PL239503B1

PL239503B1 - Adsorption refrigeration unit

Info

Publication number: PL239503B1
Application number: PL429758A
Authority: PL
Inventors: Edward Przydróżny; Wojciech Mazurek
Original assignee: Przed Wdrazania Postepu Organizacyjno Technicznego Promont Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2021-12-06
Also published as: PL429758A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest adsorpcyjny agregat chłodniczy, stosowany jako urządzenie pomocnicze dla urządzeń chłodniczych, w którym to zachodzą przemiany termodynamiczne z wykorzystaniem wymiennika ciepła z materiałem sorpcyjnym otaczającym rurki tego wymiennika.The subject of the invention is an adsorption chiller, used as an auxiliary device for refrigeration devices, in which thermodynamic changes take place with the use of a heat exchanger with sorption material surrounding the pipes of this exchanger.

Z powszechnej wiadomości znane są przemiany termiczne, a więc także metody postępowania dla zapewnienia ciągłego termicznego obiegu czynnika chłodzącego w urządzeniach chłodniczych. Przemiana taka jest konieczna, aby zapewnić w takich urządzeniach utrzymanie niskiej temperatury, co do zasady niezależnie od temperatury otoczenia, w którym urządzenie chłodnicze się znajduje.Thermal transformations are known from common knowledge, and thus also the methods of operation for ensuring a continuous thermal circulation of the cooling medium in refrigeration devices. This transformation is necessary to ensure that the temperature of such appliances is kept low, as a rule regardless of the ambient temperature in which the refrigeration appliance is located.

Przykładowo, z wynalazku polskiego o numerze Pat.226869 znany jest układ urządzeń do wytwarzania wody lodowej z wykorzystaniem ciepła przesyłanego sieciami ciepłowniczymi, zbudowany z sieci rurociągów, pomp oraz urządzeń chłodniczych adsorpcyjnych lub absorpcyjnych. Sieć ciepłownicza jest połączona systemem rurociągów z zespołem dopasowania ciśnienia, składającym się z reduktora ciśnienia oraz regulatora różnicy ciśnień, a następnie poprzez zawór regulacyjny z wymiennikiem ciepła, agregatem adsorpcyjnym lub absorpcyjnym, który układem instalacyjnym z wodą lodową połączony jest z systemem odbioru chłodu, zaś system wytwarzania chłodu, poprzez sieć rurociągów, łączy się z układem kontroli.For example, from the Polish invention No. 226869, there is known a system of devices for producing chilled water with the use of heat transmitted through district heating networks, built from a network of pipelines, pumps and adsorption or absorption cooling devices. The heating network is connected by a pipeline system with a pressure matching unit, consisting of a pressure reducer and a differential pressure controller, and then through a control valve with a heat exchanger, an adsorption or absorption unit, which is connected with the chilled water installation system to the cold receiving system, and the system generating cold, through a network of pipelines, is connected to the control system.

Z kolei rozwiązaniem technicznym termoelektrycznym jest chłodziarka termoelektryczna CampingGas IceTime TH36 (opisana w publikacji S. Filin. Termoelektryczne urządzenia chłodnicze. Masta, 2002, str. 150. rys. 9. 3). Zawiera ona komorę chłodniczą i umieszczony w pokrywie nieruchomy termoelektryczny agregat, który składa się z modułu, elementu przejściowego, dwóch wymienników ciepła - radiatorów i dwu wirnikowego wentylatora. Całość agregatu chroniona jest z obu stron korpusem z otworami do wejścia i wyjścia strumieni powietrza. Wentylator jest wyposażony w dwa wirniki po obu stronach silnika, które wymuszają ruch powietrza wzdłuż żeber radiatorów. Dzięki zastosowaniu tego rozwiązania, konstrukcja agregatu jest maksymalnie zwarta, lekka i zapewnia efektywną wymianę ciepła po obu stronach agregatu.On the other hand, the thermoelectric technical solution is the Thermoelectric Chiller CampingGas IceTime TH36 (described in the publication of S. Filin. Thermoelectric cooling devices. Masta, 2002, p. 150. Fig. 9. 3). It contains a cooling chamber and a fixed thermoelectric unit placed in the cover, which consists of a module, a transition element, two heat exchangers - heat sinks and a two-impeller fan. The whole unit is protected on both sides by a body with openings for the entry and exit of air streams. The fan is equipped with two rotors on both sides of the engine that force the air to move along the fins of the heat sinks. Thanks to this solution, the construction of the unit is as compact and light as possible and ensures effective heat exchange on both sides of the unit.

Z powszechnej wiadomości wiadomo także, że podstawowymi elementami wyposażenia agregatu adsorpcyjnego, powszechnie stosowanego w dużych instalacjach chłodniczych, są parowacz, skraplacz i złoże z materiałem sorpcyjnym. Adsorpcyjny agregat chłodniczy jest natomiast kluczowym elementem urządzeń chłodniczych, w którym z nisko temperaturowej energii cieplnej, najczęściej przy wykorzystaniu środowiska bliskiego próżni, produkowana jest energia chłodnicza - woda lodowa. Woda bowiem, krążąc w agregacie, poddawana jest przemianom termodynamicznym ze stanu ciekłego do gazowego i na odwrót, dzięki czemu pobiera się wytworzoną wodę lodową i przesyła ją do urządzeń chłodniczych celem zapewnienia ich chłodzenia. Po podłączeniu czynnika grzewczego, ochładzającego i odbiorników energii chłodniczej w adsorpcyjnym agregacie chłodniczym zachodzi termodynamiczny obieg chłodniczy. Polega on na przemianach fazowych wody zachodzących przy różnych ciśnieniach i temperaturach.It is also known from the common knowledge that the basic elements of the adsorption aggregate, commonly used in large refrigeration installations, are an evaporator, a condenser and a bed with sorption material. The adsorption chiller is, on the other hand, a key element of refrigeration equipment, in which cooling energy - chilled water - is produced from low-temperature thermal energy, most often using a near-vacuum environment. As the water circulating in the aggregate is subjected to thermodynamic transformations from liquid to gaseous state and vice versa, thanks to which the produced chilled water is taken and sent to cooling devices to ensure their cooling. After connecting the heating and cooling medium and cooling energy receivers, a thermodynamic cooling cycle takes place in the adsorption chiller. It consists in the phase changes of water occurring at different pressures and temperatures.

Termodynamiczny obieg chłodniczy polega na przemianach fazowych wody zachodzących przy różnych ciśnieniach i temperaturach. Przepływ pary wodnej i wody w obiegu termodynamicznym zachodzi w sposób naturalny, bez stosowania urządzeń mechanicznych, czyli pompy lub sprężarki, które potrzebne były w poprzednio przytoczonych, znanych rozwiązaniach. Przepływ pary wodnej przez złoże sorpcyjne agregatu w jednym kierunku, zaś przepływ wody w przeciwnym kierunku jako grawitacyjny spływ. Złoże sorpcyjne znajdujące się pomiędzy parowaczem a skraplaczem, pracuje jednak podczas przepływu czynnika w obu kierunkach, w dwóch cyklach: roboczym dla pary wodnej i regeneracyjnym przy skraplaniu.The thermodynamic cooling cycle is based on the phase changes of water occurring at different pressures and temperatures. The flow of water vapor and water in the thermodynamic cycle occurs naturally, without the use of mechanical devices, i.e. a pump or a compressor, which were needed in the previously mentioned known solutions. The flow of water vapor through the aggregate's sorption bed in one direction, and the flow of water in the opposite direction as a gravitational runoff. The sorption bed between the evaporator and the condenser, however, works during the flow of the medium in both directions, in two cycles: working for steam and regenerative for condensation.

Co do zasady, ideą złoża sorpcyjnego są przechodzące przez nie rury z krążącą cieczą - wodą traktowaną dwufunkcyjnie, ponieważ rury wraz ze złożem sorpcyjnym stanowią funkcyjnie wymiennik ciepła. Rury są ożebrowane tak, że jedno żebro ma styczność z wieloma rurami biegnącymi poziomo i równolegle, gdzie jednocześnie otworowanych żeber tak biegnących jest wiele i są one ułożone wtedy do siebie równolegle i jednocześnie prostopadle do biegnących przez otwory żeber rur. Wokół rur, pomiędzy żebrami zlokalizowany jest materiał sorpcyjny. Dzięki takiej konstrukcji i funkcjom wody, rur i żeber, wewnątrz rur naprzemiennie przepływa woda chłodząca w cyklu roboczym, a w cyklu regeneracji przepływa woda grzewcza, przy czym potrzebny jest do tego jeszcze parownik u dołu konstrukcji i skraplacz przyłączony w górnym jej fragmencie. Zasada działania takiej konstrukcji opiera się na chłodzeniu parownika poprzez odparowanie wody i adsorpcji pary wodnej w złożu silika-żelowym. Następnie złoże jest grzane i woda desorbuje ze złoża w postaci pary, która skrapla się w skraplaczu.As a rule, the idea of the sorption bed are pipes with a circulating liquid passing through them - water treated in a dual function, because the pipes together with the sorption bed function as a heat exchanger. The pipes are finned so that one fin is in contact with a plurality of horizontally and parallel pipes, where there are many simultaneously apertured ribs running in such a way and they are then arranged parallel to each other and at the same time perpendicular to the ribs of the pipes running through the openings. A sorption material is located around the pipes between the fins. Due to this design and the functions of the water, the pipes and the fins, cooling water alternates inside the pipes in the duty cycle and heating water in the regeneration cycle, an evaporator at the bottom of the structure and a condenser connected in the top section are also required for this. The principle of operation of such a structure is based on cooling the evaporator by water evaporation and adsorption of water vapor in a silica-gel bed. Then the bed is heated and the water desorbs from the bed in the form of vapor which condenses in the condenser.

PL 239 503 B1PL 239 503 B1

Skraplacz z parownikiem spięty jest rurociągiem, przez który woda powraca do parownika. Dla wyjaśnienia należy dodać, że do procesu desorpcji wymagane jest źródło ciepła o temperaturze co najmniej 60°C, a wymiennik składa się z wielu warstw rur ułożonych rzędowo, gdzie każdy rząd oddzielony jest od sąsiedniego dodatkowym materiałem sorpcyjnym, łączącym się w jedno złoże z tym silikażelem, który znajduje się pomiędzy rurami i pomiędzy płytowym ożebrowaniem rur, bądź rozdzielony jest na krótki dystans ażurową konstrukcją wsporczą przepuszczającą od bocznych stron wymiennika w jego głąb parę wodną wytwarzaną w parowniku. Poszczególne warstwy w wymienniku ze złożem sorpcyjnym rozdzielone są również warstwowo ułożoną, gęstą siatką, która przylega do zewnętrznych krawędzi żeber, dzięki czemu złoża silika-żelu utrzymują się w najbliższym otoczeniu ożebrowanych rur. Zatem zasadniczy przepływ pary wodnej do złoża sorpcyjnego jest przepływem poziomym pomiędzy rzędowo ułożonymi warstwami wymiennika. Przy procesie absorpcji, gdy złoże jest chłodzone wpływa do wymiennika od bocznej strony, poziomo, a przy procesie regeneracji także poziomo, tym razem wypływa spomiędzy warstw wymiennika, na skutek podgrzewania silika-żelu i uwalniania z niego wcześniej uwięzionej pary wodnej. Poziomy przepływ wydłuża drogę przepływu pary w obu trybach pracy. Taka konstrukcja wymiennika powoduje więc niestety opory przepływu oraz zjawisko wtórnej sorpcji i desorpcji wilgoci z pary wodnej na powierzchniach materiału sorpcyjnego przy zmiennych warunkach termicznych panujących w wymienniku. Nie zmienia tego także delikatne udoskonalenie konstrukcyjne, polegające na użyciu klejów w zamian za siatki, gdzie klej łączy granulat materiału sorpcyjnego między sobą oraz z rurami i ożebrowaniem wymiennika. Przepływ poziomy pary wodnej , w obu kierunkach, wywołuje straty ciśnienia przepływającej pary wodnej. Ponadto część materiału sorpcyjnego, najbardziej oddalona bądź zagłębiona, nie bierze rzeczywistego udziału w procesie sorpcji i desorpcji. Para wodna znikomo bowiem przepływa przez samo centrum złoża sorpcyjnego, w rozumieniu wnętrza złoża. Powoduje to pogorszenie właściwości sorpcyjnych przy jego ochładzaniu, czyli niekorzystny rozkład temperatury w części złoża , która to wzrasta wraz z oddalaniem się od rur wymiennika pracującego jako chłodnica. Powoduje to także pogorszenie dla trybu regeneracji, czyli niekorzystny rozkład temperatury, która to obniża się zdecydowanie wraz oddalaniem się od rur wymiennika pracującego jako nagrzewnica. Skutkuje to wydłużeniem cyklu pracy, a więc i obniżenie efektywności pracy złoża, czyli mocy chłodniczej. Ewentualne stosowanie kleju jedynie jeszcze wzmacnia negatywny efekt.The condenser with the evaporator is connected by a pipeline through which the water returns to the evaporator. For clarification, it should be added that a heat source with a temperature of at least 60 ° C is required for the desorption process, and the exchanger consists of many layers of pipes arranged in rows, where each row is separated from the adjacent one by an additional sorption material that connects to one bed with this silica gel, which is located between the pipes and between the plate fins of the pipes, or is separated for a short distance by an openwork support structure that allows the water vapor generated in the evaporator from the side sides of the exchanger to pass through it. The individual layers in the exchanger with a sorption bed are also separated by a layered, dense mesh that adheres to the outer edges of the ribs, thanks to which the silica-gel beds are kept in the immediate vicinity of the finned pipes. Thus, the principal flow of water vapor to the sorption bed is a horizontal flow between the sequentially arranged layers of the exchanger. In the absorption process, when the bed is cooled, it flows into the exchanger from the side, horizontally, and during the regeneration process also horizontally, this time it flows out between the layers of the exchanger, as a result of heating the silica-gel and releasing previously trapped water vapor from it. The horizontal flow extends the steam flow path in both operating modes. Such a structure of the exchanger, unfortunately, causes flow resistance and the phenomenon of secondary sorption and desorption of moisture from water vapor on the surfaces of the sorption material under changing thermal conditions in the exchanger. It is also not changed by a slight structural improvement, consisting in the use of adhesives instead of nets, where the adhesive connects the granules of sorption material to each other and to the pipes and fins of the exchanger. The horizontal flow of water vapor, in both directions, causes pressure losses of the flowing water vapor. Moreover, the part of the sorption material, the most distant or recessed, does not actually participate in the sorption and desorption process. The water vapor flows negligibly through the very center of the sorption bed, in the sense of the interior of the bed. This causes a deterioration of the sorption properties during its cooling, i.e. an unfavorable temperature distribution in the part of the bed, which increases with the distance from the exchanger pipes operating as a cooler. It also causes a deterioration in the regeneration mode, i.e. an unfavorable temperature distribution, which decreases significantly with the distance from the pipes of the exchanger operating as a heater. This results in an extension of the working cycle, and thus a reduction in the efficiency of the bed's operation, i.e. cooling power. Possible use of glue only strengthens the negative effect.

Mając na uwadze wyżej przedstawione uwarunkowania techniczne, a więc i mankamenty istniejących konstrukcji, wydaje się, że nie jest możliwe zniwelowanie istniejących niedogodności. Okazuje się jednak, że przy zmianie konstrukcyjnej, jak w wynalazku, jest możliwe wyeliminowanie ich, przy jednoczesnym spełnieniu celu, którym jest zwiększenie efektywności złoża przy jednoczesnym zapewnieniu polepszonej cyrkulacji pary wodnej w wymienniku ciepła agregatu chłodniczego, dla obu trybów pracy, sorpcji i desorpcji. To z kolei przekłada się na zwiększenie szybkości przepływu pary wodnej przez złoże sorpcyjne, a więc na skrócenie czasu cyklu termodynamicznego. Celem dodatkowym jest także ograniczenie zjawiska wtórnej sorpcji i wtórnej desorpcji w cyklach termodynamicznej przemiany.Considering the above technical conditions, and therefore also the shortcomings of the existing structures, it seems that it is not possible to overcome the existing disadvantages. It turns out, however, that with a structural change, as in the invention, it is possible to eliminate them, while meeting the goal of increasing the efficiency of the bed while ensuring an improved circulation of water vapor in the heat exchanger of the chiller, for both sorption and desorption modes of operation. This, in turn, translates into an increase in the water vapor flow rate through the sorption bed, thus shortening the thermodynamic cycle time. An additional goal is also to limit the phenomena of secondary sorption and secondary desorption in thermodynamic transformation cycles.

Adsorpcyjny agregat chłodniczy, według wynalazku stosowany jest jako konstrukcja z wymiennikiem ciepła, dla urządzeń chłodniczych, przy czym konstrukcja wykorzystywana jest dla zachodzenia w niej przemian termodynamicznych wody. Konstrukcja zawiera szczelną komorę i umieszczony w niej nieruchomy wymiennik ciepła w postaci co najmniej dwóch warstw rzędowo w poziomie umieszczonych rur miedzianych podłączonych do kolektora, korzystnie wyposażonych w radiatory, oraz zasilanych zamiennie ze źródła ciepła o temperaturze co najmniej 60°C i z wieży chłodniczej o temperaturze mniejszej niż 30°C, odpowiednio dla trybu desorpcji i trybu sorpcji. Rury z ewentualnymi radiatorami otoczone są złożem sorpcyjnym z silika-żelu. Szczelna komora połączona jest od dołu przez co najmniej jeden zawór z parowaczem, a od góry przez co najmniej jeden zawór ze skraplaczem, przy czym wymiennik rurowy parowacza zasilany jest wodą lodową, a wymiennik rurowy skraplacza zasilany jest ciepłem o temperaturze mniejszej niż 30°C z wieży chłodniczej. Skraplacz połączony jest spustem rurowym z parowaczem, a warstwy rzędowo umieszczonych rur wymiennika są oddzielone na krótki dystans ażurową konstrukcją wsporczą przepuszczającą od bocznych stron wymiennika, w jego głąb i na powrót, parę wodną. Adsorpcyjny agregat chłodniczy charakteryzuje się tym, że każda rura miedziana, w każdej warstwie rur miedzianych wymiennika ciepła, posiada swe własne złoże sorpcyjne, oddzielone od innych złóż sorpcyjnych przynależnych do pozostałych rur wymiennika z osobna, niepołączone z żadnym innym złożem sorpcyjnym. Każde złoże sorpcyjne jest otoczone gęstą siatką ograniczającą, gdzie siatka wsparta jest na ażurowej konstrukcjiThe adsorption chiller according to the invention is used as a structure with a heat exchanger for cooling devices, the structure being used for thermodynamic changes of water in it. The structure includes a sealed chamber and a stationary heat exchanger placed in it in the form of at least two layers of horizontally arranged copper pipes connected to the collector, preferably equipped with heat sinks, and supplied alternately from a heat source with a temperature of at least 60 ° C and a cooling tower with a temperature of less than 30 ° C for the desorption mode and the sorption mode, respectively. The pipes with possible heat sinks are surrounded by a silica-gel sorption bed. A sealed chamber is connected from the bottom by at least one valve to the evaporator, and from the top by at least one valve to the condenser, the evaporator tube exchanger is supplied with chilled water, and the condenser tube exchanger is supplied with heat with a temperature lower than 30 ° C with cooling tower. The condenser is connected to the evaporator with a pipe drain, and the layers of the exchanger pipes in rows are separated for a short distance by an openwork support structure that allows water vapor to pass from the side sides of the exchanger, into its depth and back. The adsorption chiller is characterized by the fact that each copper pipe, in each layer of copper pipes of the heat exchanger, has its own sorption bed, separated from other sorption beds belonging to the other pipes of the exchanger separately, not connected to any other sorption bed. Each sorption bed is surrounded by a dense boundary mesh, where the mesh is supported on an openwork structure

PL 239 503 B1 wsporczej, która to rozdziela warstwy złóż ułożone jedna nad drugą, natomiast siatki ograniczające zawierające złoża sorpcyjne, a w złożach sorpcyjnych rury miedziane, ułożone w jednej warstwie w poziomie, są rozdzielone pustką.The boundary grids containing the sorption beds, and in the sorption beds, the copper pipes arranged horizontally in one layer, are separated by a void.

Adsorpcyjny agregat chłodniczy korzystnie zamontowany jest w korpusie, korzystnie szczelnym.The adsorption chiller is preferably mounted in a body, preferably sealed.

Korzystnie skraplacz wyposażony jest w wannę skroplin.Preferably, the condenser is equipped with a condensate tray.

Korzystnie parowacz posiada pompę obiegu wody połączoną ze zraszaczami wymiennika rurowego parowacza.Preferably, the evaporator has a water circulation pump connected to the sprinklers of the evaporator tubular exchanger.

Korzystnie kolektor biegnący prostopadle do warstw wymiennika, łączy rury ułożone jedna nad drugą należące do innych warstw wymiennika.Preferably, a collector running perpendicular to the exchanger layers connects the pipes arranged one above the other and belonging to other layers of the exchanger.

Korzystnie kolektor biegnący równolegle do warstw wymiennika, łączy rury ułożone jedna obok drugiej należące do jednej warstwy wymiennika.Preferably, a collector running parallel to the exchanger layers connects side by side pipes belonging to one exchanger layer.

Korzystnie kolektor biegnący krzyżowo do warstw wymiennika, łączy rury ułożone w sąsiadujących warstwach wymiennika.Preferably, a collector that crosses the exchanger layers connects the pipes arranged in the adjacent layers of the exchanger.

Korzystnie rury miedziane wraz ze swymi złożami sorpcyjnymi ułożone w jednej warstwie są przesunięte w osi pionowej względem rur miedzianych ze złożami sorpcyjnymi ułożonych w sąsiadującej warstwie.Preferably, the copper pipes with their sorption beds arranged in one layer are shifted in the vertical axis with respect to the copper pipes with sorption beds arranged in the adjacent layer.

Korzy śmie przynajmniej dwie siatki ograniczające, jednej warstwy wymiennika, są połączone ze sobą.Advantageously, at least two boundary meshes of one exchanger layer are connected to each other.

Korzystnie siatka ograniczająca złoże sorpcyjne, które jest dzięki niej uformowane, ma obwiedniowo wokół rury miedzianej kształt wielokąta albo koła albo elipsy.Preferably, the mesh delimiting the sorption bed formed therewith has the shape of a polygon, circle or ellipse around the copper tube.

Korzystnie radiatory rury miedzianej mają kształt figury płaskiej w rodzaju wielokąta, korzystnie foremnego albo elipsy albo koła.Preferably, the heat sinks of the copper tube have the shape of a flat figure in the form of a polygon, preferably regular, or an ellipse or a circle.

Korzystnie komorę wymiennika od złóż sorpcyjnych wymiennika oddziela odstęp pustki.Preferably, the exchanger chamber is separated from the exchanger sorption beds by a void distance.

Rozwiązanie przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny przez wymiennik bez kolektorów, z wypełnieniem silika-żelowym otaczającym rury miedziane wymiennika, przy czym złoża sorpcyjne ograniczone są każdorazowo siatką ograniczającą i rozdzielone odpowiednio pustką w poziomie i siatką nośną w pionie, Fig. 2 przedstawia schematycznie wymiennik od bocznej strony z zaznaczonym cieniem kolektorów, z przykładu pierwszego, Fig. 3 przedstawia schematycznie wymiennik od bocznej strony z zaznaczonym cieniem kolektorów, z przykładu drugiego, Fig. 4 przedstawia schematycznie wymiennik od bocznej strony z zaznaczonym cieniem kolektorów, z przykładu trzeciego, Fig. 5 przedstawia schemat ideowy chłodniczego agregatu adsorpcyjnego w cyklu chłodzenia wody lodowej i adsorpcji pary wodnej do złoża z ukazaniem pracy zaworów, a Fig. 6 przedstawia schemat ideowy chłodniczego agregatu adsorpcyjnego w cyklu regeneracji złoża, czyli desorpcji pary wodnej ze złoża z ukazaniem pracy zaworów.The solution is shown in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a cross-section through the exchanger without collectors, with a silica-gel filling surrounding the exchanger's copper pipes, the sorption beds each being delimited by a delimiting mesh and separated, respectively, by a horizontal void and a supporting mesh in the exchanger. vertically, Fig. 2 schematically shows the exchanger from the side with the shadow of the collectors marked, from the first example, Fig. 3 schematically shows the exchanger from the side with the shadow of the collectors marked, from the second example, Fig. 4 schematically shows the exchanger from the side with the shadow marked collectors, from the third example, Fig. 5 shows a schematic diagram of an adsorption cooling aggregate in the cycle of chilled water cooling and adsorption of water vapor to the bed, showing the operation of the valves, and Fig. 6 shows a schematic diagram of the adsorption cooling aggregate in the bed regeneration cycle, i.e. water vapor desorption with beds showing the operation of the valves.

P r z y k ł a d pierwszyFirst example

Przykładowy adsorpcyjny agregat chłodniczy 1, stosowany jest jako konstrukcja z wymiennikiem 4 ciepła , dla urządzeń chłodniczych, przy czym konstrukcja wykorzystywana jest dla zachodzenia w niej przemian termodynamicznych wody. Konstrukcja zawiera szczelną komorę 3 i umieszczony w niej nieruchomy wymiennik 4 ciepła w postaci pięciu warstw 5 rzędowo w poziomie umieszczonych rur 6 miedzianych podłączonych do kolektora 7, wyposażonych w radiatory 8, oraz zasilanych zamiennie ze źródła ciepła o temperaturze co najmniej 60°C, tym razem 70°C i z wieży chłodniczej o temperaturze mniejszej niż 30°C, tym razem 28°C, odpowiednio dla trybu desorpcji i trybu sorpcji. Rury 6 z radiatorami 8 otoczone są złożem sorpcyjnym 18 z silika-żelu. Szczelna komora 3 połączona jest od dołu przez dwa zawory 10’ z parowaczem 11, a od góry przez dwa zawory 10” ze skraplaczem 12, przy czym wymiennik rurowy 13 parowacza 11 zasilany jest wodą lodową, a wymiennik rurowy 14 skraplacza 12 zasilany jest ciepłem o temperaturze mniejszej niż 30°C z wieży chłodniczej, tym razem 28°C. Skraplacz 12 połączony jest spustem rurowym 15 z parowaczem 11 poprzez swoją wannę skroplin 16, w którą jest u dołu wyposażony, a warstwy 5 rzędowo umieszczonych rur 6 wymiennika 4 są oddzielone na krótki dystans ażurową konstrukcją wsporczą 17 przepuszczającą od bocznych stron wymiennika 4, w jego głąb i na powrót, parę wodną, przy czym ażurowa konstrukcja wsporcza 17 jest tym razem wytrzymałą grubą siatką nośną 17’ o dużych oczkach. Każda rura 6 miedziana, w każdej warstwie 5 rur 6 miedzianych wymiennika 4 ciepła, posiada swe własne złoże sorpcyjne 18, oddzielone od innych złóż sorpcyjnych 18 przynależnych do pozostałych rur 6 wymiennika 4 z osobna, niepołączone z żadnym innym złożem sorpcyjnym. Każde złoże sorpcyjne 18 jest otoczone gęstą siatką ograniczającą 19, gdzie siatka ograniczająca 19 wsparta jest na ażurowej konstrukcji wsporczej 17, czyli siatce nośnej 17’, która to rozdziela warstwy 5 złóż 18 ułożone jedna nad drugą.An exemplary adsorption chiller 1 is used as a structure with a heat exchanger 4 for refrigeration appliances, the structure being used for thermodynamic transformations of water therein. The structure includes a sealed chamber 3 and a stationary heat exchanger 4 placed in it in the form of five layers 5 horizontally arranged copper pipes 6 connected to the collector 7, equipped with heat sinks 8, and supplied alternately from a heat source with a temperature of at least 60 ° C, this 70 ° C in total and from a cooling tower having a temperature less than 30 ° C, this time 28 ° C, for the desorption mode and the sorption mode, respectively. The tubes 6 with heat sinks 8 are surrounded by a silica-gel sorption bed 18. The sealed chamber 3 is connected from the bottom by two valves 10 'to the evaporator 11, and from the top by two valves 10 "to the condenser 12, the tube exchanger 13 of the evaporator 11 is supplied with chilled water, and the tube exchanger 14 of the condenser 12 is supplied with heat by temperature less than 30 ° C from the cooling tower, this time 28 ° C. The condenser 12 is connected by a tubular drain 15 to the evaporator 11 through its condensate tray 16 with which it is equipped at the bottom, and the layers of 5 rows of pipes 6 of the exchanger 4 are separated for a short distance by an openwork supporting structure 17 from the side sides of the exchanger 4, depth and back, with steam, the openwork support structure 17 this time being a heavy-duty large mesh 17 'with large meshes. Each copper tube 6, in each layer 5 of copper tubes 6 of the heat exchanger 4, has its own sorption bed 18, separated from other sorption beds 18 belonging to the other tubes 6 of the exchanger 4 separately, not connected to any other sorption bed. Each sorption bed 18 is surrounded by a dense boundary mesh 19, where the boundary mesh 19 rests on an openwork support structure 17, i.e. a support mesh 17 ', which separates layers 5 of beds 18 stacked on top of each other.

PL 239 503 B1PL 239 503 B1

Siatki ograniczające 19 zawierające złoża sorpcyjne 18, a w złożach sorpcyjnych 18 rury 6 miedziane, ułożone w jednej warstwie 5 w poziomie, są rozdzielone pustką 20.The boundary nets 19 containing sorption beds 18, and in the sorption beds 18, copper pipes 6, arranged in one layer 5 horizontally, are separated by a void 20.

Adsorpcyjny agregat chłodniczy 1 zamontowany jest w szczelnym korpusie 21. Parowacz 11 posiada pompę 22 obiegu wody połączoną ze zraszaczami 23 wymiennika rurowego 13 parowacza 11. Kolektor 7 biegnący prostopadle do warstw 5 wymiennika 4, łączy rury 6 ułożone jedna nad drugą należące do innych warstw 5 wymiennika 4, przy czym warstw 5 wymiennika 4 jest pięć, a w każdej jest siedem rur 6 ze złożami sorpcyjnymi 18. Przynajmniej dwie siatki ograniczające 19, jednej warstwy 5 wymiennika 4, są połączone ze sobą, tym razem są połączone wszystkie siatki ograniczające 19 w jednej warstwie 5 wymiennika 4. Siatka ograniczająca 19 złoże sorpcyjne 18, które jest dzięki niej uformowane, ma obwiedniowo wokół rury 6 miedzianej kształt wielokąta, tym razem prostokąta. Radiatory 8 rury 6 miedzianej mają kształt figury płaskiej w rodzaju wielokąta foremnego, tym razem kwadratu. Komorę 3 wymiennika 4 od złóż sorpcyjnych 18 wymiennika 4 oddziela odstęp pustki 20.The adsorption cooling unit 1 is mounted in a sealed body 21. The evaporator 11 has a water circulation pump 22 connected to the sprinklers 23 of the tube exchanger 13 of the evaporator 11. A collector 7 running perpendicular to the layers 5 of the exchanger 4, connects the pipes 6 arranged one above the other belonging to other layers 5 of the exchanger 4, where the layers 5 of the exchanger 4 are five, and in each there are seven pipes 6 with sorption beds 18. At least two boundary meshes 19 of one layer 5 of the exchanger 4 are connected to each other, this time all boundary meshes 19 are connected in one layer 5 of the exchanger 4. The mesh 19 bounding the sorption bed 18 which is formed therewith has the shape of a polygon, this time a rectangle, around the copper tube 6. The heat sinks 8 of the copper tube 6 have the shape of a flat figure in the form of a regular polygon, this time a square. The chamber 3 of the exchanger 4 is separated from the sorption beds 18 of the exchanger 4 by a void distance 20.

P r z y k ł a d drugiSecond example

Jak w przykładzie pierwszym z następującymi różnicami.As in the first example with the following differences.

Kolektor 7 biegnący równolegle do warstw 5 wymiennika 4, łączy rury 6 ułożone jedna obok drugiej należące do jednej warstwy 5 wymiennika 4, przy czym warstw 5 wymiennika 4 jest sześć, a w każdej jest siedem rur 6 ze złożami sorpcyjnymi 18. Siatka ograniczająca 19 złoże sorpcyjne 18, które jest dzięki niej uformowane, ma obwiedniowo wokół rury 6 miedzianej kształt koła. Radiatory 8 rury 6 miedzianej mają kształt figury płaskiej, także koła. Rury 6 miedziane wraz ze swymi złożami sorpcyjnymi 18 ułożone w jednej warstwie 5 są przesunięte w osi pionowej względem rur 6 miedzianych ze złożami sorpcyjnymi 18 ułożonych w sąsiadującej warstwie 5.The collector 7, running parallel to the layers 5 of the exchanger 4, connects the pipes 6 arranged next to each other belonging to one layer 5 of the exchanger 4, the layers 5 of the exchanger 4 are six, and each has seven pipes 6 with sorption beds 18. The mesh 19 is a sorption bed 18 which is formed therewith has the shape of a circle around the copper tube 6. The heat sinks 8 of the copper tube 6 have the shape of a flat figure, also circular. Copper pipes 6 with their sorption beds 18 arranged in one layer 5 are shifted in the vertical axis in relation to the copper pipes 6 with sorption beds 18 arranged in the adjacent layer 5.

P r z y k ł a d trzeciThe third example

Jak w przykładzie drugim z następującymi różnicami.As in the second example with the following differences.

Kolektor 7 biegnący krzyżowo do warstw 5 wymiennika 4, łączy rury 6 ułożone w sąsiadujących warstwach 5 wymiennika 4. Siatka ograniczająca 19 złoże sorpcyjne 18, które jest dzięki niej uformowane, ma obwiedniowo wokół rury 6 miedzianej kształt prostokąta. Radiatory 8 rury 6 miedzianej mają kształt figury płaskiej w rodzaju elipsy.The collector 7 crosswise extends to the layers 5 of the exchanger 4, connects the pipes 6 arranged in the adjacent layers 5 of the exchanger 4. The mesh 19 bounding the sorption bed 18 which is formed by it has a rectangular shape around the copper tube 6. The heat sinks 8 of the copper tube 6 have the shape of an ellipse-like flat figure.

Dla wszystkich przykładów poprawne są ideowe schematy działania agregatu, z Fig. 5 i z Fig.6., a mianowicie:For all the examples, the schematic diagrams of operation of the aggregate in Fig. 5 and Fig. 6 are correct, namely:

- dla trybu ochładzania wody lodowej (Fig. 5): do wymiennika 4 rurowego znajdującego się w parowaczu 11 dopływa z odbiorników chłodu woda lodowa o temperaturze 15°C, która jest w tym wymienniku 4 ochładzana do 8°C. Ochładzanie jej zachodzi przez kontakt powierzchni zewnętrznej wymiennika rurowego 13 z wodą roboczą znajdującą się na dnie parowacza 11. Cały wymiennik rurowy 13 zainstalowany w parowaczu 11 zraszany jest wodą roboczą przez układ zraszający, czyli pompę 22 i zraszacz 23. W parowaczu 11 utrzymywane jest ciśnienie od 700 Pa do 750 Pa, przy którym temperatura wrzenia wody wynosi od 5°C do 6°C. Zatem w parowaczu 11 następuje odparowanie wody roboczej, która przez otwarte zawory 10’ napływa do wymiennika 4 w komorze 3, gdzie wymiennik 4 to warstwowo ułożone złoża sorpcyjne 18 otaczające poszczególne rury 6 miedziane kolejnych instalacji. Materiał sorpcyjny adsorbuje (pochłaniana) parę wytworzona z wody roboczej. Temu procesowi towarzyszy wydzielanie się ciepła w złożach sorpcyjnych 18, które to usuwane jest ze złoża 18 przez wodę doprowadzaną z wieży chłodniczej do rur 6 miedzianych wymiennika 4 komory 3. Po nasyceniu złóż sorpcyjnych 18 parą wodną następuje zamknięcie zaworów 10’ pomiędzy parowaczem 11 a komorą 3 i zamknięcie przepływu wody chłodzącej wymiennik 4 komory 3. Po tych czynnościach następuje proces regeneracji złóż 18.- for the chilled water cooling mode (Fig. 5): chilled water with a temperature of 15 ° C flows into the tube exchanger 4 located in the evaporator 11 from cooling receivers, which is cooled down to 8 ° C in this exchanger 4. It is cooled by the contact of the outer surface of the tube exchanger 13 with the working water at the bottom of the evaporator 11. The entire tube exchanger 13 installed in the evaporator 11 is sprinkled with working water through the sprinkler system, i.e. the pump 22 and the sprinkler 23. The pressure is maintained in the evaporator 11 from 700 Pa to 750 Pa, at which the boiling point of water is from 5 ° C to 6 ° C. Thus, in the evaporator 11, the working water is evaporated, which flows through the open valves 10 'to the exchanger 4 in the chamber 3, where the exchanger 4 is layered sorption beds 18 surrounding individual copper pipes 6 of subsequent installations. The sorption material adsorbs (absorbed) the steam generated from the working water. This process is accompanied by the release of heat in the sorption beds 18, which is removed from the bed 18 by the water supplied from the cooling tower to the copper pipes 6 of the exchanger 4 chamber 3. After saturation of the sorption beds 18 with water vapor, the valves 10 'between the evaporator 11 and the chamber are closed. 3 and closing the flow of cooling water to the exchanger 4, chamber 3. These activities are followed by the regeneration of the deposits 18.

- dla trybu regeneracji złoża (Fig. 6): rury 6 wymiennika 4 w komorze 3 zasilane są wodą ciepłą powodując podgrzewanie złóż sorpcyjnych 18 otaczających rury 6 miedziane. Ze złóż 18 następuje desorpcja pary wodnej, która uwolniona poprzez otwarte zawory 10” pomiędzy wymiennikiem 4 komory 3 a skraplaczem 12 - przepływa do skraplacza 12. W skraplaczu 12 panuje ciśnienie 7500 Pa, a na powierzchniach wymiennika rurowego 14 skraplacza 12 następuje kondensacja napływającej pary wodnej, która spływa ze skraplacza 12 poprzez wannę s kroplin 16 i spust rurowy 15 do parowacza 11. Wymiennik rurowy 14 w skraplaczu 12 zasilany jest wodą dost arczaną z wieży chłodniczej. Po osuszeniu złóż sorpcyjnych 18 wymiennika 4 w komo- for the bed regeneration mode (Fig. 6): the pipes 6 of the exchanger 4 in the chamber 3 are supplied with hot water, causing heating of the sorption beds 18 surrounding the copper pipes 6. From the beds 18, water vapor is desorbed, which is released through the open 10 "valves between the exchanger 4 of the chamber 3 and the condenser 12 - it flows to the condenser 12. The pressure of the condenser 12 is 7500 Pa, and on the surfaces of the tube exchanger 14 of the condenser 12, the incoming water vapor condenses which drains from the condenser 12 through the drip pan 16 and the tubular drain 15 to the evaporator 11. The tubular exchanger 14 in the condenser 12 is fed with water supplied from the cooling tower. After drying the sorption beds 18 of the exchanger 4 in the chamber

PL 239 503 B1 rze 3, następuje zamknięcie zaworów 10” i zamknięcie zasilania rur 6 miedzianych tego wymiennika 4 czynnikiem grzewczym.In line 3, the valves 10 "are closed and the supply of copper pipes 6 to this exchanger 4 with the heating medium is closed.

Agregat jest przygotowany do ponownego rozpoczęcia trybu ochładzania wody lodowej (Fig. 5).The chiller is ready to restart Chilled Water Cooling mode (Fig. 5).

Najlepsze efekty działania mogą być uzyskiwane dla układu co najmniej dwóch agregatów adsorpcyjnych 1, które parami ustawione są w odmiennych trybach działania, czyli jeden pracuje w trybie ochładzania wody lodowej, a drugi w trybie regeneracji, przy czym odpowiednio przełączane są systemem sterowania poszczególne obwody zasilania obiegiem wodnym i odpowiednio przeciwsobnie regulowane są wspomniane zawory 10’, 10” pomiędzy wymiennikiem 4 komory 3, a parowaczem 11 i skraplaczem 12.The best effects of operation can be obtained for a system of at least two adsorption units 1, which in pairs are set in different operating modes, i.e. one works in the chilled water cooling mode, and the other in the regeneration mode, whereby the control system is properly switched over the individual circuits supplying the circulation the said valves 10 ', 10 "between the exchanger 4 of the chamber 3, and the evaporator 11 and the condenser 12, are respectively regulated in water and counter-pressurized.

Zaletą rozwiązania jest znaczne ograniczenie ilości używanego silik-żelu, jako złoża sorpcyjnego 18, przy zachowaniu podwyższonych parametrów pracy urządzenia, co wydaje się sprzecznym założeniem, jednak okazało się możliwe do spełnienia.The advantage of the solution is a significant reduction in the amount of silicone-gel used as the sorption bed 18, while maintaining increased parameters of the device operation, which seems to be a contradictory assumption, but it turned out to be feasible.

Dzięki nowej konstrukcji wymiennika 4 pojawiła się uwolniona przestrzeń dostępu do każdej z rur 6 wymiennika 4 z osobna, zasadniczo od każdej strony bocznej oraz w prostopadłym do tego biegu pary wodnej kierunku, czyli przede wszystkim od dołu w górę dla sorpcji, a także również z dołu do góry dla desorpcji, przy czym spływ skroplonej pary wodnej ze skraplacza 12 do parowacza 11 zachodzi dodatkowym obiegiem, które wyposażone jest w zamknięcie wodne oddzielające skraplacz 12 od parowacza 11.Due to the new design of the exchanger 4, there is a free access space to each of the tubes 6 of the exchanger 4 separately, essentially from each side side and in the direction perpendicular to this course of the steam, i.e. primarily from the bottom upwards for sorption, and also from below. upwards for desorption, the flow of the condensed steam from the condenser 12 to the evaporator 11 through an additional circuit which is provided with a water seal separating the condenser 12 from the evaporator 11.

Dzięki zastosowaniu wynalazku uzyskano:Thanks to the use of the invention, the following has been achieved:

- ograniczenie zjawiska wtórnej adsorpcji,- limiting the phenomenon of secondary adsorption,

- ograniczenie oporów przepływu pary wodnej przez złoże w obu cyklach jego pracy,- limiting the water vapor flow resistance through the bed in both cycles of its operation,

- zwiększenie strumienia przepływu pary wodnej,- increasing the flow of water vapor,

- zmniejszenie ilości zastosowanego materiału sorpcyjnego,- reducing the amount of sorption material used,

- zwiększoną moc chłodniczą z jednostkowej masy złoża sorpcyjnego,- increased cooling capacity from the unit mass of the sorption bed,

- podwyższoną sprawność,- increased efficiency,

- mniejsze zużycie prądu przy uzyskaniu takiej siwej wydajności chłodniczej,- lower power consumption while achieving such gray cooling performance,

- zwiększoną ilość pary wodnej w urządzeniu,- increased amount of water vapor in the device,

- zwiększenie objętości dla przepływu pary wodnej przez wymiennik,- increasing the volume for the flow of water vapor through the exchanger,

- zwiększenie rzeczywistej powierzchni czynnej złoża dla działania pary wodnej.- increasing the effective active area of the bed for the operation of water vapor.

Claims

1. An adsorption chiller, used as a structure with a heat exchanger, for refrigeration equipment, used for thermodynamic changes in water, containing a sealed chamber and a stationary heat exchanger placed in it in the form of at least two horizontally arranged layers of copper pipes connected to collector, preferably equipped with heat sinks, where the copper pipes are also connected to the heat source and the cooling tower for the desorption mode and the sorption mode, respectively, the pipes with possible heat sinks are surrounded by a silica-gel sorption bed, and the sealed chamber is connected at the bottom by at least one valve with an evaporator, and from the top through at least one valve with a condenser, the evaporator having its tubular exchanger, and the condenser having its tubular exchanger, where the condenser is connected to the evaporator via a tubular drain, and the layers of the exchanger tubes in rows are separated by a short openwork distance k a supporting structure, characterized in that each copper pipe (6), in each layer (5) of the copper pipes (6) of the heat exchanger (4), has its own sorption bed (18), separated from other sorption beds (18) belonging to the remaining pipes (6) of the exchanger (4) separately, not connected to any other sorption bed, each sorption bed (18) surrounded by a dense bounding mesh (19), where the restricting mesh (19) rests on an openwork supporting structure (17) ), which separates the layers of the beds (18) arranged one above the other, while the boundary grids (19) containing sorption beds (18), and in the sorption beds (18), copper pipes (6) arranged in one layer (5) horizontally, they are separated by a void (20).

2. The adsorption refrigeration unit according to claim 1, 3. The device as claimed in claim 1, characterized in that it is mounted in a preferably sealed body (21).

PL 239 503 B1

3. The adsorption chiller according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that the condenser (12) is provided with a condensate tray (16).

4. The adsorption chiller according to claim 1, Device according to claim 1, characterized in that the evaporator (11) has a water circulation pump (22) connected to the sprinklers (23) of the tube exchanger (13) of the evaporator (11).

5. The adsorption refrigeration unit according to claim 1, The collector as claimed in claim 1, characterized in that a collector (7) extending perpendicular to the layers (5) of the exchanger (4) connects pipes (6) arranged one above the other belonging to other layers (5) of the exchanger (4).

6. An adsorption refrigeration unit according to claim 1; The collector as claimed in claim 1, characterized in that a collector (7) running parallel to the layers (5) of the exchanger (4) connects pipes (6) arranged next to each other belonging to one layer (5) of the exchanger (4).

7. The adsorption refrigeration unit according to claim A collector (7) that crosses the layers (5) of the exchanger (4) connects pipes (6) arranged in adjacent layers (5) of the exchanger (4).

8. An adsorption refrigeration unit according to claim 1. The method of claim 1, characterized in that the copper pipes (6) with their sorption beds (18) arranged in one layer (5) are shifted in the vertical axis with respect to the copper pipes (6) with sorption beds (18) arranged in the adjacent layer (5) .

9. The adsorption refrigeration unit according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that at least two bounding screens (14) of one layer (5) of the exchanger (4) are connected to each other.

10. An adsorption refrigeration unit according to claim 1. The method of claim 1, characterized in that the grating (19) that forms the sorption bed (18) that is formed therewith has the shape of a polygon, circle or ellipse around the copper tube (6).

11. An adsorption chiller according to claim 1. The method of claim 1, characterized in that the heat sinks (8) of the copper tube (6) have the shape of a flat figure in the form of a polygon, preferably regular, or an ellipse or a circle.

12. An adsorption refrigeration unit according to claim 1. The process of claim 1, characterized in that the chamber (3) of the exchanger (4) is separated from the sorption beds (18) of the exchanger (4) by a gap between the void (20).