SI23273A - Rezidenčna termalno solarna hladilna naprava - Google Patents

Abstract

Rezidenčna termalno solarna hladilna naprava rešuje problem kompaktne izvedbe, enostavne izdelave sestavnih elementov in preproste montaže absorpcijske hladilne naprave manjše hladilne moči (do 10 kW), ki bi se uporabljala za potrebe hlajenja in klimatizacije manjših objektov s pomočjo solarne termalne energije. Gre namreč za napravo z enojnim učinkom delovanja in hladilnim parom LiBr-voda, kar omogoča obratovanje pri nizki temperaturi generacije oziroma implementacijo ploščatih sprejemnikov sončne energije. Naprava je osno simetrična v obliki valja z izbočenim pokrovom (5) in vbočenim dnom (8), ki ima tesnenje ohišja izvedeno zgolj na stiku izbočenega pokrova (5) in plašča (7) ter na stiku plašča (7) in dna (8) naprave. Zaradi vodnega hlajenja, je napravo možno namestiti v namenski prostor znotraj toplotnega ovoja stavbe, njena velikost pa je primerljiva s povprečnim hladilnikom za živila, kar omogoča njen lahek vnos v stavbo.

Description

REZIDENČNA TERMALNO SOLARNA HLADILNA NAPRAVA

Predmet izuma je rezidenčna termalno solarna hladilna naprava primerna za hlajenje in klimatizacijo prednostno s solarno termalno energijo. Gre za vodno hlajeno sorpcijsko hladilno napravo z enojnim učinkom, manjše hladilne moči (do 10 kW), ki obratuje pri nizkotemperaturnem viru toplote in temelji na hladivu - voda ter sorbentu - LiBr.

Tehnični problem, ki ga rešuje izum, je takšna konstrukcija naprave katera:

- z ohišjem v obliki valja s koveksnim pokrovom in dnom tvori enotni volumen naprave, sicer razdeljene s tlačnim koritom v visokotlačni in nizkotlačni del; v ohišju, ki tesni napravo pred zunanjim nadtlakom,

- s servisnim jaškom cilindrične oblike v osi naprave povezuje nizkotlačni del naprave z visokotlačnim,

- ima kondenzator v obliki debelega plašča polkrogle nameščene v visokotlačnem delu pod izbočenim pokrovom, ki lahko služi tudi kot povečana površina kondenzatorja, pod njim v sredini generator, v nizkotlačnem delu uparjalnik okoli servisnega jaška ter absorber med uparjalnikom in valjastim ohišjem, ki pa lahko služi tudi kot razširjena površina absorberja,

- ima drenažni sistem nameščen v plasti med generatorjem in kondenzatorjem ter ločevalnik kapljic v plasti med uparjalnikom in absorberjem,

- ima nameščen zvit prenosnik toplote (cev v cevi, v obliki konične spirale »conic helix«) za notranjo izmenjavo toplote med močno raztopino iz generatorja in bogato raztopino iz absorberja v medprostoru med tlačnim koritom in dnom generatorja,

- morebitne zaplete s kristalizacijo soli rešuje na tri načine, tako da:

1) kontrolira temperature nasičenja in sekundarnega medija v vseh štirih izmenjevalcih toplote in snovi,

2) višek vroče kapljevine v generatorju prečrpava v zunanjem (2.) annulusu prenosnika toplote cev v cevi nazaj v generator in s tem poveča topnost močne raztopine iz generatorja,

3) notranji izmenjevalec na je strani močne raztopine vključno z distribucijskimi šobami v absorberju izveden tako, da onemogoča akumuliranje kristalizirane soli in posledične zamašitve,

- s termostatskim ventilom brez pomožne energije preprečuje prečrpavanje visokotemperaturne kapljevine v absorber, • · · ·

- omogoča kompaktno izvedbo naprave, enostavno izdelavo sestavnih elementov in preprosto montažo, kar znatno zniža stroške izdelave, omogoča serijsko proizvodnjo ter tako poveča interes za komercijalno zanimiv izdelek.

Znanih rešitev absorpcijske hladilne naprave manjše hladilne moči, LiBr-voda, je kar nekaj.

Skupna značilnost vseh rešitev je predvsem zunanje razčlenjena konstrukcija naprav po posameznih elementih prenosa toplote in snovi in s tem pogojena razgibana geometrija tesnenja v podtlaku ter v drugačni zasnovi obratovanja. Izdelava sestavnih elementov, kot tudi njihova montaža v napravo je, bodisi tehnološko kompleksna, kar izdelek draži in povečuje možnost motenega obratovanja, bodisi dimenzijsko neustrezna za implementacijo v sistem strojnih instalacij manjše nazivne moči. Nekatere naprave so bile razvite z integriranim zračno hlajenim absorberjem in kondenzatorjem, kar pogojuje njihovo namestitev zunaj toplotnega ovoja stavbe oziroma objekta hlajenja.

Problem, ki je ostal nerešen je izdelava kompaktnega in zanesljivega rezidenčnega solarnega hladilnika majhne hladilne moči (do 10 kW), katerega investicija bo ekonomsko upravičena. Po izumu je problem rešen z rezidenčno termalno solarno hladilno napravo s servisnim jaškom v sredini ter enotnem ohišju v obliki valja s koveksnim pokrovom in dnom; z ohišjem, ki lahko predstavlja razširjeno površino kondenzatorja in absorberja. Izum bo opisan na izvedbenem primeru in sliki, ki prikazuje:

sl. 1 rezidenčna termalna solarna hladilna naprava po izumu v aksonometrični projekciji

Sestav glave obsega visokotlačni del naprave nameščen nad sestavom telesa, ki pa zajema niskotlačni del naprave nameščen na podstavku 21. Glava je zajeta znotraj ovoja tlačnega korita 6 in pokrova naprave 5; telo pa predstavlja sestav znotraj mej dna 8, plašča 7 ter tlačnega korita 6. Naprava je po zunanji strani z izjemo podstavka in dna izolirana 22, 23.

V glavi se nahaja generator 2, drenažni sistem 14, kondenzator v obliki debelega plašča polkrogle 1, zbiralnik kondenza 9, dno generatorja 10 ter vmesna niša 16 med tlačnim koritom 6, zbiralnikom konenza 9 in dnom generatorja 10. V vmesni niši 16 je nameščen koaksialni prenosnik toplote zvit v konično spiralo, ki služi za notranjo rekuperacijo toplote, v niši pod tlačnim koritom pa je nameščen termostatski ventil, ki preprečuje prečrpavanje visokotemperaturne kapljevine v absorber. Priključka ogrevne vode generatorja 18 ter priključka hladilne vode kondenzatorja 17 sta izvedena na temenu pokrova 5 naprave.

V telesu naprave okoli servisnega jaška 13 se nahaja uparjalnik za prosto padajoči filmski tok 3, ki je po obodu po vsej višini obdan z ločevalnikom kaplic 15 ter absorberjem 4 nameščenim ob notranji steni plašča 7. Telo naprave se na dnu zaključi z zbiralnikom hladiva - vode 11, ki ga zapira ubočeno dno naprave 8. Priključka hlajene vode uparjalnika 19, kot tudi priključka hladilne vode absorberja 20 sta izpeljana skozi dno naprave 8 in podstavek 21.

• ·

Znotraj podstavka 21 sta nameščeni dve črpalki. Prva je namenjena obtoku hladiva-vode v nizkotlačnem delu, druga, nekoliko večja pa je namenjena obtoku močne raztopine v absorberju 4 ter prečrpavanju obogatene raztopine v generator 2.

Alternativna različica ima črpalko za obtok hladiva v uparjalniku nameščeno kar v zbiralniku hladiva 11 pod uparjalnikom 3. Takšna rešitev, ki zahteva instalacijo zgolj ene črpalke v podstavku naprave, poenostavi problem tesnosti zaradi prečrpavanja hladiva v podtlaku.

Konveksni pokrov 5 naprave ima na temenu valjasto vgreznino 24 za namestitev priključnih vodov generatorja 18 in kondenzatorja 17. Pokrov 5 je prednostno izdelan iz enega kosa s postopkom globokega vleka pločevine. Material in postopek izdelave izbočenega pokrova 5 sta lako različna, vendar pa morata zadoščati pogojem tesnosti naprave v podtlaku.

Različna je lahko tudi izvedba pokrova 5 brez valjaste vgreznine 24 v temenu naprave. V tem primeru so priključni vodi generatorja 18 in kondenzatorja 17 speljani na površino na poljubnih mestih izbočenega pokrova 5.

Kondenzator v obliki debelega plašča polkrogle 1 je pritrjen na izbočen pokrov 5 naprave, pod njim pa je pritrjen drenažni sistem 14 za akumulacijo kondenza v namenski zbiralnik 9.

Drenažni sistem 14 je izdelan iz poljubnega števila preoblikovanih obročev ali pa lusk, ki imajo nizko optično emisivnost in absorptivnost. Izdelani iz materiala z nizko toplotno prevodnostjo lahko tvorijo poljubno število plasti, ki se med seboj prekrivajo tako, da kondenzat s spodnje ali pa z zgornje strani učinkovito odvajajo v zbiralnik kondenzata 9 ob enem pa predstavljajo majhen padec tlaka pri prehodu pare iz generatorja v kondenzator. Obroči so lahko preoblikovani tako, da so po zunanjem robu nekoliko vpognjeni navzdol, po notranjem robu pa navzgor. Njihov naklon je pri izbranem materialu in površinski napetorsti hladiva pri dani temperaturi takšen, da kondenzirajoča para na notranji strani po vsej višini odteka na zunanjo površino drenažnega sistema 14 in od tod v zbiralnik kondenza 9. Sistem 14 ima poleg odvajanja kondenza v namenski zbiralnik 9 tudi drugo pomembno funkcijo, ki se navezuje na radiativno izolacijo generatorja 2 in kondenzatorja 1 nad njim. Material oziroma površinska obelava drenažnega sistema 14 je zato takšna, da omogoča tako dobro iztekanje hladiva, kot tudi dobre izolativne lastnosti dolgovalovnega sevanja. Vsaka izmenjava bodisi kondezirajoče pare nazaj v generetor 2 bodisi izsevane energije v kondenzator 1 je pogojena s slabšo učinkovitorstjo, torej s slabšim COP naprave, čemur se z opisano rešitvijo želimo čim bolje izogniti.

Generator 2 je nameščen v sredini glave. Relativno velik delež prostora, ki ga zaseda v visokotlačnem delu je posledica izvedljivosti generacije zahtevane količine pare pri minimalni potrebni razliki temperature nasičenja in površinske temperature prenosnika.

Dno generatorja 10 in zbiralnik kondenza 9 sta prednostno izdelana iz enega kosa. Gre za dve posodi v stiku, ki sta tehnično izvedeni tako, da je prenos toplote med posodama minimalen. V prvo se zbira močna raztopina, v drugo, ki tvori žleb okoli roba prve pa se izteka kondenz. V primeru, ko gre za izvedbo iz dveh ločenih posod, je potrebno zagotoviti popolno tesnost na njunem stiku. Popolno tesnost bodisi z varjenjem bodisi z leplenjem pa je potrebno zagotoviti tudi med zbiralnikom kondenza in tlačnim koritom, kar preprečuje kondenzacijo hladiva in morebitno kopičenje soli v medprostoru 16 ter daje škatlasti strukturi posebno trdnost.

Tlačno korito 6 je prednostno izdelano s preoblikovanjem - z globokim vlekom pločevine. Korito skupaj z reflektorjem 25 in servisnim jaškom 13 daje napravi trdnost ter ogrodje za razpeljavo notranje instalacije, ki jo je potrebno izvesti pred združitvijo glave in telesa. Popolno tesnost je potrebno zagotoviti med tlačnim koritom 6 in plaščem naprave 7, kar preprečuje nekontrolirano uhajanje pare hladiva v nizkotlačni del in s tem moteno obratovanje naprave.

Servisni jašek 13 je v zgornjem delu fiksno pritrjen, preferenčno privarjen na reflektor 25. Jašek 13, ki povezuje visokotlačni del naprave z niskotlačnim delom je na spodnji strani hermetično pritrjen na zbiralnik hladiva 11.

Uparjalnik 3, ki je uporabljen v napravi deluje po principu uparjanja prosto padajočega filmskega toka, ker omogoča sorazmerno konstantni tlak nasičenja vodne pare oziroma konstantno temperaturo uparjanja skozi celoten prenosnik. Filmski uparjalnik 3 je nameščen okoli servisnega jaška 13 nad zbiralnikom hladiva 11. Priključka hlajene vode 19 sta speljana skozi dno naprave 8 na podstavek 21.

Absorber 4 je nameščen pod plaščem naprave 7 okoli ločevalnika kapljic 15. Priključka hladilne vode 20 sta speljana skozi dno naprave 8 na podstavek 21.

Zbiralnik hladiva 11 je nameščen na podstavku na dnu naprave 8. Nad robom zbiralnika 11 se po celotni višini uparjalnika 3 in absorberja 4 dviguje ločevalnik kapljic 15. Popolno tesnost je potrebno zagotoviti med dnom naprave 8 in plaščem 7 na mestu, ki predstavlja tudi zbiralnik obogatene raztopine 12.

Ločevalnik kapljic 15 ima analogno funkcijo drenažnega sistema 14, torej preprečuje mešanje kapljevine v obeh smereh iz uparjalnika 3 in absorberja 4. Poleg tega služi ločevalnik kapljic 15 tudi kot radiativni izolator za dolgovalovno sevanje med dvema prenosnikoma. Ker gre v uparjalniku 3 za red velikosti nižji tlak nasičenja, kot v generatorju 2, je bila upoštevana toliko večja pazljivost pri načrtovanju ločevalnika kapljic 15 z minimalnim padcem tlaka pri prehodu pare hladiva skozi načrtovani element.

Plašč 7, ki skupaj z izbočenim pokrovom 5 ter dnom 8 tesni napravo v podtlaku ima na dnu ter na vrhu izdelan ustrezno širok rob - prirobnico, ki služi za izvedbo tesnenja med izbočenim pokrovom 5 in dnom 8 ob enem pa daje napravi večjo radialno trdnost.

Vsi elementi naprave s povdarkom na prenosnikih toplote in snovi ter izmenjevalcu toplote za notranjo rekuperacijo so dimenzionirani tako, da pri danih projektnih pogojih omogočajo razvoj nazivne hladilne moči naprave.

Claims (9)

PATENTNI ZAHTEVKI

1. Rezidenčna termalno solarna hladilna naprava značilna po tem, da ima ohišje v obliki valja s prirobnicami na vrhu in dnu (7) z izbočenim pokrovom (5) in vbočenim dnom (8).

2. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da ima kondenzator (1) nameščen v debeli plasti neposredno pod izbočenim pokrovom naprave (5), pod kondenzatorjem drenažni sistem (14), ki ju po obodu zaključuje zbiralnik kondenza (9) in generator (2) z dnom generatorja (10) pod drenažnim sistemom.

3. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da ima uparjalnik (3) nameščen v debeli plasti neposredno okoli servisnega jaška (13), absorber (4) v plasti neposredno pod plaščem (7) naprave in ločevalnik kapljic (15) v vrzeli med uparjalnikom (3) in absorberjem (4).

4. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da ohišje naprave s pokrovom (5), plaščem (7) in dnom (8) predstavlja razširjeno površino kondenzatorja oziroma absorberj zaradi zagotovljenega dobrega termičnega stika med kondenzatorjem (1) in pokrovom naprave (5) ter dobrega termičnega stika med absorberjem (4) in plaščem (7) naprave.

5. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da je drenažni sistem (14) izdelan iz poljubnega števila preoblikovanih obročev ali pa lusk z nizko površinsko optično absorptivnostjo in emisivnostjo, ki se med seboj prekrivajo tako, da kondenzat s spodnje ali pa z zgornje strani učinkovito odvajajo v zbiralnik kondenzata (9) ob enem pa predstavljajo majhen padec tlaka pri prehodu pare.

6. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da je ločevalnik kapljic (15) izdelan iz poljubnega števila preoblikovanih trakov z nizko površinsko optično absorptivnostjo in emisivnostjo, ki se med seboj prekrivajo tako, da preprečujejo mešanje kapljevine hladiva z raztopino iz absorberja (4), ob enem pa predstavljajo majhen padec tlaka pri prehodu pare.

7. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da je tesnenje ohišja naprave v podtlaku izvedeno zgolj na stiku izbočenega pokrova (5) in plašča (7) ter na stiku plašča (7) in dna (8) naprave.

8. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da so priključki ogrevne vode za generator (18) ter hladilne vode za kondenzator (17) izvedeni na temenu izbočenega pokorva (5) naprave, priključki hladilne vode absorberja (20) ter hlajene vode uparjalnika (19) pa so izvedeni na dnu naprave.

9. Naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da so vsi sestavni elementi naprave: pokrov (5), kondenzator (1), drenažni sistem (14), generator (2) , zbiralnik kondenza (9), dno generatorja (10), tlačno korito (6), servisni jašek (13), uparjalnik (3) , ločevalnik kapljic (15), absorber (4), zbiralnik hladiva (11), zbiralnik obogatene raztopine (12) in dno naprave (8) osnosimetrični in poravnani z osjo naprave z izjemo rahlega odstopanja: zbiralnika kondenza (9), zbiralnika hladiva (11) in zbiralnika obogatene raztopine (12) od naklona osi naprave zaradi lažjega zbiranja kapljevine.