ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА
COOLING MACHINE

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в парокомпрессионных холодильных машинах с нерегулируемым дросселирующим устройством, работающим на многокомпанентных смесях хладагентов.
Известна холодильная установка, содержащая компрессор, конденсатор, теплообменник-выпариватель, установленные последовательно в циркуляционном контуре, предварительный рекуперативный теплообменник, основной рекуперативный теплообменник, отделитель жидкости и масла, дросселирующее устройство и испаритель. Отделитель выполнен в виде гидроциклона. Дросселирующее устройство и отделитель установлены между основным рекуперативным теплообменником и испарителем (RU 2208748 C1, F25B 43/04, 20.07.2003).
Недостатком известной холодильной установки является ее неприспособленность для работы на многокомпанентной смеси хладагентов и для получения низких температур (ниже -60°C). Это выражается в том, что при низких температурах происходит загустение смазочного масла компрессора и повышается риск того, что дросселирующее устройство забьется загустевшим или замерзшим маслом. Это приводит к срыву температурного режима и временному выходу из строя холодильной машины. В известной холодильной установке отделитель жидкости и масла расположен в холодной части установки, после дросселирующего устройства. В указанной холодильной установке не предполагается использование в качестве рабочего вещества смеси халадагента и в случае применения смеси эффективность ее работы при низких температурах охлаждения ниже -60°C снижается.
Техническим результатом является обеспечение стабильной работы холодильной машины при температурах ниже -60°C за счет минимизаций попадания смазочного масла компрессора в основное дросселирующее устройство и повышение эффективности и экономичности работы при низких температурах и сокращение времени выхода на рабочий режим.
Указанный технический результат достигается тем, что в холодильной машине, содержащей циркуляционный контур, в котором установлены предварительный рекуперативный теплообменник, отделитель жидкости, последовательно соединенные конденсатор и компрессор, с которым связан выход из предварительного рекуперативного теплообменника, испаритель, основной рекуперативный теплообменник и основное дросселирующее устройство, выход прямого потока из основного рекуперативного теплообменника через основное дросселирующее устройство соединен с испарителем, выход из которого связан с входом обратного потока в основной рекуперативный теплообменник, выход обратного потока которого соединен с входом обратного потока предварительного рекуперативного теплообменника, при этом холодильная машина снабжена предварительным дросселирующим устройством, вход отделителя жидкости, разделяющий поток хладагента на газообразную и жидкую составляющие, обладающие разными теплофизическими свойствами и поступающие на первый и второй выходы отделителя жидкости соответственно, соединен с конденсатором, при этом первый выход отделителя жидкости соединен с входом прямого потока хладагента в предварительный рекуперативный теплообменник, а второй выход отделителя жидкости соединен через предварительное дросселирующее устройство с входом обратного потока в предварительный рекуперативный теплообменник.
Отличие холодильной машины заключается и в том, что она снабжена перепускной линией, содержащей последовательно установленные соленоидный вентиль, ресивер, обратный клапан, дополнительное дросселирующее устройство, при этом перепускная линия расположена между первым выходом отделителя и входом обратного потока хладагента в предварительный рекуперативный теплообменник.
На чертеже представлена принципиальная гидравлическая схема холодильной машины, работающей по дроссельному циклу.
Холодильная машина состоит из компрессора 1, конденсатора 2, отделителя жидкости 3, предварительного дросселирующего устройства 4, предварительного рекуперативного теплообменника 5, основного рекуперативного теплообменника 6, основного дросселирующего устройства 7, испарителя 8.
Компрессор 1 и конденсатор 2 расположены в циркуляционном контуре последовательно. Отделитель жидкости разделяет поток хладагента на газообразную и жидкую составляющие, обладающие разными теплофизическими свойствами и поступающие на первый и второй выходы отделителя жидкости соответственно. Вход в отделитель 3 жидкости соединен с конденсатором 2, первый выход соединен со входом прямого потока хладагента в предварительный рекуперативный теплообменник 5, а второй выход через дополнительное дросселирующее устройство 4 соединен с входом обратного потока в предварительный рекуперативный теплообменник 5. Выход прямого потока из предварительного рекуперативного теплообменника 5 соединен с входом прямого потока в основной рекуперативный теплообменник 6. Выход прямого потока из основного рекуперативного теплообменника 6 через основное дросселирующее устройство 7 соединен с испарителем 8, выход из которого соединен с входом обратного потока в основной рекуперативный теплообменник 6. Выход обратного потока из основного рекуперативного теплообменника 6 соединен с входом обратного потока в предварительный рекуперативный теплообменник 5, выход из которого соединен с компрессором.
Для сокращения периода пуска холодильная машина снабжена перепускной линией, которая содержит последовательно установленные соленоидный вентиль 9, ресивер 10, обратный клапан 11, дросселирующее устройство 12. Перепускная линия установлена между первым входом отделителя 3 жидкости и входом обратного потока в предварительный рекуперативный теплообменник 5.
Холодильная машина работает следующим образом.
Хладагент сжимается в компрессоре 1, затем охлаждается до температуры окружающей среды и частично конденсируется в конденсаторе 2, после чего попадает в отделитель 3 жидкости, где разделяется на газообразную и жидкую фазы. Газообразный хладагент из первого выхода отделителя жидкости поступает сначала в предварительный рекуперативный теплообменник 5, затем в основной рекуперативный теплообменник 6, где постепенно конденсируется за счет охлаждения обратным потоком. Охлажденный хладагент проходит через основное дросселирующее устройство 7, где происходит его расширение и понижение температуры, после чего поступает в испаритель 8, где подогревается за счет тепла, отводимого от охлаждаемого объекта. Далее поток хладагента поступает в основной рекуперативный теплообменник 6, где подогревается за счет охлаждения прямого потока. Жидкий хладагент из второго выхода отделителя 3 жидкости проходит через предварительное дросселирующее устройство 4, где понижается его давление и температура, после чего смешивается с обратным потоком перед предварительным рекуперативным теплообменником 5. Далее поток хладагента еще подогревается в предварительном рекуперативном теплообменнике 5 и поступает на всасывание компрессора 1, на чем цикл работы холодильной машины замыкается.
Соленоидный вентиль 9 нормально находится в закрытом положении и открывается при помощи электрического сигнала от управляющего устройства. В случае повышения давление нагнетания выше некоторой заданнай величины соленоидный вентиль открывается и перепускает часть газообразного потока хладагента в ресивер 10. Соленоидный вентиль закрывается, как только давление падает до заданного значения. Из ресивера 10 хладагент проходит через обратный клапан 11 и дросселирующее устройство 12, где его давление падает до давления обратного потока, а температура понижается, и смешивается с обратным потоком перед предварительным рекуперативным теплообменником. Обратный клапан необходим для предотвращения попадания хладагента в ресивер со стороны обратного потока в случае повышения давления всасывания.
Особенностями холодильной машины являются наличие отделителя жидкости после конденсатора и промежуточное разделение потока в нем, за счет чего улучшается возврат масла в компрессор; наличие перепускной линии, что позволяет ограничить давление нагнетания в пусковой период и сократить время пускового периода.
Контур холодильной машины выполнен герметичным, следовательно, ни попадание посторонних веществ, ни средства для их удаления из системы во время работы не предусмотрены.
Большая часть смазочного масла компрессора остается в жидкой фазе в отделителе жидкости 3 и возвращается в компрессор, не проходя через основное дросселирующее устройство 7 и испаритель 8, где возможно замерзание масла при низких температурах охлаждения. Это повышает надежность всей холодильной машины.
В части потока хладагента, которая находится в газообразном состоянии в отделителе жидкости 3, более высокое содержание компонентов с низкой нормальной температурой кипения и, следовательно, более высоким значением изотермического дросселя-эффекта (эффект Джоуля-Томпсона, определяющий холодопроизводительность в дроссельном цикле) при низких температурах, чем в части потока, находящейся в жидком состоянии. В результате количество теплоты, отводимое от охлаждаемого объекта в испарителе на единицу массы хладагента, увеличивается.
За счет сдросселированной жидкой части потока хладагента из отделителя жидкости 3, подмешанной в обратный поток, происходит дополнительное охлаждение прямого потока в предварительном рекуперативном теплообменнике 5. Это позволяет получить более низкую температуру хладагента перед основным дросселирующим устройством 7 и повысить тепловой эффект дросселирования.
При применении многокомпонентного хладагента в ресивере 10, расположенном на перепускной линии, скапливаются компоненты с низкой температурой кипения, благодаря чему удается ограничить давление нагнетания во время пускового периода и увеличить общее количество заправляемого хладагента, что в свою очередь ведет к сокращению пускового периода.
Применение перепускной линии не только позволяет предохранить систему от чрезмерного повышения давления во время пускового периода благодаря перепуску части хладагента в ресивер 10, но также способствует улучшению работы холодильной машины во время выхода на установившийся режим. Это происходит благодаря тому, что в ресивер 10 перепускается часть потока с повышенной концентрацией компонентов с низкой температурой кипения, находящаяся в газообразном состоянии после отделителя 3 жидкости. Соответственно, эта часть потока временно изымается из цикла холодильной машины. В то время, пока происходит возврат хладагента из ресивера 10, холодильная машина работает на хладагенте, в котором повышена концентрация компонентов с высокой температурой кипения и, соответственно, изотермический дроссель-эффект для этого хладагента при промежуточных температурах кипения (пока температура кипения не достигла номинальной) будет выше.
Применение перепускной линии позволяет увеличить общее количество заправляемого хладагента или использовать рабочее вещество с большим содержанием компонентов с низкой нормальной температурой кипения, что ведет к сокращению пускового периода. Также применение перепускной линии позволяет получать более низкие температуры при использовании тех же компонентов холодильной машины.