Система кондиционирования на базе абсорбционной холодильной машины с подключением теплонасосной установки и солнечных коллекторов
Владельцы патента RU 2784256:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)
Изобретение относится к холодильной технике, а именно к абсорбционным холодильным машинам. Абсорбционная холодильная машина со встроенной теплонасосной установкой содержит генератор с первым конденсатором и блок абсорбера с первым испарителем. Генератор связан с абсорбером линиями крепкого и слабого растворов, проходящими соответственно через охлаждающую и греющую полости первого регенеративного теплообменника. Абсорбционная холодильная машина снабжена теплонасосной установкой, солнечным нагревателем и градирней, а также общим аккумулирующим баком. Теплонасосная установка включает в себя второй конденсатор, компрессор, второй испаритель и второй регенеративный теплообменник. Генератор абсорбционной холодильной машины и второй конденсатор теплонасосной установки выполнены с образованием объединенного теплообменного аппарата. Технический результат изобретения - повышение надежности и экономичности, а также снижение металлоемкости установки абсорбционного типа, работающей от солнечных коллекторов и теплового насоса. 1 ил.
Изобретение относится к холодильной технике, а именно к абсорбционным холодильным машинам.
Известна установка абсорбционного типа, работающая от солнечных коллекторов и теплового насоса, представленная в патенте на изобретение U.S. 4070870.
Недостатком известной установки является необходимость ее обеспечения сложной системой управления переходами между различными режимами работы и контролем уровня использования солнечной инсоляции, а также потеря тепла в теплообменных аппаратах, находящихся в промежуточных контурах теплового насоса и солнечных коллекторов.
Известна также солнечная система охлаждения и отопления здания на базе абсорбционной холодильной машины с двумя тепловыми насосами, представленная в статьи журнала Energies doi:10.3390/en12060996 (17 страниц, 14 мая 2019 года).
Недостатком данной установки является нестабильность работы абсорбционной холодильной машины в пасмурные дни, низкая температура воды, поступающей в генератор, на расчетном режиме и, как следствие, низкий холодильный коэффициент самой абсорбционной холодильной машины.
Наиболее близкой к предлагаемой схеме является абсорбционная холодильная машина со встроенной теплонасосной установкой, представленная в патенте на изобретение RU 2625073 С1, которая содержит блок генератора с первым конденсатором и блок абсорбера с первым испарителем. Первый конденсатор первого блока соединен жидкостным трубопроводом с первым испарителем второго блока, а генератор связан с абсорбером линиями крепкого и слабого растворов, проходящими соответственно через охлаждающую и греющую полости первого регенеративного теплообменника. Абсорбционная холодильная машина дополнительно снабжена теплонасосной установкой, солнечным нагревателем и градирней. Теплонасосная установка включает в себя второй конденсатор, компрессор, второй испаритель и второй регенеративный теплообменник, при этом генератор соединен линией горячей воды со входом второго конденсатора по воде, выход которого соединен со входом солнечного нагревателя. Выход солнечного нагревателя подключен ко входу генератора, по охлаждающей воде выход первого конденсатора подключен ко входу второго испарителя. Выход второго испарителя подключен ко входу в градирню, выход которой подсоединен ко входу первого конденсатора с помощью насоса охлаждающей воды. Техническим результатом является повышение экономичности, мобильности и надежности абсорбционной холодильной машины.
Основным недостатком известной установки является потеря тепла в теплообменных аппаратах, находящихся в промежуточных контурах теплового насоса.
Техническая задача настоящего изобретения - повышение надежности и экономичности, а также снижение металлоемкости установки абсорбционного типа, работающей от солнечных коллекторов и теплонасосной установки.
Технический эффект, возникающий при решении поставленной задачи, достигается использованием системы кондиционирования на базе абсорбционной холодильной машины с подключением теплонасосной установки и солнечных коллекторов, содержащей генератор с первым конденсатором и блок абсорбера с первым испарителем, при этом генератор связан с абсорбером линиями крепкого и слабого растворов, проходящими соответственно через охлаждающую и греющую полости первого регенеративного теплообменника, абсорбционная холодильная машина снабжена теплонасосной установкой, солнечным нагревателем и градирней, теплонасосная установка включает в себя второй конденсатор, компрессор, второй испаритель и второй регенеративный теплообменник, при этом по охлаждающей воде выход первого конденсатора подключен к входу второго испарителя, выход второго испарителя подключен ко входу в градирню, выход которой подсоединен ко входу первого конденсатора с помощью насоса охлаждающей воды, согласно изобретению, она дополнительно снабжена общими аккумулирующим баком, а генератор абсорбционной холодильной машины и второй конденсатор теплонасосной установки выполнены с образованием объединенного теплообменного аппарата, при этом выходы объединенного теплообменного аппарата соединены линиями горячей воды со входом общего аккумулирующего бака, один выход которого соединен со входом солнечного нагревателя, выход солнечного нагревателя подключен ко входу объединенного теплообменного аппарата, второй выход общего аккумулирующего бака подключен ко второму регенеративному подогревателю теплонасосной установки, выход которого подключен ко входу объединенного теплообменного аппарата.
На рисунке схематично представлена система кондиционирования на базе абсорбционной холодильной машины с подключением теплонасосной установки и солнечных коллекторов.
В составе система кондиционирования на базе одноступенчатой абсорбционной холодильной машины с подключением теплонасосной установки и солнечных коллекторов входят блок абсорбера 1 с первым испарителем 2, объединенный теплообменный аппарат 3 с конденсатором 4, первый регенеративный теплообменник 5, теплонасосная установка 6, солнечный коллектор 7, градирня 8, общий бак аккумулятор 9. Теплонасосная установка 6 включает в себя компрессор 10, второй регенеративный теплообменник 11, второй испаритель 12, дроссель 13.
На чертеже показаны насосы циркуляции 14, 15, 16, а также регулирующие клапаны 17 и затвор 18.
Система кондиционирования на базе абсорбционной холодильной машины с подключением теплонасосной установки и солнечных коллекторов работает следующим образом. Охлаждаемая вода поступает в трубное пространство первого испарителя 1, где охлаждается до необходимой температуры за счет испарения хладагента - воды, стекающей в виде пленки по наружным поверхностям труб испарителя. Для орошения трубного пучка испарителя используется циркуляционный насос хладагента 15.
Водяные пары с температурой 2-4°С из испарителя поступают в межтрубное пространство абсорбера 2, где абсорбируются крепким (концентрированным) водным раствором, стекающего в виде пленки по поверхностям труб. Теплота, выделяемая при абсорбции пара, отводится охлаждающей водой, протекающей в трубках абсорбера из градирни 8.
Поглощая пар хладагента, крепкий раствор (например, Li-Br) становится слабым, и его концентрация снижается. Слабый раствор стекает в абсорбер, откуда насосом 16 подается в трубное пространство первого регенеративного теплообменника 5.
После подогрева в регенеративном теплообменнике слабый раствор поступает в межтрубное пространство объединенного теплообменного аппарата 3. Тут слабый раствор упаривается за счет теплоты греющей среды из общего бака аккумулятора 9, бак состоит из двух цилиндрических оболочек: внутри - цилиндр-конденсатосборник, снаружи - бак с парафином.
В блоке объединенного теплообменного аппарата 3 процесс кипения раствора хладагента и испарения воды осуществляется за счет подвода теплоты от теплоносителя теплонасосной установки 6 и солнечных коллекторов 7. Конденсат хладагента теплонасосной установки и солнечных коллекторов собирается в общем баке аккумуляторе 9, после которого часть фреона дросселируется в контуре теплонасосной установки, часть конденсата уходит на подогрев в солнечные коллекторы. Охлаждающая вода с низкой температурой перед поступлением в градирню 8 предварительно охлаждается во втором испарители 12.
Упаренный (крепкий) раствор из объединенного теплообменного аппарата 3 поступает в межтрубное пространство первого регенеративного теплообменника 5, где охлаждается слабым раствором и далее направляется на орошение абсорбера 1. Образующийся в объединенном теплообменном аппарате 3 водяной пар поступает в конденсатор 4, где конденсируется на внешней поверхности теплообменных труб. Конденсат пара (хладагент) поступает в объединенный теплообменный аппарат 3. Теплота конденсации водяного пара отводится охлаждающей водой, протекающей через трубы конденсатора 4. Охлаждающая вода проходит через второй испаритель 12, где в свою очередь охлаждает рабочее вещество теплонасосной установки 6 и возвращается на градирню 8.
Основные расчетные технические характеристики системы кондиционирования на базе абсорбционной холодильной машины с подключением теплонасосной установки и солнечных коллекторов:
Холодопроизводительность - 660 кВт;
Паспортный холодильный коэффициент - 0,7;
Холодильный коэффициент абсорбционной холодильной машины в проектируемой схеме в режиме максимальной нагрузки - 5,39;
Коэффициент преобразования теплонасосной установки - 5,84.
Система кондиционирования на базе абсорбционной холодильной машины с подключением теплонасосной установки и солнечных коллекторов, содержащая генератор с первым конденсатором и блок абсорбера с первым испарителем, при этом генератор связан с абсорбером линиями крепкого и слабого растворов, проходящими соответственно через охлаждающую и греющую полости первого регенеративного теплообменника, абсорбционная холодильная машина снабжена теплонасосной установкой, солнечным нагревателем и градирней, теплонасосная установка включает в себя второй конденсатор, компрессор, второй испаритель и второй регенеративный теплообменник, при этом по охлаждающей воде выход первого конденсатора подключен к входу второго испарителя, выход второго испарителя подключен к входу в градирню, выход которой подсоединен к входу первого конденсатора с помощью насоса охлаждающей воды, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена общим аккумулирующим баком, а генератор абсорбционной холодильной машины и второй конденсатор теплонасосной установки выполнены с образованием объединенного теплообменного аппарата, при этом выходы объединенного теплообменного аппарата соединены линиями горячей воды с входом общего аккумулирующего бака, один выход которого соединен с входом солнечного нагревателя, выход солнечного нагревателя подключен к входу объединенного теплообменного аппарата, второй выход общего аккумулирующего бака подключен ко второму регенеративному подогревателю теплонасосной установки, выход которого подключен к входу объединенного теплообменного аппарата.
