АБСОРБЦИОННАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА С МУЛЬТИСТУПЕНЧАТЫМ ЭЖЕКТОРОМ
ABSORPTION COOLING MACHINE WITH MULTI-STAGE EJECTOR

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к абсорбционно-эжекторным холодильным установкам.
Известна абсобционная холодильная установка, содержащая циркуляционный контур, в котором последовательно установлены абсорбер, насос, теплообменник растворов, генератор, конденсатор, переохладитель, испаритель и компрессор [А.с. СССР №1537984, МКл. F25B 15/02, 1990].
К недостаткам известного устройства относятся необходимость использования компрессора, что усложняет конструкцию и снижает эффективность устройства.
Более близким к предлагаемому изобретению является абсорбционно-эжекторная холодильная машина, содержащая замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены генератор, конденсатор, эжектор с приемной камерой, теплообменники, насос, абсорбер, выполненный в виде струйного аппарата, испарители, регулирующие вентили (дроссели) [А.с. СССР №840618, МКл. F25B 15/02, 1981].
Недостатками известной абсорбционно-эжекторной холодильной машины являются повышенный расход тепловой энергии в генераторе, выработка низкопотенциальной тепловой энергии (в виде нагретой воды или воздуха), которой трудно найти потребителя, использование струйного абсорбера, конструкция которого не позволяет увеличить степень поглощения легколетучего компонента, что снижает эффективность известного устройства.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности абсорбционной холодильной машины с мультиступенчатым эжектором.
Технический результат достигается в абсорбционной холодильной машине с мультиступенчатым эжектором, содержащей замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены генератор, мультиступенчатый эжектор, конденсатор, дроссель, испаритель, насос и теплообменник, причем корпус мультиступенчатого эжектора покрыт кожухом с образованием полости, являющейся рубашкой охлаждения, и состоит из последовательно размещенных по ходу пара и соединенных между собой n ступеней, каждая из которых содержит приемную камеру, сопло и диффузор, при этом приемная камера и сопло I-й ступени соединены трубопроводами с испарителем и генератором соответственно, генератор, в свою очередь, соединен с теплообменником и насосом, приемные камеры II-й и последующих ступеней соединены с диффузорами предыдущих ступеней, внутри их устроены направляющие лопатки, теплообменник, сопла II-й и последующих ступеней соединены с нагнетательным патрубком насоса параллельно, кожух примыкает к корпусу конденсатора и снабжен входным патрубком, рубашка охлаждения и диффузор последней ступени соединены с конденсатором через отверстия в стенке его корпуса и крышке соответственно.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемой абсорбционной холодильной машины с мультиступенчатым эжектором (АХММСЭ), на фиг.2 - узел компоновки мультиступенчатого эжектора, на фиг.3 представлен процесс поглощения паров легколетучего компонента слабым раствором рабочей жидкости в мультиступенчатом эжекторе, изображенный на диаграмме У-Х (У - концентрация легколетучего компонента в паровой фазе, кмоль/кмоль; X - концентрация легколетучего компонента в жидкой фазе, кмоль/кмоль).
АХММСЭ содержит замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены генератор 1, мультиступенчатый эжектор 2, конденсатор 3, дроссель 4, испаритель 5, насос 6 и теплообменник 7, причем корпус мультиступенчатого эжектора 2 покрыт кожухом 8 с образованием полости, являющейся рубашкой охлаждения 9 и состоит из последовательно размещенных по ходу пара и соединенных между собой I-й, II-й и и III-й ступеней, каждая из которых содержит приемную камеру 10, сопло 11 и диффузор 12, при этом приемная камера 10 и сопло 11 I-й ступени соединены трубопроводами с испарителем 5 и генератором 1 соответственно, генератор 1, в свою очередь, соединен с теплообменником 7 и насосом 6, приемные камеры 10 II-й и последующих ступеней соединены с диффузорами 12 предыдущих ступеней, внутри их устроены направляющие лопатки 13, теплообменник 7, сопла 11 II-й и последующих ступеней соединены с нагнетательным патрубком насоса 6 параллельно, кожух 8 примыкает к корпусу конденсатора 3 и снабжен входным патрубком 14, рубашка охлаждения 9 соединена с межтрубным пространством конденсатора 3 через отверстие 15 в стенке его корпуса, а диффузор 12 последней III-й ступени соединен с верхней крышкой конденсатора 3 через отверстие 16.
АХММСЭ работает следующим образом.
3
1
1
Н
1
3
1
2
1
1
2
2
2
2
2
К
3
Н
1
”
”
'
'
Из поддона испарителя 5 слабый раствор по трубопроводу поступает в насос 6, после которого его давление повышается от P до P а его поток делится на 2 части: одна часть подается в генератор 1 для образования пара для I-й ступени через теплообменник 7, а другая - холодная часть, подается на абсорбцию во II-ю и III-ю ступени мультиступенчатого эжектора 2. Первая часть слабого раствора, количество которого находят исходя из требуемого количества пара для эжектирования, подогревается в теплообменнике 7 за счет тепла горячей оборотной воды и при давлении P подается в генератор 1, где нагревается до температуры кипения за счет тепла постороннего теплоносителя (например, вторичного пара), в результате чего образуется пар, который с концентрацией легкокипящего компонента Х при давлении P подается в приемную камеру 10 через сопло 11 I-й ступени мультиступенчатого эжектора 2. В результате истечения струи пара из сопла 11 в приемной камере 10 I-й ступени и соединенном с ней трубопроводом испарителе 5 создается разрежение P, а давление паровой смеси на выходе из диффузора 12 снижается от P до P . Одновременно в диффузоре 12 I-й ступени за счет теплообмена через стенку с охлажденной оборотной водой происходит охлаждение паровой смеси и частичная ее конденсация, образуются капли раствора, осуществляется процесс абсорбции паров легкокипящего компонента этими каплями, в результате чего концентрация легкокипящего компонента в паровой фазе снижается, а в жидкой фазе возрастает (линия a-b на диаграмме У-Х, фиг.3), после чего парожидкостная смесь поступает в приемную камеру 10 II-й ступени. Одновременно другую - холодную часть слабого раствора (общее количество слабого раствора должно обеспечивать оптимальные условия эжекции и абсорбции) после испарителя 5 при давлении P насос 6 подает параллельно в приемные камеры 10 через сопла 11 во II-ю и последующие ступени мультиступенчатого эжектора 2. Из диффузора 12 I-й ступени мультиступенчатого эжектора 2 парожидкостная смесь поступает в приемную камеру 10 II-й ступени, где за счет наличия направляющих лопаток 13 происходит закручивание и перемешивание парожидкостного потока, в результате чего интенсифицируется процесс поглощения легкокипящего компонента раствором. В результате истечения слабого раствора из сопла 11 в приемной камере 10 II-й ступени также при давлении P, жидкостная струя которого увлекает парожидкостную смесь, последняя на выходе из приемной камеры 11 и перемещении по диффузору 12 по инерции совершает вращательное движение, смешивается с ней, после чего давление в ней на выходе из диффузора 12 повышается от P  до Р . Одновременно в диффузоре 12 II-й ступени осуществляется процесс абсорбции паров легкокипящего компонента слабым раствором, который интенсифицируется процессами закручивания и перемешивания парожидкостного потока, в результате чего концентрация легкокипящего компонента в паровой фазе становится ниже, а в жидкой фазе больше, чем на выходе из диффузора 12 I-й ступени, (линия b-c на диаграмме У-Х, фиг.3). Далее парожидкостная смесь поступает в приемную камеру 10 III-й ступени, в которой происходят процессы, аналогичные произошедшим во II-й ступени, в результате которых давление в ней на выходе из диффузора 12 дополнительно повышается от до Р  до Р, концентрация легкокипящего компонента в паровой фазе становится ниже, а в жидкой фазе больше, чем на выходе из диффузора 12 II-й ступени (линия c-d на диаграмме У-Х, фиг.3), после чего насыщенная парожидкостная смесь через отверстие 16 поступает в конденсатор 3. Параллельно процессам эжектирования и абсорбции, происходящих во всех трех ступенях мультиступенчатого эжектора 2, осуществляется отвод тепла абсорбции от его поверхности потоком оборотной холодной воды, подаваемой из входного патрубка 14 в рубашку охлаждения 9 и удаляющейся из нее через отверстие 15 в межтрубное пространство конденсатора 3. В конденсаторе 3 происходит дальнейшее охлаждение и конденсация парожидкостной смеси, поступающей из III-й ступени мультиступенчатого эжектора 2 до окончательного образования крепкого раствора с давлением P и концентрацией легкокипящего компонента Х, который стекает в поддон, отвод остаточного тепла абсорбции и тепла конденсации, воспринимаемого оборотной водой, поступающей из рубашки охлаждения 9 и частично нагретой в ней за счет тепла абсорбции в мультиступенчатом эжекторе 2, после чего горячая оборотная вода направляется в теплообменник 7. Крепкий раствор из поддона конденсатора 3 поступает через дроссель 4 в испаритель 5, где он дросселируется до давления разрежения P, в результате чего снижается его температура кипения, происходит испарение легкокипящего компонента при низкой температуре с образованием пара, поступающего в приемную камеру 10 I-й ступени мультиступенчатого эжектора 2 и образование слабого раствора с концентрацией легкокипящего компонента Х, а также охлаждение хладоагента, который далее направляют потребителю. Из поддона испарителя 5 слабый раствор поступает в насос 6, после которого при давлении P делится на 2 части, и цикл повторяется. При этом охлажденная в теплообменнике 7 оборотная вода охлаждается далее, например, в градирне (на фиг.1-3 не показан).
'
'
”
К
К
Н
2
2
Из описания работы мультиступенчатого эжектора 2 видно, что этот аппарат одновременно выполняет функции компрессора и струйного абсорбера. Из сравнения рабочей линии процесса абсорбции в одноступенчатом аппарате a-d с конечной Х  концентрацией легкокипящего компонента в растворе и суммарной рабочей линии процесса a-b-c-d с конечной Х концентрацией легкокипящего компонента в растворе в предлагаемом мультиступенчатом эжекторе 2, при равных начальных концентрациях Х (диаграмма У-Х, фиг.3) следует, что конструкция последнего позволяет проводить процессы абсорбции ступенчато, что обеспечивает при одинаковых расходах абсорбента (раствора) большую степень поглощения легкокипящего компонента и таким образом снизить удельный расход абсорбента [Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971, с.492-495]. В то же время мультиступенчатый эжектор 2 обеспечивает большее повышение давления, чем одноступенчатый аппарат (P>Р ). При этом, в результате использования тепла горячей оборотной воды, нагретой в конденсаторе 3, для подогрева слабого раствора в теплообменнике 7, предлагаемая АХММСЭ вырабатывает только холод без выработки низкопотенциального тепла, которому трудно найти потребителя, а затрата тепла в генераторе 1 в ней меньше, чем в известном устройстве.
Параметры АХММСЭ зависят от физико-химических свойств веществ, составляющих раствор, мощности и давления, развиваемого насосом 1 и числа ступеней в мультиступенчатом эжекторе 2. Оптимальное число ступеней находят из технико-экономического расчета.
Таким образом, компоновка предлагаемой АХММСЭ и применение в ней мультиступенчатого эжектора обеспечивают повышение эффективности ее работы.