Холодильная установка

 

Использование: в холодильной технике, а именно в холодильных установках, оснащенных компрессором с охлаждаемыми масляной ванной и рубашкой, заполненных жидким хладагентом, который используется для охлаждения компрессора, и может найти применение во всех областях использования искусственного холода, преимущественно в местностях, испытывающих дефицит воды. Сущность изобретения: в установке, содержащей последовательно установленные в замкнутом контуре компрессор с охлаждаемыми масляной ванной и рубашкой, конденсатор, ресивер, дроссель-вентиль, испаритель, дополнительно размещены емкость, в нижней части которой установлен теплообменник, при этом емкость подсоединена в жидкостной трубопровод между ресивером и охлаждаемыми масляной ванной и рубашкой, и связана паровыми трубопроводами с контуром и ресивером, а теплообменник связан паровым трубопроводом с охлаждающей рубашкой и контуром, причем на пропаровых трубопроводах от теплообменника и емкости к контуру установлены регуляторы разности давления, на паровых трубопроводах между ресивером и емкостью, охлаждающей рубашкой и контуром жидкостных трубопроводах до и после емкости установлены соленоидные вентили, при этом внутри охлаждающей рубашки размещен слой материала с капиллярно-пористой структурой с обеспечением теплового контакта с охлаждаемыми поверхностями компрессора и в зонах охлаждающей рубашки - подвода от жидкостного трубопровода и отвода к паровому трубопроводу размещены перфорированные вставки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к холодильным установкам, оснащенным компрессором с охлаждаемыми масляной ванной и рубашкой, заполненным жидким хладагентом, который используется для охлаждения компрессора, и может найти применение во всех областях использования искусственного холода, преимущественно в местностях, испытывающих дефицит воды.

Известна холодильная установка Kelvinator, в которой компрессор охлаждается путем подачи в охлаждающую рубашку жидкого хладагента, кипения жидкости в рубашке, отвода паров из рубашки в отдельный воздушный конденсатор [1]. К недостаткам такой установки следует отнести наличие отдельной схемы циркуляции охлаждающего хладагента, так что при утечке хладагента из схемы охлаждения компрессора нарушается работа всей холодильной установки, а также то, что режим охлаждения компрессора не связан с режимом холодильной установки, что не обеспечивает оптимальные условия эксплуатации.

Известна холодильная установка, в которой компрессор охлаждается путем подачи к верхней части цилиндра и крышке жидкого хладагента и отвода образовавшихся паров в одну из секций воздушного конденсатора, в котором конденсируются пары хладагента из контура холодильной установки. К недостаткам этой установки следует отнести наличие отдельной схемы циркуляции охлаждающего хладагента, возможность нарушения циркуляции охлаждающего хладагента вследствие его перемещения в системе охлаждения под действием гравитационных сил, из-за наличия в системе воздуха и других неконденсирующихся паров.

Известна холодильная установка, содержащая компрессор с охлаждающей рубашкой, заполненной хладагентом, и связанный с этой рубашкой циркуляционный контур, в который введены эжектор и термонасос [3]. К недостаткам этой установки следует отнести сложность системы трубопроводов, невозможность обеспечить стабильные условия работы установки из-за использования эжектора, характеристики которого чувствительны к переменным режимам работы, обуславливающим различный массовый расход хладагента в системе.

Известно использование испарительного охлаждения в холодильной установке, в том числе для охлаждения масла в масляной ванне компрессора, путем жидкого хладагента повышенного давления, подачи его в картер компрессора и отвода паров хладагента [4,5]. К недостаткам такой системы относятся возможность ее применения только для герметичного компрессора в составе индивидуального холодильного агрегата.

Известна холодильная установка, содержащая компрессор с охлаждающей рубашкой, конденсатор, дроссель-вентиль и испаритель, и охлаждающая рубашка связана жидкостным трубопроводом с контуром после конденсатора, причем между конденсатором и рубашкой установлен дроссель-вентиль [6]. Недостатками этой установки являются подача в охлаждающую рубашку жидкого хладагента с низкой температурой кипения, при этом дросселирование жидкости приводит к образованию пара, теплоемкость которого существенно меньше, чем скрытая теплота парообразования жидкости. Кроме того, возможности этой установки ограничены использованием герметичных компрессоров, т.к. ввод жидкости осуществляется в кожух, где помещается компрессор.

Известна холодильная установка, содержащая компрессор с охлаждающей рубашкой, теплообменник, конденсатор, ресивер, дроссель-вентиль и испаритель, а также насосы для подачи жидкого хладагента (в испаритель и систему охлаждения компрессора) и многочисленные приборы автоматики [7].

К недостаткам известной холодильной установки следует отнести: - использование индивидуального насоса хладагента для подачи жидкости в систему охлаждения компрессора, что вызывает дополнительные энергозатраты в холодильной установке; - неполное выкипание жидкости в масляной ванне и охлаждающей рубашке приводит к необходимости прокачивания через систему охлаждения компрессора массового расхода хладагента, соизмеримого с массовым расходом хладагента, проходящего через компрессор, что приводит к значительному расходу электроэнергии на привод насоса системы охлаждения компрессора; - параметры работы системы охлаждения не связаны с параметрами работы компрессора, вследствие нестабильности теплоотвода от охлаждаемых поверхностей, что не позволяет подбирать и поддерживать оптимальные условия работы, в том числе приближение процесса сжатия к изотермическому.

Целью настоящего изобретения ставится повышение эффективности использования холодильной установки с охлаждением компрессора кипящим хладагентом, путем снижения энергозатрат в систему охлажения компрессора за счет циркуляции хладагента в этой системе под действием разности давлений хладагента, создаваемых в отдельных узлах холодильной установки.

Поставленная цель достигается тем, что заявляемая холодильная установка содержит последовательно установленные в замкнутом контуре компрессор с охлаждаемыми масляной ванной и рубашкой, конденсатор, ресивер, дроссель-вентиль, испаритель, и охлаждаемые масляная ванна и рубашка компрессора подсоединены жидкостным трубопроводом к ресиверу и паровым трубопроводом к контуру между компрессором и конденсатором, при этом в контур дополнительно введены емкость и размещенный в ее нижней части теплообменник, емкость нижней частью введена в жидкостной трубопровод между ресивером и охлаждаемыми масляной ванной и рубашкой, верхней частью связана трубопроводами с контуром между компрессором и конденсатором и с верхней частью ресивера, теплообменник введен в паровой трубопровод после охлаждающей рубашки перед вводом в контур, причем на паровых трубопроводах от верхней части емкости и от теплообменника к контуру установлены регуляторы разности давления, на паровых трубопроводах от охлаждающей рубашки к контуру и между емкостью и ресивером, жидкостном трубопроводе до и после емкости установлены соленоидные вентили, и внутри охлаждающей рубашки размещен слой материала с капиллярно-пористой структурой с обеспечением теплового контакта с охлаждаемыми поверхностями компрессора и в зонах охлаждающей рубашки - подвода от жидкостного трубопровода и отвода к паровому трубопроводу размещены перфорированные вставки.

Ввод в контур холодильной установки с охлаждаемыми масляной ванной и рубашкой компрессора жидким хладагентом дополнительной емкости и размещение в ее нижней части теплообменника, с подсоединением нижней части емкости в жидкости в жидкостной трубопровод между ресивером и охлаждаемыми масляной ванной и рубашкой, паровыми трубопроводами с контуром и верхней частью ресивера, подсоединением теплообменника к паровому трубопроводу после охлаждающей рубашки перед вводом в контур, размещение на соответствующих трубопроводах регуляторов разности давления и соленоидных вентилей позволяет обеспечить последовательную подачу жидкого хладагента в масляную ванну и охлаждающую рубашку из ресивера через емкость, за счет использования теплоты паров, образующихся в масляной ванне и охлаждающей рубашке, для создания избыточного давления относительно давления конденсации хладагента в контуре.

Размещение внутри охлаждающей рубашки слоя материала с капиллярно-пористой структурой с обеспечением теплового контакта с охлаждающими поверхностями компрессора позволяет уменьшить вместимость охлаждающей рубашки по жидкому хладагенту, снизить заполнения системы и уровень опасности компрессора, обеспечить равномерное испарение жидкости в охлаждающей рубашке при равномерном теплопроводе от охлаждаемых поверхностей, что снимет теплонапряженность деталей компрессора. Размещение в зонах охлаждающей рубашки подвода жидкостного трубопровода и отвода к паровому трубопроводу перфорированных вставок обеспечивает равномерность раздачи жидкости и отвода паров и исключает размывание слоя материала и уноса его частиц в теплообменник и через него - в контур установки.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема холодильной установки; на фиг. 2 - охлаждающая рубашка компрессора (фрагмент по A).

Холодильная установка (по фиг. 1,2) содержит: компрессор 1 с охлаждаемыми масляной ванной 2 и рубашкой 3, конденсатор 4, ресивер 5, дроссель-вентиль 6, испаритель 7; охлаждаемые масляная ванна и рубашка 3 компрессора 1 подсоединены жидкостным трубопроводом 8 к ресиверу 5 и паровым трубопроводом 9 к трубопроводу от компрессора 1 к конденсатору 4 (в дальнейшем - контур). В жидкостной трубопровод 8 между ресивером 5 и охлаждаемыми масляной ванной 2 и рубашкой 3 введена емкость 10, в нижней части которой размещен теплообменник 11. Верхняя часть емкости 10 связана трубопроводом 12 с контуром до конденсатора 4, и трубопроводом 13 - с верхней частью ресивера 5. Теплообменник 11 введен в трубопровод 9 между охлаждающей рубашкой 3 и контуром до конденсатора 4.

На трубопроводе 12 перед вводом в контур установлен регулятор разности давления 14 (РРД 14), на паровом трубопроводе 9 после теплообменника 11 и перед вводом в контур установлен регулятор разности давления 15 (РРД 15); на паровом трубопроводе 13 между ресивером 5 и емкостью 10 установлен соленоидный вентиль 16 (СВ16), на жидкостном трубопроводе 8 до и после емкости 10 установлены соответственно соленоидные вентили 17 (СВ17) и 18 (СВ18); между контуром и трубопроводом 9 установлен соленоидный вентиль 19 (СВ19).

Внутри охлаждающей рубашки 3 (фрагмент которой показан на фиг. 2) размещен слой материала 20, обладающий капиллярно-пористой структурой, который плотно прилегает к охлаждаемым поверхностям 21 компрессора 1, обеспечивая тем самым необходимый тепловой контакт с поверхностью 21. В охлаждающей рубашке 3 выполнены зона 22 подвода жидкого хладагента трубопроводом 8 из ресивера 5 через емкость 10, и зона 23 отвода пара трубопроводом 9 через теплообменник 11 в контур. В зонах 22 и 23 размещены перфорированные вставки - соответственно 24 и 25. На ресивере 5, емкости 10 и охлаждающей рубашке 4 в зонах 22 и 23 размещены дистанционные указатели уровня типа ДИУ-400 (условно не показаны) соответственно ДИУ1, ДИУ2, ДИУ3.

Холодильная установка (по фиг. 1,2) работает следующим образом.

Жидкий хладагент (в дальнейшем - жидкость) из конденсатора 4 поступает в ресивер 5 и из последнего через дроссель-вентиль 6 в испаритель 7; при открытых СВ16 и СВ17 жидкость поступает в нижнюю часть емкости 10, и теплообменник 11 погружается в жидкость. При открытом СВ18 жидкость по трубопроводу 8 поступает на охлаждение масляной ванны 2 и в зону 22 рубашки 3, а затем через перфорированную вставку 24 вводится в слой материала 20 до его полного насыщения, и после поступления в зону 23 жидкости ДИУ3 дает импульс на закрытие СВ18. Компрессор 1 включается в работу; СВ16, СВ17 и СВ19 также закрываются.

Пары хладагента из испарителя 7 всасываются в компрессор 1, сжимаются до давления конденсации P_к и нагнетаются по контуру в конденсатор 4. Теплота, отводимая от паров в процессе сжатия, через охлаждаемую поверхность 21 отводится в слой материала 20, плотно прилегающего к поверхности 21, при этом в капиллярно-пористой структуре слоя 20 происходит кипение жидкости. Образующиеся при охлаждении масляной ванны и в охлаждающей рубашке пары хладагента с давлением P_ор > P_к через перфорированную вставку 25 и зону 23 поступают в трубопровод 9 и далее в теплообменник 11. Теплотой паров хладагента, проходящего через теплообменник 11, осуществляется подогрев жидкости в нижней части емкости 10, после чего пары проходят РРД15 и с давлением P_к поступают в контур.

Вследствие подогрева жидкости в нижней части емкости 10 давление паров в верхней части емкости 10 возрастает; необходимое значение P_e > P_к поддерживается РРД14. В процессе работы компрессора 1 по мере выкипания жидкости из слоя 20, при снижении уровня жидкости между зонами 23 и 22, ДИУ3 подает импульс на закрытие СВ18.

При снижении уровня жидкости в нижней части емкости 10 ниже допустимого ДИУ2 подает импульс на последовательное открытие СВ16 и СВ17, жидкость из ресивера 5 поступает в нижнюю часть емкости 10 под действием гидростатического давления. После достижения заданного уровня жидкости в емкости 10, ДИУ2 подает импульс на последовательное закрытие СВ17 и СВ16. При снижении уровня жидкости в ресивере 5 ниже допустимого ДИУ 1 подает импульс на сигнальное табло (условно не показано) и при необходимости через заданный интервал времени останавливает компрессор 1.

При нормальной остановке компрессора 1 открывается СВ 16 и давление P_e в верхней части емкости 10 уравновешивания с давлением P_к в верхней части ресивера 5. Жидкость из конденсатора 4 поступает в ресивер 5. Цикл работы холодильной установки завершается.

При нормальной остановке компрессора 1 открывается СВ16 и СВ19, и давления в охлаждающей рубашке 3 и в верхней части емкости 10 уравновешиваются с давлением в контуре. Цикл работы холодильной установки завершается.

Таким образом, заявляемая холодильная установка, по сравнению с известной, позволяет: - исключить оснащение и использование в холодильной установке индивидуального насоса для подачи жидкого хладагента в систему охлаждения компрессора, что снижает металлоемкость и энергопотребление установки, увеличивает степень надежности ее работы; - сокращает вместимость охлаждающей рубашки компрессора по хладагенту, что увеличивает степень безопасности при обслуживании компрессора; - соотносит параметры работы системы охлаждения с параметрами работы компрессора и обеспечивает стабильный теплоотвод от охлаждаемых поверхностей компрессора с приближением показателей процесса сжатия паров в компрессоре к изотермическому; - устраняет необходимость непрерывного ручного обслуживания элементов охлаждения компрессора.

Формула изобретения

1. Холодильная установка, содержащая последовательно установленные в замкнутом контуре компрессор с охлаждаемыми масляной ванной и рубашкой, конденсатор, ресивер, дроссель-вентиль, испаритель, и охлаждаемые масляная ванна и рубашка компрессора подсоединены жидкостным трубопроводом к ресиверу и паровым трубопроводом к контуру между компрессором и конденсатором, отличающаяся тем, что в контур дополнительно введены емкость и размещенный в ее нижней части теплообменник, при этом емкость нижней частью введена в жидкостной трубопровод между ресивером и охлаждаемыми масляной ванной и рубашкой, верхней частью связана трубопроводами с контуром между компрессором и конденсатором и с верхней частью ресивера, теплообменник введен в паровой трубопровод после охлаждающей рубашки перед вводом в контур, причем на паровых трубопроводах от верхней части емкости и от теплообменника к контуру установлены регуляторы разности давления, на паровых трубопроводах от охлаждающей рубашки к контуру и между емкостью и ресивером, жидкостном трубопроводе до и после емкости установлены соленоидные вентили.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внутри охлаждающей рубашки размещен слой материала с капиллярно-пористой структурой с обеспечением теплового контакта с охлаждаемыми поверхностями компрессора и в зонах охлаждающей рубашки подвода от жидкостного трубопровода и отвода к паровому трубопроводу размещены перфорированные вставки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2