УCТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДАЮЩИМИ СИСТЕМАМИ
DEVICE AND PROCEDURE FOR CONTROL OF COOLING SYSTEMS

Область техники
Изобретение относится к охлаждающим или нагревательным устройствам, содержащим по меньшей мере компрессор, конденсатор, регулирующее устройство и испаритель.
Изобретение также относится к способу управления охлаждающим или нагревательным устройством, содержащим по меньшей мере компрессор, конденсатор, регулирующее устройство и испаритель.
Изобретение применимо в охлаждающих или нагревательных системах, в которых в качестве рабочей среды использованы испарительные и/или конденсирующие хладагенты. Предлагаемая система может быть использована в охлаждающих устройствах любого типа, таких как устройства для кондиционирования воздуха, тепловые насосы, системы технологического охлаждения и охлаждения устройств с использованием поршневых компрессоров, винтовых компрессоров, спиральных компрессоров, центробежных компрессоров, циркуляционных компрессоров или некоторых других типов компрессоров и всех типов хладагентов для теплообмена путем испарения и/или конденсации.
Уровень техники
На рынке имеются различные системы для регулирования и управления охлаждением и нагреванием. Однако используемые системы часто сложны и требуют много места, а потому являются неоправданно дорогостоящими. Из-за больших габаритов и сложности этих систем их скорость управления и эффективность гораздо ниже ожидаемых. Ниже кратко описаны некоторые известные системы, обладающие некоторыми из вышеупомянутых недостатков.
В патентах US А 4,566,288 и GB А 659,051 описаны различные поплавковые регуляторы, которые непосредственно или косвенно воздействуют на вентиль электрическими импульсами, а также подают сигналы на вентиль, регулирующий поток конденсата на выходе. Эти системы, во-первых, сложны, а, во-вторых, ими управляют с помощью электрических импульсов, так что они не работают по принципу прямого действия. Кроме того, в них вентиль соединён с поплавком для регулирования всего количества конденсата, поэтому для них характерны большие габариты и объем.
В патентах US А 3,388,558 и ЕР А 0,939,880 описаны системы с термостатическими вентилями, в которых путем электронагрева термочувствительного элемента системы воздействуют на мембрану, открывающую вентиль при повышении давления. Ни одна из этих систем не работает по принципу прямого действия, так как управляющий импульс обусловлен нагревом с помощью электрических сопротивлений термобаллона при подаче управляющего сигнала с внешней модуляцией.
В патенте US A 5,156,017 описана система с терморегулятором, в которой потоком управляют с помощью разности температуры переохлаждения конденсата на выходе и температуры конденсации. Однако такое управление не позволяет полностью использовать поверхности конденсатора, так как для регулирования конденсата на выходе необходим контур переохлаждения.
В патенте US A 3,367,130 описана система с традиционным терморегулирующим вентилем, управляющим разностью между температурой испарения и температурой перегретого в испарителе газа посредством импульсов, подаваемых газонаполненным термочувствительным датчиком. Системой управляют перегретым после испарения газом, поэтому управляющий импульс регулирующего вентиля может негативно влиять на разницу температур между хладагентом и тепловыделяющей средой.
В патенте US A 4,267,702 описаны системы с вентилем, чувствительным к давлению, который полностью или частично перекрывает подачу жидкости в зависимости от перепада давления при эксплуатации и давления при остановке. Однако эти системы не регулируют выходной поток конденсата в зависимости от неконденсированного газа. Таким образом, качество конденсата не влияет на функцию регулирования.
Таким образом, существует необходимость создания системы, в которой устранены недостатки вышеупомянутых систем.
Описание изобретения
Задачей настоящего изобретения является уменьшение излишних потерь мощности, вызванных присутствием газа в конденсате.
Еще одной задачей изобретения является решение проблемы регулирования потока жидкости, поступающей из конденсатора, таким образом, чтобы неконденсированный газ не проходил мимо управляющего устройства для управления конденсатором.
Задачей одного из вариантов осуществления изобретения является решение проблемы рециркуляции теплоты переохлаждения без уменьшения мощности конденсации конденсатора.
Согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения задачей изобретения является решение проблемы регулирования потока жидкости с помощью импульсов давления, приложенных к вентилям известной конструкции.
Еще в одном варианте осуществления изобретения задачей изобретения является решение проблемы регулирования потока жидкости в охлаждающей системе и/или системе теплового насоса с поплавковым вентилем для подачи сигнала на регулирующий вентиль.
Кроме того, задачей изобретения является регулирование потока жидкости таким образом, чтобы система работала по принципу прямого действия, не требуя внешнего, например электрического, управляющего устройства.
Наконец, задачей изобретения является решение проблемы обеспечения поверхности испарителя хладагентом без необходимости перегрева всасываемого пара при регулировании потока.
Указанные задачи решены благодаря созданию охлаждающих и нагревательных устройств в соответствии с отличительной частью п.п.1 и 14 формулы изобретения и их зависимых пунктов.
Указанные задачи решены благодаря тому, что в охлаждающей или нагревательной системе, содержащей по меньшей мере компрессор, конденсатор, регулирующее устройство и испаритель, управляющее устройство, выполненное с возможностью получения жидкости из конденсатора и имеющее выходное отверстие, ведущее в трубопровод для конденсата, и впускные средства, ведущие в сигнальный канал; причем трубопровод для конденсата соединен с регулирующим устройством, а к сигнальному каналу присоединены средства для управления открыванием регулирующего устройства, имеются испаряющие средства для испарения жидкости, поступающей в сигнальный канал, а управляющее устройство расположено в конденсаторе или вблизи выходного отверстия конденсатора, благодаря чему на указанное управление влияет количество жидкости, испаряемой в сигнальном канале.
Кроме того, в предложенной системе давление в сигнальном канале зависит от количества жидкости, испаряемой в этом канале, и от указанного управления.
Кроме того, в предложенной системе вблизи впускных средств сигнального канала расположены испаряющие средства, представляющие собой диафрагму для снижения давления и посредством этого испарения присутствующей жидкости.
Кроме того, в предложенной системе сигнальный канал соединён по меньшей мере с одними испаряющими средствами, представляющими собой теплообменное устройство для испарения жидкости, присутствующей в указанном сигнальном канале.
Кроме того, в предложенной системе сигнальный канал присоединен к трубопроводам для горячего газа, и/или к трубопроводам для конденсата, для испарения жидкости, протекающей через сигнальный канал.
Кроме того, в предложенной системе выходное отверстие, ведущее в трубопровод для конденсата, расположено в нижней части управляющего устройства, а впускные средства, ведущие от устройства в сигнальный канал, расположены таким образом, что пузырьки газа, имеющиеся в конденсате, поступают из конденсата во впускные средства.
Кроме того, в предложенной системе управляющее устройство снабжено смотровым стеклом, обеспечивающим наблюдение за отделением пузырьков газа.
Кроме того, в предложенной системе параллельно регулирующему устройству расположен трубопровод сигнального потока.
Кроме того, в предложенной системе количество жидкости, испаряемой в сигнальном канале, влияет на температуру в сигнальном канале, которая в свою очередь влияет на указанное управление.
Кроме того, предложенная система снабжена поплавком, регулирующим впускные средства, ведущие от управляющего устройства в сигнальный канал.
Кроме того, в предложенной системе в сигнальном канале или вблизи него расположен датчик для измерения температуры в сигнальном канале.
Кроме того, в предложенной системе между сигнальным каналом и стороной низкого давления системы расположено испаряющее средство, представляющее собой диафрагму.
Кроме того, в предложенной системе открыванием регулирующего устройства управляют посредством воздействия на управляющие средства, представляющие собой мембрану, чувствительную к давлению.
Также указанные задачи решены благодаря созданию способа управления охлаждающей или нагревательной системой, содержащей по меньшей мере компрессор, конденсатор, регулирующее устройство и испаритель, который включает направление жидкости от управляющего устройства, выполненного с возможностью получения жидкости из конденсатора, в трубопровод для конденсата и во впускные средства, ведущие в сигнальный канал, и управление открыванием регулирующего устройства, сообщающегося с трубопроводом для конденсата, в зависимости от изменений в сигнальном канале, согласно которому обеспечивают испарение по меньшей мере части жидкости, направляемой в сигнальный канал.
Кроме того, в предложенном способе открыванием регулирующего устройства управляют в зависимости от изменения давления в сигнальном канале, вызванного указанным испарением.
Кроме того, в предложенном способе присутствующую в сигнальном канале жидкость испаряют путем подведения тепла или снижения давления в сигнальном канале.
Кроме того, предложенный способ дополнительно включает управление подачей жидкости во впускные средства, ведущие в сигнальный канал, и управление открыванием регулирующего устройства, соединенного с трубопроводом для конденсата, в зависимости от изменения температуры в сигнальном канале, вызванного испарением жидкости.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено описание изобретения, не являющееся ограничительным и для наглядности включающее чертежи, на которых:
фиг.1 изображает управляющую систему согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения,
фиг.2А изображает вид спереди устройства для обнаружения пузырьков газа согласно настоящему изобретению, фиг. 2В изображает вид сбоку устройства для обнаружения пузырьков газа согласно настоящему изобретению,
фиг.3 изображает теплообменник согласно настоящему изобретению,
фиг.4 изображает управляющую систему согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения,
фиг.5 изображает поплавковое устройство согласно настоящему изобретению,
фиг.6 изображает альтернативное расположение управляющего устройства.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показана система для использования в нагревательных, охлаждающих или морозильных системах. В системе имеются каналы, содержащие хладагент (не показан), компрессор 2, конденсатор 4, регулирующее устройство, представляющее собой регулирующий вентиль 17А, испаритель 20, отделитель 24 жидкости, устройство 21 для возврата масла, аккумулятор 23 и управляющее устройство, представляющее собой устройство 7А для контроля наличия пузырьков газа, предназначенное для управления регулирующим вентилем 17А.
При открытии вентиля 17А конденсированный хладагент перетекает на сторону 19 низкого давления системы, где происходит его расширение. После этого хладагент течет далее к испарителю 20, где газ, как правило, воздух или жидкость обеспечивает приток тепла, таким образом испаряя жидкий хладагент. Затем газожидкостную смесь под давлением направляют в отделитель 24 жидкости, где жидкость отделяют от газа. Под действием гравитации часть жидкости проходит через теплообменник, где разделяют масло и жидкий хладагент, после чего масло возвращают в компрессор 2 через аккумулятор 23 и всасывающий трубопровод 1. Неиспарившуюся жидкость по каналу возвращают из отделителя 24 жидкости в испаритель 20. Компрессор 2 сжимает хладагент, который после этого охлаждают в конденсаторе 4, где происходит конденсация. На фиг.6 представлен альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором управляющее устройство расположено в конденсаторе напротив его выходного отверстия.
На фиг.2А и 2В показано устройство 7А для контроля наличия пузырьков газа согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, оснащенное сухим газоочистителем 22 и смотровым стеклом 25. Так как не весь газ конденсируют при прохождении через конденсатор 4, то в хладагенте все еще могут оставаться пузырьки газа. Устройство 7А отделяет неконденсированный газ непосредственно перед смотровым стеклом 25, так что управляющий процесс с отделением пузырьков газа можно видеть. Во время работы компрессора газ через впускные средства, представляющие собой отверстие 14 сигнального канала, и испаряющие средства для испарения жидкости, представляющие собой диафрагму 8, перетекает в сигнальный канал 6. Затем газ проходит через теплообменник 11, после чего канал 6 переходит в сигнальный канал 10. К каналу 10 может быть подсоединен электронагреватель. Газ вызывает изменение давления, воздействующее на управляющие средства, представляющие собой мембрану 12 для управления открыванием регулирующего вентиля 17А, присоединенную к каналу 10. Изменения давления, воздействующие на мембрану 12, в свою очередь воздействуют на управляющие средства, представляющие собой механизм, например поршень 13, посредством чего управляют открыванием регулирующего вентиля. Вблизи канала 10 также расположены испаряющие средства для испарения жидкости, представляющие собой диафрагму 18, связанную со стороны выпуска со стороной 37 низкого давления охлаждающей системы. В зависимости от давления, создаваемого проточным газом, газ выходит через диафрагму 18. В результате перед мембраной 12 создается давление, превышающее опорное давление в пространстве за мембраной 12, сообщающемся со стороной 37 низкого давления через компенсационный канал 26.
Когда жидкость, а именно конденсат, поступает во входное отверстие 14 сигнального канала, она должна пройти через диафрагму 8, в результате чего происходит расширение с испарением жидкости вследствие понижения давления, обеспечиваемого диафрагмой 8. Затем парожидкостную смесь, образованную в канале 6 за диафрагмой 8, дополнительно испаряют в одном из испаряющих средств для испарения жидкости, представляющих собой теплообменные устройства, в частности теплообменник 11 и электронагрев 34. В процессе испарения происходит увеличение объема, и по существу вся жидкость переходит в газообразное состояние. После этого газ поступает по каналу 10 к чувствительному к давлению вентилю 17А, который открывают 16 с помощью механизма, например, поршня 13, после чего газ под давлением направляют через диафрагму 18 на сторону 37 низкого давления охлаждающей и/или нагревательной насосной системы.
Если во впускные средства, представляющие собой входное отверстие 14 сигнального канала, вместо чистой жидкости, как описано выше, подают газ или парожидкостную смесь, имеет место меньшее увеличение объема. Это влияет на давление в канале 10, что также обеспечивает закрытие механизма (поршня 13) вентиля. Если механизм (поршень 13) перекрывает поток, вентиль 17А перекрывает прохождение конденсата через канал 9 для конденсата, отходящий от устройства 7А. Диафрагма 8 имеет меньшую пропускную способность, чем диафрагма 18, так что даже малое количество неконденсированного хладагента может подать на вентиль 17А открывающий импульс. Диафрагма 18 поддерживает на стороне высокого давления более высокое давление, чем на стороне низкого давления, что обеспечивает возможность подачи сигнала на регулирующий вентиль.
Параллельно вентилю 17А проложен трубопровод 36А сигнального потока. Когда указанный вентиль закрыт, через него получают сигнальный поток, так что после запуска охлаждающей системы импульс быстрее поступает во входное отверстие 14 канала 6.
На фиг.3 представлен теплообменник 11 для испарения жидкости, протекающей по каналу 6, 10. Канал 6, 10 предпочтительно имеет наружный диаметр около 3 мм и присоединен к трубопроводу 3, 9, предпочтительно с образованием с трубопроводом 3, 9 контура, содержащего, соответственно, горячий газ или конденсат, для достижения максимально возможного теплообмена.
На фиг.4 представлена управляющая система согласно альтернативному варианту осуществления изобретения. В этом варианте вместо устройства 7А, применяемого для контроля наличия пузырьков газа согласно варианту осуществления изобретения, представленному на фиг.1, использовано управляющее устройство, представляющее собой поплавковое управляющее устройство 7В, представленное на фиг.5. Устройство 7В через сигнальный канал 31, термочувствительный датчик, представляющий собой чувствительный элемент 28, и сигнальный канал 27 подает управляющие импульсы на регулирующее устройство, представляющее собой терморегулирующий вентиль 17В.
Для подачи достаточного количества конденсата из конденсатора 4 плавучее тело, представляющее собой поплавок 29, поднимают 33, а впускные средства, представляющие собой вентиль 30, открывают, в результате чего жидкость поступает в канал 31. Диафрагма 18, расположенная между впускным вентилем 30 канала 31 и стороной 37 низкого давления системы, настроена на пропускную способность вентиля 30 по отношению к диафрагме 18 таким образом, что при достаточно мощном потоке хладагента через вентиль 30 в канале 31 и чувствительном элементе 28 возрастает температура. Диафрагма 18 настроена на меньший поток, чем впускной вентиль 30, так как этот вентиль полностью открыт. Здесь диафрагма 18 поддерживает более высокую температуру на стороне высокого давления, чем на стороне низкого давления.
Если поток хладагента по каналу 31 превышает конкретный уровень, то диафрагма 18 не может пропустить количество хладагента, достаточное для обеспечения достаточного испарения хладагента из жидкой фазы в газообразную фазу в канале 31, в результате чего температура в канале 31 растет, что приводит к открытию вентиля 17В.
Если нет необходимости открывать впускной вентиль 30 и обеспечивать таким образом достаточную подачу жидкости в канал 31, в этом канале происходит испарение в количестве, позволяющем понизить в нем температуру. Чувствительный элемент 28 вентиля 17В регистрирует понижение температуры, вызывающее уменьшение давления пара в пространстве за мембраной 12 сильфона. Это снижение давления приводит к тому, что мембрана 12 выдает механизму (поршню 13) вентиля 17В сигнал на закрытие, что уменьшает поток через вентиль 17В.
Вышеописанные диафрагмы 8, 18, теплообменные устройства 11, 34, а также впускные средства 30 представляют собой испаряющие средства для испарения жидкости, поступающей в сигнальный канал.
Система, представленная на фиг.4, может быть также оснащена нагревателем или аналогичным устройством для испарения жидкости, присутствующей в канале 31, даже если в этом нет необходимости.
Предлагаемая система обеспечивает простоту, дешевизну и высокую скорость регулирования охлаждающей и/или нагревательной системы.
В результате изобретения посредством малого количества конденсата, поступающего от вентиля 30, управляют намного большим количеством конденсата, пропускаемым через вентиль 17В.
Следует отметить, что данное изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления изобретения, поясненными прилагаемыми чертежами. Возможны изменения, например использование других деталей или аналогичных технологий, без отклонения от объема притязаний, ограниченного формулой изобретения.
Условные обозначения
1 - всасывающий трубопровод для газа без примеси жидкости.
2 - компрессор.
3 - трубопровод для горячего газа.
4 - конденсатор для отвода тепла. Сообщается с воздухом или жидкостью.
5 - канал для конденсата.
6 - сигнальный канал за диафрагмой 8 перед нагревом в теплообменнике 11.
7А - управляющее устройство для контроля наличия пузырьков газа.
7В - поплавковое управляющее устройство (поплавок и корпус поплавка с вентилем).
8 - диафрагма.
9 - трубопровод для конденсата.
10 - сигнальный канал.
11 - теплообменник.
12 - мембрана, чувствительная к давлению.
13 - поршень, на который воздействует мембрана и который управляет регулирующим вентилем 17А.
14 - входное отверстие канала 6, 10.
15 - процесс закрывания.
16 - процесс открывания.
17А - регулирующий вентиль.
17В - терморегулирующий вентиль.
18 - диафрагма.
19 - расширительный канал, сторона низкого давления.
20 - испаритель для поглощения тепла.
21 - устройство для возврата масла от отделителя жидкости с нагревом для испарения хладагента.
22 - сухой газоочиститель.
23 - аккумулятор.
24 - отделитель жидкости.
25 - смотровое стекло.
26 - сигнальный канал, компенсационный канал.
27 - сигнальный канал, ведущий к регулирующему вентилю.
28 - термочувствительный датчик.
29 - поплавок.
30 - вентиль, на который воздействует поплавок 29.
31 - сигнальный канал между поплавковым вентилем и диафрагмой 18.
32 - вентиль закрыт при низком уровне жидкости.
33 - открывание или поднятие вентиля 30 при высоком уровне жидкости.
34 - электронагрев.
35 - теплообменник для переохлаждения жидкости и/или регенерации тепла из конденсата.
36А - трубопровод сигнального потока в обход регулирующего вентиля.
37 - сторона низкого давления.