Низкотемпературная абсорбционная холодильная машина на основе раствора соли в спиртах
LOW-TEMPERATURE ABSORPTION COOLING MACHINE BASED ON A SOLUTION OF SALT IN ALCOHOLS

Области применения
Изобретение относится к холодильной технике для получения технологического холода на предприятиях мясной и молочной промышленности, в пищевой, химической и нефтегазовой промышленности, а также для систем кондиционирования воздуха в промышленности и быту.
Существующие аналоги
3
2
Для получения низких температур в абсорбционных холодильных машинах используют рабочий раствор аммиака в воде. Холодильные машины, которые работают на растворе NH/НО, позволяют получать температуры кипения в испарителе до -30°…-35°С. Использование растворов фреонов (R22, R134A и другие) с дибутилфталатом, диметилловый эфир тетраэтиленглиголя (ДМЭ-ТЭГ) не получили практического применения из-за неустойчивой работы органических абсорбентов и требований повышенных температур греющего источника свыше 130-140°С
2
Широко известные и распространенны абсорбционные холодильные машины, в которых используют растворы солей с водой (LiBr/НО - бромистолитиевые холодильные машины) предназначены только для получения охлажденной воды с температурой 10°…15°С.
Известны разработки и патенты, в которых имеется возможность получать температуру охлажденной воды порядка 1-1.5°С. Схема такой бромистолитиевой холодильной машины предложена в патентах US 6,122,930 В1 и US 6,247,331 В1 [Nishiguchi et al. Sep.26, 2000; Jun. 19,2001]. Холодильным агентом в таких машинах является водный раствор бромистого лития с концентрацией не ниже 15%. Конструктивной особенностью данных абсорбционных холодильных машин является то, что в ней имеется два абсорбера, два испарителя и два генератора. Абсорбер и испаритель размещены в одном корпусе. При этом использован испаритель «открытого» типа. Соответственно, холодильная машина содержит два насоса для циркуляции холодильного агента и два насоса для циркуляции раствора. Один из насосов циркуляции раствора высокого давления предназначен для смешения слабого раствора с концентрированным раствором в эжекторе. Для смешения раствор подают из разных теплообменников.
Двухступенчатая регенерация раствора значительно усложняет конструктивную схему холодильной машины. Регулирование режима работы усложняется и требует специальных приборов контроля и регулирования. Система распыления раствора и подачи на теплопередающие элементы абсорберов и испарителей имеет сложную конструкцию. В низкотемпературной части машины возможно образование ледяных пробок, что приводит к остановке работы холодильной машины.
3
2
Для получения отрицательных температур хладоносителей (соответственно отрицательные температуры кипения холодильного агента) предложены гибридные холодильные машины. Гибридные холодильные машины соединяют в себя абсорбционный и парокомпрессионный цикл. Сторона всасывания компрессора подсоединяется или непосредственно к испарителю или в паровой трубопровод между испарителем и абсорбером. Нагнетательная сторона компрессора подсоединяется или непосредственно к конденсатору абсорбционной машины или паровому трубопроводу между генератором и конденсатором. Гибридные машины могут работать только в том случае, если абсорбционная машина работает на растворе NH/НО или на одном из растворов - хладон / органический абсорбент.
Гибридные машины не получили практического применения, так как они требуют высококвалифицированного обслуживания, дорогие в изготовлении и не дают того экономического эффекта, который приводят в расчетах.
3
2
3
3
Известны абсорбционные холодильные машины, в которых в качестве летучих компонентов (холодильного агента) используют спирты: метиловый СНОН и этиловый СНОН. По теплофизическим свойствам предпочтение отдано метанолу и системам на его основе. Опытная холодильная машина на растворе LiBr/СНОН предложена [смотри Холодильная техника, 1968, №1, стр. 4-6]. Приведенные экспериментальные данные показывают возможность получения достаточно низких температур кипения при температуре в абсорбере от 20°С до 35°С.Концентрация раствора в абсорбере составляла 47-53%, а концентрация раствора в генераторе 53-57%. При различных режимах работы были получены минусовые температуры кипения холодильного агента (метанола) в испарителе, соответственно: -5.5°С; -11.2°С; -18.6°С. Как указано в статье, расчетный тепловой коэффициент составляет 0.62-0.65. Для низкотемпературных абсорбционных холодильных машин, особенно работающих на растворах спиртов с солями это не плохой показатель. Недостатки подобных холодильных машин:
- представленная холодильная машина выполнена в лабораторном варианте без соответствующей конструктивной проработки промышленного образца;
- каждый теплообменный аппарат машины снабжен вакуум насосом для поддержания постоянного вакуума в аппаратах машины, что абсолютно не пригодно для промышленной машины;
- представленная технологическая схема холодильной машины показывает только качественную возможность создания абсорбционных холодильных машин, работающих на растворах соли бромистого лития с метанолом;
В холодильной технике для систем кондиционирования воздуха применяют эжекторные (струйные) холодильные машины. В указанных машинах в качестве холодильного агента используют воду. Эжекторы или струйные компрессора применяют в холодильных машинах, с холодильными агентами: аммиак или некоторых фреонов. Струйные аппараты используют в качестве бустер-компрессора или для поджатая пара в ступенях низкого давления аммиачных холодильных установок (смотри Ю.В. Захаров «Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины». Л: «Судостроение» 1972. 566 с). В патенте US 6,941,768 В2 [Iagami, et al. 9/2005] эжектор применен для повышения давления всасывания в компрессор и поддержание низкой температуры в испарителе установки кондиционирования воздуха.
Струйные аппараты широко используют в теплоэнергетических установках для отвода неконденсирующихся газов из конденсаторов паровых турбин, а также понижения давления и отвода пара из бойлера. Например, в патенте US 5,794,447 [Nicodemus, 8/1998] для отвода паров и конденсата из испарителя в котел использован гидродинамический усилитель (струйный нагнетатель). В указанном патенте использован двухступенчатый гидродинамический усилитель, который позволяет поддерживать заданное давление в двух различный аппаратах.
Применительно к низкотемпературным абсорбционным холодильным машинам, в которых используют спиртовые рабочие растворы, применение устройств является определяющим для поддержания заданного вакуума в испарителе.
3
В испарителях абсорбционных холодильных машинах с солевыми растворами для получения отрицательных температур кипения необходимо поддерживать давление ниже атмосферного. Например, для раствора LiBr/СНОН при температуре кипения метанола -10°…-11°С, давление в испарителе будет 35-40 мбар.
3
Наиболее близким техническим решением для поддержания заданного вакуума в испарителе является патентная заявка государства Израиль №248315 [Mirmov et all., 10/2017]. В указанном патенте предложена абсорбционная холодильная машина, которая работает на растворе LiBr/СНОН. Отличительной особенностью указанной машины является наличие механических нагнетателей в абсорбере и испарителе. В абсорбере механический нагнетатель установлен во входном патрубке. Указанный нагнетатель обеспечивает, скорость паров в патрубке порядка 14-15 м/сек, что повышает эффективность абсорбции паров метанола рабочим раствором. В испарителе механический нагнетатель установлен в выходном патрубке и обеспечивает интенсивный отбор паров холодильного агента из испарителя. При этом осуществляет поддержание заданного давления и температуры кипения в испарителе. Механические нагнетатели выполнены в виде центробежного и лопастного колеса. Вращение механического нагнетателя осуществляют с помощью или гидравлического, или пневматического, или электрического привода. К недостаткам указанной холодильной машины можно отнести:
- сложность регулирования производительности механических нагнетателей при изменении тепловых нагрузок в испарителе и абсорбере;
- наличие вакуума в абсорбере и испарителе предъявляют жесткие требования к конструкциям уплотнений приводных валов механических нагнетателей;
- сложная и дорогая конструкция гидравлического привода (гидравлической турбины), который используется в испарителе;
- применение механических нагнетателей удорожает конструкцию холодильной машины и снижает надежность.
Известны и другие патенты, в которых рассматриваются конструкции и схемы абсорбционных холодильных машин с солевыми растворами:
Patent US 4,458,499; 7/1984 Grossman, et al. U.S. C1.62/148, 476;
Patent US 4,732,008; 3/1988 DeVault, et al. U.S. C1.62/79, 332, 335,476; 62/238.3;
Patent US 5,044,174; 9/1991 Nagao, et al. U.S. C1.62/476, 113; 62/238.3;
Patent US 5,794,447; 8/1998 Nicodemus, U.S. C1.60/654; 417/54,187,197;
Patent US 6,122,930; 9/2000 Nishiguchi, et al. U.S. C1.62/476, 483,485; 62/141, 335;
Patent US 6,141,987; 11/2000 Huor, et al. U.S. C1.62/476,483; 62/141;
Patent US 6,247,331 B1; 6/2001 Nishiguchi, et al. U.S. C1.62/476, 483, 485; 62/141, 335;
Patent US 6,941,768 B2; 9/2005 Iagami, et al. U.S. C1.62/500, 498, 288, 511;
Patent US 8,776,539 B2; 7/2014 Verma, et al. U.S. C1.62/115, 500;
Patent US 8,783,060 B2; 7/2014 Nishijima et al. U.S. C1.62/500, 498, 170,195, 515;
Patent US 8,955,343 B2; 2/2015 Verma et al. U.S. C1.62/115, 498, 500, 512;
Patent US 8,991,201 B2; 3/2015 Ikegami et al. U.S. C1.62/170, 173,228.1,225, 500;
Patent of Israel 248315; 10/2017 Mirmov, et al. Int. C1.F25B15/00; F25B15/06;
Grosman E. R., et al. Study absorption refrigerating machine using a methanol solution of lithium bromide. Kholodilnaya Tekhnika, 1968, №1, pp. 4-6.
Sakiymota A., Nishiguchi A. Development of an absorption refrigeration machines, operating at heat and cooling temperatures up to below 0°C. Proceedings of the International Conference on sorption heat pumps, 1999, Munich. Germany.
Захаров Ю.В. «Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины». Л: «Судостроение» 1972. 566 с.
Описание изобретения
Абсорбционная холодильная машина, где в качестве рабочего вещества используют раствор соли в спирте, имеет ряд отличительных особенностей.
3
В предлагаемой холодильной машине используют рабочий раствор на основе бромистый литий + метиловый спирт (LiBr/СНОН), Такой раствор позволяет получить температуры кипения холодильного агента (метанола) в испарителе порядка-15°…-12°С). В абсорбционных холодильных машинах пар холодильного агента (метанол) перемещается из испарителя в абсорбер за счет разности концентраций. В холодильных машинах с отрицательными температурами кипения холодильного агента в испарителе, давление в испарителе ниже, чем в абсорбере. Вследствие этого поддерживать низкое давление, а соответственно, и температуру кипения в испарителе невозможно. Для обеспечения заданной отрицательной температуры кипения в испарителе, преодоления разности давлений в аппаратах и поддержания нормальной работы холодильной машины испаритель и абсорбер соединены между собой гидродинамическим усилителем. Гидродинамический усилитель (в дальнейшем усилитель) относится к классу газожидкостных струйных аппаратов. В качестве рабочей жидкости используется крепкий раствор, который поступает из генератора в регенеративный теплообменник. Из теплообменника раствор стекает в ресивер, снабженный змеевиком для дополнительного переохлаждения раствора. В указанном ресивере крепкий раствор накапливают для подачи в абсорбер. За счет кинетической энергии потока рабочей жидкости (крепкого раствора) протекает процесс отсоса паров метанола из испарителя и в нем поддерживают заданное давление и соответственно температуру кипения. Из ресивера раствор насосом высокого давления подают в сопло усилителя. Количество устанавливаемых гидродинамических усилителей зависит от производительности холодильной машины. При производительности 30 кВт и выше необходимо устанавливать 2-3 и более гидродинамических усилителей.
Холодильная машина состоит из двух сборочных блоков (А) и (В). Сборочный блок может иметь компоновку абсорбер - испаритель и генератор - конденсатор в едином корпусе или состоять из отдельных аппаратов.
Вязкость раствора метанола с бромистым литием значительно выше, чем у чистого растворителя. Так как холодильная машина работает при отрицательных температурах, то для нормальной циркуляции раствора в такой машине используют вместо центробежного насоса мало скоростной насос шестеренчатого типа или насос вихревого типа.
3
Раствор LiBr/СНОН имеет склонность к кристаллизации при его переохлаждении в абсорбере и трубопроводах циркуляции раствора. Кристаллизация происходит при технологических или иных остановках, или при недостаточном количестве рабочего раствора в машине. Чтобы устранить возможную кристаллизацию раствора при его переохлаждении, в поддоне абсорбера имеются устройства для установки нагревательных элементов.
Для слива метанола из испарителя в процессе технологической или иной остановки холодильной машины, испаритель и абсорбер соединены сливным трубопроводом, на котором установлен автоматический электромагнитный клапан и насос, который включается при остановке холодильной машины. Слив жидкого метанола из испарителя в абсорбер в свою очередь предотвращает кристаллизацию раствора.
Подачу слабого раствора на теплообменные трубки генератора осуществляют циркуляционным насосом через распределительное устройство, которое выполнено в виде веерного оросителя с сетчатыми оросителями. В выходных патрубках генератора установлены каплеуловители, которые препятствуют уносу капель жидкого раствора при десорбции.
Распределитель потока раствора в абсорбере снабжен перфорацией и установлен под углом 3-5° к поверхности теплообменных трубок. С помощью отражательной пластины распределитель прикреплен к корпусу абсорбера. Над распределителем потока размещен диффузор гидродинамического усилителя, выходное отверстие которого направлено на отражательную пластину. Это позволяет равномерно распределить поток жидкости и слива на теплообменные трубки абсорбера. Соответственно процесс теплообмена, то есть охлаждение раствора протекает более интенсивно.
3
Данное техническое предложение позволяет обеспечить нормальную и эффективную работу абсорбционной холодильной машины, с рабочим раствором LiBr/СНОН при отрицательных рабочих температурах в испарителе порядка -5°…-12°С. Повышает надежность и работоспособность, предотвращает возможную кристаллизацию раствора.
Поставленная цель изобретения достигается тем, что в абсорбционной холодильной машине используют гидродинамический усилитель. Усилитель уставлен таким образом, чтобы абсорбция паров метанола крепким раствором происходила в смесительной камере и диффузоре усилителя. При этом в качестве рабочей жидкости используют крепкий раствор, который поступает из генератора в абсорбер. Предварительно, указанный крепкий раствор накапливают в ресивере накопителе. Из ресивера рабочий раствор насосом высокого давления подают в сопло гидродинамического усилителя. За счет кинетической энергии рабочей жидкости протекает интенсивный процесс инжекции паров метанола из испарителя. В смесительной камере и диффузоре протекает интенсивный процесс абсорбции паров метанола крепким раствором. Раствор из диффузора попадает на поверхность распределителя, по которому раствор равномерно стекает через перфорацию на теплообменные трубки абсорбера.
Подачу слабого раствора на теплообменные трубки генератора осуществляют циркуляционным насосом через распределительное устройство, которое выполнено в виде веерного распылителя с сетчатыми оросителями.
В выходных патрубках генератора установлены каплеуловители, которые препятствуют уносу капель жидкого раствора при десорбции.
Конструктивная и патентная новизна
Подписи к рисункам:
Фиг. 1. Принципиальная схема абсорбционной холодильной машины с раздельным размещением аппаратов.
Фиг. 2. Конструктивная схема блока (В) холодильной машины с абсорбером и испарителем в едином корпусе.
Фиг. 3. Блок (В) с абсорбером и испарителем в едином корпусе (разрез по А-А).
Фиг. 4. Схематическая конструкция блока (В) с абсорбером и испарителем в одном корпусе и испарителем на тепловых трубках или двухфазных термосифонах.
Фиг. 5. Принципиальная схема двухступенчатой холодильной машины комбинированного типа (КХМ) с гидродинамическим усилителем в ступени высокой температуры.
Принципиальная схема предложенной холодильной машины с раздельным размещением аппаратов, представлена на фиг. 1.
1
Холодильная машина состоит из двух сборочных блоков (А) и (В). Блок (А) содержит генератор (1), который соединен отводом (2) с конденсатором (3). На отводе (2) установлен самодействующий клапан (4). К конденсатору (3) подключен ресивер (5) для жидкого холодильного агента. Конденсатор (3) и ресивер (5) соединены уравнительным паровым трубопроводом (C), который обеспечивает одинаковые давления в данных аппаратах. В блок (А) включен регенеративный теплообменник раствора (6).
Блок (В) содержит испаритель (7), который гидродинамическим усилителем (8) состыкован с абсорбером (9). Блок (В) включает также ресивер крепкого раствора (10) и насос высокого давления (11) для подачи раствора в сопло (12) гидродинамического усилителя (8). Гидродинамический усилитель (8) также содержит камеру всасывания (13), камеру смешения (14) и диффузор (15). Камера всасывания (13) усилителя (8) закреплена на горловине (16) испарителя (7), а диффузор (15) размещен в абсорбере (9). Гидродинамический усилитель (8) обеспечивает подачу паров холодильного агента (метанола) из испарителя в абсорбер, при этом поддерживает заданное давление кипения в испарителе. Интенсивное перемешивание раствора с парами холодильного агента в камере смешения (14) и диффузоре (15) обеспечивает быструю абсорбцию паров раствором.
2
2
3
Испаритель (7) соединен с абсорбером (9) трубопроводом (С), на котором установлен насос (17) и автоматический клапан (SCV). Трубопровод (С) предназначен для откачки холодильного агента из испарителя (7) в абсорбер (9) при технологических или иных остановках, что обеспечивает предотвращение кристаллизации раствора. Ресивер (5) соединен с испарителем (7) жидкостным трубопроводом (С), на котором установлен регулирующий вентиль (EV), через который холодильный агент (метанол) поступает в испаритель (7).
4
5
6
7
8
9
10
Абсорбер (9) снабжен 3-х ходовым вентилем (18), через который можно производить слив раствора. Кроме того, указанный вентиль трубопроводом (С) подсоединен к циркуляционному насосу (19). Трубопроводом (С) насос (19) соединен со змеевиком (20) теплообменника (6), который трубопроводом (С) подсоединено к распределительному устройству (21) генератора (1). Трубопроводом (С) генератор (1) соединен с межтрубным пространством (22) теплообменника (6). К теплообменнику (6) подсоединен ресивер (10) для накопления крепкого раствора. В ресивере (10) установлен змеевик (23), который предназначен для переохлаждения крепкого раствора. Температура крепкого раствора снижается за счет передачи теплоты раствору низкой концентрации в теплообменнике (6) и воде в змеевике (23) ресивера (10). Указанный змеевик (23) трубопроводом (Се) подключен к трубкам трубного пучка (24) абсорбера (9). В абсорбере (9) над трубным пучком (24) установлена распылительная пластина (25), которая снабжена перфорацией. Распылительная пластина (25) установлена с небольшим наклоном относительно трубного пучка (24), что обеспечивает равномерное распределение потока раствора по поверхности теплообменных трубок. Холодную воду в трубки (24) абсорбера (9) подают по трубопроводу (С), далее по трубопроводу (С) направляют в трубки (23) ресивера (10) и по трубопроводу (С) отправляют в градирню [на схеме не показана].
Конструктивной особенностью корпусов абсорбера, генератора, испарителя и конденсатора является то, что они выполнены прямоугольной формы. Соответственно, трубные пучки теплообменных трубок имеют прямоугольную форму. Размещение трубок в пучках коридорное или по сторонам равнобедренного треугольника. Прямоугольная форма трубного пучка обеспечивает возможность поместить большее количество трубок в пучке. Соответственно уменьшается рабочая длина аппарата при одинаковой поверхности теплообмена. Например, в предлагаемой холодильной машине теплообменные трубки трубных пучков расположены горизонтально.
11
12
Хладоноситель, например, 35% раствор этиленгликоля подают в трубки трубного пучка (26) испарителя (7) по трубопроводу (С), а отводят в холодильную систему по трубопроводу (С).
13
14
Горячую воду в трубки трубного пучка (27) генератора (1) подводят по трубопроводу (С) через 3-х ходовой вентиль (28), а отводят по трубопроводу (С). Для предотвращения уноса капель раствора в конденсатор (3) в горловине генератора (1) установлен каплеуловитель (29).
15
16
Холодную воду в трубки трубного пучка (30) конденсатора (3) подводят по трубопроводу (С), а отводят в градирню по трубопроводу (C).
Все аппараты холодильной машины снабжены 3-х ходовыми вентилями (31), с помощью которых производят вакуумирование аппаратов и их заполнение рабочим раствором. В ресивере (5) установлен змеевик (32), который обеспечивает переохлаждение жидкого метанола перед регулирующим вентилем (EV). Все аппараты и трубопроводы холодильной машины снабжены тепловой изоляцией (33).
Конструктивная схема блока (В) холодильной машины, в которой абсорбер с испарителем размещен в едином корпусе, приведена на фиг. 2 и 3.
3
Блок (В) состоит из корпуса (200), в котором размещен абсорбер (201) и испаритель (202). Указанные аппараты отделены друг от друга перегородкой (203). Абсорбер (201) содержит трубный пучок (204) теплообменных трубок и распределитель (205). Указанный распределитель снабжен перфорацией и установлен под углом 3-5° к поверхности теплообменных трубок. С помощью отражательной пластины (206) распределитель прикреплен к корпусу (200). Гидродинамический усилитель (8) установлен таким образом, чтобы камера всасывания (13) находилась над трубным пучком (207) испарителя (202). Диффузор (15) усилителя (8) размещен в абсорбере (201) над распределителем (205) таким образом, чтобы поток рабочей жидкости (раствор LiBr/СНОН) с парами метанола попадал на отражательную пластину (206), а затем стекал по распределителю (205) на теплообменные трубки пучка (204). Трубный пучок (204) абсорбера (201) снабжен крышками (208) и (209). Например, на крышке (208) имеются патрубки (210) и (211) для подачи и отвода охлаждающей воды в теплообменные трубки пучка (204). Трубный пучок (207) испарителя (202) снабжен крышками (212) и (213). Например, на крышке (212) имеются патрубки (214) и (215) для подвода и отвода хладоносителя в теплообменные трубки пучка (207).
Блок (В) также содержит накопительный ресивер (216), в котором имеется змеевик (217) для переохлаждения крепкого раствора, поступающего из генератора (1). Насос (218) высокого давления подключен к ресиверу (216) и к соплу (12) усилителя (8). При наличии нескольких 3-х и более гидродинамических усилителей (для холодильных машин средней и большой мощности) рабочая жидкость насосом (218) нагнетается в коллектор (219) и далее попадает с сопло (12). Для подачи слабого раствора из абсорбера (201) в генератор (1) блок (В) содержит циркуляционный насос (220), который подключен к 3-х ходовому клапану (221) и змеевику (20) теплообменника (6) [смотри фиг. 1]. Для случаев профилактических остановок испаритель (202) соединен с абсорбером (201) трубопроводом на котором установлен насос (222) и автоматический клапан (SCV). Корпус (200), в котором размещен абсорбер (201) и испаритель (202) снабжен тепловой изоляцией (223).
На фиг. 4 показан вариант схематической конструкции блока (В), в котором испаритель и абсорбер размещен в одном корпусе. В данном варианте конструкции испарителя для охлаждения хладоносителя, например, 35%-го раствора этиленгликоля использованы тепловые трубки или двухфазные термосифоны. В общем корпусе (300) блока (В) размещен абсорбер (301) и собственно испаритель (302). Между абсорбером (301) и испарителем (302) установлена перегородка (303) В испарителе (302) размещены конденсаторные участки (304) тепловых трубок. Участки (305) тепловых трубок, в которых кипит промежуточный теплоноситель, размещены в корпусе (306) охлаждения хладоносителя. Тепловые трубки закреплены в трубной доске (307) Абсорбер (301) содержит трубный пучок (308) теплообменных трубок, над которыми установлен распылитель (309) с отражателем (310). Над распылителем (309) установлен диффузор (15) гидродинамического усилителя (8). В испарителе (302) над конденсаторными участками (304) тепловых трубок размещена камера всасывания (13) гидродинамического усилителя (8). Испаритель (302) снабжен штуцером (311) для подачи жидкого холодильного агента из ресивера (5) через регулирующий вентиль (EV). Хладоноситель из системы охлаждения подают в корпус (306) через патрубок (312). За счет передачи теплоты промежуточному теплоносителю в тепловых трубках, хладоноситель охлаждается и отводится в систему охлаждения через патрубок (313). Корпус (300) блока (В) снабжен тепловой изоляцией (314).
Блок (В) также содержит накопительный ресивер (315), в котором имеется змеевик (316) для переохлаждения крепкого раствора, поступающего из генератора (1). Насос (317) высокого давления подключен к ресиверу (315) и к соплу (12) усилителя (8).
На фиг. 5 приведена принципиальная схема двухступенчатой холодильной машины комбинированного типа (КХМ). Указанная холодильная машина состоит из двух холодильных машин или двух ступеней температуры: абсорбционной - ступень высокой температуры (HTS) и компрессионной - ступень низкой температуры (LTS). Холодильная машина подключена аппарату шоковой заморозки (SF). Ступень высокой температуры (HTS) содержит генератор (40) и конденсатор (41), который размещен в едином корпусе с генератором. К конденсатору (41) подсоединен ресивер (42) холодильного агента (HTS). Ступень (HTS) также содержит абсорбер (43) и испаритель - конденсатор (44), который размещен в одном корпусе с абсорбером (43). Испарительный контур испаритель - конденсатора (44) соединен с абсорбером (43) гидродинамическим усилителем (45). При этом камера смешения (46) усилителя (45) расположена над трубным пучком (47) испарителя - конденсатора. Диффузор (48) гидродинамического усилителя помещен в абсорбере (43) над распределительной панелью (49). Указанная панель (49) имеет перфорацию, которая обеспечивает равномерное орошение трубного пучка (400) абсорбера (43). К соплу (401) усилителя (45) подключен насос (402) высокого давления. Указанный насос подает раствор высокой концентрации из ресивера (403) в сопло (401). Ресивер (403) совмещен с регенеративным теплообменником (404). В трубки (405) теплообменника (404) циркуляционным насосом (406) подают слабый раствор из абсорбера (43) в генератор (40). Подачу холодильного агента (метанол) из ресивера (42) в испаритель - конденсатор (44) осуществляют через регулирующий вентиль (EV-1).
Ступень (LTS) содержит компрессор (407), водяной маслоохладитель (408), регенеративный теплообменник газ - газ (409) и теплообменник газ - жидкость (410). Холодильный агент ступени (LTS) из трубок испаритель - конденсатора (44) поступает в ресивер (411), а затем через регулирующий вентиль (EV-2) поступает в воздухоохладитель (412) камеры шоковой заморозки (SF).
3
Работа абсорбционной холодильной машины с рабочим раствором LiBr/СНОН в соответствии со схемой на фиг. 1 осуществляется следующим образом.
15
8
9
10
13
14
6
Перед запуском холодильной машины в работу осуществляют проверку всех систем машины и внешних подключений циркуляции греющего теплоносителя, охлаждающей воды и хладоносителя. Включают в работу циркуляционный насос (19) и устанавливают режим кратности циркуляции раствора между генератором (1) и абсорбером (9). Соответственно, включают в работу насос (11) подачи крепкого раствора из ресивера (10) в сопло (12) гидродинамического усилителя (8). По трубопроводу (С) подают холодную воду в трубки (3) конденсатора (3), а по трубопроводу (C) в трубки (24) абсорбера (9). Из трубок (24) вода по трубопроводу (С) поступает в трубки (23) ресивера (10) и далее по трубопроводу (С) отводится в градирню. Открывают вентиль (28) и подают горячий теплоноситель, например, горячую воду в трубки (27) генератора (1) по трубопроводу (С). Из трубок (27), теплоноситель отводят по трубопроводу (С). Слабый раствор подают в генератор (1) из абсорбера (9) насосом (19). Предварительно раствор прокачивают через трубки (20) теплообменника (6), где он подогревается за счет теплоты раствора, который стекает из генератора (1). Из трубок (20) раствор по трубопроводу (С) подают в распределительное устройство (21) генератора (1). Поступающая в трубки (27) горячая вода нагревает рабочий раствор бромистого лития с метанолом. Температура горячей воды не превышает 75°…80°С, что позволяет доводить раствор до температуры кипения, которая будет на 4-6°С ниже температуры греющей воды.
3
11
12
8
При кипении в генераторе (1) из раствора выделяются пары метанола. Пары метанола по отводу (2) поступают в конденсатор (3), где, попадая на поверхность трубок (30) конденсируются. Конденсат холодильного агента из конденсатора (3) стекает в ресивер (5), откуда по трубопроводу (С) через регулирующий вентиль (EV) поступает в межтрубное пространство испарителя (7). В регулирующем вентиле (EV) протекает процесс дросселирования, при этом температура и давление жидкости понижается до давления и температуры испарителя (7). В данном случае рассматривается испаритель затопленного типа. Для таких испарителей нормальное заполнение жидким холодильным агентом составляет 2/3 объема межтрубного пространства испарителя. По трубопроводу (С) в трубки (26) испарителя (7) подают хладоноситель, например, 35% водный раствор этиленгликоля. Циркуляция этиленгликоля в трубках (26) вызывает кипение холодильного агента в межтрубном пространстве испарителя (7), при этом этиленгликоль охлаждается. Охлажденный этиленгликоль отводят в систему охлаждения по трубопроводу (С). Пар холодильного агента за счет кинетической энергии потока раствора, вытекающего из сопла (12) усилителя (8) попадает в камеру всасывания (13) и далее в камеру смешивания (14) и диффузор (15). В указанных частях усилителя протекает процесс интенсивной абсорбции паров метанола крепким раствором. После абсорбции уже слабый рабочий раствор подают на поверхность распределителя (25). Стекая через перфорацию в распределителя (25) на теплообменные трубки пучка (24), раствор охлаждают водой, которую подают в трубки пучка (24) по трубопроводу (C).
Гидродинамический усилитель (8) обеспечивает поддержку заданного давления кипения в испарителе (7) непрерывным отводом паров метанола. Например, при температуре отводимого охлажденного этиленгликоля -6°С, температура кипения холодильного агента (метанола) в испарителе (7) должна быть -10°…-11°С.Для заданных температур рабочее давление в испарителе будет порядка 35-40 мбар.
Для стационарной работы холодильной машины производят установку режимных параметров. Требуемый рабочий режим работы, например, температура кипения в испарителе (7) должна быть -10°С. При установившемся режиме работы температура холодоносителя на выходе из испарителя должна поддерживаться порядка -5°…-6°С.
Давление конденсации в конденсаторе и в абсорбере зависит от количества и температуры охлаждающей воды, которую подают в трубки (24) абсорбера (9) и соответственно, в трубки (30) конденсатора (3). Также устанавливают температуру, например, +70°С и количество горячей воды, подаваемой в трубки (27) генератора (1). Расход греющей воды регулируют с помощью 3-х ходового вентиля (28). Указанный режим работы холодильной машины поддерживают с помощью системы автоматического контроля и регулирования. Регламентный осмотр систем уплотнения циркуляционного насоса (19) и насоса (11) подачи крепкого раствора в сопло (12) гидродинамического усилителя (8) осуществляют не реже одного раза в год. Холодильная машина предназначена для продолжительного срока работы (до 7-9 лет) без ремонта и остановок.
В случае технологической или иной остановки холодильной машины открывают электромагнитный клапан (SVC), который включает в работу насос (17). Жидкий холодильный агент по трубопроводу (С2) из испарителя (7) перекачивают в абсорбер (9). После полного освобождения испарителя (7) от метанола, клапан (SVC) закрывается. Слив жидкого метанола из испарителя (7) в абсорбер (9) обеспечивает повышение концентрации метанола в растворе. Наличие избыточного метанола в растворе предотвращает возможную кристаллизацию раствора в абсорбере (9) регенеративном теплообменнике (6), ресивере (10), циркуляционном насосе (19) и трубопроводах циркуляции раствора в период остановки.
Работа холодильной машины в соответствии с фиг. 2 и фиг. 3 осуществляется аналогично, схеме, представленной на фиг. 1. Отличие заключается в том, что крепкий раствор из ресивера (216) насосом (218) подают в коллектор (219), откуда равномерно направляют в сопла (12) гидродинамических распределителей (8).
3
Работа холодильной машины комбинированного типа (КХМ) в соответствии с фиг. 6осуществляется следующим образом. Запускают в работу ступень высокой температуры (HTS) по аналогии запуска в работу абсорбционной холодильной машины (схема на фиг. 1). Включают в работу циркуляционный насос (406) рабочего раствора LiBr/СНОН, который подают в генератор (40). Раствор из абсорбера (43) прокачивают через змеевик (405) регенеративного теплообменника (404). Включают насосы подачи горячей холодной воды, соответственно, в теплообменные трубки генератора (40), конденсатора (41) и в теплообменные трубки (400) абсорбера (43). Из генератора горячий раствор высокой концентрации (крепкий раствор) стекает в теплообменник (404) и накапливается в ресивере (403). Включают в работу насос (402) подачи крепкого раствора из ресивера (403) в сопло (401) гидродинамического усилителя (45). При нагреве раствора в генераторе (40) происходит выпаривание части холодильного агента (метанола). Пар метанола поступает в конденсатор (41), где конденсируется, далее стекает и накапливается в ресивере (42). Из ресивера (42) жидкий метанол через (EV-1) подают испарительный контур испаритель - конденсатора (44). При достижении заданной температуры кипения в испарительном контуре, например, порядка -3°…-6°С, включают в работу компрессор (407) ступени низкой температуры (LTS). Предварительно, осуществляют подачу холодной воды в маслоотделитель (408). В ступени (LTS), как правило, используют один из широко применяемых фреонов. Выбор марки фреона зависит от требуемой температуры в камере шоковой заморозки (SF). Например, для поддержания температуры в камере шоковой заморозки (SF) -48°…-49.5°С в ступени (LTS) используют фреон 410А. Компрессор (407) нагнетает пар холодильного агента через маслоотделитель (408) теплообменник (409) типа газ-газ в трубки в трубки пучка (47) испаритель - конденсатора (44). Жидкий холодильный агент (фреон 410А) стекает в ресивер (411) и далее через теплообменник (410) и регулирующий вентиль (EV-2) поступает в воздухоохладитель (412) камеры шоковой заморозки (SF). Обычно температура кипения фреона 410А в испарителе для поддержания заданной температуры в камере (SF), составляет -49°…-50.8°С.
Основные достоинства предлагаемой холодильной машины
Основные достоинства предлагаемой абсорбционной холодильной машины, а также новизна ряда элементов машины, обеспечивают поставленную цель изобретения: повышение эффективности работы машины и получения заданных отрицательных температур, повышение надежности и работоспособности, предотвращение кристаллизации раствора;
Достоинства холодильной машины:
- холодильная машина состоит из двух сборочных блоков, что снижает вес машины, улучшает условия обслуживания и ремонта;
- абсорбер и испаритель соединен гидродинамическим усилителем, который обеспечивают стабильную и равномерную подачу паров холодильного агента из испарителя в абсорбер, а также компенсирует разность давлений в абсорбере и испарителе;
- гидродинамический усилитель позволяет поддерживать заданное давление и температуру кипения холодильного агента в испарителе;
- применение гидродинамического усилителя обеспечивает интенсивный процесс абсорбции паров метанола крепким раствором за счет перемешивания в смесительной камере и диффузоре;
- предотвращение возможной кристаллизации раствора обеспечивается установкой на сливном трубопроводе между испарителем и абсорбером насоса и автоматического электромагнитного клапана
- применение в холодильной машине раствора бромистого лития с метиловым спиртом позволяет получать температуры кипения от -10°С до -18°С, что дает возможность использовать указанные машины в технологических системах охлаждения мясной, молочной и химической промышленности;
3
2
- для обеспечения нормальной работы машины греющий теплоноситель может иметь температуру в пределах 68-75°С, что значительно снижает расход подводимой энергии, по сравнению с подобными машинами, работающими на растворе на других рабочих растворах, например, NH/НО.