Абсорбционный холодильник


абсорбционный холодильник - патент РФ 2443948

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к холодильникам абсорбционного типа, и может быть использовано для охлаждения помещений и регулировки их температурного режима в солнечных жарких регионах. Автономный абсорбционный холодильник без движущихся узлов с жидким абсорбентом включает генератор с источником нагрева раствора хладагента, конденсатор, абсорбер, испаритель, выполненный в виде замкнутого резервуара, термосифон с источником нагрева, последовательно соединенные замкнутым трубопроводом. Генератор снабжен дополнительными источниками нагрева, одним из которых является солнечное излучение. Абсорбер сопряжен с испарителем посредством ряда, распределенных по площади абсорбера и испарителя теплоизолированных трубок, через которые газообразный хладагент поступает из испарителя в абсорбер. Техническим результатом предложенного технического решения являются повышение эффективности и уменьшение габаритов холодильника, работающего с использованием солнечной энергии. Кроме основного результата предложенное техническое решение позволяет повысить надежность холодильника при временном отключении питания и работать длительное время без электрического питания в солнечных, жарких регионах, даже когда ночная температура превышает температуру охлаждаемого объекта. 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к холодильникам абсорбционного типа, и может быть использовано для охлаждения помещении и регулировки их температурного режима в солнечных жарких регионах, а также найти применение в других областях техники.

Ввиду отсутствия компрессоров, обеспечивающих принудительную и быструю циркуляцию хладагента по рабочему контуру, как это сделано в холодильниках компрессионного типа, эффективность абсорбционного холодильника невысока. Поэтому абсорбционные холодильники большой производительности являются громоздкими, что ограничивает область их применения.

Известен абсорбционный холодильник, в котором для повышения производительности, увеличивают число контуров: вводят несколько генераторов, конденсаторов, испарителей и т.д. /RU 2044966 С1/.

Недостатками этого холодильника являются громоздкость конструкции, растущая пропорционально числу контуров, и невысокая эффективность, так как она не зависит от числа контуров.

Известен абсорбционный холодильник для солнечных регионов, в котором электрическую энергию, необходимую для нагрева раствора хладагента в генераторе, получают от солнечных панелей /http://pics.livejournal.com/priroda su/pic/0016dpgg, 2009/.

Недостатками этого холодильника являются невысокая эффективность вследствие низкого кпд преобразования солнечной энергии в электрическую: 20% (косвенное использование солнечной энергии) и громоздкость из-за большой площади солнечных панелей.

Известна идея холодильника, непосредственно использующего солнечную энергию, в котором резервуар генератора с нагреваемом раствором хладагента расположен в фокусе параболического зеркала, обеспечивающего концентрацию солнечных лучей на резервуаре /там же/.

Недостатками этого устройства являются низкая эффективность его работы при прерывистом солнечном нагреве (облачность) вследствие быстрого охлаждения резервуара окружающим воздухом в отсутствие прямого солнечного нагрева и громоздкость устройства из-за больших размеров параболического зеркала.

Ближайшим техническим решением является абсорбционный холодильник без движущихся узлов с жидким абсорбентом, включающий генератор с источником нагрева раствора хладагента, конденсатор, испаритель, выполненный в виде замкнутого резервуара с патрубком для ввода жидкого хладагента, абсорбер, термосифон с источником нагрева и часть замкнутого трубопровода, соединяющего последовательно термосифон, генератор, конденсатор, патрубок для ввода жидкого хладагента (http://vivovoco.rsl.ru/vv/PAPERS/BIO/EINSTEIN.001/CHAPTER_6.HTM. 2009). Выходной патрубок испарителя использован для вывода газообразного хладагента, а оставшаяся часть замкнутого трубопровода соединяет последовательно этот патрубок, абсорбер и термосифон. Генератор снабжен одним источником нагрева раствора хладагента, функцию которого выполняет сетевой источник электроэнергии.

Недостатками этого устройства являются невысокая эффективность, громоздкость конструкции при его больших мощностях.

Технической задачей предложенного технического решения является создание автономного абсорбционного холодильника без движущихся узлов, способного работать в жарких странах с высокой производительностью.

Техническим результатом предложенного технического решения являются повышение эффективности и уменьшение габаритов холодильника, работающего с использованием солнечной энергии.

Кроме основного результата, предложенное техническое решение позволяет повысить надежность холодильника при временном отключении питания и работать длительное время без электрического питания в солнечных жарких регионах, даже когда ночная температура превышает температуру охлаждаемого объекта.

Технический результат достигается тем, что в известном абсорбционном холодильнике без движущихся узлов с жидким абсорбентом, включающем генератор с источником нагрева раствора хладагента, конденсатор, абсорбер, испаритель, выполненный в виде замкнутого резервуара, термосифон с источником нагрева, последовательно соединенные замкнутым трубопроводом, генератор снабжен дополнительными источниками нагрева, при этом, по крайней мере, одним из них является солнечное излучение, абсорбер сопряжен с испарителем посредством ряда распределенных по площади абсорбера и испарителя теплоизолированных трубок, через которые газообразный хладагент поступает из испарителя в абсорбер.

Кроме того, в генераторе и/или испарителе расположен, по крайней мере, один замкнутый резервуар с веществом, поглощающим тепло.

Кроме того, в холодильник введен, по крайней мере, один термический модуль Пельтье (ТМП) и, по крайней мере, один из источников нагрева хладагента в генераторе выполнен в виде горячего вывода ТМП, при этом холодный вывод ТМП производит дополнительный холод. При этом холодный вывод, по крайней мере, одного из ТМП имеет тепловой контакт с испарителем.

Кроме того, по крайней мере, один из источников нагрева термосифона выполнен в виде горячего вывода ТМП, при этом его холодный вывод производит дополнительный холод. При этом, по крайней мере, один из холодных выводов ТМП имеет тепловой контакт с испарителем.

Кроме того, температура плавления вещества в замкнутом резервуаре в испарителе ниже температуры охлаждаемого объекта, но выше рабочей температуры испарителя.

Кроме того, температура плавления вещества в замкнутом резервуаре генератора находится в диапазоне рабочих температур генератора.

Кроме того, конденсатор и отрезок трубопровода, соединяющего генератор с конденсатором, защищены от солнечных лучей экраном, а конденсатор имеет радиатор охлаждения.

Кроме того, в одном из частных случаев генератор выполнен в виде резервуара, сформированного внутренней и внешней оболочками, при этом верхние части обеих оболочек формируют замкнутую вакуумную полость, а остальное пространство между оболочками заполнено теплоизолирующим материалом, при этом внутренняя оболочка образует емкость для раствора хладагента, при этом внешняя сторона верхней части внутренней оболочки имеет высокую степень черноты в видимом и инфракрасном частях спектра и низкую - в дальней инфракрасной части спектра, на внутренней стороне верхней части внутренней оболочки установлен радиатор, снабженный массивным телом, размещенным у дна внутренней оболочки; в генераторе расположен, по крайней мере, один замкнутый резервуар с веществом, эффективно поглощающим тепло, и ультразвуковой источник.

Кроме того, по крайней мере, один из источников нагрева генератора, выполненного в виде вышеуказанной конструкции, и/или термосифона выполнен в виде горячего вывода ТМП, при этом холодный вывод ТМП производит дополнительный холод; при этом, по крайней мере, один из холодных выводов ТМП приведен в тепловой контакт с испарителем.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная блок-схема абсорбционного холодильника целиком и отдельно на фиг.2 - конструкция генератора, а на фиг.3 - конструкция испарителя с абсорбером. На фиг.4 показана блок-схема варианта холодильника, в котором нагревателем генератора является горячий вывод ТМП. На фиг.5 - вариант конструкции холодильника для охлаждения помещений.

Пример реализации устройства в первом предпочтительном частном случае выглядит следующим образом (фиг.1).

Генератор 1 выполнен в виде резервуара для нагрева раствора хладагента и имеет источник нагрева, использующий солнечное излучение 2. Конденсатор 3 выполнен в виде резервуара для конденсации газообразного хладагента, поступающего из генератора 1. Испаритель 4 выполнен в виде замкнутого резервуара большой площади поверхности с патрубком для ввода жидкого хладагента 5 из конденсатора и ряда распределенных по площади испарителя теплоизолированных трубок для вывода газообразного хладагента 6. Абсорбер 7 выполнен в виде замкнутого резервуара большой площади, связанный с испарителем трубками 6. Термосифон 8 с источником нагрева 9 выполнен в виде вертикально расположенной колонны. Трубопровод 10, предназначенный для непрерывной циркуляции хладагента, соединяет последовательно генератор 1, конденсатор 3, входной патрубок 5 испарителя 4, абсорбер 7, термосифон 8 и генератор 1 в замкнутый контур. Дополнительный трубопровод 11 соединяет генератор 1 с абсорбером 7.

Устройство работает следующим образом.

При работе источника нагрева 2 выделяемое им тепло нагревает в генераторе 1 раствор хладагента, например, водоаммиачный раствор. Выделяемый при нагреве из раствора газообразный хладагент (аммиак) по трубопроводу 10 поступает в конденсатор 3, где конденсируется. Из конденсатора 3 жидкий хладагент по трубопроводу 10 поступает через вводной патрубок 5 в испаритель 4, где испаряется, выделяя холод (поглощая тепло), и понижает температуру испарителя. Пары хладагента по трубкам 6 поступают в абсорбер 7, где поглощаются слабым раствором хладагента, делая его насыщенным. Насыщенный раствор хладагента из абсорбера 7 по трубопроводу 10 с помощью термосифона 8 подается в генератор 1. Для сохранения баланса объема раствора в генераторе и ванне слабый раствор хладагента из генератора 1 по трубопроводу 11 возвращается в абсорбер 7. Кроме источника нагрева, использующего солнечное излучение, может быть использован любой известный источник энергии.

Генератор 1 с источником нагрева 2, непосредственно использующий солнечное излучение фиг.2, выполнен в виде резервуара 12, сформированного внутренней оболочкой 13, выполненной из теплопроводящего материала, например металла, алюминия. Внешняя оболочка состоит из двух частей: прозрачной для солнечных лучей части 14, например стекла, и формоустойчивой части 15, например, из металла. Оболочка 14 вместе с ближайшей частью внутренней оболочкой формируют сплошную вакуумную полость 16. Остальной пространство 17 между внешней и внутренней оболочкой заполнено теплоизолирующим материалом, например пробковой крошкой. Резервуар 12 имеет патрубок 18 для ввода концентрированного раствора хладагента и патрубки 19 и 20 для вывода газообразного хладагента и слабо концентрированного раствора соответственно.

Генератор работает следующим образом.

Его заполняют раствором хладагента и устанавливают так, чтобы полость 16 была ориентирована на Солнце. Солнечные лучи свободно проходят сквозь вакуумную полость 16 и хорошо поглощаются принадлежащей ей внутренней частью оболочки, которая передает тепло раствору хладагента. Конструкция позволяет минимизировать потери тепла и сохраняет температуру, поскольку процесс остывания сильно замедлен. Во-первых, сквозь теплоизолирующий материал тепло плохо передается от жидкости к внешней оболочке. Во-вторых, отвод тепла сквозь вакуумную полость 16 происходит излучением, а вследствие низкой температуры раствора хладагента, не более 200°С, и малой степени черноты 0.01 внешней стороны внутренней оболочки, принадлежащей полости, минимален.

Испаритель 4 с абсорбером 7 показаны на фиг.3.

Испаритель работает следующим образом. Поступающий из конденсатора через вводной патрубок 5 в испаритель жидкий хладагент испаряется, поглощая тепло. По теплоизолированным трубкам 6 газообразный хладагент поступает из испарителя 4 в абсорбер 7. Слабо концентрированный раствор хладагента поступает из генератора 1 в абсорбер 7, где поглощает газообразный хладагент, пришедший из испарителя 4. Использование ряда трубок 6 не накладывает ограничений на пространственное расположение испарителя и абсорбера относительно друг друга, например, абсорбер может быть расположен выше испарителя, что невозможно в прототипе и известных схемах абсорбционных холодильников. Кроме того, испаритель и абсорбер могут располагаться на значительном расстоянии друг от друга, использование большого количества трубок 6 сохраняет высокую скорость прокачки газообразного хладагента из испарителя в абсорбер.

Эффективность устройства повышается, так как уменьшается расход электроэнергии вследствие непосредственного использования солнечного излучения и уменьшения тепловых потерь.

Габариты устройства по сравнению с прототипом уменьшаются вследствие больших возможностей пространственного взаиморасположения абсорбера и испарителя относительно друг друга.

Для уменьшения тепловых потерь в генераторе за счет излучения нагреваемого тела часть внутренней оболочки, принадлежащая полости 15, покрыта материалом с высокой степенью черноты в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне спектра и низкой в диапазоне больших длин волн, например, выше 5 мкм.

Для более эффективного нагрева жидкости в резервуаре часть внутренней оболочки, принадлежащей полости 16 и обращенной внутрь резервуара, выполнена в виде радиатора 21, при этом для более эффективного нагрева жидкости радиатор 21 снабжен массивным телом 22, располагающимся у дна резервуара, что формирует в ней конвекционные потоки.

В качестве дополнительного источника нагрева 2 генератора 1 для повышения эффективности устройства при недостаточном солнечном излучении используют горячий вывод 23 термического модуля Пельтье (ТМП) 24, например Frost-73, при этом его холодный вывод 25 вырабатывает дополнительный холод, который можно непосредственно использовать для дополнительного охлаждения объекта 26, разместив этот вывод внутри него, или для охлаждения испарителя 4, приведя с ним в тепловой контакт вывод 25, фиг.4.

Повышение эффективности устройства можно обосновать следующим образом.

Эффективность охлаждения определяется через холодильный коэффициент r, равный отношению вырабатываемого «холода» q(Вт) к затрачиваемой электрической мощности w(Вт), r=q/w /http://www.kryotherm.ru 09.07.2009/.

Рассчитаем холодильный коэффициент предложенного устройства и сравним его с холодильным коэффициентом прототипа.

Пусть ТМП 24 потребляет электрическую мощность w1 и вырабатывает холод q1. Тогда горячий вывод 23 ТМП выделяет тепло мощностью q1+w 1, которое идет на нагрев генератора 1, заменяя электрическую мощность его собственного нагревателя 2, если бы был таковой. Получив это тепло, генератор 1, конденсатор 3, испаритель 4, работая в режиме абсорбционного холодильника, вырабатывают холод q2. Холодильный коэффициент предложенного устройства равен

ry=(q1+q2 )/w1.

Холодильный коэффициент абсорбционного холодильника с тем же произведенным холодом q2 был бы равен

rA=q2/(w1 +q1).

Сравнение холодильных коэффициентов показывает, что он всегда больше у предложенного устройства r y.

Кроме того, при той же потребляемой электрической мощности w1 вырабатываемый в устройстве холод возрастает до q1+q2. Следовательно, производительность устройства увеличивается.

Для повышения эффективности устройства в качестве источника нагрева 9 термосифона 8 используют горячий вывод ТМП, а его холодный вывод вырабатывает дополнительный холод, который можно непосредственно использовать для дополнительного охлаждения объекта 26 или для охлаждения испарителя 4.

Схема включения ТМП и доказательство эффективности его использования аналогично приведенному выше доказательству использования ТМП применительно к генератору.

Для повышения надежности устройства при временном отключении питания и для его работы длительное время без электрического питания в солнечных, жарких регионах, когда ночная температура превышает температуру охлаждаемого объекта, в испаритель введен замкнутый резервуар 27 с веществом, эффективно поглощающим тепло (фиг.3). Например, вещество с большой энергией плавления и температурой плавления ниже температуры охлаждаемого объекта, но выше рабочей температуры испарителя.

В обычном режиме работы холодильника вещество, затвердевая, будет выделять тепло, которое компенсируется работой холодильника. При временном отключении питания холодильника процесс пойдет в обратном направлении: затвердевшее вещество начнет плавиться, эффективно поглощая тепло и поддерживая температуру постоянной. Время работы холодильника в таком режиме определяется массой вещества и, если она достаточна, то это позволит поддерживать низкую температуру объекта длительное время.

Для повышения надежности устройства при временном отключении питания и для его работы длительное время без электрического питания в солнечных жарких регионах, когда ночная температура превышает температуру охлаждаемого объекта, в генератор введен замкнутый резервуар 28 с веществом, эффективно поглощающим тепло (фиг.2). Например, вещество с большой энергией плавления и температурой плавления приблизительно равной рабочей температуре генератора.

В обычном режиме работы холодильника вещество, плавясь, будет аккумулировать тепло, которое компенсируется работой нагревателя генератора. При временном отключении питания холодильника процесс пойдет в обратном направлении: расплавленное вещество начнет затвердевать, эффективно выделяя тепло и поддерживая температуру постоянной. Время работы холодильника в таком режиме определяется массой вещества и, если она достаточна, то это позволит поддерживать низкую температуру объекта длительное время.

Повышение надежности устройства при отключении источника питания происходит вследствие поглощения/выделения тепла веществом в резервуаре ванны/генератора, т.е. холодильник и в этом режиме сохраняет свои функции.

Такой холодильник особенно эффективен при работе в пустынях, когда источником нагрева генератора является солнечные лучи. В ночное время, если температура окружающей среды выше рабочей температуры объекта, то запасенный в веществе холод позволит охлаждать объект.

Вариант конструкции устройства для охлаждения помещений в солнечных пустынных регионах показан на фиг.5.

Генератор 1, использующий солнечное излучение в качестве источника нагрева 2, вместе с конденсатором 3 с радиатором охлаждения 29, абсорбером 7 и частью термосифона 8 расположены вне помещения, например на его крыше. Для повышения эффективности работы устройства конденсатор 3 с радиатором охлаждения 29 и подходящий к нему от генератора 1 трубопровод 10 и абсорбер 7 защищены от прямых солнечных лучей специальным отражающим экраном 30. Для повышения эффективности устройства термосифон 8 и часть трубопровода 10, соединяющая его с генератором 1, приведены в тепловой контакт с трубопроводом 11, по которому слабый, но горячий раствор хладагента возвращается в абсорбер 7. В испарителе 4 размещены резервуары 27 с веществом, эффективно поглощающим тепло. Аналогичные резервуары 28 с веществом, эффективно поглощающим тепло, размещены в генераторе 1. Для формирования конвективных потоков в помещении 26 испаритель 4 выполнен с отверстиями 32, что позволяет снимать тепло с его верхней и нижней стороны, и расположен внутри помещения, у его потолка. В предложенном устройстве холод непосредственно передается от стенок испарителя в окружающее его пространство - к охлаждаемому объекту, поэтому устройство может эффективно охлаждать помещения.

Для интенсификации выделения газообразного хладагента из его раствора в генератор введен ультразвуковой источник 31 (фиг.2).

Устройство работает следующим образом.

Днем, используя солнечное излучение, устройство функционирует как абсорбционный холодильник, работа которого целиком и его узлов описана выше, фиг.1-3. Кроме охлаждения помещения 26 холодильник днем накапливает холод/тепло, аккумулируя их в резервуарах 27/28. Ночью они заставляют работать холодильник по схемам, описанным выше.

Таким образом, предлагаемая конструкция холодильника обеспечивает достижение заявленного технического результата во всех вариантах исполнения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Автономный абсорбционный холодильник без движущихся узлов с жидким абсорбентом, включающий генератор с источником нагрева раствора хладагента, конденсатор, абсорбер, испаритель, выполненный в виде замкнутого резервуара, термосифон с источником нагрева, последовательно соединенные замкнутым трубопроводом, отличающийся тем, что генератор снабжен дополнительными источниками нагрева, при этом, по крайней мере, одним из них является солнечное излучение, абсорбер сопряжен с испарителем посредством ряда распределенных по площади абсорбера и испарителя теплоизолированных трубок, через которые газообразный хладагент поступает из испарителя в абсорбер.

2. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что в генераторе и/или испарителе расположен, по крайней мере, один замкнутый резервуар с веществом, поглощающим тепло.

3. Холодильник по п.2, отличающийся тем, что температура плавления вещества в испарителе ниже температуры охлаждаемого объекта, но выше рабочей температуры испарителя.

4. Холодильник по п.2, отличающийся тем, что температура плавления вещества в генераторе находится в диапазоне его рабочих температур.

5. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что конденсатор и отрезок трубопровода, соединяющий генератор с конденсатором, защищены от солнечных лучей солнцезащитным экраном, при этом конденсатор имеет радиатор охлаждения.

6. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что в него введен, по крайней мере, один термический модуль Пельтье (ТМП) и, по крайней мере, один из источников нагрева хладагента в генераторе выполнен в виде горячего вывода ТМП, при этом холодный вывод ТМП производит дополнительный холод.

7. Холодильник по п.6, отличающийся тем, что холодный вывод, по крайней мере, одного из ТМП имеет тепловой контакт с испарителем.

8. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, один из источников нагрева термосифона выполнен в виде горячего вывода ТМП, при этом его холодный вывод производит дополнительный холод.

9. Холодильник по п.8, отличающийся тем, что, по крайней мере, один из холодных выводов ТМП имеет тепловой контакт с испарителем.

10. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что в него введен, по крайней мере, один из ТМП и, по крайней мере, один из источников нагрева хладагента в генераторе и один из источников нагрева термосифона выполнены в виде горячих выводов ТМП, при этом холодные выводы ТМП производят дополнительный холод.

11. Холодильник по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что генератор выполнен в виде резервуара, сформированного внутренней и внешней оболочками, при этом верхние части обеих оболочек формируют замкнутую вакуумную полость, а остальное пространство между оболочками заполнено теплоизолирующим веществом, при этом внутренняя оболочка образует полость для раствора хладагента.

12. Холодильник по п.11, отличающийся тем, что верхняя часть внешней стороны внутренней оболочки имеет высокую степень черноты в видимой и инфракрасной частях спектра и низкую - в дальней инфракрасной части.

13. Холодильник по п.11, отличающийся тем, что на внутренней стороне верхней части внутренней оболочки установлен радиатор.

14. Холодильник по п.13, отличающийся тем, что радиатор снабжен массивным телом, размещенным у дна внутренней оболочки.

15. Холодильник п.11, отличающийся тем, что в него введен, по крайней мере, один ТМП и, по крайней мере, один из источников нагрева генератора и один из источников нагрева термосифона выполнены в виде горячих выводов ТМП, при этом холодные выводы ТМП производят дополнительный холод.

16. Холодильник по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что в него введен, по крайней мере, один ТМП и, по крайней мере, один из источников нагрева генератора выполнен в виде горячего вывода указанного ТМП, при этом холодный вывод ТМП производит дополнительный холод.

17. Холодильник по п.16, отличающийся тем, что горячий вывод, по крайней мере, одного из ТМП служит источником нагрева термосифона, при этом холодный вывод ТМП производит дополнительный холод.

18. Холодильник по п.17, отличающийся тем, что, по крайней мере, один из холодных выводов ТМП имеет тепловой контакт с испарителем.

19. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что в генератор введен ультразвуковой источник.

www.freepatent.ru

Самый тихий холодильник: адсорбционные модели

Самым тихим холодильником является адсорбционный. Дело в том, что хладагент в нем движется за счет нагрева ТЭНом. Самый тихий холодильник не очень экономичен и дорогой, зато может работать от газового баллона. Нет никакой разницы, откуда получать энергию. Даже мобильные холодильники для авто, питающиеся от сети 12 В и работающие за счет охлаждения полупроводников проходящим током, не могут сравниться с адсорбцией. В последнем случае слышен только звук циркулирующего хладагента, тогда как лари, использующие для работы аккумулятор под капотом, требуют наличия по крайней мере двух вентиляторов и греют салон.

Адсорбционные холодильники

Адсорбционные холодильники не так редко встречаются, но не известны зачастую широкой публике. Ну, кто бы мог подумать, что охлаждение может достигаться за счет сгорания газа? В настоящее время уже существует идея создания адсорбционного холодильника, работающего за счет энергии солнца. Никто точно не знает, когда была создана первая модель. Дело в том, что в период холодной войны конструкцию устройства засекретили в целях использования в военной и космической промышленности, потому что слишком выгодным казалось создание адсорбционного холодильника. Сведения были изъяты из учебников, и так продолжалось до конференции в Париже 1992 года. Некоторые данные о первых адсорбционных холодильниках можно получить из специализированных учебников, изданных до 1960 года.

Прежде всего о терминах. В литературе упоминаются как абсорбционные, так и адсорбционные холодильники. Есть все основания полагать, что это родственные конструкции, работающие на разновидностях сорбции, и кое-кто из писателей (мы не делаем для себя исключения) ошибается, не зная толком суть происходящего. Для нас это не так важно, как факт самого существования оборудования этого типа, которое работает за счет циклов поглощения и обратной отдачи хладагента гранулами адсорбента или жидким абсорбентом. Поскольку сегодня мы взялись ответить на вопрос, какие холодильники самые тихие.

А разница между явлениями, лежащими в основе их работы, такова:

  1. Абсорбент поглощает какое-либо вещество по всему объему.
  2. В случае адсорбции речь идет только о поверхностном слое, то есть поглощаемое вещество не проникает вглубь.

Принимая во внимание такие соображения, не сложно понять возникшую путаницу в этом разделе бытовой техники. Есть все основания полагать, что жидкий сорбент называется абсорбентом, а твердый (в гранулах) – адсорбентом.

Принцип работы адсорбционного холодильника

Ни одного дельного описания того, как работает самый тихий холодильник, в сети найти невозможно. Очень радует интересная выписка из старого учебника, но она без картинок. Имеется две технологии, которые используются в адсорбционных холодильниках:

Гранулы адсорбента поглощают хладагент, который выходит из испарителя. Это продолжается до тех пор, пока имеется носитель в газовой фазе. Затем необходимо испарить хладагент, для этого адсорбент нагревается. Пар выходит на конденсатор, где превращается в жидкость и отдает тепло. Затем хладагент разряжается на специальном устройстве и поступает в испаритель. При переходе в газовую фазу поглощается тепла в 50 раз больше, чем уже имеется в носителе. За счет этого температура в холодильной камере понижается. Гранулы адсорбента неподвижны во все время рабочего цикла, который осуществляется периодическим включением нагревательного элемента.

Сразу возникают вопросы:

  1. почему хладагент не может двигаться в обратном направлении;
  2. как можно реализовать такую систему без клапанов;
  3. как ТЭН понимает, когда рабочий цикл подошел к концу.

Мы видим, что это общее описание достаточно расплывчатое, но и вторая методика, где хладагентом абсорбционного холодильника является аммиак, ничем не лучше!

  • В качестве абсорбента используется дистиллированная вода, а хладагентом является аммиак. Для предотвращения коррозии внутрь системы заправляется хромат натрия, а нужную разницу давлений создает водород – в районе испарителя его концентрация ниже. Вода находится на дне абсорбера, где ею поглощается аммиак в газовой фазе, пришедший из испарителя. Концентрированный раствор закачивается в кипятильник термонасосом. В процессе кипения аммиак испаряется гораздо лучше воды из-за более низкой температуры кипения, в результате пары его устремляются к конденсатору. Улетучившаяся же влага собирается дефлегматором (нечто вроде охлаждаемой внешней средой трубки) и стекает в абсорбер, куда также поступает газообразный аммиак из испарителя. Так цикл замыкается.

Совершенно непонятно, каким образом выдерживается разное парциальное давление водорода на испарителе и конденсоре, а принцип работы термонасоса – и совсем неразрешимая загадка. В остальном хотелось бы понять почему именно концентрированный раствор подается в кипятильник, и как он отделяется от слабого раствора. Рискнем предположить, что температура ТЭНа поддерживается вовсе немаленькая, поэтому вода испаряется не хуже аммиака, но осаждается на дефлегматоре гораздо лучше. Вот так и получается боле менее слабый раствор. А с термонасосом никаких идей даже не возникает.

Недостатки адсорбционных холодильников

Шумовые параметры холодильников адсорбционного типа действительно ограничиваются бульканьем хладагента, но этот тип оборудования имеет и недостатки:

  1. Потребляет много энергии.
  2. Долго выходит на рабочий режим (в среднем полчаса).
  3. Не терпит различных наклонов и перекосов относительно земной силы тяжести.
  4. Аммиак, да и прочие хладагенты, попросту опасны, от них давно отказались в компрессорных моделях.

Таким образом, подводя черту, можно сказать, что фирмы, производящие самые тихие холодильники, чем-то должны ответить на все эти вопросы. Сегодня техника очень популярна у рыбаков: это лучше, чем морозить рыбу углекислотным огнетушителем. Однако жалобы на низкую надежность техники, которая по словам ученых умов может работать практически вечно, потому что не имеет подвижных частей, дают повод подумать, что не все так гладко в области адсорбции. Отзывы о тихих холодильниках в общем-то подтверждают все их достоинства и недостатки, однако мы еще не упомянули высокую цену оборудования. Как отмечают пользователи, за такие деньги хотелось бы меньше проблем и большей надежности.

Как понять тихий холодильник или шумный

На всю бытовую технику имеются специальные стандарты, которые указывают, какие характеристики должно иметь оборудование, чтобы попадать в ту или иную группу. Зачастую трактовки законов пересекаются, иногда противоречат друг другу. Одним из документов, который можно применить в отношении тихих холодильников, является СТ СЭВ 4672-84. Несмотря на древность документа, по некоторым сведениям он действующий. Касательно холодильников там приводятся следующие данные, позволяющие провести классификацию:

  1. До 200 литров – 40 дБ.
  2. От 200 до 400 литров – 43 дБ.
  3. Свыше 400 литров – 50 дБ.

  1. До 200 литров – 42 дБ.
  2. От 200 до 400 литров – 45 дБ.
  3. Свыше 400 литров – 55 дБ.
  1. До 200 литров – 53 дБ.
  2. От 200 до 400 литров – 55 дБ.
  3. Свыше 400 литров – 60 дБ.

Мы видим, что классность холодильника в плане шума определяется его объемом. От себя добавим, что инверторные компрессоры сегодня могут обеспечить 42 дБ (некоторые дорогие модели от Liebherr достигают 38 дБ), но меньший уровень как-то не доводилось наблюдать. В этом плане адсорбционные холодильники явно попадают в группу А. В них просто нечему шуметь, только шуршит хладагент немного. Выбрать самый тихий холодильник, это синоним слова адсорбция. Здесь пока не имеется никаких вариантов.

Как измерить шум холодильника? Метод базируется на корректировке звукового давления таким образом, чтобы исключить из спектра частоты, которые не слышит человеческое ухо. Это касается прежде всего компрессоров, которые зачастую выдают и ультразвук. Что же касается адсорбционных холодильников, то здесь и корректировать ничего не придется, измеренное звуковое давление и будет искомым параметром. Для целей проведения опыта понадобится обычный микрофон и методика проведения работ.

Обычно испытуемый тихий холодильник устанавливается в помещении, где нет переотражения звука. Для бытовых условий необходимо иметь натяжной потолок и ковры на полу и стенах. Состав аппаратуры определяется по СТ СЭВ 1351-78 или СТ СЭВ 1807-79. Затем холодильник устанавливается на любой твердый пол на расстоянии от звукоотражающей стенки порядка 15 см. Это может быть кусок обычного крашеного бетона. Ближайший угол должен находиться на расстоянии не менее 1,5 м. Микрофоны располагаются, как на чертеже.

где d – не менее 1 м; а, b, c выбираются, исходя из разумных пределов. Площадь поверхности измерения находится по формуле:

S = 2 ( 2ac + 2ab + bc ), собственно, площадь параллелепипеда за вычетом пола и задней бетонной стены.

Перед измерением холодильник работает 6 часов на среднем режиме, затем следует перерыв на 10 минут. После этого аппарат включается снова, и через 3 минуты проводится замер. Обработка результатов ведется по документу СТ СЭВ 541-77 (ГОСТ 23941-2002).

Таким образом можно выбрать самый тихий холодильник, уверовав данным производителя, или проведя собственные измерения. А что такого? Если имеются в доме 6 микрофонов и аппаратура…

Итог

Подытожим, выбор тихого холодильника в пользу адсорбционного типа не всегда уместен. Это приборы для дачи, природы, газовых вышек. В домашних условиях пока лучше смириться с некоторым уровнем шума, хотя имеются изделия Dometic и для типичных кухонь.

vashtehnik.ru

Принцип работы абсорбционных холодильных машин

Современные БЫТОВЫЕ ЭЛЕКТРОПРИБОРЫ И МАШИНЫ

В зависимости от вида затрачиваемой энергии холодильные машины можно разделить на работающие с затратой механической энергии (компрессионные) и работающие с затратой теплоты (абсорбционные, пароэжекторные). В абсорбцио/ных холодильных машинах в качестве рабочего тела применяют также смеси различных компонентов, резко различающиеся температурой нормального кипения. Легкокипящий ком­понент, кипящий при более низкой температуре, является холодильным агентом. Второй компонент, предназначенный для поглощения (абсорб­ции) холодильного агента, называют абсорбентом. В качестве холо­дильного агента можно применять аммиак, дихлорметан, фреоны, мета­нол и др. В качестве абсорбентов применяют воду, серную кислоту, диметилэфиртетраэленгликоль и др. [43].

Рассмотрим принцип действия абсорбционной холодильной установки (рис. 1.20).

В ректификационную колонку 4 подводится из абсорбера 1 крепкий раствор, представляющий собой смесь рабочего агента и абсорбента. В генераторе 3 крепкий раствор нагревается до кипения. Из него выпа­ривается пар вместе с легкокипящим компонентом (аммиаком) и также проходит через ректификационную колонку 4, но в направлении, встреч­ном крепкому раствору, идущему от абсорбера 1. В результате тепло­обмена между крепким раствором и противоточно движущимся паром концентрация легкокипящего компонента в паре повышается, а в крепком растворе снижается. Кроме того, пар передает теплоту раствору и ох­лаждается, а крепкий раствор нагревается. Из ректификационной ко­лонки пар поступает в дефлегматор 5, где дополнительно охлажда­ется.

При отводе теплоты от пара из него выпадает жидкость (флегма) с низкой концентрацией аммиака, которая поступает обратно в генератор. Температура пара в дефлегматоре незначительно отличается от темпера­туры конденсации чистого вещества при данном давлении.

Генератор, ректификационная колонка и дефлегматор обычно компо­нуют вместе так, чтобы обеспечить естественное движение пара вверх, а флегмы и крепкого раствора — вниз. После дефлегматора пар посту­пает в конденсатор 6, в котором от пара отводится тепло и происходит его конденсация. Конденсат холодильного агента (аммиака) после конденса­тора проходит через дроссельный клапан 7, где снижается давление хладагента, он частично вскипает и в результате снижается его темпе­ратура.

Образовавшаяся парожидкостная смесь направляется в испаритель 8 холодильной камеры 9. В испарителе аммиак кипит, отнимая тепло от холодильной камеры. Образовавшийся пар отводится в абсорбер, где поглощается абсорбентом. Поглощение паров аммиака «бедным» раство­ром сопровождается повышением его температуры и снижением погло­тительной способности. Чтобы не снижалась поглотительная способность

48

Рис. 1.20. Принцип действия аб­сорбционной холодильной машины

Рис. 1.21. Схема абсорбциоино-диф-

Фузнонного холодильного агрегата мИШ

Раствора, в абсорбер постоянно добавляется абсорбент из генератора через дроссель 10. Образовавшийся в абсорбере концентрированный раствор насосом 2 подается в ректификационную колонку. И далее про­цесс повторяется.

Как видно, в абсорбционной холодильной машине применен насос для перекачки раствора из абсорбера в генератор. Можно исключить насос из системы, вводя в контур кроме хладагента и абсорбента допол­нительно легкий газ, например водород. При этом абсорбционная холо­дильная машина не будет иметь движущихся механических элементов, будет бесшумна, высоконадежна, проста в изготовлении и эксплуатации. Такие установки применяют в бытовых холодильниках.

В качестве хладагента применяют аммиак, в качестве абсорбента — воду, а диффузионной средой служит водород.

Охлаждение конденсатора, абсорбера и дефлегматора — естественное благодаря развитой поверхности этих элементов. В течение процесса во всех точках аппарата устанавливается одинаковое полное давление р « 1,4 - г 1,6 МПа. Однако парциальные давления аммиака рв и водорода рл различны в определенных частях аппарата. Разность парциальных давлений (ра — ре) в установке используют как основную движущую силу циркуляции рабочей смеси. Схема абсорбционно-диффузионного холо­дильного агрегата, применяемого в бытовых холодильниках, представлена на рис. 1.21.

Агрегат работает следующим образом. Крепкий водоаммиачный рас - 1 твор, находящийся в ресивере абсорбера 8, поступает по наружной трубе теплообменника 9 в генератор 10, где нагревается до кипения нагрева­телем 11. Водоаммиачный пар из термосифона 12 попадает в трубку рек­тификатора 13, а обедненный водоаммиачный раствор из термосифона 12 самотеком по внутренней трубе теплообменника 9 попадает в абсорбер 7. Водоаммиачный пар в ректификаторе 13 разделяется на воду и аммиач­ный пар.

В дефлегматоре 16 происходит дальнейшее отделение воды в виде флегмы (крепкий раствор аммиака). Пары йоды вместе с флегмой сте­кают в генератор, а из него в верхнюю часть'абсорбера 7. Образовавший­ся аммиачный пар поступает в конденсатор 2, конденсируется и через переохладитель 15 стекает в испаритель 3 низкотемпературной камеры. На вход' испарителя 3 также поступает водород из абсорбера (цепь движения водорода рассмотрим ниже).

В испарителе смесь паров аммиака и водорода находится под общим давлением 1,4—1,6 МПа. Парциальное давление аммиака в этой смеси составляет 0,3—0,4 МПа. В результате резкого падения давления аммиак в испарителе закипает (эффект, эквивалентный дросселированию) и про­исходит охлаждение низкотемпературной, а затем и высокотемператур­ной камеры. В испарителе пар аммиака диффундирует в пароводородную смесь и опускается в ресивер 8. Туда же поступает не испарившаяся часть жидкого аммиака. Образовавшаяся богатая аммиачно-водородная газо­вая смесь поступает в абсорбер 7, где происходит ее разделение на водород (парогазовая смесь) и аммиачный раствор. Аммиачный раствор стекает в ресивер, встречая на своем пути новую порцию богатой аммиач­но-водородной газовой смеси, из которой аммиачный раствор абсорби­рует аммиак, превращаясь в крепкий раствор.

Пароводородная смесь (почти чистый водород) поднимается из реси­вера в воздушный охладитель 4 и регенеративный теплообменник 6 и через трубку теплообменника 14 попадает на вход испарителя 3. Чтобы водород не попадал в конденсатор 2, устроена ловушка 1, отводящая водородную парогазовую смесь из переохладителя 15 по трубе 5 в реси­вер 8.

Одним из основных недостатков абсорбционных холодильников яв­ляется их большое энергопотребление. Если компрессионный двухкамер­ный холодильник объёмом 223 дм3 с НТО 28 дм3 потребляет 2,0 кВт - ч/сут, то абсорбционный холодильник общим объемом 213 дм3 с НТО 32 дм3 по­требляет 4,5 кВт-ч/сутки.

По данным [45], компрессионные холодильники с четырьмя маркиро­вочными звездочками в среднем потребляют на 27,5 % меньше электро­энергии, чем абсорбционные. На выставке в Кельне в 1980 г. среднее зна­чение потребляемой электроэнергии компрессионными холодильниками с режимом замораживания при температуре —18 °С составляло 0,6 кВт-ч/сут на 100 дм3 объема, а абсорбционными — 0,83 кВт-ч/сут.

Энергетическая эффективность абсорбционно-диффузионных холо­дильников может быть повышена при использовании для подогрева не электричества, а других видов тепла: газа, жидкого топлива. Поэтому в параметрическом ряду предусмотрено создание абсорбционных холо­дильников, работающих от газа.

В работе [45] подсчитано, т1то при использовании газа эквивалетный первичный расход энергии абсорбционного холодильника составит 2,63 кВт-ч/сут на 100 дм3 объема, а компрессионного — 4,5 кВт-ч/сут. Отсюда видно, что компрессионный холодильник первичной энергии потребляет на 70 % большие (при условии, что электроэнергия выра­батывается на тепловых электростанциях).

Поэтому есть основание считать, что абсорбционные холодильники имеют перспективу.

Одним из важных Преимуществ абсорбционных холодильников яв­ляется возможность создания холодильника, работающего от различных источников энергии: постоянного и переменного электрического тока, газа, жидкого топлива.

Для работы от газа или жидкого топлива необходимы безопасные горелочные устройства. Рассмотрим один из вариантов газогорелоч- ного устройства (рис. 1.22). Устройство состоит из газовой горелки 2, регулятора 1 давления, отсекателя 4, пускового клапана 7. Газ посту­пает в горелку через пусковой клапан 7 и регулятор 1 давления. Регулятор давления стабилизирует давление газа перед горелкой в пределах 150— 500 Па. Изменение давления производится перемещением рычага 5, выведенного на переднюю панель холодильника. Отсекатель 4 газа предназначен для прекращения прохода газа в горелку, если пламя по­гасло. В этом случае биметаллическая пластина 3 приведет в действие трубку отсекателя 4 и перекроется вход пускового клапана. С помощью рычага 6 можно принудительно открыть клапан 7 и зажечь горелку.

В последнее время появился ряд технических решений по сокраще­нию энергопотребления абсорбционными холодильниками. Эти решения воплощены в новый параметрический ряд холодильников. Одно из них — более эффективное использование теплоты ректификации. Это техниче­ское решение реализовано в холодильнике параметрического ряда «Кристалл 9М» — АШД-200. Конструктивной особенностью схемы яв­ляется наличие трехпоточного парожидкостного теплообменника в узле генератора, что позволяет использовать теплоту дефлегмации пара. Узел генератора теплоизолирован плитами из базальтового кар­тона толщиной 20 мм, а затем пенополиуретановой теплоизо­ляцией. В холодильнике увели­чена высота испарителя с 48 до 60 мм, изменена конструкция задней стенки, панели дверн.

Конструкция холодильного агре­гата представлена на рис. 1.23 [44].

Крепкий водоаммиачный раствор из сборника 6 поступает в узел генератора 7, где подо­гревается в термосифонной трубке электронагревателем 8.

Образующаяся при кипении парожидкостная смесь поступает

Рис. 1.22. Газогорелочиое устройство холодильника

Рис. 1.23. Схема усовершенствованного абсорб­ционного холодильника.

В вертикальный канал 9, где происходит ее разделение: слабый раствор спуска­ется и, проходя через трехпоточный теплообменник 5, отдает теплоту встреч­ному потоку крепкого раствора посред­ством теплопередачи через стенку, по­ступая затем в верхнюю часть абсор­бера 3. Пар также поступает в трехпо­точный теплообменник и в результате теплообмена с крепким раствором ос­вобождается от паров воды и с высокой концентрацией направляется к конден­сатору 1. Здесь пар конденсируется, образовавшийся жидкий аммиак стекает в предохранитель, где происходит предварительное охлаждение аммиака. Далее жидкий аммиак с более низкой температурой стекает в низко­температурный испаритель.

На вход испарителя 2 поступает бедная парогазовая смесь. Жидкий аммиак испаряется в среду водорода, при этом температура повышается по мере увеличения парциального давления аммиака. Из низкотемпера­турного испарителя 2 богатая парогазовая смесь опускается в паро­газовый теплообменник, охлаждая встречный поток водорода^и затем по­ступает в абсорбер 4.

1.15. Техническая характеристика абсорбционных холодильников параметрическо­го рнда

Показатель

Общий объем

ХОЛОДИЛЬНИКОВ, ДМ3

Однокамерных

Двухкамерных

30

50

140

220

200

220

260

Температура в НТО, °С

— 6

-12

-18

-18

-18

— 18

-18

Расход электроэнергии,

1,2

1,5

2,0

2,2

2,2

2,25

2,3

КВт-ч/сут

1,3

1,6

2,1

2,3

2,4

2,45

2,5

Удельная масса, кг/дм3

0,47

0,40

0;34

0,27

0,30

0,29

0,26

0,53

0,46

0,38

0,30

0,33

0,32

0,30

Количество производи­

0,016

0,016

0,016

0,036

0,036

0,36

0,36

Мого льда, кг/ч

Время приготовления

10

10

5

5

5

5

5

Льда, ч

Примечания: 1. Суточный расход электроэнергии — при 25 °С окружающей среды.

2. В числителе приведены значения для холодильников высшей категории, в зна­менателе — для первой.

3. Средняя температура в холодильной камере 0—5 °С.

Образовавшийся в результате абсорбции крепкий раствор стекает в сборник 6, а обедненная парогазовая смесь поднимается вверх через регенеративный теплообменник в низкотемпературный испаритель.

Предложенное техническое решение, позволившее снизить удельное энергопотребление на 30 %, положено в основу параметрического ряда абсорбционных холодильников, функциональные характеристики которых приведены в табл. 1.15.

Конструкция шкафов, внутренний интерьер, эргономические и эстети­ческие решения абсорбционных холодильников аналогичны параметри­ческому ряду компрессионных холодильников.

Наработка на отказ холодильников высшей категории составляет

35 тыс. ч, холодильников первой категории — 25 тыс. ч. Средний ресурс холодильников высшей категории составляет 125 тыс. ч, холодильников первой категории 120 тыс. ч. Срок службы холодильников не менее 15 лет. Средняя суммарная трудоемкость ремонта составляет 4,5 чел.-ч:

Силовой кабель для электроплиты – выбор и монтаж.

отенциальная опасность электротока для человеческого здоровья и для материальных ценностей заставляет предъявлять к электротехническому оборудованию повышенные требования

msd.com.ua

Холодильник для БП миф или реальность? / Мастерская / НеПропаду

Добрый день комрады! Это моя первая публикация тут, поэтому не пинайте сильно. Полазил по сайту, но так и не нашёл девайсов позволяющих в условиях БП длительно содержать продукты т.е. холодильников. Так вот хочу немного раскрыть этот вопрос. В условиях БП эл-во будет скорее всего редким и дорогим ресурсом и тратить его на холодильники(компрессорные) никто не станет, в то время, как есть замечательные абсорбционные холодильники, которые работают(охлаждают)не за счёт эл-ва, а как не парадоксально это-за счёт нагревания! И что тоже не маловажно, такие агрегаты могут работать по 40+ лет без поломок(лично у меня на даче работает такой холодильник, купленный ещё бабушкой в 50х годах)в виду отсутствия движущихся частей и электроники. Испарительные абсорбционные (диффузионные) тепловые насосы

теория, можно пропустить :)

Рабочий цикл испарительных абсорбционных тепловых насосов весьма схож с рабочим циклом испарительных компрессионных установок, рассмотренных чуть выше. Главное различие заключается в том, что если в предыдущем случае разрежение, необходимое для испарения хладагента, создаётся при отсосе паров компрессором, то в абсорбционных агрегатах испарившийся хладагент поступает из испарителя в блок абсорбера, где поглощается (абсорбируется) другим веществом — абсорбентом. Тем самым пар удаляется из объёма испарителя и там восстанавливается разрежение, обеспечивающее испарение новых порций хладагента. Необходимым условием является такое «сродство» хладагента и абсорбента, чтобы силы связывания при поглощении смогли создать существенное разрежение в объёме испарителя. Исторически первой и до сих широко используемой парой веществ является аммиак Nh4 (хладагент) и вода (абсорбент). При поглощении пары аммиака растворяются в воде, проникая (диффундируя) в её толщу. От этого процесса произошли альтернативные названия таких тепловых насосов — диффузионные или абсорбционно-диффузионные.Рабочий цикл одноступенчатого абсорбционного теплового насоса.

Для того чтобы вновь разделить хладагент (аммиак) и абсорбент (воду), отработавшую и богатую аммиаком водно-аммиачную смесь нагревают в десорбере внешним источником тепловой энергии вплоть до кипения, затем несколько охлаждают. Первой конденсируется вода, но при высокой температуре сразу после конденсации она способна удержать очень мало аммиака, поэтому основная часть аммиака остаётся в виде пара. Здесь находящиеся под давлением жидкую фракцию (воду) и газообразную (аммиак) разделяют и по отдельности охлаждают до температуры окружающей среды. Остывшая вода с малым содержанием аммиака направляется в абсорбер, а аммиак при охлаждении в конденсаторе становится жидким и поступает в испаритель. Там давление падает, и аммиак испаряется, снова охлаждая испаритель и забирая извне тепло. Затем вновь соединяют пары аммиака с водой, удаляя из испарителя излишки аммиачных паров и поддерживая там низкое давление. Обогащённый аммиаком раствор опять направляется в десорбер на разделение. В принципе, для десорбции аммиака кипятить раствор не обязательно, достаточно просто нагреть его близко к температуре кипения, и «лишний» аммиак улетучится из воды. Но кипячение позволяет провести разделение наиболее быстро и эффективно. Качество такого разделения является главным условием, определяющим разрежение в испарителе, а стало быть, эффективность работы абсорбционного агрегата, и многие ухищрения в конструкции направлены именно на это. В результате, по организации и количеству стадий рабочего цикла абсорбционно-диффузионные тепловые насосы, пожалуй, являются наиболее сложными из всех распространённых типов подобного оборудования.

«Изюминкой» принципа работы является то, что для выработки холода здесь используется нагрев вплоть до кипения рабочего тела. При этом вид источника нагрева непринципиален, — это может быть даже открытый огонь (пламя горелки), поэтому использование электричества необязательно. Для создания необходимой разности давлений, обуславливающей движение рабочего тела, иногда могут использоваться механические насосы (обычно в мощных установках при больших объёмах рабочего тела), а иногда, в частности в бытовых холодильниках, — элементы без подвижных частей (термосифоны).

Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат (АДХА) холодильника «Морозко-ЗМ». 1 — теплообменник; 2 — сборник раствора; 3 — аккумулятор водорода; 4 — абсорбер; 5 — регенеративный газовый теплообменник; 6 — дефлегматор; 7 — конденсатор; 8 — испаритель; 9 — генератор; 10 — термосифон; 11 — регенератор; 12 — трубки слабого раствора; 13 — пароотводящая трубка; 14 — электронагреватель; 15 — термоизоляция. По материалам сайта elremont.ru.

Первые абсорбционные холодильные машины (АБХМ) на аммиачно-водяной смеси появились во второй половине XIX века. Из-за ядовитости аммиака в быту они большого распространения тогда не получили, но весьма широко использовались в промышленности, обеспечивая охлаждение вплоть до –45°С. В одноступенчатых АБХМ теоретически максимальная холодопроизводительность равна количеству затраченного на нагрев тепла (реально, конечно, заметно меньше). Именно этот факт подкреплял уверенность защитников той самой формулировки второго начала термодинамики, о которой говорилось в начале этой страницы. Однако сейчас и абсорбционные тепловые насосы преодолели это ограничение. В 1950-х годах появились более эффективные двухступенчатые (два конденсатора или два абсорбера) бромистолитиевые АБХМ (хладагент — вода, абсорбент — бромид лития LiBr). Трёхступенчатые варианты АБХМ запатентованы в 1985-1993 годах. Их образцы-прототипы по эффективности превосходят двухступенчатые на 30–50% и приближаются к компрессионным установкам.

ПлюсыДостоинства абсорбционных тепловых насосов

Главное достоинство абсорбционных тепловых насосов — это возможность использовать для своей работы не только дорогое электричество, но и любой источник тепла достаточной температуры и мощности — перегретый или отработанный пар, пламя газовых, бензиновых и любых других горелок — вплоть до выхлопных газов и даровой солнечной энергии.

Второе достоинство этих агрегатов, особенно ценное в бытовых применениях, — это возможность создания конструкций, не содержащих движущихся деталей, а потому практически бесшумных (в советских моделях этого типа иногда можно было услышать тихое бульканье или лёгкое шипение, но, конечно, это не идёт ни в какое сравнение с шумом работающего компрессора).

Наконец, в бытовых моделях рабочее тело (обычно это водо-аммиачная смесь с добавлением водорода или гелия) в используемых там объёмах не представляет большой опасности для окружающих даже в случае разгерметизации рабочей части (это сопровождается весьма неприятной вонью, так что не заметить сильную утечку невозможно, и помещение с аварийным агрегатом придётся покинуть и проветрить «автоматически»). В промышленных установках объёмы аммиака велики и их утечки могут быть смертельно опасны, но в любом случае аммиак числится экологически безопасным, — считается, что в отличии от фреонов он не разрушает озоновый слой и не вызывает парниковый эффект.

МинусыНедостатки абсорбционных тепловых насосовГлавный недостаток этого типа тепловых насосов — более низкая эффективность по сравнению с компрессионными.

Второй недостаток — сложность конструкции самого агрегата и довольно высокая коррозионная нагрузка от рабочего тела, либо требующая использования дорогих и труднообрабатываемых коррозионно-стойких материалов, либо сокращающая срок службы агрегата до 5..7 лет. В результате стоимость «железа» получается заметно выше, чем у компрессионных установок той же производительности (прежде всего это касается мощных промышленных агрегатов).

В-третьих, многие конструкции весьма критичны к размещению при установке — в частности, некоторые модели бытовых холодильников требовали установки строго горизонтально, и уже при небольших отклонениях от этого положения их производительность заметно снижалась. Использование принудительного перемещения рабочего тела с помощью помп в значительной степени снимает остроту этой проблемы, но подъём бесшумным термосифоном и слив самотёком требуют очень тщательного выравнивания агрегата.

В отличии от компрессионных машин абсорбционные не так боятся слишком низких температур — просто их эффективность снижается. Но я недаром поместил этот абзац в раздел недостатков, потому что это не значит, что они могут работать в лютую стужу — на морозе водный раствор аммиака банально замёрзнет в отличие от используемых в компрессионных машинах фреонов, температура замерзания которых обычно ниже –100°C. Правда, если лёд ничего не порвёт, после оттаивания абсорбционный агрегат продолжит работу, даже если его всё это время не отключали из сети, — ведь механических насосов и компрессоров в нём нет, а мощность подогрева в бытовых моделях достаточно мала, чтобы кипение в районе нагревателя было слишком интенсивным. Впрочем, всё это уже зависит от особенностей конкретной конструкции...(от себя: на даче холодильник морозится уже 10 лет и ничего, весной за милую душу работает)

Использование абсорбционных тепловых насосов

Несмотря на несколько меньшую эффективность и относительно более высокую стоимость по сравнению с компрессионными установками, применение абсорбционных тепловых машин абсолютно оправдано там, где нет электричества или где есть большие объёма бросового тепла (отработанный пар, высокотемпературные выхлопные или дымовые газы и т.п. — вплоть до солнечного нагрева). В частности, выпускаются специальные модели с газовыми горелками для путешественников, прежде всего автомобилистов и яхтсменов.

В настоящее время в Европе газовые котлы иногда заменяют абсорбционными тепловыми насосами с нагревом от газовой горелки или от солярки — они позволяют не только утилизировать теплоту сгорания топлива, но и «подкачивать» дополнительное тепло с улицы!

Как показывает опыт, и варианты с электронагревом вполне конкурентоспособны, прежде всего в диапазоне малых мощностей — где-то от 20 и до 100 Вт. Меньшие мощности — вотчина термоэлектрических элементов, а при больших пока безусловны преимущества компрессионных систем. В частности, среди советских и пост-советских марок холодильников этого типа были популярны «Морозко», «Север», «Кристалл», «Киев» с типичным объёмом холодильной камеры от 30 до 140 литров, хотя существуют и модели на 260 литров («Кристалл-12»)

Взято тут

А вот фото уже переделаного на газ советского «морозко» и 5л газ балона хватает на 2 недели непрерывной работы.

взято тут

Так же на форумах написано, что переделка его под ту же керосинку элементарна и холодильник используется на керосине у же несколько лет.

Буду рад, если кому-нибудь эта инфа будет полезна(интересна)PS если создал не в том разделе перекиньте плиз в нужный :)

nepropadu.ru

Абсорбционный холодильник - Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

(перенаправлено с «»)Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 4 января 2017; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 4 января 2017; проверки требует 1 правка. Абсорбционная холодильная машина на 14МВт

Абсорбционная холодильная машина (также абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина, абсорбционный чиллер или АБХМ) — промышленная холодильная установка, предназначена для отбора и удаления избыточного тепла и поддержания заданного оптимального температурного и теплового режимов при работе различного рода производственного оборудования, технологических устройств, инструмента, оснастки, а также технологических процессов, связанных с повышенными тепловыми нагрузками. В качестве абсорбента в них используются различные растворы, например, бромида лития (LiBr) в воде.

К абсорбционным холодильным машинам относятся так же аммиачные холодильные установки абсорбционного принципа действия.

История создания АБХМ[ | ]

  • Первое документированное использование искусственного охлаждения в 1756 году было осуществлено английским учёным Вильямом Калленом[1]
  • Способность концентрированной серной кислоты поглощать (абсорбировать) водяной пар впервые была замечена Геральдом Найрне в 1777 году.
  • В 1810 году Джоном Лесли создана первая искусственная ледоделка на основе поглощения сернистого газа водой.
  • В 1834 году английским врачом Джейкобом Перкинсом (Jacob Perkins (англ.)) (1766—1844) была построена холодильная машина с использованием насоса (компрессора) на диэтиловом эфире.
  • Французским учёным Фердинандом Карре (1824—1900) и его братом Эдмондом Карре (Edmond Carre) в 1846 году была изобретена аммиачная абсорбционная холодильная машина. Несмотря на то, что его способ был очень удачным, об изобретении забыли на несколько десятилетий.
  • В 1871 году была построена машина, работающая на метиловом эфире.
  • В 1850 году Эдмонд Карре создал абсорбционную машину на воде и концентрированной серной кислоте.
  • В 1923 году австралийцем Эдвардом Халлстромом изобретён оригинальный аммиачный абсорбционный холодильник упрощённой конструкции — Icy Ball (англ. ледяной шар).
  • В 1926 году физики Альберт Эйнштейн и Лео Силард изобретают так называемый холодильник Эйнштейна, который был запатентован в США 11 ноября 1930 года[2].
  • В начале XX века в Москве была открыта фирма, которая предлагала всем желающим агрегат под названием «Эскимо». Данный агрегат был изготовлен по принципу, предложенному Фердинадом Карре. При своих больших габаритах, агрегат не издавал громкого шума и был универсальным. Для работы необходимы были уголь, дрова, керосин или спирт. Один цикл работы «Эскимо» позволял получить 12 кг льда.
  • Применение абсорбции в промышленном кондиционировании началось в конце 1950-х годов.
  • В 1985 году были разработана и запатентована более эффективная АБХМ — трёхступенчатая абсорбционная холодильная машина с тремя конденсаторами и тремя генераторами.
  • В 1993 году был запатентован альтернативный цикл трёхступенчатой абсорбционной холодильной машины с двойным конденсатором[3].

Типы абсорбционных охладителей[ | ]

Тип АБХМ Источник тепла Мощность
Охладители прямого нагрева (Direct-fired Chiller/heaters) Природный газ, дизельное топливо, отходящие дымовые газы. По холоду от 17 кВт до 12 МВт, по теплу — от 17 кВт до 8 МВт.
Охладители парового нагрева (Steam-fired chillers) Пар с температурой 75-200°С По холоду от 200 кВт до 15 МВт.
Охладители нагрева горячей водой (Hot water-fired chillers) Горячая вода с температурой 75-95°С на входе/до 65°С на выходе) По холоду от 105 кВт до 12 МВт.
Охладители нагрева выхлопными газами (Exhaust-fired chillers/heaters) Выхлопные газы с температурой 250—600°С на входе/до 150°С на выходе По холоду от 200 кВт до 12 МВт.

Принцип действия[ | ]

На представленной схеме Бромид-Литиевой абсорбционной холодильной машины охладитель состоит из двух камер.

  • Верхняя — генератор (AT). Это горячая камера с относительно высоким давлением.
  • Нижняя — испаритель (VD) и абсорбер (AB). Это холодная камера с очень низким давлением (2мБар).

Под действием тепла (HM) в генераторе из раствора бромида лития выделяются пары воды (хладагента), которые переносятся в конденсатор. Водяной пар конденсируется, отдавая тепло воде охлаждающего контура KüW. Охлажденная вода по линии 5 поступает в испаритель, где при низком давлении закипает при температуре +6 °C и забирает тепло от охлаждаемого контура чиллер-фанкойл (KW). Насос VD прокачивает воду на форсунки, что способствует более интенсивному теплообмену. В других типах АБХМ охлаждаемый контур не обрызгивается, а погружается в ванну хладагента.

Оставшийся концентрированный раствор бромида лития по линии 1-2 через растворный теплообменник/гидравлический затвор WT1 переходит в абсорбер. Для улучшения абсорбции раствор разбрызгивается форсунками и поглощает водяной пар из испарителя. Процесс абсорбции связан с выделением теплоты, которая отводится охлаждающим контуром KüW в абсорбере АВ. Полученный раствор воды и бромида лития перекачивается по линии 3-4 в генератор через регулятор/теплообменник WT1, и цикл повторяется снова.

Преимущества[ | ]

По сравнению с компрессионными холодильниками, АБХМ обладают следующими преимуществами:

  • Минимальное потребление электроэнергии. Электроэнергия требуется для работы насосов и автоматики.
  • Минимальный уровень шума.
  • Экологически безопасны. Хладагентом является обычная вода.
  • Утилизируют тепловую энергию сбрасываемой горячей воды, дымовых газов или производственных процессов.
  • Длительный срок службы (не менее 20 лет).
  • Полную автоматизацию.
  • Пожаро- и взрывобезопасность.
  • Абсорбционные машины не подведомственны Ростехнадзору.

Недостатки[ | ]

Абсорбционные охладители, по сравнению с компрессионными охладителями отличает:

  • Более высокая цена оборудования, примерно в 2 раза выше чем цена обычного охладителя.
  • Необходимость наличия дешевого (бесплатного) источника тепловой энергии с достаточно высокой температурой.
  • Относительно низкая энергетическая эффективность — тепловой коэффициент (отношение подведенной тепловой энергий к полученному холоду), равный 0,65-0,8 — для одноступенчатых машин, и 1—1,42 — для двухступенчатых машин.
  • Существенно больший вес, чем у обычного охладителя.
  • Необходимость использовать открытые охладители — градирни, что увеличивает водопотребление системы.

См. также[ | ]

Примечания[ | ]

Литература[ | ]

  1. Холодильные машины: Учебник для студентов втузов специальности «Техника и физика низких температур»/А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев, Л. С. Тимофеевский: Под общ. ред. Л. С. Тимофеевского.- СПб.: Политехника, 1997 г.- 992с.

Ссылки[ | ]

encyclopaedia.bid

Абсорбционный холодильник

 

Использование: в холодильной технике, в частности в бытовых холодильниках. Сущность изобретения: в абсорбционном холодильнике, содержащем охлаждаемую камеру 1, холодильный агрегат с испарителем 4, связанным в тепловом отношении с развитыми наружными поверхностями конденсаторов 6 тепловых труб, развитые поверхности 5 конденсаторов 6 тепловых труб и часть стенки испарителя 4 холодильного агрегата образуют полость 9, которая может быть заправлена или холодоаккумулирующим материалом, или жидкостью с температурой замерзания ниже рабочей температуры испарителя 4 холодильного агрегата, или теплопроводной пастой. 10 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к бытовым абсорбционным холодильникам.

Известен абсорбционный холодильник Кристалл-9М, содеpжащий теплоизолированный шкаф с низкотемпературной и холодильной камерами, холодильный агрегат (ХА), включающий в себя змеевиковый испаритель, выполненный с прямолинейными участками, и передвижную решетчатую полку.

Такой холодильник выполнен неразборным, его конструкция не позволяет производить замену холодильного агрегата без разрушения теплоизоляции. В случае выхода ХА из строя (нарушение герметичности агрегата, отказ парогазового контура, отказ термосифона) необходимо заменить шкаф в сборе с агрегатом. Это существенно ухудшает эксплуатационные качества данного холодильника.

Известен абсорбционный холодильник, содержащий охлаждаемую камеру и связанный с ней в тепловом отношении змеевиковый испаритель, выполненный с расположенными под углом друг к другу прямолинейными участками, тепловые трубы (ТТ) со своими испарителями и конденсаторами. Змеевиковый испаритель размещен снаружи охлаждаемой камеры, а его прямолинейные участки продольно сопряжены с конденсаторами ТТ, испарители которых установлены на боковых стенках камеры с последовательным расположением сверху вниз соответственно, причем испаритель каждой ТТ расположен ниже ее конденсатора. ТТ выполнены из омегообразного алюминиевого профиля с развитой наружной поверхностью, основание которого связано в тепловом отношении с прямолинейным участком змеевикового испарителя и охлаждаемой камерой.

Недостатком холодильника-прототипа является его плохая ремонтопригодность. В частности, замена в нем ХА связана с выполнением достаточно трудоемких операций по отсоединению, а потом повторному монтажу нескольких ТТ, связанных в тепловом отношении с испарителем ХА. Кроме того, конструкция прототипа не дает возможность эффективно использовать в составе холодильника холодоаккумулирующие материалы (ХАМ), в частности не позволяет обеспечить условия для непосредственной тепловой связи между ХАМ и источником холода. В прототипе не предусмотрено использование таких элементов конструкции, как передвижные полки и стойки для их установки в качестве дополнительных тепловоспринимающих элементов. Это не позволяет интенсифицировать режим естественной конвекции воздуха для выравнивания температурного поля в объеме охлаждаемой камеры. Причем наибольшие трудности могут возникнуть при заполненной камере, когда естественно-конвективное движение воздушного потока затруднено, хотя именно в этом случае необходимо обеспечить максимальную циркуляцию воздуха для улучшения теплообмена между источником холода и продуктами. Перечисленные недостатки снижают эксплуатационные характеристики холодильника.

Цель изобретения улучшение эксплуатационных характеристик.

Цель достигнута за счет того, что развитые поверхности конденсаторов ТТ и часть стенки испарителя ХА образуют полость, испаритель ХА установлен в верхней части охлаждаемой камеры через отверстие в ее стенке, полость герметична и имеет штуцер для заправки, полость заправлена или жидкостью с температурой фазового перехода ниже рабочей температуры испарителя ХА, например этиловым спиртом, или ХАМ на основе водно-солевых систем, температура фазового перехода которого выше или равна рабочей температуре испарителя ХА, например, на основе хлоридов натрия, калия и аммония, или теплопроводной настой, например, кремнийорганической теплопроводной пастой КПТ-8, испаритель ХА выполнен из биметалла, например из алюминиевого сплава А5 и низкоуглеродистой стали Ст.10, на испарителе ХА вне полости закреплена с обеспечением тепловой связи полка для льдоформы, испарители ТТ связаны в тепловом отношении через стенку камеры со стойками для установки передвижной полки с помощью стяжных элементов, например винтов, или стойки и испарители ТТ выполнены как единое целое, передвижная полка выполнена из материала с высокой теплопроводностью и своей опорной тепловоспринимающей поверхностью сопряжена или с испарителями ТТ, или со стойками.

Сравнительный анализ показывает, что заявляемый холодильник отличается от прототипа, в частности, тем, что развитые поверхности конденсаторов ТТ и часть стенки испарителя ХА образуют полость, полость герметична и имеет штуцер для заправки жидкостью с температурой фазового перехода ниже рабочей температуры испарителя ХА, например этиловым спиртом, ХАМ на основе водно-солевых систем, температура фазового перехода которого выше или равна рабочей температуре испарителя ХА, например, на основе хлоридов натрия, калия и аммония, теплопроводной пастой, например, кремнийорганической теплопроводной пастой КПТ-8, стойки для установки передвижной полки и испарители ТТ связаны в тепловом отношении (или выполнены как единое целое) и сопряжены с тепловоспринимающей поверхностью полки. Указанные отличия позволяют сделать вывод, что заявляемое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа. Это дает основание признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

Для обоснования перечисленных выше критериев и достигаемого с их помощью положительного эффекта можно отметить следующее.

Не известно решение, в котором развитые поверхности конденсаторов ТТ и часть стенки испарителя ХА образуют полость, которая может быть герметичной и иметь штуцер для заправки, например, жидкостью с температурой фазового перехода ниже рабочей температуры испарителя ХА, ХАМ на основе водно-солевых систем, теплопроводной пастой. Герметичность полости может быть обеспечена, в частности, путем обвальцовки (обжатием) развитых поверхностей конденсаторов ТТ вокруг испарителя ХА или использованием специальных герметизирующих манжет (сальников). Указанные признаки улучшают ремонтопригодность холодильника, поскольку предлагаемая конструкция дает возможность заменять ХА без разрушения теплоизоляции и демонтажа ТТ. Поскольку испаритель ХА является прямолинейным, то это позволяет достаточно легко извлечь его из охлаждаемой камеры, развальцев предварительно обжимающие его поверхности конденсаторов ТТ. После повторной установки ХА развитые поверхности конденсаторов ТТ опять обжимают вокруг испарителя ХА. В случае манжетного уплотнения полости операции по извлечению и установке испарителя еще более упрощается. Перед заменой ХА необходимо слить содержимое полости и снять с испарителя ХА полку для льдоформы. Кроме того, наличие полости дает возможность реализовать в холодильнике условия для эффективного использования ХАМ, поскольку полость позволяет осуществлять непосредственную тепловую связь между источником холода и ХАМ. Эффективное применение ХАМ в составе бытового холодильника позволяет снизить суточное энергопотребление за счет уменьшения числа включений ХА при его периодическом режиме работы. Заправка полости (значительно меньшей по объему, чем для ХАМ) теплопроводной пастой или жидкостью с температурой замерзания ниже рабочей температуры испарителя ХА позволит значительно уменьшить контактное тепловое сопротивление между соприкасающимися поверхностями испарителя ХА и конденсаторов ТТ. Это повысит эффективность работы абсорбционного холодильника за счет снижения тепловых потерь.

Не известно решение, в котором стойки для установки передвижной полки связаны в тепловом отношении с испарителями ТТ (или выполнены с ними как единое целое) и сопряжены с опорной тепловоспринимающей поверхностью полки, выполненной из теплопроводного материала. Такое решение позволяет максимально задействовать практически все имеющиеся в охлаждаемой камере поверхности для улучшения теплообмена между испарителем ХА и охлаждаемыми продуктами путем создания наиболее рациональных условий для естественно-конвективного движения воздушных потоков в камере.

Все перечисленные выше признаки в совокупности повышают эксплуатационные характеристики предлагаемого абсорбционного холодильника.

На фиг. 1 изображен абсорбционный холодильник, вид сбоку в разрезе на фиг.2 то же, вид спереди; на фиг.3 то же, вид сверху; на фиг.4 разрез испарителя ХА и полости из поверхностей конденсаторов ТТ (расположенные внутри испарителя ХА трубы для подачи водорода и аммиака не показаны).

Абсорбционный холодильник содержит охлаждаемую камеру 1 со стойками 2 для установки передвижной полки 3. На задней стороне холодильника расположен абсорбционно-диффузионный ХА (не показан) с испарителем 4, связанным в тепловом отношении с развитыми наружными поверхностями 5 конденсаторов 6 ТТ. Испарители 7 ТТ своими развитыми наружными поверхностями 8 связаны в тепловом отношении со стенками камеры 1. ТТ выполнены из омегообразного профиля, который выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например, из алюминиевого сплава. Развитые поверхности 5 конденсаторов 6 ТТ и часть стенки испарителя 4 ХА образуют полость 9, которая имеет штуцер для заправки (не показан). Полость 9 может быть загерметизирована путем обвальцовки (обжатием) развитых поверхностей 5 конденсаторов 6 ТТ вокруг испарителя 4 ХА, установкой специальных герметизирующих манжет (сальников) (не показаны) или каким-либо другим способом.

Испаритель 4 ХА установлен в верхней части охлаждаемой камеры 1 через отверстие в ее стенке, которое после установки испарителя 4 ХА в камере 1 герметизируется заглушкой 10. Заглушка 10 выполнена из упруго-пластичного материала, например, пенополиэтилена. Испаритель 4 ХА может быть выполнен из биметалла, например, из алюминиевого сплава А5 и низкоуглеродистой стали Ст. 10.

Предлагаемое решение позволяет отказаться от экологически вредной операции цинкования испарителя ХА, применением сварки упростить технологию обеспечения эффективной тепловой связи между конденсаторами ТТ и испарителем ХА.

Наличие неразъемного сварного соединения при замене ХА приводит к необходимости демонтажа ТТ. Для этого в конструкции холодильника предусмотрена съемная задняя теплоизолирующая панель (фиг.1 и 2). Однако, учитывая, что ХА рассчитан на долговременную работу без перезаправки и в процентном отношении количество отказов ХА незначительно, можно утверждать, что при крупносерийном производстве холодильников использование сварного соединения ТТ с испарителем ХА целесообразно.

На испарителе 4 ХА вне полости 9 закреплена с обеспечением тепловой связи полка 11 для льдоформы 12.

ТТ установлены так, что их испарители 7 связаны в тепловом отношении со стойками 2 через стенку камеры 1 с помощью стяжных элементов, например винтов (фиг.3). Возможен вариант, когда стойки 2 и испарители 7 ТТ выполнены как единое целое (не показан).

Передвижная полка 3 изготовлена из теплопроводного материала, и на ней предусмотрены узлы крепления, позволяющие без особых усилий переставлять полку по высоте камеры и консольно закреплять ее на стойках 2. Один из возможных вариантов реализации предложенного технического решения показан на фиг. 1 и 2. В данном случае полка 3 содержит в качестве элементов крепления крючки специальной конфигурации, а стойки 2 соответствующие приемные пазы, расположенные с определенным шагом по высоте. В закрепленном положении полка 3 своей опорной тепловоспринимающей поверхностью 13 сопряжена с соответствующими поверхностями стоек 2.

Абсорбционный холодильник работает следующим образом.

Перед началом работы полость 9 заполняют ХАМ на основе водно-солевых систем, температура фазового перехода которого выше или равна рабочей температуре испарителя 4 ХА, например на основе хлоридов натрия, калия и аммония (температура плавления минус 25,7 0,5оС, теплота плавления 230 10 кДж/кг). Полость после заправки герметизируют.

После включения ХА температура испарителя 4 ХА начинает снижаться. Поскольку испаритель 4 имеет посредством ХАМ тепловую связь с развитыми поверхностями 5 конденсаторов 6 ТТ, то начинает снижаться и температура указанных конденсаторов. Это приводит к тому, что теплоноситель, находящийся в испарителях 7 ТТ, начинает испаряться, производя холодильное действие. Пары теплоносителя поступают по ТТ в конденсаторы 6 ТТ, где конденсируются, отдавая тепло содержимому полости 9 и испарителю 4 ХА. Образовавшийся конденсат поступает в испарители 7 ТТ, после чего испарительно-конденсационный цикл повторяется. Учитывая, что стенки камеры 1, стойки 2 и полка 3 выполнены из теплопроводного материала, это позволяет подключить к охлаждению практически все имеющиеся в камере 1 поверхности и обеспечить быстрое и равномерное захолаживание воздуха в полезном объеме холодильника. После достижения воздухом охлаждаемой камеры 1 требуемой температуры терморегулятор (не показан) отключает ХА. В дальнейшем терморегулятор обеспечивает цикличный режим работы ХА для поддержания в камере 1 заданной температуры.

ХАМ, находясь в полости 9, имеет непосредственную тепловую связь с испарителем 4 ХА. Это обеспечивает оптимальные условия для его охлаждения. Поскольку температура фазового перехода ХАМ выше или равна рабочей температуре испарителя 4, то водно-солевой раствор замерзает. В дальнейшем при отключении ХА ХАМ поддерживает в камере 1 необходимую температуру в период до следующего цикла производства холода (за счет отбора теплоты плавления от воздуха охлаждаемой камеры 1).

Чтобы исключить возможность возникновения избыточного деформирующего давления при кристаллизации водно-солевого раствора полость 9 заполняется ХАМ неполностью.

Если полость 9 конструктивно выполнена из сопряженных по длине с испарителем 4 ХА развитых поверхностей 5 конденсаторов 6 ТТ, то вполне целесообразно заправить ее жидкостью с температурой фазового перехода ниже рабочей температуры испарителя 4 ХА, например, этиловым спиртом. Данная жидкость заполнит микрозазоры между сопряженными поверхностями и улучшит тепловую связь между ними, поскольку теплопроводность жидкости значительно выше теплопроводности воздуха. Заправку жидкости в этом случае производят с таким расчетом, чтобы часть полости 9 осталась незаполненной для резерва под увеличение объема жидкости при температурном расширении.

Кроме перечисленных выше способов, полость 9 для обеспечения эффективного теплового контакта между соприкасающимися или сближенными поверхностями испарителя 4 ХА и конденсаторов 6 ТТ может быть заполнена теплопроводной пастой, например, кремнийорганической теплопроводной пастой КПТ-8. Данная паста химически инертна, негорюча, не оказывает раздражающего и общетоксичного действия на организм и отнесена по ГОСТ 12.1.007-76 к малоопасным веществам. В настоящее время паста КПТ-8 широко применяется для улучшения тепловой связи между узлами холодильника (например, между испарителем ХА и холодильной камерой) при серийном производстве на Васильковском заводе холодильников (г. Васильков Киевской обл.).

В случае использования теплопроводной пасты КПТ-8 в составе холодильника полость 9 может быть выполнена негерметичной. Это значительно упрощает производство и ремонт холодильника предлагаемой конструкции.

В настоящее время на заявляемый абсорбционный холодильник разработана конструкторская документация и изготовлена опытная партия (12 шт.). Испытания опытных образцов по методике ГОСТ 16317-87 дали положительные результаты, в частности снижение на 8.10% суточного энергопотребления по сравнению с холодильниками аналогичного класса традиционной конструкции.

1. АБСОРБЦИОННЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК, содержащий охлаждаемую камеру со стойками для установки передвижной полки, холодильный агрегат с испарителем, связанным в тепловом отношении с развитыми наружными поверхностями конденсаторов тепловых труб, испарители которых своими развитыми наружными поверхностями связаны в тепловом отношении со стенками камеры, и льдоформу, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик, развитые поверхности конденсаторов тепловых труб и часть стенки испарителя холодильного агрегата выполнены с образованием полости.

2. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что испаритель холодильного агрегата установлен в верхней части охлаждаемой камеры и вмонтирован через отверстие в ее стенке.

3. Холодильник по п.2, отличающийся тем, что полость выполнена герметичной и имеет штуцер для заправки.

4. Холодильник по п.3, отличающийся тем, что в полости размещен холодоаккумулирующий материал на основе водно-солевых систем, температура фазового перехода которого выше или равна рабочей температуре испарителя холодильного агрегата, например, на основе хлоридов натрия, калия и аммония.

5. Холодильник по п.3, отличающийся тем, что в полости размещена жидкость с температурой фазового перехода ниже рабочей температуры испарителя холодильного агрегата, например этиловый спирт.

6. Холодильник по п.2, отличающийся тем, что в полости размещена теплопроводная паста, например кремнийорганическая теплопроводная паста КПТ-8.

7. Холодильник по п. 2, отличающийся тем, что испаритель холодильного агрегата выполнен из биметалла, например из алюминиевого сплава А5 и низкотемпературной стали Ст.10.

8. Холодильник по п.2, отличающийся тем, что на испарителе холодильного агрегата вне полости установлена с обеспечением тепловой связи полка для льдоформы.

9. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что испарители тепловых труб связаны в тепловом отношении со стойками через стенку камеры с помощью стяжных элементов, например винтов.

10. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что стойки и испарители тепловых труб выполнены как единое целое.

11. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что передвижная полка выполнена из материала с высокой теплопроводностью и своей опорной тепловоспринимающей поверхностью сопряжена с испарителями тепловых труб или со стойками.

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

www.findpatent.ru

Абсорбционный холодильник Википедия

Абсорбционная холодильная машина на 14МВт

Абсорбционная холодильная машина (также абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина, абсорбционный чиллер или АБХМ) — промышленная холодильная установка, предназначена для отбора и удаления избыточного тепла и поддержания заданного оптимального температурного и теплового режимов при работе различного рода производственного оборудования, технологических устройств, инструмента, оснастки, а также технологических процессов, связанных с повышенными тепловыми нагрузками. В качестве абсорбента в них используются различные растворы, например, бромида лития (LiBr) в воде.

К абсорбционным холодильным машинам относятся так же аммиачные холодильные установки абсорбционного принципа действия.

История создания АБХМ

  • Первое документированное использование искусственного охлаждения в 1756 году было осуществлено английским учёным Вильямом Калленом[1]
  • Способность концентрированной серной кислоты поглощать (абсорбировать) водяной пар впервые была замечена Геральдом Найрне в 1777 году.
  • В 1810 году Джоном Лесли создана первая искусственная ледоделка на основе поглощения сернистого газа водой.
  • В 1834 году английским врачом Джейкобом Перкинсом (Jacob Perkins (англ.)) (1766—1844) была построена холодильная машина с использованием насоса (компрессора) на диэтиловом эфире.
  • Французским учёным Фердинандом Карре (1824—1900) и его братом Эдмондом Карре (Edmond Carre) в 1846 году была изобретена аммиачная абсорбционная холодильная машина. Несмотря на то, что его способ был очень удачным, об изобретении забыли на несколько десятилетий.
  • В 1871 году была построена машина, работающая на метиловом эфире.
  • В 1850 году Эдмонд Карре создал абсорбционную машину на воде и концентрированной серной кислоте.
  • В 1923 году австралийцем Эдвардом Халлстромом изобретён оригинальный аммиачный абсорбционный холодильник упрощённой конструкции — Icy Ball (англ. ледяной шар).
  • В 1926 году физики Альберт Эйнштейн и Лео Силард изобретают так называемый холодильник Эйнштейна, который был запатентован в США 11 ноября 1930 года[2].
  • В начале XX века в Москве была открыта фирма, которая предлагала всем желающим агрегат под названием «Эскимо». Данный агрегат был изготовлен по принципу, предложенному Фердинадом Карре. При своих больших габаритах, агрегат не издавал громкого шума и был универсальным. Для работы необходимы были уголь, дрова, керосин или спирт. Один цикл работы «Эскимо» позволял получить 12 кг льда.
  • Применение абсорбции в промышленном кондиционировании началось в конце 1950-х годов.
  • В 1985 году были разработана и запатентована более эффективная АБХМ — трёхступенчатая абсорбционная холодильная машина с тремя конденсаторами и тремя генераторами.
  • В 1993 году был запатентован альтернативный цикл трёхступенчатой абсорбционной холодильной машины с двойным конденсатором[3].

Типы абсорбционных охладителей

Тип АБХМ Источник тепла Мощность
Охладители прямого нагрева (Direct-fired Chiller/heaters) Природный газ, дизельное топливо, отходящие дымовые газы. По холоду от 17 кВт до 12 МВт, по теплу — от 17 кВт до 8 МВт.
Охладители парового нагрева (Steam-fired chillers) Пар с температурой 75-200°С По холоду от 200 кВт до 15 МВт.
Охладители нагрева горячей водой (Hot water-fired chillers) Горячая вода с температурой 75-95°С на входе/до 65°С на выходе) По холоду от 105 кВт до 12 МВт.
Охладители нагрева выхлопными газами (Exhaust-fired chillers/heaters) Выхлопные газы с температурой 250—600°С на входе/до 150°С на выходе По холоду от 200 кВт до 12 МВт.

Принцип действия

На представленной схеме Бромид-Литиевой абсорбционной холодильной машины охладитель состоит из двух камер.

  • Верхняя — генератор (AT). Это горячая камера с относительно высоким давлением.
  • Нижняя — испаритель (VD) и абсорбер (AB). Это холодная камера с очень низким давлением (2мБар).

Под действием тепла (HM) в генераторе из раствора бромида лития выделяются пары воды (хладагента), которые переносятся в конденсатор. Водяной пар конденсируется, отдавая тепло воде охлаждающего контура KüW. Охлажденная вода по линии 5 поступает в испаритель, где при низком давлении закипает при температуре +6 °C и забирает тепло от охлаждаемого контура чиллер-фанкойл (KW). Насос VD прокачивает воду на форсунки, что способствует более интенсивному теплообмену. В других типах АБХМ охлаждаемый контур не обрызгивается, а погружается в ванну хладагента.

Оставшийся концентрированный раствор бромида лития по линии 1-2 через растворный теплообменник/гидравлический затвор WT1 переходит в абсорбер. Для улучшения абсорбции раствор разбрызгивается форсунками и поглощает водяной пар из испарителя. Процесс абсорбции связан с выделением теплоты, которая отводится охлаждающим контуром KüW в абсорбере АВ. Полученный раствор воды и бромида лития перекачивается по линии 3-4 в генератор через регулятор/теплообменник WT1, и цикл повторяется снова.

Преимущества

По сравнению с компрессионными холодильниками, АБХМ обладают следующими преимуществами:

  • Минимальное потребление электроэнергии. Электроэнергия требуется для работы насосов и автоматики.
  • Минимальный уровень шума.
  • Экологически безопасны. Хладагентом является обычная вода.
  • Утилизируют тепловую энергию сбрасываемой горячей воды, дымовых газов или производственных процессов.
  • Длительный срок службы (не менее 20 лет).
  • Полную автоматизацию.
  • Пожаро- и взрывобезопасность.
  • Абсорбционные машины не подведомственны Ростехнадзору.

Недостатки

Абсорбционные охладители, по сравнению с компрессионными охладителями отличает:

  • Более высокая цена оборудования, примерно в 2 раза выше чем цена обычного охладителя.
  • Необходимость наличия дешевого (бесплатного) источника тепловой энергии с достаточно высокой температурой.
  • Относительно низкая энергетическая эффективность — тепловой коэффициент (отношение подведенной тепловой энергий к полученному холоду), равный 0,65-0,8 — для одноступенчатых машин, и 1—1,42 — для двухступенчатых машин.
  • Существенно больший вес, чем у обычного охладителя.
  • Необходимость использовать открытые охладители — градирни, что увеличивает водопотребление системы.

См. также

Примечания

Литература

  1. Холодильные машины: Учебник для студентов втузов специальности «Техника и физика низких температур»/А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев, Л. С. Тимофеевский: Под общ. ред. Л. С. Тимофеевского.- СПб.: Политехника, 1997 г.- 992с.

Ссылки

wikiredia.ru


Смотрите также