RU2460020C2

RU2460020C2 - Absorption cooling machine with multi-stage ejector

Info

Publication number: RU2460020C2
Application number: RU2010140776/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов (RU); Владимир Сергеевич Ежов
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2012-08-27
Also published as: RU2010140776A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: absorption cooling machine with multi-stage ejector includes closed circulation circuit in which generator, multi-stage ejector, condenser, throttle, evaporator, pump and heat exchanger are installed in series. Housing of multi-stage ejector is covered with casing so that cavity being a cooling jacket is formed and it consists of n stages which are in-series arranged in the steam flow direction and connected to each other, and each of which includes receiving chamber, nozzle and diffuser. Receiving chamber and nozzle of stage 1 are connected via pipelines to evaporator and generator respectively. Generator is connected to heat exchanger and pump. Receiving chambers of stage 2 and next stages are connected to diffusers of previous stages; guide vanes and heat exchanger are arranged inside them; nozzles of stage 2 and next stages are in-parallel connected to delivery branch pipe of the pump. Casing adjoins the condenser housing and is equipped with inlet branch pipe; cooling jacket and diffuser of the last stage are connected to condenser through the holes made in the wall of its housing and cover plate respectively.

EFFECT: higher efficiency of absorption cooling machine with multi-stage ejector.

3 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к абсорбционно-эжекторным холодильным установкам.The invention relates to refrigeration, and in particular to absorption ejector refrigeration units.

Известна абсобционная холодильная установка, содержащая циркуляционный контур, в котором последовательно установлены абсорбер, насос, теплообменник растворов, генератор, конденсатор, переохладитель, испаритель и компрессор [А.с. СССР №1537984, МКл. F25B 15/02, 1990].Known absorption refrigeration unit containing a circulation circuit in which an absorber, a pump, a solution heat exchanger, a generator, a condenser, a subcooler, an evaporator and a compressor are installed in series [A.S. USSR No. 1537984, MKL. F25B 15/02, 1990].

К недостаткам известного устройства относятся необходимость использования компрессора, что усложняет конструкцию и снижает эффективность устройства.The disadvantages of the known devices include the need to use a compressor, which complicates the design and reduces the efficiency of the device.

Более близким к предлагаемому изобретению является абсорбционно-эжекторная холодильная машина, содержащая замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены генератор, конденсатор, эжектор с приемной камерой, теплообменники, насос, абсорбер, выполненный в виде струйного аппарата, испарители, регулирующие вентили (дроссели) [А.с. СССР №840618, МКл. F25B 15/02, 1981].Closer to the present invention is an absorption ejector chiller comprising a closed circulation circuit in which a generator, a condenser, an ejector with a receiving chamber, heat exchangers, a pump, an absorber made in the form of a jet apparatus, evaporators, control valves (chokes) are installed in series [ A.S. USSR No. 840618, MKL. F25B 15/02, 1981].

Недостатками известной абсорбционно-эжекторной холодильной машины являются повышенный расход тепловой энергии в генераторе, выработка низкопотенциальной тепловой энергии (в виде нагретой воды или воздуха), которой трудно найти потребителя, использование струйного абсорбера, конструкция которого не позволяет увеличить степень поглощения легколетучего компонента, что снижает эффективность известного устройства.The disadvantages of the known absorption ejector chiller are the increased consumption of thermal energy in the generator, the generation of low-potential thermal energy (in the form of heated water or air), which is difficult to find a consumer, the use of a jet absorber, the design of which does not allow to increase the degree of absorption of the volatile component, which reduces the efficiency known device.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности абсорбционной холодильной машины с мультиступенчатым эжектором.The technical result of the invention is to increase the efficiency of an absorption refrigeration machine with a multi-stage ejector.

Технический результат достигается в абсорбционной холодильной машине с мультиступенчатым эжектором, содержащей замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены генератор, мультиступенчатый эжектор, конденсатор, дроссель, испаритель, насос и теплообменник, причем корпус мультиступенчатого эжектора покрыт кожухом с образованием полости, являющейся рубашкой охлаждения, и состоит из последовательно размещенных по ходу пара и соединенных между собой n ступеней, каждая из которых содержит приемную камеру, сопло и диффузор, при этом приемная камера и сопло I-й ступени соединены трубопроводами с испарителем и генератором соответственно, генератор, в свою очередь, соединен с теплообменником и насосом, приемные камеры II-й и последующих ступеней соединены с диффузорами предыдущих ступеней, внутри их устроены направляющие лопатки, теплообменник, сопла II-й и последующих ступеней соединены с нагнетательным патрубком насоса параллельно, кожух примыкает к корпусу конденсатора и снабжен входным патрубком, рубашка охлаждения и диффузор последней ступени соединены с конденсатором через отверстия в стенке его корпуса и крышке соответственно.The technical result is achieved in an absorption chiller with a multi-stage ejector containing a closed circulation circuit in which a generator, a multi-stage ejector, a condenser, a choke, an evaporator, a pump and a heat exchanger are installed in series, the housing of the multi-stage ejector being covered with a casing to form a cavity, which is a cooling jacket, and consists of sequentially placed along the steam and interconnected n steps, each of which contains a receiving chamber, nozzle and di fuser, while the receiving chamber and the nozzle of the first stage are connected by pipelines to the evaporator and the generator, respectively, the generator, in turn, is connected to the heat exchanger and the pump, the receiving chambers of the second and subsequent stages are connected to the diffusers of the previous stages, guides are arranged inside them blades, heat exchanger, nozzles of the second and subsequent stages are connected in parallel with the pump discharge pipe, the casing is adjacent to the condenser body and equipped with an inlet pipe, the cooling jacket and the diffuser of the last stage are connected inens with a capacitor through openings in the wall of its body and cover, respectively.

На фиг.1 представлен общий вид предлагаемой абсорбционной холодильной машины с мультиступенчатым эжектором (АХММСЭ), на фиг.2 - узел компоновки мультиступенчатого эжектора, на фиг.3 представлен процесс поглощения паров легколетучего компонента слабым раствором рабочей жидкости в мультиступенчатом эжекторе, изображенный на диаграмме У-Х (У - концентрация легколетучего компонента в паровой фазе, кмоль/кмоль; X - концентрация легколетучего компонента в жидкой фазе, кмоль/кмоль).Figure 1 shows a General view of the proposed absorption refrigeration machine with a multi-stage ejector (AHMMSE), Fig.2 - assembly unit of a multi-stage ejector, Fig.3 shows the process of vapor absorption of a volatile component with a weak solution of a working fluid in a multi-stage ejector, shown in diagram U -X (Y is the concentration of the volatile component in the vapor phase, kmol / kmol; X is the concentration of the volatile component in the liquid phase, kmol / kmol).

АХММСЭ содержит замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены генератор 1, мультиступенчатый эжектор 2, конденсатор 3, дроссель 4, испаритель 5, насос 6 и теплообменник 7, причем корпус мультиступенчатого эжектора 2 покрыт кожухом 8 с образованием полости, являющейся рубашкой охлаждения 9 и состоит из последовательно размещенных по ходу пара и соединенных между собой I-й, II-й и и III-й ступеней, каждая из которых содержит приемную камеру 10, сопло 11 и диффузор 12, при этом приемная камера 10 и сопло 11 I-й ступени соединены трубопроводами с испарителем 5 и генератором 1 соответственно, генератор 1, в свою очередь, соединен с теплообменником 7 и насосом 6, приемные камеры 10 II-й и последующих ступеней соединены с диффузорами 12 предыдущих ступеней, внутри их устроены направляющие лопатки 13, теплообменник 7, сопла 11 II-й и последующих ступеней соединены с нагнетательным патрубком насоса 6 параллельно, кожух 8 примыкает к корпусу конденсатора 3 и снабжен входным патрубком 14, рубашка охлаждения 9 соединена с межтрубным пространством конденсатора 3 через отверстие 15 в стенке его корпуса, а диффузор 12 последней III-й ступени соединен с верхней крышкой конденсатора 3 через отверстие 16.The AHMMSE contains a closed circulation circuit in which a generator 1, a multi-stage ejector 2, a condenser 3, a throttle 4, an evaporator 5, a pump 6 and a heat exchanger 7 are installed in series, the housing of the multi-stage ejector 2 is covered with a casing 8 to form a cavity, which is a cooling jacket 9 and consists from sequentially placed along the steam and interconnected I-st, II-nd and and III-th stages, each of which contains a receiving chamber 10, a nozzle 11 and a diffuser 12, while the receiving chamber 10 and the nozzle 11 of the first stage connected by pipe wires with an evaporator 5 and generator 1, respectively, the generator 1, in turn, is connected to the heat exchanger 7 and the pump 6, the receiving chambers 10 of the II and subsequent stages are connected to the diffusers 12 of the previous stages, guide vanes 13 are arranged inside them, the heat exchanger 7, nozzles 11 of the IIth and subsequent stages are connected in parallel with the discharge pipe of the pump 6, the casing 8 is adjacent to the casing of the condenser 3 and is equipped with an inlet pipe 14, the cooling jacket 9 is connected to the annular space of the condenser 3 through an opening 15 in the wall of its about the housing, and the diffuser 12 of the last III-th stage is connected to the top cover of the capacitor 3 through the hole 16.

АХММСЭ работает следующим образом.AHMMSE works as follows.

Из поддона испарителя 5 слабый раствор по трубопроводу поступает в насос 6, после которого его давление повышается от P₃ до P₁ а его поток делится на 2 части: одна часть подается в генератор 1 для образования пара для I-й ступени через теплообменник 7, а другая - холодная часть, подается на абсорбцию во II-ю и III-ю ступени мультиступенчатого эжектора 2. Первая часть слабого раствора, количество которого находят исходя из требуемого количества пара для эжектирования, подогревается в теплообменнике 7 за счет тепла горячей оборотной воды и при давлении P₁ подается в генератор 1, где нагревается до температуры кипения за счет тепла постороннего теплоносителя (например, вторичного пара), в результате чего образуется пар, который с концентрацией легкокипящего компонента Х_Н при давлении P₁ подается в приемную камеру 10 через сопло 11 I-й ступени мультиступенчатого эжектора 2. В результате истечения струи пара из сопла 11 в приемной камере 10 I-й ступени и соединенном с ней трубопроводом испарителе 5 создается разрежение P₃, а давление паровой смеси на выходе из диффузора 12 снижается от P₁ до P₂ ^”. Одновременно в диффузоре 12 I-й ступени за счет теплообмена через стенку с охлажденной оборотной водой происходит охлаждение паровой смеси и частичная ее конденсация, образуются капли раствора, осуществляется процесс абсорбции паров легкокипящего компонента этими каплями, в результате чего концентрация легкокипящего компонента в паровой фазе снижается, а в жидкой фазе возрастает (линия a-b на диаграмме У-Х, фиг.3), после чего парожидкостная смесь поступает в приемную камеру 10 II-й ступени. Одновременно другую - холодную часть слабого раствора (общее количество слабого раствора должно обеспечивать оптимальные условия эжекции и абсорбции) после испарителя 5 при давлении P₁ насос 6 подает параллельно в приемные камеры 10 через сопла 11 во II-ю и последующие ступени мультиступенчатого эжектора 2. Из диффузора 12 I-й ступени мультиступенчатого эжектора 2 парожидкостная смесь поступает в приемную камеру 10 II-й ступени, где за счет наличия направляющих лопаток 13 происходит закручивание и перемешивание парожидкостного потока, в результате чего интенсифицируется процесс поглощения легкокипящего компонента раствором. В результате истечения слабого раствора из сопла 11 в приемной камере 10 II-й ступени также при давлении P₁, жидкостная струя которого увлекает парожидкостную смесь, последняя на выходе из приемной камеры 11 и перемещении по диффузору 12 по инерции совершает вращательное движение, смешивается с ней, после чего давление в ней на выходе из диффузора 12 повышается от P₂ ^” до Р₂ ^'. Одновременно в диффузоре 12 II-й ступени осуществляется процесс абсорбции паров легкокипящего компонента слабым раствором, который интенсифицируется процессами закручивания и перемешивания парожидкостного потока, в результате чего концентрация легкокипящего компонента в паровой фазе становится ниже, а в жидкой фазе больше, чем на выходе из диффузора 12 I-й ступени, (линия b-c на диаграмме У-Х, фиг.3). Далее парожидкостная смесь поступает в приемную камеру 10 III-й ступени, в которой происходят процессы, аналогичные произошедшим во II-й ступени, в результате которых давление в ней на выходе из диффузора 12 дополнительно повышается от до Р₂ ^' до Р₂, концентрация легкокипящего компонента в паровой фазе становится ниже, а в жидкой фазе больше, чем на выходе из диффузора 12 II-й ступени (линия c-d на диаграмме У-Х, фиг.3), после чего насыщенная парожидкостная смесь через отверстие 16 поступает в конденсатор 3. Параллельно процессам эжектирования и абсорбции, происходящих во всех трех ступенях мультиступенчатого эжектора 2, осуществляется отвод тепла абсорбции от его поверхности потоком оборотной холодной воды, подаваемой из входного патрубка 14 в рубашку охлаждения 9 и удаляющейся из нее через отверстие 15 в межтрубное пространство конденсатора 3. В конденсаторе 3 происходит дальнейшее охлаждение и конденсация парожидкостной смеси, поступающей из III-й ступени мультиступенчатого эжектора 2 до окончательного образования крепкого раствора с давлением P₂ и концентрацией легкокипящего компонента Х_К, который стекает в поддон, отвод остаточного тепла абсорбции и тепла конденсации, воспринимаемого оборотной водой, поступающей из рубашки охлаждения 9 и частично нагретой в ней за счет тепла абсорбции в мультиступенчатом эжекторе 2, после чего горячая оборотная вода направляется в теплообменник 7. Крепкий раствор из поддона конденсатора 3 поступает через дроссель 4 в испаритель 5, где он дросселируется до давления разрежения P₃, в результате чего снижается его температура кипения, происходит испарение легкокипящего компонента при низкой температуре с образованием пара, поступающего в приемную камеру 10 I-й ступени мультиступенчатого эжектора 2 и образование слабого раствора с концентрацией легкокипящего компонента Х_Н, а также охлаждение хладоагента, который далее направляют потребителю. Из поддона испарителя 5 слабый раствор поступает в насос 6, после которого при давлении P₁ делится на 2 части, и цикл повторяется. При этом охлажденная в теплообменнике 7 оборотная вода охлаждается далее, например, в градирне (на фиг.1-3 не показан).From the evaporator tray 5, a weak solution is piped to pump 6, after which its pressure rises from P ₃ to P ₁ and its flow is divided into 2 parts: one part is supplied to generator 1 to generate steam for the 1st stage through heat exchanger 7, and the other, the cold part, is fed to the absorption in the II and III stages of a multi-stage ejector 2. The first part of a weak solution, the amount of which is found based on the required amount of steam for ejection, is heated in the heat exchanger 7 due to the heat of hot circulating water and at pressure P ₁ is fed into the generator 1, where it is heated to the boiling point by the heat extraneous coolant (e.g., vapor), thereby producing steam which is at a concentration low-boiling component X _H at a pressure P ₁ is fed into the receiving chamber 10 through the nozzle 11 I -th stage of a multi-stage ejector 2. As a result of the steam jet expiring from the nozzle 11 in the receiving chamber 10 of the I stage and the evaporator 5 connected to it by a pipe, a vacuum P _{3 is created} , and the pressure of the vapor mixture at the outlet of the diffuser 12 decreases from P ₁ to P ₂ ^" . At the same time, in the diffuser 12 of the I stage due to heat exchange through the wall with cooled circulating water, the steam mixture is cooled and partially condensed, solution droplets are formed, the vapor absorption process of the low-boiling component by these drops is carried out, as a result of which the concentration of the low-boiling component in the vapor phase decreases, and in the liquid phase increases (line ab in the diagram UX, figure 3), after which the vapor-liquid mixture enters the receiving chamber 10 of the II stage. At the same time, the other - the cold part of the weak solution (the total amount of the weak solution should provide optimal conditions for ejection and absorption) after the evaporator 5 at a pressure of P _{1, the} pump 6 delivers in parallel to the receiving chambers 10 through nozzles 11 into the second and subsequent stages of the multi-stage ejector 2. From of the diffuser 12 of the I stage of the multi-stage ejector 2, the vapor-liquid mixture enters the receiving chamber 10 of the II stage where, due to the presence of the guide vanes 13, the vapor-liquid flow is twisted and mixed, as a result e which intensifies the process of absorption solution low-boiling component. As a result of the outflow of a weak solution from the nozzle 11 in the intake chamber 10 of the II stage also at a pressure P ₁ , the liquid jet of which entrains the vapor-liquid mixture, the latter exits a rotational motion at the outlet of the intake chamber 11 and moving along the diffuser 12, is mixed with it then the pressure in it at the outlet of the diffuser 12 rises from P ₂ ^” to P ₂ ^' . At the same time, in the diffuser 12 of the II stage, the vapor absorption of the low-boiling component is carried out with a weak solution, which is intensified by the swirling and mixing of the vapor-liquid flow, as a result of which the concentration of the low-boiling component in the vapor phase becomes lower and more in the liquid phase than at the outlet of the diffuser 12 I-th stage, (line bc on the diagram UX, Fig.3). Next, the vapor-liquid mixture enters the receiving chamber 10 of the III stage, in which processes similar to those that occurred in the II stage occur, as a result of which the pressure at the outlet of the diffuser 12 further increases from to P ₂ ^' to P ₂ , the concentration of low-boiling the component in the vapor phase becomes lower, and in the liquid phase, more than at the outlet of the diffuser 12 of the II stage (cd line in diagram UX, Fig. 3), after which the saturated vapor-liquid mixture through the opening 16 enters the condenser 3. Parallel to ejection and absorption processes and, occurring in all three stages of a multi-stage ejector 2, the absorption of heat of absorption is carried out from the surface by a stream of circulating cold water supplied from the inlet pipe 14 to the cooling jacket 9 and removed from it through the hole 15 into the annulus of the condenser 3. In the condenser 3, further cooling and condensation of the vapor-liquid mixture coming from the III stage of a multi-stage ejector 2 to the final formation of a strong solution with a pressure of P ₂ and a concentration of low-boiling component nta X _K , which flows into the pan, the removal of residual heat of absorption and condensation heat, perceived by the circulating water coming from the cooling jacket 9 and partially heated in it due to the heat of absorption in the multi-stage ejector 2, after which the hot circulating water is sent to the heat exchanger 7. A strong solution from the condenser tray 3 enters through the choke 4 into the evaporator 5, where it is throttled to the negative pressure P ₃ , as a result of which its boiling point decreases, the low-boiling component evaporates at n low temperature with the formation of steam entering the receiving chamber 10 of the I stage of a multi-stage ejector 2 and the formation of a weak solution with a concentration of low-boiling component X _N , as well as cooling the refrigerant, which is then sent to the consumer. From the pan of the evaporator 5, a weak solution enters the pump 6, after which, at a pressure of P ₁ is divided into 2 parts, and the cycle repeats. In this case, the circulating water cooled in the heat exchanger 7 is further cooled, for example, in a cooling tower (not shown in FIGS. 1-3).

Из описания работы мультиступенчатого эжектора 2 видно, что этот аппарат одновременно выполняет функции компрессора и струйного абсорбера. Из сравнения рабочей линии процесса абсорбции в одноступенчатом аппарате a-d^' с конечной Х_К ^' концентрацией легкокипящего компонента в растворе и суммарной рабочей линии процесса a-b-c-d с конечной Х_К концентрацией легкокипящего компонента в растворе в предлагаемом мультиступенчатом эжекторе 2, при равных начальных концентрациях Х_Н (диаграмма У-Х, фиг.3) следует, что конструкция последнего позволяет проводить процессы абсорбции ступенчато, что обеспечивает при одинаковых расходах абсорбента (раствора) большую степень поглощения легкокипящего компонента и таким образом снизить удельный расход абсорбента [Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971, с.492-495]. В то же время мультиступенчатый эжектор 2 обеспечивает большее повышение давления, чем одноступенчатый аппарат (P₂>Р₂ ^”). При этом, в результате использования тепла горячей оборотной воды, нагретой в конденсаторе 3, для подогрева слабого раствора в теплообменнике 7, предлагаемая АХММСЭ вырабатывает только холод без выработки низкопотенциального тепла, которому трудно найти потребителя, а затрата тепла в генераторе 1 в ней меньше, чем в известном устройстве.From the description of the multi-stage ejector 2, it can be seen that this device simultaneously performs the functions of a compressor and a jet absorber. From a comparison of the working line of the absorption process in a single-stage apparatus ad ^' with a final X _K ^' concentration of the low-boiling component in the solution and the total working line of the process abcd with the final X _K concentration of the low-boiling component in the solution in the proposed multi-stage ejector 2, with equal initial concentrations X _H (diagram UX, Fig. 3), the design of the latter allows the absorption processes to be carried out stepwise, which provides, at the same costs of the absorbent (solution), a large degree of absorption of low-boiling th component, and thus reduce the specific consumption of absorbent [Kasatkin AG Basic processes and apparatuses of chemical technology. - M .: Chemistry, 1971, p. 492-495]. At the same time, a multi-stage ejector 2 provides a greater increase in pressure than a single-stage device (P ₂ > P ₂ ^” ). Moreover, as a result of using the heat of hot circulating water heated in the condenser 3 to heat a weak solution in the heat exchanger 7, the proposed AHMMSE produces only cold without generating low potential heat, which is difficult to find a consumer, and the heat consumption in the generator 1 is less than in a known device.

Параметры АХММСЭ зависят от физико-химических свойств веществ, составляющих раствор, мощности и давления, развиваемого насосом 1 и числа ступеней в мультиступенчатом эжекторе 2. Оптимальное число ступеней находят из технико-экономического расчета.The parameters of the AHMMSE depend on the physicochemical properties of the substances that make up the solution, the power and pressure developed by the pump 1 and the number of stages in the multi-stage ejector 2. The optimal number of stages is found from the technical and economic calculation.

Таким образом, компоновка предлагаемой АХММСЭ и применение в ней мультиступенчатого эжектора обеспечивают повышение эффективности ее работы.Thus, the layout of the proposed AHMMSE and the use of a multi-stage ejector in it provide an increase in the efficiency of its operation.

Claims

An absorption refrigeration machine with a multi-stage ejector containing a closed circulation circuit in which a generator, an ejector with a receiving chamber, an absorber made in the form of a jet apparatus, a condenser, a choke, an evaporator, a pump, a heat exchanger, characterized in that the ejector and the jet absorber are made in the form of a multi-stage ejector, the casing of which is covered with a casing with the formation of a cavity, which is a cooling jacket, moreover, the multi-stage ejector consists of sequentially placed along the steam and interconnected n steps, each of which contains a receiving chamber, nozzle and diffuser, while the receiving chamber and nozzle of the 1st stage are connected by pipelines to the evaporator and generator, respectively, the generator, in turn, is connected to the heat exchanger and pump, receiving chambers of the second and subsequent stages are connected to diffusers of the previous stages, guide vanes are arranged inside them, the heat exchanger and nozzles of the second and subsequent stages are connected in parallel with the pump discharge pipe, the casing imykaet to the housing and provided with a condenser inlet, cooling jacket and the diffuser of the last stage are connected to the condenser through the openings in the wall of its housing and the cover, respectively.