ТЕПЛОТРУБНАЯ ПАРОЭЖЕКТОРНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА
THERMAL-PIPE STEAM-EJECTOR COOLING MACHINE

Предлагаемое изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано для утилизации вторичных тепловых энергоресурсов и низкопотенциальной тепловой энергии природных источников, а именно для получения холода.
Известна пароэжекторная холодильная машина, содержащая генератор тепла, конденсатор, испаритель, эжектор, регенеративные теплообменники и осмотическую перегородку для транспортировки конденсата из полости низкого давления в полость высокого давления [1].
Основными недостатками известной пароэжекторной холодильной машины являются невозможность утилизации низкопотенциальных вторичных тепловых энергоресурсов, тепловых ресурсов природных источников и громоздкость конструкции, что сужает область ее применения и в конечном счете снижает ее эффективность.
Более близким к предлагаемому изобретению является пароэжекторная холодильная машина, которая содержит кипятильник (испарительная камера высокого давления) высококипящего компонента, соединенный с сопловым вводом эжектора, приемная камера которого подсоединена к испарителю низкокипящего компонента (испарительная камера низкого давления), конденсатор, размещенный на выходе из эжектора и выполненный из капиллярно-пористых структур (фитиля), позволяющий за счет капиллярного потенциала транспортировать конденсат из секции низкого давления в секцию высокого давления (кипятильник) [2].
Основными недостатками известной пароэжекторной холодильной машины являются невозможность утилизации низкопотенциальных вторичных тепловых энергоресурсов и тепловых ресурсов природных источников, использование в качестве рабочего тела двух реагентов, что усложняет эксплуатацию и снижает ее эффективность.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности теплотрубной пароэжекторной холодильной машины.
Технический результат достигается тем, что теплотрубная пароэжекторная холодильная машина (ТТПЭХМ) включает в себя помещенные в одном корпусе испарительную камеру высокого давления, соединенную с сопловым вводом эжектора, приемная камера которого подсоединена к испарительной камере низкого давления, а диффузор - к конденсационной камере, снабженной фитилем, частично заполненную легкокипящей жидкостью, причем испарительные камеры высокого и низкого давления помещены коаксиально в одном корпусе, их боковые стенки покрыты изнутри фитилями, покрытыми, в свою очередь, кожухами с зазорами у верхней и нижней торцевых стенок, внутренняя поверхность которых покрыта полосами капиллярного материала, соединенными с фитилями испарительных камер, разделенных между собой по пару горизонтальной перегородкой, соединенной с кожухом испарительной камеры высокого давления, внутри которой расположены каплеотбойник и приемный трубопровод, проходящий через горизонтальную перегородку и соединенный с расположенным в испарительной камере низкого давления распределительным трубопроводом, при этом после горизонтальной перегородки корпус сбоку снабжен вертикальными перегородками, за которыми помещены конденсационные камеры, покрытые изнутри своими фитилями, разделенными между собой перегородкой на сегмент высокого давления, соединенный с фитилем испарительной камеры высокого давления, и сегмент низкого давления, соединенный с фитилем испарительной камеры низкого давления, покрытые, в свою очередь, кожухами с зазором у своих торцевых стенок, внутренняя поверхность которых покрыта полосами капиллярного материала, соединенными с фитилями своих конденсационных камер, и также разделена между собой перегородкой, а эжекторы вмонтированы в вертикальные перегородки конденсационных камер и соединены своими сопловыми вводами с испарительной камерой высокого давления через распределительный и приемный трубопроводы.
В основе работы предлагаемой ТТПЭХМ лежит способность транспортировки жидкости фитилем за счет капиллярных сил из зоны повышенного давления в зону пониженного давления и высокая эффективность передачи теплоты в тепловых трубах, покрытых изнутри фитилем и частично заполненных рабочей жидкостью-переносчиком теплоты, которые делятся на три участка: зона испарения (подвода теплоты), адиабатная зона (переноса теплоты) и зона конденсации (отвода теплоты) [2; 3, с.146; 4, с.106].
На фиг.1 представлен общий вид, на фиг.2, 3 - разрезы, на фиг.4, 5 - узлы предлагаемой ТТПЭХМ.
ТТПЭХМ включает помещенные коаксиально в корпусе 1 испарительные камеры высокого и низкого давления 2 и 3, покрытые изнутри фитилями 4 и 5, покрытыми, в свою очередь, кожухами 6 и 7 с зазорами у верхней и нижней торцевых стенок 8 и 9 соответственно, внутренняя поверхность которых покрыта полосами капиллярного материала 10 и 11, соединенными с фитилями 4 и 5, разделенные между собой по пару горизонтальной перегородкой 12, соединенной с кожухом 6 испарительной камеры высокого давления 2, внутри которой расположены каплеотбойник 13 и приемный трубопровод 14, проходящий через перегородку 12 и соединенный с расположенным в испарительной камере низкого давления 3 распределительным трубопроводом 15, причем после горизонтальной перегородки 12 сбоку корпус 1 снабжен вертикальными перегородками 16 и 17, за которыми помещены конденсационные камеры 18 и 19 соответственно, покрытые изнутри фитилями 20 и 21, разделенными между собой перегородкой 22 на сегмент высокого давления, соединенный с фитилем 4, и сегмент низкого давления, соединенный с фитилем 5, покрытые, в свою очередь, кожухами 23 и 24 с зазором у торцевых стенок 25 и 26, внутренняя поверхность которых покрыта полосами капиллярного материала 27 и 28, соединенными с фитилями 20 и 21, и также разделена перегородкой 22, а в вертикальные перегородки 16 и 17 вмонтированы эжекторы 29 и 30, соединенные своими сопловыми вводами с испарительной камерой высокого давления 2 распределительным и приемным трубопроводами 15 и 14, приемными камерами с испарительной камерой низкого давления 3, а диффузорами - с конденсационными камерами 18 и 19 соответственно.
Предлагаемый ТТПЭХМ работает следующим образом.
1
3
3
2
Предварительно, перед началом работы из камер 2, 3, 18 и 19 ТТПЭХМ удаляют воздух и закачивают рабочую жидкость, которую выбирают в зависимости от температурного потенциала горячей и нагреваемой сред и требуемой температуры охлаждаемого теплоносителя (штуцера для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг.1, 2, 3 не показаны), в количестве, достаточном для заполнения объема пор фитилей 4, 5, 20, 21 и полос из капиллярного материала 10 11, 27, 28, после чего корпус 1 ТТПЭХМ устанавливают таким образом, чтобы испарительная камера высокого давления 2 контактировала с горячей средой, испарительная камера низкого давления 3 контактировала с охлаждаемым теплоносителем, а конденсационные камеры 18 и 19 контактировали с нагреваемой средой. В результате нагрева торца 8 происходит испарение рабочей жидкости в канавках между полосами капиллярного материала 10, который предотвращает образование паровой пленки на внутренней поверхности торца и таким образом интенсифицирует процесс испарения [4, с.22], образуется пар, создается давление в испарительной камере высокого давления 2 P, полученный пар, проходя через каплеотбойник 13, освобождается от уносимых капель рабочей жидкости, которая отбрасывается на поверхность полос 10 и транспортируется ими обратно в зону испарения, через приемный трубопровод 14 поступает в распределительный трубопровод 15, в котором его поток разделяется на две части и под давлением поступает в эжекторы 29 и 30. Одновременно в испарительной камере низкого давления 3 в результате нагрева торца 9, охлаждаемого теплоносителем, при низкой температуре происходит испарение рабочей жидкости, транспортируемой фитилем 5 в канавках между полосами капиллярного материала 11 при низком давлении Р, аналогично испарению в камере 2, в результате чего теплоноситель охлаждается до требуемой температуры. В эжекторах 29 и 30 пар высокого давления проходит через их сопла, увлекая за собой пар, поступающий через их приемные камеры из испарительной камеры 3, создавая тем самым в ней низкое давление Р, смешивается с ним и при среднем давлении Р через диффузоры поступает в конденсационные камеры 18 и 19. В камерах 18 и 19 на внутренней поверхности торцов 25 и 26 происходит конденсация паров рабочей жидкости, поглощение образовавшегося конденсата полосами капиллярного материала 27 и 28, который за счет капиллярных сил транспортируется фитилями 20 и 21 сегментов высокого и низкого давления, соединенных с ними фитилями 4 и 5 и полосами капиллярного материала 10 и 11 в зоны испарения испарительных камер высокого и низкого давления 2 и 3 соответственно, после чего цикл повторяется.
Таким образом, предлагаемая ТТПЭХМ обеспечивает эффективное получение холода за счет утилизации вторичных тепловых энергоресурсов различного потенциала (энергии сбросных вод, отходящих газов и т.д.) и тепловых ресурсов природных источников (энергии солнца, воды и т.д.).
ЛИТЕРАТУРА
1. А.с. СССР №1606820, Мкл. F25B 1/06, 1990.
2. А.с. СССР №№1537979, Мкл. F25B 1/06, 1990.
3. В.В.Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, 170 с.
4. Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн.тр. - М.: 1990, 157 с.