ВЕНТИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ
VALVE DEVICE, IN PARTICULAR, FOR REFRIGERATING MACHINE

Область техники
Изобретение относится к вентильному устройству для холодильной машины, перекачивающей хладагент в замкнутом контуре и оснащенной, по меньшей мере, одним конденсатором и, по меньшей мере, одним испарителем. Вентильное устройство содержит, по меньшей мере, один впуск, посредством которого на вентильное устройство можно подавать содержащийся в конденсаторе хладагент, и, по меньшей мере, три выпуска, посредством которых хладагент, находящийся в вентильном устройстве, можно отводить в испаритель. Кроме того, вентильное устройство содержит клапан, который установлен с возможностью поворота вокруг оси и может быть переведен в несколько положений. Первый выпуск в первом положении соединен с впуском с целью пропускания хладагента. Второй выпуск во втором положении соединен с впуском с целью пропускания хладагента. Третий выпуск в третьем положении соединен с впуском с целью пропускания хладагента. Ни один из по меньшей мере трех выпусков не соединен с впуском в четвертом положении.
Уровень техники
Подобное вентильное устройство описано в патентной заявке US 7,437,888 В2.
Выкладное описание JP 2001 325651 А описывает клапан, содержащий вход и поверхность пластины клапана. На поверхности пластины клапана предусмотрено три клапанных разъема. Кроме того, клапан содержит два вентильных элемента, которые можно переводить в различные положения с целью различного накрытия клапанных разъемов.
Выкладное описание JP 2001 263902 А описывает контур хладагента с двумя капиллярными трубками.
Выкладное описание US 2007/137230 А1 описывает холодильный аппарат и способ управления холодильным аппаратом.
Выкладные описания JP 2005 106373 А и JP 2005 106315 А описывают, соответственно, клапанную пластину с тремя отверстиями. Кроме того, предусмотрен покрывной элемент в форме полукруга, который может различным образом накрывать три отверстия.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка вентильного устройства, которое будет отличаться более эффективным распределением хладагента в холодильной машине по сравнению с вентильными устройствами, известными из уровня техники.
Задача решена вентильным устройством с признаками, раскрываемыми в п. 1 формулы изобретения. Выгодные варианты исполнения вентильного устройства, описываемого изобретением, раскрываются в пп. 2-8 формулы.
Кроме того, задача изобретения решена холодильной машиной с признаками, раскрываемыми в п. 9 формулы, и способом управления вентильным устройством с признаками, раскрываемыми в п. 13 формулы. Выгодные варианты исполнения холодильной машины раскрываются в пп. 10-12 формулы.
В частности, холодильная машина является составной частью холодильного аппарата. Под холодильным аппаратом, в частности, понимают бытовой холодильный аппарат, то есть холодильный аппарат, применяющийся для ведения домашнего хозяйства или на предприятиях общественного питания, в частности для хранения продуктов питания и/или напитков в количествах, обычных для домашнего хозяйства, при определенных температурах. Это может быть холодильник, морозильник, комбинированный холодильно-морозильный аппарат, морозильный ларь или винный погребок.
В частности, вентильное устройство, описываемое изобретением, отличается тем, что хладагент, циркулирующий в холодильной машине, можно индивидуально распределять в зависимости от потребности. Открытие двух выпусков одновременно позволяет получить вместо трех различных вариантов протекания хладагента между конденсатором и испарителем холодильной машины шесть различных вариантов, если вентильное устройство оснащено тремя выпусками. Кроме того, в зависимости от количества хладагента, находящегося в конденсаторе, можно менять количество отводящегося конденсата. Это выгодно, в частности, при преобладании в конденсаторе экстремально высоких температур, например, превышающих 70°С. В связи с этим поток равнозначен объемному расходу.
В предпочтительном варианте исполнения вентильного устройства, описываемого изобретением, предусмотрено по меньшей мере три выпуска, равноудаленных от оси. Этот вариант исполнения позволяет открывать или перекрывать различные выпуски одними и теми же областями вентильного элемента.
В более предпочтительном варианте по меньшей мере три выпуска расположены на окружности, причем центр окружности расположен на оси, а выпуски находятся на равном удалении друг от друга по периметру окружности. Этот вариант исполнения выгоден тем, что положения вентильного элемента относительного каждого из трех выпусков могут передаваться на другие выпуски.
В следующем предпочтительном варианте исполнения три выпуска расположены в одной плоскости. Предпочтительно, три выпуска расположены в плоскости, ориентированной под прямым углом к оси.
В более предпочтительном варианте вентильный элемент содержит регулировочный маховик, который, предпочтительно, выполнен с возможностью поворота вокруг оси А посредством зубчатого колеса, которое выполнено с возможностью привода от шагового двигателя. Такой шаговый двигатель описан, например, в патентной заявке ЕР 1176346 В1. Предпочтительно, вентильное устройство содержит упор, предотвращающий совершение полного оборота вентильным элементом.
Предпочтительно, регулировочный маховик содержит пластину, вращательно-несимметричную относительно оси. При этом вращательная асимметрия равнозначна вращательной несимметричности. Такой вариант исполнения позволяет эксплуатировать вентильный элемент по дуге размером приблизительно 360°, причем каждое из положений, смещенных на 180°, не будет иметь одинаковую конфигурацию комбинации впуска и одного или нескольких выпусков.
В предпочтительном варианте исполнения вентильного устройства, описываемого изобретением, пластина содержит по меньшей мере две выемки, которые для пропускания хладагента соединяют впуск по меньшей мере с одним из по меньшей мере трех выпусков.
Кроме того, предпочтительно, описываемое изобретением вентильное устройство характеризуется шестым положением и седьмым положением, в каждом из которых по меньшей мере два из по меньшей мере трех выпусков соединены с впуском.
В предпочтительном варианте исполнения между двумя положениями, в каждом из которых по меньшей мере два из по меньшей мере трех выпусков соединены с впуском, предусмотрено по меньшей мере одно положение, в котором
ни один из по меньшей мере трех выпусков не соединен с впуском. Этот вариант исполнения выгоден тем, что из положения, в котором два выпуска соединены с впуском, можно быстро перейти в положение, в котором все выпуски закрыты. Таким образом, можно быстро прекратить слив хладагента из конденсатора.
Холодильная машина, описываемая изобретением, содержит вентильное устройство, описываемое изобретением. Холодильная машина содержит конденсатор, испаритель, компрессор и по меньшей мере три параллельно расположенных дроссельных устройства, каждое из которых соединено с одним из по меньшей мере трех выпусков вентильного устройства и испарителем. Такой вариант исполнения позволяет регулировать объемный расход хладагента, направляемого из конденсатора в испаритель, за счет использования одного из по меньшей мере трех дроссельных устройств или одновременно двух из по меньшей мере трех дроссельных устройств для отведения хладагента.
В альтернативном варианте холодильная машина может содержать конденсатор, по меньшей мере три параллельно расположенных испарителя, компрессор и по меньшей мере три параллельно расположенных дроссельных устройства, каждое из которых соединено с одним из по меньшей мере трех выпусков вентильного устройства и с одним из по меньшей мере трех испарителей. Предпочтительно, каждый из испарителей относится к различным температурным зонам холодильной машины, то есть при помощи вентильного устройства можно также одновременно охлаждать несколько температурных зон путем подачи хладагента в соответствующие испарители. Таким образом, подача хладагента в один испаритель не означает, что подача хладагента в два, по меньшей мере, остающихся испарителя должна быть прекращена.
Предпочтительно, три дроссельных устройства имеют различные коэффициенты потерь давления. Коэффициент потерь давления, который также может называться коэффициентом сопротивления или коэффициентом сопротивления потоку, является безразмерной величиной сопротивления потоку элемента, через который протекает жидкость. Если при этом холодильная машина содержит параллельно установленные испарители в количестве, соответствующем количеству выпусков вентильного устройства, то коэффициенты потерь давления можно выбрать таким образом, чтобы испарители оптимальным образом снабжались хладагентом. Если через дроссельные устройства питают хладагентом общий испаритель, то в этом случае, в частности, будет выгодно выбрать коэффициенты потерь давления соответствующих дроссельных устройств таким образом, чтобы объемный расход хладагента, транспортируемого через одно дроссельное устройство, не соответствовал объемному расходу хладагента, транспортируемого через два параллельно открытых дроссельных устройства. В этом случае устройство может проходить, например, три дроссельных устройства и три положения, в которых два дроссельных устройства открыты параллельно и одновременно, то есть в результате возможно шесть различных вариантов объемного расхода. В другом варианте их будет не более пяти.
Описываемый изобретением способ управления вентильным устройством, описываемым изобретением, содержит следующие этапы:
- пропускание хладагента от впуска к первому выпуску в первом положении;
- пропускание хладагента от впуска ко второму выпуску во втором положении;
- пропускание хладагента от впуска к третьему выпуску в третьем положении;
- прерывание потока хладагента в четвертом положении и пропускание хладагента от впуска к двум из по меньшей мере трех выпусков в пятом положении.
Описываемый изобретением способ управления вентильным устройством, описываемым изобретением, использует преимущества описываемого изобретением вентильного устройства.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты исполнения изобретения и их преимущества детально разъясняются в нижеследующем описании. На фигурах, которые лишь схематично отображают варианты исполнения, в частности, изображено:
Фигура 1: разрез вентильного устройства, описываемого изобретением.
Фигура 2а: разрез пластины вентильного устройства, описываемого изобретением, в первом положении.
Фигура 2b: разрез пластины вентильного устройства, описываемого изобретением, во втором положении.
Фигура 2с: разрез пластины вентильного устройства, описываемого изобретением, в третьем положении.
Фигура 2d: разрез пластины вентильного устройства, описываемого изобретением, в четвертом положении.
Фигура 2е: разрез пластины вентильного устройства, описываемого изобретением, в пятом положении.
Фигура 2f: разрез пластины вентильного устройства, описываемого изобретением, в пятом положении.
Фигура 2g: разрез пластины вентильного устройства, описываемого изобретением, в пятом положении.
Фигура 3: схематичное изображение описываемой изобретением холодильной машины согласно первому варианту исполнения.
Фигура 4: схематичное изображение описываемой изобретением холодильной машины согласно второму варианту исполнения.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 представлен разрез вентильного устройства 60, описываемого изобретением. Вентильное устройство 60 содержит зубчатое колесо 68, установленное с возможностью вращения вокруг оси В. Вентильный элемент 65 установлен с возможностью вращения вокруг оси А и содержит регулировочный маховик 66, входящий в зацепление с зубчатым колесом 68 и способный приводиться от зубчатого колеса 68.
На фигуре 1 оси А, В проходят внутри плоскости сечения. Вентильное устройство 60 содержит также впуск 61 и три выпуска 62, 63, 64. Посредством впуска 61 в вентильное устройство 60 можно подавать хладагент, который можно будет снова отводить из вентильного устройства 60 через выпуски 62, 63, 64. Вентильный элемент 65 расположен на выпускном участке 73 напротив выпусков 62, 63, 64.
Выпуски 62, 63, 64 равноудалены от оси А. Пластина 69 находится в области выпусков 62, 63, 64 на выпускном участке 73 вентильного устройства 60. При повороте зубчатого колеса 68 вокруг оси В вентильный элемент 65 поворачивается вокруг оси А. Упор (не показанный на фигуре) не позволяет вентильному элементу 65 выполнить поворот на угол, превышающий 360°.
1
2
3
4
5
6
7
На фигурах 2а-2g показан разрез пластины 69 вентильного элемента 65 в плоскости, перпендикулярной оси А, причем на каждой из фигур пластина 69 показана в другом положении S, S, S, S, S, S, S.
1
1
На фигуре 2а представлен разрез пластины 69 вентильного элемента 65 в плоскости, перпендикулярной оси А, в первом положении S. Пластина 69 содержит первую выемку 71 и вторую выемку 72, через которые хладагент может протекать от впуска 61 к выпускам 62, 63, 64. Выемки 71, 72 вращательно симметричны относительно оси А. Кроме того, пластина 69 вращательно симметрична относительно оси А. Как показано, в частности, на фигуре 2а, первая выемка 71 расположена напротив первого выпуска 62, благодаря чему впуск 61 соединен с первым выпуском 62. Таким образом, хладагент может протекать через вентильное устройство 60 по пути от впуска 61 через первую выемку 71 к первому выпуску 62. В первом положении S вентильного элемента 65, изображенном на фигуре 2а, выпуски 63, 64 закрыты пластиной 69 вентильного элемента 65, то есть, хладагент не может поступать от впуска 61 к выпускам 63, 64.
2
2
Во втором положении S, изображенном на фигуре 2b, первая выемка 71 расположена напротив второго выпуска 63. Таким образом, выпуск 63 прямо соединен с впуском 61. Во втором положении S первый выпуск 62 и третий выпуск 64 закрыты пластиной 69 вентильного элемента 65, то есть хладагент не может поступать от впуска 61 к выпускам 62, 64.
3
В третьем положении S, изображенном на фигуре 2с, первая выемка 71 расположено напротив третьего выпуска 64, благодаря чему хладагент может протекать от впуска 61 к выпуску 64. Выпуски 62, 63 закрыты пластиной 69, то есть хладагент не может поступать от впуска 61 к выпускам 62, 63.
4
4
На фигуре 2d представлен разрез пластины 69 вентильного элемента 65 в четвертом положении S. В четвертом положении S все три выпуска 62, 63, 64 закрыты пластиной 69, то есть хладагент не может поступать от впуска 61 ни на один из выпусков 62, 63, 64.
5
Как показано на фигуре 2е, пластина 69 вентильного элемента 65 в пятом положении S расположена таким образом, что первая выемка 71 находится напротив первого выпуска 62, а вторая выемка 72 находится напротив третьего выпуска 64. При таком расположении пластины 69 с впуском 61 соединен как первый выпуск 62, так и третий выпуск 64, в результате чего хладагент может протекать от впуска 61 к выпускам 62, 64. Второй выпуск 63 остается заблокированным пластиной 69, то есть поток хладагента не может протекать от впуска 61 ко второму выпуску 63.
6
Как показано на фигуре 2f, пластина 69 вентильного элемента 65 в шестом положении S расположена таким образом, что первая выемка 71 находится напротив второго выпуска 63, а вторая выемка 72 находится напротив первого выпуска 62. При таком расположении пластины 69 с впуском 61 соединен как первый выпуск 62, так и второй выпуск 63, в результате чего хладагент может протекать от впуска 61 к выпускам 62, 63. Третий выпуск 64 остается заблокированным пластиной 69, то есть поток хладагента не может протекать от впуска 61 к третьему выпуску 64.
7
Как показано на фигуре 2g, пластина 69 вентильного элемента 65 в седьмом положении S расположена таким образом, что первая выемка 71 находится напротив третьего выпуска 64, а вторая выемка 72 находится напротив второго выпуска 63. При таком расположении пластины 69 с впуском 61 соединен как второй выпуск 63, так и третий выпуск 64, в результате чего хладагент может протекать от впуска 61 к выпускам 63, 64. Первый выпуск 62 остается заблокированным пластиной 69, то есть поток хладагента не может протекать от впуска 61 к первому выпуску 62.
На фигуре 3 изображена описываемая изобретением холодильная машина 100 согласно первому варианту исполнения. Холодильная машина 100 содержит конденсатор 20, испаритель 30, компрессор 40, а также описываемое изобретением вентильное устройство 60 и три параллельно расположенных дроссельных устройства 51, 52, 53. Каждое из дроссельных устройств 51, 52, 53 соединено с одной стороны с одним из выпусков 62, 63, 64 вентильного устройства 60, а с другой стороны - с испарителем 30. Хладагент циркулирует через холодильную машину 100 и последовательно принимает различные агрегатные состояния. Исходно газообразный хладагент сжимается компрессором 40 и поступает в конденсатор 20. В конденсаторе 20 хладагент конденсируется с выделением тепла. Затем хладагент поступает на описываемое изобретением вентильное устройство 60 и направляется через дроссельное устройство 51, 52, 53 или параллельно через два дроссельных устройства 51, 52, 53 на испаритель. В испарителе 30 хладагент испаряется с поглощением тепла при относительно низкой температуре. После этого циркуляция хладагента в холодильной машине 100 может начинаться сначала. Таким образом, хладагент воспринимает тепловую мощность при низкой температуре и отдает ее в окружающую среду с совершением технической работы при более высокой температуре.
Описанная ранее холодильная машина 100 позволяет регулировать объемный расход хладагента, направляемого от конденсатора 20 через вентильное устройство 60 на испаритель 30. Холодильная машина 100, описываемая изобретением, содержит три дроссельных устройства 51, 52, 53, которые, предпочтительно, имеют различные коэффициенты потерь давления. Благодаря тому что можно также открывать два из трех выпусков 62, 63, 64 вентильного устройства 60, добавляется три дополнительных положения вентильного устройства, при каждом из которых хладагент может проходить через два из трех дроссельных устройств 51, 52, 53. Таким образом, появляется еще три варианта объемного расхода хладагента, который может быть направлен в испаритель. Таким образом, вентильное устройство 60 в сочетании с дроссельными устройствами 51, 52, 53 может функционировать в качестве многоступенчатого дроссельного устройства, которое может иметь шесть различных коэффициентов потерь давления. Таким образом, вентильное устройство 60 в сочетании с дроссельными устройствами 51, 52, 53 может функционировать в качестве дроссельного устройства, которое может иметь шесть различных коэффициентов потерь давления. Тем самым, этот вариант исполнения холодильной машины 100 позволяет направлять хладагент из конденсатора 20 в испаритель 30 с различной скоростью.
На фигуре 4 изображена описываемая изобретением холодильная машина 200 согласно второму варианту исполнения. Холодильная машина 200 содержит конденсатор 20, три испарителя 31, 32, 33, компрессор 40, а также описываемое изобретением вентильное устройство 60, каждый из выпусков 62, 63, 64 которого соединен с одним из испарителей 31, 32, 33. Выпуски 62, 63, 64 соединены с испарителями 31, 32, 33 через дроссельные устройства 54, 55, 56. Благодаря тому что коэффициенты потерь давления дроссельных устройств 54, 55, 56 могут различаться, можно подстраивать объемный расход под потребности в производстве холода на испарителях 31, 32, 33. Испарители 31, 32, 33 описываемой изобретением холодильной машины 200 могут обслуживать различные температурные зоны, то есть их холодильная мощность может иметь различные величины. Этот вариант исполнения вентильного устройства, описываемого изобретением, позволяет подавать хладагент из конденсатора в зависимости от потребности одного из испарителей 31, 32, 33 или двух из испарителей 31, 32, 33 одновременно.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
20
конденсатор
30
испаритель
31
испаритель
32
испаритель
33
испаритель
40
компрессор
51
дроссельное устройство
52
дроссельное устройство
53
дроссельное устройство
54
дроссельное устройство
55
дроссельное устройство
56
дроссельное устройство
60
вентильное устройство
61
впуск
62
первый выпуск
63
второй выпуск
64
третий выпуск
65
вентильный элемент
66
регулировочный маховик
68
зубчатое колесо
69
пластина
71
первая выемка
72
вторая выемка
73
выпускной участок
100
холодильная машина
200
холодильная машина
А
ось
В
ось
S<sub>1</sub>
первое положение
S<sub>2</sub>
второе положение
S<sub>3</sub>
третье положение
S<sub>4</sub>
четвертое положение
S<sub>5</sub>
пятое положение
S<sub>6</sub>
шестое положение
S<sub>7</sub>
седьмое положение