ДВУХКОМПРЕССОРНАЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА С КОМПАКТНЫМ МАШИННЫМ ОТДЕЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к холодильной технике, а именно - к устройству машинного отделения двухкомпрессорных низкотемпературных холодильных установок, например комбинированных холодильных или морозильных шкафов. Полезная модель может быть использована при разработке и изготовлении специализированных низкотемпературных комбинированных холодильных шкафов и ларей с ограничениями по массово-габаритным характеристикам, в частности, - массово-габаритным характеристикам машинного отделения, например, мобильного исполнения или для использования на кораблях и судах.
Из существующего уровня техники известна холодильная установка (RU 2447377; 10.04.2012), предназначенная для получения температуры в камере до минус 100°C и ниже. Холодильная установка в корпусе типа ларь с холодильной камерой и теплоизоляционной крышкой имеет две холодильные машины, каждая из которых снабжена испарителем и конденсатором. Холодильные машины выполнены парокомпрессионными, первая холодильная машина служит для охлаждения рабочего (внутреннего) объема теплоизоляционного корпуса холодильной камеры, а вторая - для охлаждения рабочего (внутреннего) объема внешнего теплоизоляционного корпуса. Два корпуса расположены один в другом. Компрессорно-конденсаторные агрегаты холодильных машин расположены в машинном отделении.
Недостатком указанной конструкции холодильной установки являются чрезмерно большие габариты машинного отделения, которое занимает в низкотемпературных установках до 30% от общего объема конструкции. В сопоставлении полезного объема непосредственно охлаждаемой рабочей камеры холодильной установки и объема машинного отделения, объем камеры оказывается меньше объема машинного отделения, что свидетельствует о низком коэффициенте полезного использования общего объема установки и неоптимальных массово-габаритных характеристиках такой установки в целом.
Заявляемая полезная модель позволит устранить указанные недостатки.
Техническим результатом полезной модели является улучшение полезного использования общего объема установки и массово-габаритных характеристик. Дополнительно техническим результатом является улучшение эксплуатационных свойств.
Технический результат достигается путем решения задачи увеличения объема рабочей камеры и одновременном уменьшения объема машинного отделения при неизменных внешних габаритах холодильной установки.
Заявляемая двухкомпрессорная низкотемпературная комбинированная холодильная установка с компактным машинным отделением представляет собой низкотемпературный комбинированный морозильный аппарат с конструкцией корпуса типа «шкаф» для хранения компонентов крови и биологических продуктов, требующих различных температурных условий хранения. Расположение машинного отделения в общем корпусе двухкомпрессорной низкотемпературной комбинированной холодильной установки с компактным машинным отделением может быть как верхним, так и нижним, что не является принципиальным и типично для холодильных и морозильных шкафов. Двухкомпрессорная низкотемпературная комбинированная холодильная установка с компактным машинным отделением включает в себя два рабочих объема для заморозки или хранения при низких температурах, в которых поддерживается различная отрицательная температура, в рабочем объеме 1 до минус 50°C, во втором рабочем объеме 2 до минус 90°C. Работу обеспечивают две независимых холодильных машины, каждая из которых предназначена для создания и поддержания постоянной низкой температуры в одном из рабочих объемов.
Первая холодильная машина состоит из компрессора, конденсатора, фильтра-осушителя, ресивера, рекуперативного теплообменника, капиллярной трубки и испарителя. Вторая холодильная машина состоит из компрессора, конденсатора, фильтра-осушителя, отделителя жидкости, дросселирующих устройств, соленоидных вентилей, ресивера, предварительного рекуперативного теплообменника, основного рекуперативного теплообменника и испарителя. При этом конденсаторы обеих независимых холодильных машин объединены в одном теплообменном аппарате.
Принципиальная схема двухкомпрессорной низкотемпературной комбинированной холодильной установки с компактным машинным отделением приведена на рисунке 1, где:
1, 2 - компрессоры;
3 - теплообменный аппарат;
4, 5 - фильтры-осушители;
6, 7 - ресиверы;
8 - отделитель жидкости;
9, 10 - дросселирующие устройства;
11 - дросселирующее устройство;
12 - предварительное дросселирующее устройство;
13, 15 - основные рекуперативные теплообменники;
14 - предварительный рекуперативный теплообменник;
16, 17 - испарители
18, 19 - соленоидные вентили;
16, 17 - испарители
18, 19 - соленоидные вентили;
20, 21 - конденсаторы;
22 - вентилятор.
Первая холодильная машина работает следующим образом: хладагент сжимается в компрессоре 2, затем частично конденсируется в конденсаторе 20, который находится в теплообменном аппарате 3 с принудительной циркуляцией воздуха, обеспечиваемой вентилятором 22, проходит через фильтр-осушитель 4 и ресивер 6, после чего хладагент поступает в основной рекуперативный теплообменник 13, где постепенно конденсируется за счет охлаждения обратным потоком. Охлажденный хладагент проходит через основное дросселирующее устройство 10, где происходит его расширение и понижение температуры, после чего поступает в испаритель 17, где подогревается за счет тепла, отводимого от охлаждаемого объекта. Далее поток хладагента поступает в основной рекуперативный теплообменник, где подогревается за счет охлаждения прямого потока.
Вторая холодильная машина работает следующим образом: хладагент сжимается в компрессоре 1, затем частично конденсируется в конденсаторе 21, который находится в теплообменном аппарате 3 с принудительной циркуляцией воздуха, обеспечиваемой вентилятором 22, проходит через фильтр-осушитель 5, после чего попадает в отделитель жидкости 8, где разделяется на жидкую и газообразную фазы. Газообразный хладагент из отделителя жидкости поступает сначала в предварительный рекуперативный теплообменник 14, затем в основной рекуперативный теплообменник 15, где постепенно конденсируется за счет охлаждения обратным потоком. Охлажденный хладагент проходит через основное дросселирующее устройство 9, где происходит его расширение и понижение температуры, после чего поступает в испаритель 16, где подогревается за счет тепла, отводимого от охлаждаемого объекта. Далее поток хладагента поступает в основной рекуперативный теплообменник, где подогревается за счет охлаждения прямого потока. Жидкий хладагент из отделителя жидкости проходит через предварительное дросселирующее устройство 12, где понижается его давление и температура, после чего смешивается с обратным потоком перед предварительным рекуперативным теплообменником. Далее поток хладагента дополнительно подогревается в предварительном рекуперативном теплообменнике, и поступает на всасывание компрессора. На этом цикл работы второй холодильной машины замыкается.
За счет сдросселированной жидкой части потока хладагента из отделителя жидкости, подмешанной в обратный поток, происходит дополнительное охлаждение прямого потока в предварительном рекуперативном теплообменнике. Это позволяет получить более низкую температуру хладагента перед основным дросселирующим устройством, повысить тепловой эффект дросселирования и энергетическую эффективность в целом.
Соленоидный вентиль 18 находится в закрытом положении и открывается при помощи электрического сигнала от управляющего устройства. В случае повышения давление нагнетания выше некоторой заданной величины соленоидный вентиль открывается и перепускает часть газообразного потока хладагента в ресивер 7. Соленоидный вентиль 18 закрывается, как только нагнетание давление падает до заданного значения, при снижении давления всасывания ниже заданного уровня открывается соленоидный вентиль 19. Из ресивера хладагент проходит через дросселирующее устройство 11, где его давление падает до давления обратного потока, а температура понижается и смешивается с обратным потоком перед предварительным рекуперативным теплообменником.
Особенность состоит в том, что конденсаторы 20 и 21 объединенные в теплообменном аппарате 3 с последовательным расположением конденсаторов по ходу принудительной циркуляции воздуха, обеспечиваемой общим вентилятором 22, служащим также для охлаждения компрессоров холодильных машин. Вентилятор 22 приводится в движение серийным типовым электродвигателем, как в большинстве промышленно известных теплообменных аппаратов с воздушным охлаждением и принудительной циркуляцией воздуха. Очередность расположения конденсаторов по ходу воздуха определяется величинами рабочих объемов отделений и температурами хранения и, как следствие, более энергонагруженный конденсатор располагается первым по ходу воздуха для охлаждения более холодным воздухом и снижения температуры конденсации, что также позволяет улучшить характеристики холодильной машины и повысить ресурс ее работы.
Использование предлагаемого решения позволяет уменьшить объем машинного отделения до 1,5 раз и уменьшить соотношение объемов машинного отделения и общего объема установки до 25% и ниже, повысить коэффициент полезного использования общего объема установки и улучшить массово-габаритные характеристики установки в целом.