CC BY
32
на них аморфными магнитными покрытиями / А. А. Ле-пешев, В. Н. Саунин, Г. Е. Нагибин [и др.]. Красно-ярск,1989. ВНТИЦентр, ГР № 01890089313, инв. №02890068665.
6. Пат. 2276840 РФ, МПК С23С 4/00, Н 05 Н 1/26. Элект-родуговой плазмотрон Саунина /В.Н. Саунин. Опубл. 20.05.06, бюл.14 ; приоритет 07.07.04 - 8 с.; ил.
7. Cargiil, G. S. Structure of metallic alloy glasses / G. S. Cargiil // Sol. Stat. Pfis. Acad. Press, 1975.
8. Романов, А. В. Структура и свойства металлических расплавов. Металлы, электроны, решетка / А. В. Романов. Киев : Наук. думка, 1975.
9. Полухин, В. А. Моделирование аморфных металлов / В. А. Ролухин, Н. А. Ватолин. М. : Наука, 1985.
10. А. с. 1626231, С 01 К 33/12. Вибрационный магнитометр / В. Н. Саунин (СССР). № 4413872/21 ; заявл. 20.04.88; опубл. 07.02.91, Бюл. № 5. 2 с.
V. N. Saunin, S. V. Telegin, V. P. Kovalkova
MODIFICATION OF STRUCTURE AND MAGNETIC CHARACTERISTICS DURING REDISTRIBUTION OF AMORPHOUS TAPE IN FO PLASM COVERING
It is considered the questions of influence of the massive amorphous material fabrication technological processes shaping the structure condition and magnetic characteristics of coverings. It is revealled that modification of structure occurs in formation over 100A, within atomic scale it does not exist. Termoprocessing perfects the magnetic characteristic of scoverings.
УДК 621.575
В. В. Ильиных, А. А. Кишкин
АБСОРБЦИОННО-ДИФФУЗИОННЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Рассмотрены особенности конструкций и способов работы перспективных абсорбционно-диффузионных холодильных агрегатов с парлифтным насосом, осуществляюшим циркуляцию компонентов.
Разработаны газо-гидравлические схемы абсорбционно-диффузионных холодильных агрегатов (АДХА), которые создают серьезную базу для достижения столь притягательной цели - создать абсорбционнй холодильник, близкий по суточному энергопотреблению холодильнику компрессионному. Впервые в отечественной и мировой практике перекачивающий термосифон, обеспечивающий в агрегате циркуляцию заправленных компонентов и применяемый сейчас абсолютно во всех типах АДХА, был заменен работающим от пара хладагента из генератора парлифтным насосом. Это позволило поставить и решить задачи, о которых раньше не могло быть и речи.
Идея замены термосифона парлифтным насосом впервые сформулирована в [1] и реализована в АДХА на рис. 1. В последующем данная идея получила бурное развитие, что позволило принципиально изменить узлы, которые определяют эффективность агрегата в целом: генератор, теплообменник, абсорбер, испаритель и конденсатор. Варианты некоторых узлов агрегата подробно анализируются в [2-5].
Общий для всех АДХА изобретательский замысел -установить нагреватель генератора в верхней части агрегата - позволяет использовать практически всю высоту холодильника для применения в АДХА вертикальных многопоточных теплообменников типа «труба в трубе» (жидкостных и паро-жидкостных). Такие теплообменники просты в изготовлении, что важно для массового производства, и позволяют эффективно использовать высо-
кую температуру слабого раствора и пара хладагента для предварительного нагрева крепкого раствора перед его выпариванием.
Рис. 1
Агрегат (рис.1) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 генератора со штуцером 2 ввода крепкого раствора и штуцером 3 вывода слабого раствора, паропровод 4, электронагреватель 5, абсорбер 6, ресивер 7 и теплообменник 8 типа «труба в трубе».
Агрегат снабжен внешним 9 и внутренним 10 коаксиальными цилиндрами, причем внутренний цилиндр выполнен с нижним заглушенным торцом и в нем размещен электронагреватель 5, а внешний цилиндр выполнен с открытым верхним торцом, расположенным на уровне крепкого раствора в ресивере 7, но выше уровня подачи слабого раствора в абсорбер 6. Зазор между внутренним и внешним цилиндрами подключен в нижней части к штуцеру 2 ввода крепкого раствора, а паровая полость корпуса 1 подключена паропроводом 4 к подъемной трубе 11 парлифтного насоса, верхний конец которой введен в ресивер 7, а нижний конец подсоединен к емкости 12.
Уровень кипящего раствора в генераторе выше уровня подачи слабого раствора в абсорбер, что обеспечивает незаполняемость зазора между внешними цилиндром и корпусом. Это приводит к тому, что после выхода в результате кипения парожидкостной эмульсии из зазора, она разделяется на пары хладагента, направляемые в паропровод, и слабый раствор, стекающий по нагретым частям генератора. В процессе стекания раствора происходит его турбулизация, вследствие чего разрушается тепловой пограничный слой, представляющий собой основное термическое сопротивление тепловому потоку. Это обеспечивает благоприятные условия для выпаривания раствора в диапазоне весьма малых перегревов стенки за счет интенсивного теплообмена.
Применение парлифтного насоса в качестве нагнетателя позволяет не только увеличить циркуляцию заправленных веществ, но и осуществить глубокую рекуперацию тепла между паром хладагента и крепким раствором. Это связано с тем, что восходящий двухфазный поток имеет четко выраженный снарядный (поршневой) режим. Большое количество пузырей обеспечивает интенсивный теплообмен между паром хладагента и крепким раствором вследствие непосредственного контакта фаз.
Работа агрегата осуществляется следующим образом.
Из ресивера 7 крепкий раствор поступает через нагреваемую полость теплообменника 8 в зазор между внешним 9 и внутренним 10 цилиндрами. В результате отвода тепла от электронагревателя 5 крепкий раствор кипит, что приводит к выходу парожидкостной эмульсии из кольцевого зазора в паровую полость корпуса 1.
Слабый раствор в виде пленки стекает по нагретым частям генератора (внешнему цилиндру 9 и корпусу 1). При этом происходит его выпаривание в условиях интенсивного теплообмена при малом перегреве стенки. Далее слабый раствор через штуцер 3 и охлаждаемую полость теплообменника 8 поступает в абсорбер 6.
За счет избыточного давления пары хладагента отжимают крепкий раствор из гидрозатвора паропровода 4 и поступают в подъемную трубу 11 парлифтного насоса. При этом образуется двухфазная смесь, которая поднимается в ресивер 7, где происходит разделение крепкого раствора и паров хладагента, которые далее поступают в конденсатор (не показан). Крепкий раствор накапливается в ресивере 7 для поддержания уровня кипящего раствора в генераторе. Постоянный приток пара из генератора создает необходимую стабилизацию достаточно мощного потока в контуре циркуляции раствора.
Сжиженный в конденсаторе хладагент сливается в испаритель АДХА, где испаряется в циркулирующий водород, имеющий малое парциональное давление аммиака, производя при этом холодильное действие. Богатая водо-родо-аммиачная смесь из испарителя поступает в абсорбер 6, где из нее слабый раствор поглощает пары аммиака. Раствор становится крепким и сливается в емкость 12, а обедненная водородо-аммиачная смесь поступает в испаритель АДХА. Крепкий раствор из емкости 12 пар-лифтным насосом транспортируется в ресивер 7. На этом рабочий цикл агрегата заканчивается.
Проведенные испытания показали, что парлифтный насос обеспечивает массовый расход жидкости, в 4-6 раз превышающий расходные характеристики термосифона (естественно, при аналогичных условиях: давлении, мощности электронагревателя, высоте подъема раствора и диаметрах труб). Экспериментальные данные позволяют сделать вывод о том, что парлифтный насос гарантированно осуществит необходимую циркуляцию веществ в агрегате и обеспечит работу АДХА с высокой термодинамической эффективностью за счет выпаривания раствора в режиме испарения с тонких пленок и глубокой рекуперации тепла между паром хладагента и крепким раствором.
Агрегата с многопоточным паро-жидкостным теплообменником [3] (на рис. 2) содержит вертикальный цилиндрический корпус 13 генератора со штуцером 14 вывода паров хладагента, абсорбер 15. Внутренний цилиндр
16 выполнен с заглушенным нижним торцом, и в нем размещен электронагреватель 17. Верхний и нижний торцы внешнего цилиндра 18 герметично соединены соответственно с внутренним 16 и средним 19 цилиндрами, при этом открытый верхний торец среднего цилиндра 19 расположен не ниже уровня V а крепкого раствора в корпусе 13 и выше уровня подачи слабого раствора в абсорбер V б. В среднем цилиндре 19 расположен паропровод 20, верхний конец которого выведен в паровую полость зазора между внешним 18 и средним 19 цилиндрами, а нижний подсоединен с образованием гидрозатвора к подъемной трубе 21 парлифтного насоса, верхний конец которой выведен в паровую полость корпуса 13, а нижний подключен к емкости 22. На корпусе 13 установлен кожух 23 теплообменника. Жидкостные полости зазоров между средним 19 и внешним 18 цилиндрами, а также между корпусом 13 и кожухом 23 теплообменника соединены трубопроводом 24. Верхняя часть зазора между корпусом 13 и кожухом 23 теплообменника связана посредством штуцера 25 вывода слабого раствора с абсорбером 15.
АДХА (рис. 2) работает следующим образом.
В результате отвода тепла от электронагревателя
17 крепкий раствор в зазоре кипит, что приводит к выходу парожидкостной смеси и разделению пара хладагента и раствора.
Раствор стекает по нагретым среднему 19 и внешнему 18 цилиндрам, при этом происходит его выпаривание в режиме испарения с тонких пленок. Из зазора между средним 19 и внешним 18 цилиндрами слабый раствор через трубопровод 24 попадает в зазор между корпусом 13 и кожухом 23 теплообменника, откуда через штуцер
25 выводится в абсорбер 15.
Верхний конец паропровода 20 выведен в паровую полость зазора между внешним 18 и средним 19 цилиндрами, т. е. выше уровня слабого раствора б. Это гарантирует то, что раствор не попадет в паропровод 20.
Рис. 2
За счет избыточного давления пар хладагента отжимает крепкий раствор на уровне V в в паропроводе 20 и поступает в подъемную трубу 21 парлифтного насоса. Двухфазная смесь по подъемной трубе 21 попадает в паровую полость корпуса 13, где происходит ее разделение. Через штуцер 14 пары хладагента поступают в конденсатор (не показан).
После выхода из подъемной трубы 21 парлифтного насоса крепкий раствор стекает по горячему внутреннему цилиндру 16 в зазор между внешним цилиндром 18 и корпусом 13 на уровень V а, в процессе чего происходит его частичное выпаривание в режиме испарения с тонких пленок. При дальнейшем движении крепкого раствора в многопоточном паро-жидкостном теплообменнике происходит его предварительный нагрев, после чего он поступает в зазор между средним 19 и внутренним 16 цилиндрами для основного выпаривания.
Сжиженный в конденсаторе хладагент сливается в испаритель АДХА (не показан), в котором испаряется в циркулирующий водород, производя захолаживание. Богатая водородо-аммиачная смесь из испарителя поступает в абсорбер 15, где из нее слабый раствор поглощает пары аммиака. При этом раствор становится крепким и накапливается в емкости 22, а практически чистый водород вновь поступает в испаритель АДХА. Крепкий раствор из емкости 22 через подъемную трубу 21 парлиф-тного насоса подается в паровую полость корпуса 13. После этого рабочий цикл повторяется.
Важнейшей проблемой разработчиков является увеличение интенсивности протекающего в абсорбере холодильного агрегата тепло-массообменна. Возможные способы ее решения показаны в [4]. В частности, конструкция АДХА (рис. 3) позволяет повысить интенсивность процесса абсорбции путем принудительного охлаждения абсорбера изнутри.
Известно, что температура очищенной парогазовой смеси (ПГС), поступающей из абсорбера на вход испарителя, во многом определяет уровень температур испаре-
ния хладагента. Чем ниже температура очищенной ПГС, тем ниже уровень температур испарения хладагента и, соответственно, выше хладопроизводительность агрегата.
Конструкция АДХА (рис. 3) позволяет понизить температуру очищенной ПГС, подаваемую на вход испарителя 40, за счет теплообмена между дополнительным испарителем 32 и ПГС в процессе ее поднятия в абсорбере 31.
34
Рис. 3
Наличие дополнительного «источника холода» внутри абсорбера 31 приводит к снижению уровня рабочих температур и соответствующему повышению интенсивности процесса абсорбции, что позволит существенно уменьшить длину змеевикового абсорбера.
АДХА содержит парлифтный насос 26 для подъема крепкого раствора в сепаратор 27 на уровень V в, который не ниже уровня кипящего раствора V а в генераторе 28, теплообменник-конденсатор 29, теплообменник-дефлегматор 30 и абсорбер 31. Уровень V б слива слабого раствора в абсорбер 31 ниже уровня кипящего раствора V а. Внутри абсорбера расположен с зазором дополнительный испаритель 32, нижний конец которого открыт, а его верхняя часть соединена с трубкой 33 подвода хладагента из дополнительного конденсатора 34. Паровые полости дополнительного испарителя 32 и абсорбера 31 связаны отверстием 35.
АДХА содержит трубку 36 подвода крепкого раствора к генератору 28 и трубку 37 отвода флегмы в абсорбер 31.
Работа АДХА (рис. 3) осуществляется следующим образом.
В результате отвода тепла от электронагревателя 38 крепкий раствор кипит. За счет избыточного давления пары хладагента отжимают крепкий раствор в гидрозатворе (на уровне V г) и поступают в подъемную трубу парлифтного насоса 26. Двухфазная смесь поднимается в сепаратор 27, где происходит разделение крепкого раствора и паров хладагента.
Крепкий раствор из сепаратора 27 через теплообменник-конденсатор 29, теплообменник-дефлегматор 30, теплообменник между крепким раствором и флегмой подводится в генератор 28.
Такое движение крепкого раствора приводит к его нагреву от теплообмена с указанными теплорассеивающими узлами агрегата. Выпаренный при этом хладагент поступает в дополнительный конденсатор 34, где сжижается и по трубке 33 стекает в дополнительный испаритель 32. В нем хладагент испаряется, производя холодильное действие. Водородо-аммиачная смесь из дополнительного испарителя 32 поступает в абсорбер 31.
Пары хладагента с примесью паров воды из сепаратора 27 поступают в теплообменник-дефлегматор 30. В результате его охлаждения крепким раствором пары хладагента очищаются от паров воды и образовавшаяся флегма по трубке 37 отводится в абсорбер 31.
Чистые пары хладагента из теплообменника-дефлегматора 30 поступают в теплообменник-конденсатор 29, где сжижаются за счет охлаждения крепким раствором. Жидкий хладагент стекает в испаритель 40, в котором испаряется при низком давлении, производя холодильный эффект. Холодная парогазовая смесь по трубе 41 поступает в абсорбер 31, где из нее слабым раствором поглощаются пары аммиака. При этом раствор становится крепким и накапливается в емкости 39, а практически чистый водород вновь поступает в испаритель 40. Крепкий раствор из емкости 39 подводится к парлифтному насосу
26 и рабочий цикл АДХА повторяется.
В АДХА (рис. 4) интенсификацию процесса абсорбции обеспечивают путем принудительного охлаждения в абсорбере слабого раствора.
Рис. 4
АДХА содержит парлифтный насос 42 для подъема крепкого раствора в сепаратор 43 на уровень V в, который не ниже уровня кипящего раствора V а в генераторе 44, теплообменник-конденсатор 45 и теплообменник-дефлегматор 46, связанные по пару с дополнительным конденсатором 47, трубу парогазовой смеси 48, абсорбер 49 со штуцером ввода слабого раствора 50 (уровень V б). Абсорбер 49 содержит цилиндрический корпус 51, внутри которого установлен дополнительный испаритель 52, который соединен с трубкой 53 подвода хладагента из дополнительного конденсатора 47. Паровые полости абсорбера 49 и дополнительного испарителя 52 связаны отверстием 54, а в нижней части абсорбера 49 установлен
штуцер вывода крепкого раствора 55. Выходной конец штуцера ввода слабого раствора 50 расположен над поверхностью дополнительного испарителя 52.
АДХА содержит штуцер ввода флегмы 56, выходной конец которого также расположен над поверхностью дополнительного испарителя 52.
Работа АДХА (рис. 4) осуществляется следующим образом.
В результате отвода тепла от электронагревателя 57 крепкий раствор кипит. За счет избыточного давления пары хладагента отжимают крепкий раствор в гидрозатворе (на уровне V г) и поступают в подъемную трубу парлифтного насоса 42. Двухфазная смесь по подъемной трубе поднимается в сепаратор 43, где происходит ее разделение.
Крепкий раствор из сепаратора 43 через теплообменник-конденсатор 45, теплообменник-дефлегматор 46, теплообменник между крепким раствором и флегмой поступает в генератор 44, где происходит теплообмен с частями генератора, которые не участвуют в процессе основного выпаривания крепкого раствора.
В процессе такого движения крепкого раствора от сепаратора 43 до генератора 44 происходит его нагрев и частичное выпаривание. Выпаренный в результате этого дополнительный хладагент после сжижения в теплообменнике-конденсаторе 45 поступает в испаритель 59 АДХА.
Пары хладагента из корпуса генератора 44 поступают в дополнительный конденсатор 47, где они сжижаются. Жидкий хладагент по трубке 53 сливается в дополнительный испаритель 52, где он производит холодильный эффект.
Слабый раствор через штуцер 50 подается на поверхность дополнительного испарителя 52. За счет эффекта смачиваемости происходит растягивание слабого раствора по всей внешней поверхности дополнительного испарителя 52, который выполнен змеевиковым, поэтому слабый раствор стекает по его внешней поверхности, контактируя с холодной парогазовой смесью, поглощая из нее пары аммиака. Раствор становится крепким и накапливается в нижней части абсорбера 49.
Пары хладагента с примесью паров воды из сепаратора 43 поступают в теплообменник-дефлегматор 46. В результате охлаждения крепким раствором пары воды конденсируются и образовавшаяся флегма по трубке 58 отводится в абсорбер 49.
Чистые пары хладагента из теплообменника-дефлегматора 46 поступают в теплообменник-конденсатор 45, где сжижаются за счет охлаждения крепким раствором. Жидкий хладагент стекает в испаритель 59, в котором испаряется при низком парциальном давлении, производя захолаживание. Образующаяся холодная парогазовая смесь по трубе 48 поступает в абсорбер 41, где из нее слабым раствором поглощаются пары аммиака, а практически чистый водород вновь поступает по трубе 60 в испаритель 59. Крепкий раствор из нижней части абсорбера 49 через гидрозатвор поступает в парлифтный насос 42. После этого рабочий цикл АДХА повторяется.
Анализируемые конструкции позволяют на практике повысить в рабочем цикле АДХА интенсивность процесса абсорбции, что является необходимым условием для создания агрегата с высокой хладопроизводительностью.
Использование парлифтного насоса в АДХА дает возможность кардинально изменить практически все основные узлы агрегата - генератор, абсорбер, теплообменник, конденсатор - для резкого повышения интенсивности тепло-массообмена в них. Дальнейшее понимание физики механизма протекающих в АДХА процессов связано с проведением большого объема теоретических и экспериментальных исследований, результатом которых будут теоретические методики и практические рекомен-
дации для создания эффективных холодильных агрегатов нового поколения.
Библиографический список
1. Пат. РФ, МПК 6 F 25 В 15/10. № 2031328; опубл. 1995.
2. Пат. РФ, МПК 6 F25 В 15/10. №° 2038548; опубл. 1995.
3. Пат. РФ, МПК 7 F25 В 15/10. №° 2207473; опубл. 2003.
4. Пат. РФ, МПК 6 F 25 В 15/10. №° 2079071; опубл. 1997.
5. Пат. РФ, МПК 7 F В 15/10. №° 2186303; опубл. 2002.
V. V. Ilinych, A. A. Kishkin
ABSORPTION REFRIGERATING APPARATUS OF NEW TYPE
The new generation of refrigerating units is presented. The main difference from existing models consists in a way of creation of circulation of substances in the aggregate.
11З
