный гидравлический затвор 16, выполненный в средней части паровой полости 11 трубки 10 слабого раствора ниже выхода термосифона 15, стакан 17 дополнительного гидравлического затвора 16 с его дном 18, через центр дна которого и ортогонально ему герметично проходит термосифон 15 и в который концентрично установлена втулка 19 с меньшим диаметром, чем внутренний диаметр стакана 17, и с образованием кольцевой щели 20 между нижним ее краем и дном 18 стакана 17, а верхний край втулки 19 выполнен выступающим над краем стакана 17 и герметично соединен плоским кольцом 21 с внутренней стенкой трубки 10 слабого раствора в горизонтальной плоскости, трубку 22 крепкого раствора жидкостного теплообменника 6, внутри которой проходит трубка 23 слабого раствора, воздушный охладитель 24, ловушку 25 водорода, первый 26 и второй 27 гидравлические затворы термосифона 15.
Способ работы АДХА осуществляется следующим образом. Крепкий водоаммиачный раствор из ресивера 5 через трубку 22 поступает в гидравлический затвор 14, в котором поддерживается такой же уровень, как в ресивере 5. При включенном электронагревателе 9 слабый раствор в трубке 10 кипит с выделением водоаммиачного пара в паровую полость 11. Одновременно кипит крепкий раствор в гидравлическом затворе 14 с выделением водоаммиачного пара в герметичную паровую полостью 13, и при повышении его давления верхний слой крепкого раствора выдавливается во вход термосифона 15 и вместе с частью прорвавшегося в него водоаммиачного пара парожидкостная смесь поднимется по термосифону 15 к его выходу под действием подъемной силы, возникающей из-за снижения удельной плотности смеси и проталкивания вверх паровыми пузырями жидких порций раствора в узком канале термосифона 15. При этом происходит регенерация водоаммиачного пара в результате его прохождения через менее нагретый крепкий раствор и тем самым достигается повышение концентрации пара без потерь теплоты (см. (1), стр.413). С выхода термосифона 15 пар поднимается по дефлегматору 3 в конденсатор 2, в котором он сжижается и затем стекает в испаритель 1. Обедненный водоаммиачный раствор с выхода термосифона 15 стекает в дополнительный гидравлический затвор 16, через который периодически проходит (прорывается) водоаммиачный пар из трубки 10 слабого раствора в результате повышения давления пара в паровой полости 11. При этом происходит регенерация водоаммиачного пара (повышение его концентрации). Дополнительное охлаждение пара окружающим воздухом, образование флегмы с целью максимального повышения концентрации пара и отделения от него воды происходит в дефлегматоре 3, при этом аммиачный пар поступает в конденсатор 2, а флегма - в гидравлический затвор 16, в котором она обедняется проходящим через нее паром из трубки 10 слабого раствора, после чего она сливается в слабый раствор. Описанные физические процессы происходят в силу того, что водяной пар имеет более высокую температуру конденсации, чем аммиачный, поэтому в случае попадания водоаммиачного пара в условия пониженной температуры или охлаждающего воздействия, в первую очередь, происходит конденсация водяного пара с отделением его от пара.
Слабый раствор из трубки 10 слабого раствора по трубке 23 слабого раствора, проходя через жидкостный теплообменник 6, отдает тепло крепкому раствору, движущемуся ему навстречу по трубке 22, а также крепкому раствору в ресивере 5 и затем поступает в верхнюю часть абсорбера 4. Слабый раствор, стекая вниз в абсорбере 4, поглощает (абсорбирует) аммиак из богатой аммиачно-водородной смеси, поднимающейся вверх навстречу ему из ресивера 5, превращается в богатый аммиачный раствор в нижней части абсорбера 4 и затем стекает в ресивер 5. Обедненная парогазовая смесь (почти чистый водород) из абсорбера попадает в воздушный охладитель 24, а затем, пройдя через газовый теплообменник 7, охлаждается и поступает в испаритель 1. Парогазовые смеси движутся благодаря разнице их плотностей.
В испарителе 1 аммиачный пар диффундирует в водород, образуя богатую аммиачно-водородную смесь, при этом происходит поглощение тепла испарителем 1 из окружающего воздуха и теплопроводных элементов, связанных с испарителем 1. Богатая аммиачно-водородная смесь в испарителе 1 движется вниз, охлаждая по пути водород в газовом теплообменнике 7, и затем поступает в ресивер 5 и далее снова в нижнюю часть абсорбера 4 навстречу слабому раствору. Чтобы предупредить попадание водорода из испарителя 1 в конденсатор 2, устроена ловушка 25 водорода, отводящая его излишки в ресивер 5.
Дополнительный гидравлический затвор 16 работает аналогично гидравлическому затвору 14. В проходящем через гидравлический затвор 16 водоаммиачном паре за счет выделения из него в раствор паров воды повышается концентрация аммиака. Дополнительный гидравлический затвор 16 является проточным для слабого раствора, поступающего с выхода термосифона 15, и для флегмы, стекающей из дефлегматора 3.
Термосифон 15 оснащен двумя равномерно и последовательно расположенными гидравлическими затворами. Первый 26 и второй 27 гидравлические затворы обеспечивают уменьшение слива слабого раствора из термосифона 15 в трубку 12 крепкого раствора, что позволяет сократить энергозатраты на кипячение крепкого раствора.
Суть предложенного технического решения заключается в том, что по меньшей мере двухкратная регенерация пара в термосифоне позволит обеспечить получение более крепкого раствора перед входом в термосифон и тем самым снизить суточное энергопотребление холодильного агрегата, реализующего заявленный способ работы АДХА, что, в свою очередь, повысит его термодинамическую эффективность.