КОНТУР ОХЛАЖДЕНИЯ
COOLING CIRCUIT

Настоящее изобретение относится к контурам охлаждения, в частности, к контурам охлаждения, содержащим блок разделения газа и жидкости во всасывающем трубопроводе компрессора. Настоящее изобретение также относится к способам управления такими контурами охлаждения.
В контуре охлаждения циркулирующий хладагент, который был сжат по меньшей мере одним компрессором и охлажден теплоотводящим теплообменником, расширяют с помощью по меньшей мере одного устройства расширения, например, расширительного клапана и/или эжектора, прежде чем он испарится в испарителе для поглощения тепла из окружающей среды.
Как правило, компоненты контура охлаждения оптимизированы для наиболее часто встречающихся условий эксплуатации, но в целом сложно оптимизировать контур охлаждения во всем диапазоне различных возможных условий эксплуатации, в частности, при изменении температуры окружающей среды.
Таким образом, при некоторых условиях эксплуатации хладагент не способен полностью испаряться внутри испарителя. В результате этого, в хладагенте, выходящем из испарителя и доставляемом в компрессор (компрессоры), частично содержится жидкая фаза хладагента. Это приводит к снижению эффективности контура охлаждения и даже может приводить к повреждению компрессора (компрессоров).
Поэтому желательно гарантированно полностью извлекать жидкую фазу, содержащуюся в хладагенте, выходящем из испарителя и поступающем в компрессор (компрессоры).
Согласно примерам осуществления настоящего изобретения, описанным в настоящем документе, контур охлаждения содержит в направлении протекания циркулирующего хладагента: компрессорный блок, содержащий по меньшей мере один компрессор; теплоотводящий теплообменник/газоохладитель; устройство расширения при высоком давлении; приемник; устройство расширения, в частности, устройство расширения с нормальной температурой охлаждения; испаритель, в частности, испаритель с нормальной температурой охлаждения; и блок газожидкостной сепарации низкого давления, содержащий по меньшей мере два собирающих контейнера. Выход испарителя с нормальной температурой охлаждения соединен по текучей среде с входом первого собирающего контейнера, а входная сторона компрессорного блока соединена по текучей среде с выходом для газа первого собирающего контейнера. Выход для жидкости первого собирающего контейнера соединен по текучей среде через входной клапан с входом второго собирающего контейнера, а выход для жидкости второго собирающего контейнера соединен по текучей среде через выходной клапан с входом приемника.
Первый собирающий контейнер, в частности, расположен на более высоком уровне, чем второй собирающий контейнер, который расположен на более высоком уровне, чем приемник. Такое расположение собирающих контейнеров обеспечивает протекание части в виде жидкой фазы обратно в приемник благодаря действию сил тяжести без необходимости в применении механического механизма для накачивания.
Согласно примеру осуществления настоящего изобретения способ функционирования такого контура охлаждения включает следующие этапы: закрытие обоих клапанов для отделения и сбора части хладагента в виде жидкой фазы в первом собирающем контейнере; открытие входного клапана для переноса собранного жидкого хладагента из первого собирающего контейнера во второй собирающий контейнер, закрытие входного клапана и открытие выходного клапана для переноса жидкого хладагента из второго собирающего контейнера в приемник.
Таким образом, согласно этому примеру осуществления первый собирающий контейнер действует как газожидкостный сепаратор, а второй собирающий контейнер действует как переносный контейнер для переноса части хладагента в виде жидкой фазы, которая была отделена и собрана в первом собирающем контейнере, обратно в приемник. Поскольку давление внутри приемника выше, чем давление в первом собирающем контейнере/всасывающем трубопроводе компрессора, второй собирающий контейнер необходим для обеспечения фиксатора давления, изолирующего первый собирающий контейнер от приемника, при этом обеспечивая прохождение отделенной части хладагента в виде жидкой фазы путем поочередного открытия входного клапана и выходного клапана.
В результате этого в компрессорный блок подают только часть хладагента в виде газообразной фазы и контур охлаждения может работать с высокой эффективностью в широком диапазоне условий эксплуатации.
Согласно еще одному примеру осуществления настоящего изобретения контур охлаждения содержит в направлении протекания циркулирующего хладагента: компрессорный блок, содержащий по меньшей мере один компрессор; теплоотводящий теплообменник/газоохладитель; устройство расширения при высоком давлении; приемник; устройство расширения, в частности, устройство расширения с нормальной температурой охлаждения; испаритель, в частности, испаритель с нормальной температурой охлаждения; и блок газожидкостной сепарации низкого давления, содержащий по меньшей мере два собирающих контейнера. Контур охлаждения также содержит блок впускных клапанов, который выполнен с возможностью попеременного соединения выхода испарителя с нормальной температурой охлаждения с входом одного из собирающих контейнеров; блок выходных клапанов для газа, который выполнен с возможностью попеременного соединения входной стороны компрессорного блока с выходом для газа одного из собирающих контейнеров; и блок выходных клапанов для жидкости, который выполнен с возможностью попеременного соединения входа приемника с выходом для жидкости одного из собирающих контейнеров.
Согласно примеру осуществления настоящего изобретения способ функционирования такого контура охлаждения включает этап управления блоком клапанов для поочередного переключения между по меньшей мере двумя режимами:
В первом режиме выход испарителя с нормальной температурой охлаждения соединен по текучей среде с входом первого собирающего контейнера, вход компрессорного блока соединен по текучей среде с выходом для газа первого собирающего контейнера, а первый собирающий контейнер отделен по текучей среде от приемника, что позволяет поддерживать разность давлений между первым собирающим контейнером и приемником.
Во втором режиме выход испарителя с нормальной температурой охлаждения соединен по текучей среде с входом второго собирающего контейнера, вход компрессорного блока соединен по текучей среде с выходом для газа второго собирающего контейнера, а второй собирающий контейнер отделен по текучей среде от приемника, что позволяет поддерживать разность давлений между вторым собирающим контейнером и приемником.
В первом режиме вход приемника по меньшей мере временно соединен по текучей среде с выходом для жидкости второго собирающего контейнера; а во втором режиме вход приемника по меньшей мере временно соединен по текучей среде с выходом для жидкости первого собирающего контейнера.
За счет поочередного переключения между указанными двумя режимами один из собирающих контейнеров временно изолируют от трубопровода всасывания низкого давления компрессорного блока и соединяют по текучей среде с приемником для обеспечения переноса отделенной части в виде жидкой фазы, которая была собрана в указанном собирающем контейнере, обратно в приемник. Первый и второй собирающие контейнеры, в частности, расположены на большей высоте, чем приемник. Это обеспечивает протекание части в виде жидкой фазы обратно в приемник благодаря действию сил тяжести без необходимости в применении механического механизма для накачивания.
Оба, как первый, так и второй режимы являются комбинированными режимами сбора жидкости и переноса жидкости: В каждом из двух режимов часть хладагента в виде жидкой фазы отделяют от хладагента, выходящего из испарителя в один из собирающих контейнеров, в то время как отделенный жидкий хладагент переносят из другого собирающего контейнера обратно в приемник.
В результате этого в компрессорный блок подают только часть хладагента в виде газообразной фазы и контур охлаждения может работать с высокой эффективностью в широком диапазоне условий эксплуатации.
Примеры осуществления настоящего изобретения описаны ниже в отношении прилагаемых чертежей:
На фиг. 1 представлено схематическое изображение контура 1а охлаждения согласно первому примеру осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 представлено схематическое изображение контура 1b охлаждения согласно второму примеру осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 представлено схематическое изображение контура 1с охлаждения согласно третьему примеру осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4 представлено схематическое изображение контура 1d охлаждения согласно четвертому примеру осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1 показан контур 1а охлаждения согласно первому примеру осуществления настоящего изобретения.
Показанный на фиг. 1 контур 1а охлаждения содержит компрессорный блок 2, содержащий множество соединенных параллельно компрессоров 2а, 2b, 2с. При эксплуатации компрессоры 2а, 2b, 2с сжимают хладагент от низкого входного давления до высокого выходного давления. В частности, компрессорный блок 2 может содержать компрессор-экономайзер 2а и один или более стандартных компрессоров 2b, 2с.
Выходы высокого давления компрессоров 2а, 2b, 2с соединены по текучей среде с выходным коллектором 21, собирающим хладагент, выходящий из компрессоров 2а, 2b, 2с, и подающим сжатый хладагент в теплоотводящий теплообменник/газоохладитель 4. Теплоотводящий теплообменник/газоохладитель 4 выполнен с возможностью переноса тепла от хладагента в окружающую среду, таким образом, снижая температуру хладагента. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, теплоотводящий теплообменник/газоохладитель 4 содержит два вентилятора 41, которые могут быть выполнены с возможностью выдувания воздуха через теплоотводящий теплообменник/газоохладитель 4 для увеличения передачи тепла от хладагента в окружающую среду. Конечно, применение двух вентиляторов 41 является лишь примером и теплоотводящий теплообменник/газоохладитель 4 может содержать меньшее или большее количество вентиляторов 41 или даже вообще не содержать вентиляторы 41.
Охлажденный хладагент, выходящий из теплоотводящего теплообменника/газоохладителя 4, доставляют в устройство расширения при высоком давлении, в частности, расширительный клапан 6 высокого давления, который выполнен с возможностью расширения хладагента от высокого давления до пониженного (среднего) давления. Расширенный хладагент выходит из расширительного клапана 6 высокого давления и его доставляют по входному трубопроводу 7 приемника на первый вход 8а приемника 8, действующего как газожидкостный сепаратор среднего давления. Приемник 8 имеет поперечное сечение (диаметр), которое значительно больше поперечного сечения (диаметра) входного трубопровода 7 приемника. Вследствие этого скорость протекания хладагента в приемнике 8 значительно ниже, чем во входном трубопроводе 7 приемника. В результате этого хладагент разделяется на часть в виде жидкой фазы, собирающейся в нижней части приемника 8, и часть в виде газообразной фазы, собирающейся в верхней части приемника 8.
Хладагент, состоящий из части хладагента в виде жидкой фазы, собирающейся в нижней части приемника 8, выходит из приемника 8 через выход 8с для жидкости и его доставляют в устройство 10 расширения с нормальной температурой охлаждения.
После прохождения через устройство 10 расширения с нормальной температурой охлаждения, где он расширяется от среднего давления до низкого давления, хладагент поступает в испаритель 12 с нормальной температурой охлаждения. Испаритель 12 с нормальной температурой охлаждения выполнен с возможностью работы при «нормальных» температурах охлаждения, т.е., в частности, при температурах в диапазоне от 0°С до 15°С для обеспечения «нормальной температуры» охлаждения.
В зависимости от условий эксплуатации и условий окружающей среды, в частности, разности температур между окружающей средой теплоотводящего теплообменника/газоохладителя 4 и испарителя 12 с нормальной температурой охлаждения, хладагент, выходящий из выхода 13 испарителя 12 с нормальной температурой охлаждения, может представлять собой смесь хладагента, содержащую часть в виде жидкой фазы и часть в виде газообразной фазы. Для повышения эффективности контура 1а охлаждения желательно отделять часть в виде жидкой фазы от части в виде газообразной фазы и доставлять только часть в виде газообразной фазы ко входной стороне 3 компрессорного блока 2.
Для отделения части в виде жидкой фазы от части в виде газообразной фазы хладагент, выходящий из испарителя 12 с нормальной температурой охлаждения через его выход 13, подают в газожидкостный сепаратор 30 низкого давления, содержащий два собирающих контейнера 32, 34.
Хладагент, в частности, подают через трубопровод 39 хладагента низкого давления на вход 32а первого собирающего контейнера 32. Первый собирающий контейнер 32 имеет поперечное сечение (диаметр), которое значительно больше поперечного сечения (диаметра) трубопровода 39 хладагента низкого давления. Эта разница между поперечными сечениями первого собирающего контейнера 32 и трубопровода 39 хладагента низкого давления приводит к значительному снижению скорости протекания хладагента, например, от приблизительно 8 м/с до приблизительно 0,25 м/с. Это снижение скорости протекания приводит к тому, что часть хладагента в виде жидкой фазы отделяется от части в виде газообразной фазы и собирается в нижней части первого собирающего контейнера 32. В результате этого только часть хладагента в виде газообразной фазы выходит из первого собирающего контейнера 32 через выход 32b для газа, обеспеченный в верхней части первого собирающего контейнера 32, и ее подают по трубопроводу 20 всасывания хладагента ко входной стороне 3 компрессорного блока 2.
2
Выход 32с для жидкости обеспечен в нижней части первого собирающего контейнера 32 для обеспечения выпускания жидкого хладагента, собирающегося в нижней части первого собирающего контейнера 32. Выход 32с для жидкости соединен по текучей среде посредством входного клапана 36 с входом 34а второго собирающего контейнера 34. Второй собирающий контейнер 34 расположен на меньшей высоте Н, чем первый собирающий контейнер 32, но на большей высоте, чем приемник 8. Выходной клапан 38 присоединен с возможностью сообщения по текучей среде между выходом 34с для жидкости, обеспеченным в нижней части второго собирающего контейнера 34, и вторым входом 8d приемника 8.
После функционирования контура 2 охлаждения в течение заданного периода времени и/или когда определенное количество жидкого хладагента соберется в нижней части первого собирающего контейнера 32, блок 48 управления выдаст команду на открытие входного клапана 36. Жидкий хладагент, собранный в нижней части первого собирающего контейнера 32, может быть обнаружен датчиком 33 уровня жидкости, который расположен внутри первого собирающего контейнера 32 или на нем и который подает сигнал обнаружения жидкого хладагента на блок 48 управления.
1
Поскольку первый собирающий контейнер 32 расположен на некоторой высоте H над вторым собирающим контейнером 34, силы тяжести обуславливают вытекание жидкого хладагента из первого собирающего контейнера 32 во вход 34а второго собирающего контейнера 34, когда открыт входной клапан 36. Для специалиста в данной области будет очевидно, что первый собирающий контейнер 32 необязательно должен быть расположен непосредственно над вторым собирающим контейнером 34, т.е. на общей вертикальной линии с ним. Вместо этого достаточно, чтобы первый собирающий контейнер 32 был расположен на высоте, которая больше высоты второго собирающего контейнера 34.
2
Через заданный период времени, который, в частности, является достаточно большим, чтобы почти весь жидкий хладагент, собранный в первом собирающем контейнере 32, мог быть перенесен из первого собирающего контейнера 32 во второй собирающий контейнер 34, и/или когда датчик 33 уровня жидкости обнаруживает, что уровень жидкости в первом собирающем контейнере 32 упал ниже заданного нижнего предела, блок 48 управления выдаст команду на закрытие входного клапана 36 и открытие выходного клапана 38. Поскольку второй собирающий контейнер 34 расположен на некоторой высоте Н над приемником 8, силы тяжести обуславливают вытекание жидкого хладагента из второго собирающего контейнера 34 в приемник 8, когда открыт выходной клапан 38.
Таким образом, комбинация второго собирающего контейнера 34, входного клапана 36 и выходного клапана 38 действует как фиксатор давления, отделяющий среднее давление внутри приемника 8 от низкого давления в первом собирающем контейнере 32, но позволяющий жидкому хладагенту проходить из первого собирающего контейнера 32 обратно в приемник 8 за счет поочередного открытия входного клапана 36 и выходного клапана 38. Из приемника 8 жидкий хладагент может снова поступать в устройство 10 расширения с нормальной температурой охлаждения и испаритель 12 с нормальной температурой охлаждения.
Эффективность контура 1а охлаждения может быть дополнительно повышена за счет обеспечения (дополнительного) трубопровода выделенного газа 22, соединенного по текучей среде с выходом 8b для газа приемника, который обеспечен в верхней части приемника 8, к трубопроводу 20 всасывания хладагента компрессорного блока 2.
Трубопровод выделенного газа 22 позволяет части хладагента в виде газообразной фазы, собранной в верхней части приемника 8, выходить из приемника 8 через выход 8b для газа приемника и поступать в трубопровод 20 всасывания хладагента компрессорного блока 2. Расход хладагента через трубопровод выделенного газа 22 можно регулировать с помощью клапана 26 выделенного газа, обеспеченного в трубопроводе выделенного газа 22.
В некоторых случаях теплообменник 24 выделенного газа может быть установлен в трубопровод выделенного газа 22 для обеспечения передачи тепла между хладагентом, выходящим в виде жидкого хладагента через выход 8с для жидкости, и газообразным хладагентом, выходящим из приемника 8 через выход 8b для газа.
Контур 1а охлаждения может также содержать ветвь 9 с низкой температурой, т.е. переохлажденную, которая выполнена с возможностью обеспечения более низких температур охлаждения, чем в испарителе 12 с нормальной температурой охлаждения, т.е., замораживающих температур ниже 0°С, в частности, температур в диапазоне от -15°С до -5°С, для обеспечения охлаждения при замораживающих температурах.
Ветвь 9 с низкой температурой контура 1а охлаждения содержит устройство 14 расширения с замораживающей температурой, которое соединено по текучей среде с выходом 8с для жидкости приемника 8. Устройство 14 расширения с замораживающей температурой выполнено с возможностью расширения хладагента до еще более низкого давления, чем в устройстве 10 расширения с нормальной температурой охлаждения.
Часть жидкого хладагента, которая была расширена в устройстве 14 расширения с замораживающей температурой, поступает в испаритель 16 с замораживающей температурой, который, в частности, выполнен с возможностью функционирования при замораживающих температурах ниже 0°С, в частности, при температурах в диапазоне от -15°С до -5°С. Хладагент, выходящий из испарителя 16 с замораживающей температурой, доставляют ко входной стороне компрессорного блока 18 с замораживающей температурой, содержащего один или более компрессоров 18а, 18b с замораживающей температурой. Компрессорный блок 18 с замораживающей температурой сжимает хладагент до низкого давления хладагента в трубопроводе 20 всасывания хладагента и подает сжатый хладагент в указанный трубопровод 20 всасывания хладагента.
На фиг. 2 показан контур 1b охлаждения согласно второму примеру осуществления настоящего изобретения.
Контур 1b охлаждения согласно второму примеру осуществления отличается от контура 1а охлаждения согласно первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1, только конфигурацией газожидкостного сепаратора 30, 40 низкого давления.
Таким образом, компоненты контура 1b охлаждения согласно второму варианту осуществления, которые идентичны компонентам контура 1а охлаждения согласно первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1, обозначены одинаковыми ссылочными позициями и их подробное описание опущено.
1
2
1
2
1
2
1
2
Согласно второму примеру осуществления, показанному на фиг. 2, газожидкостной сепаратор 40 низкого давления содержит два аналогичных, в частности, идентичных собирающих контейнера 32, 34, которые расположены на некоторой высоте H, Н, в частности, от 1 до 3 м, в частности, 2 м, над приемником 8. На фиг. 2 собирающие контейнеры 32, 34 изображены на разных высотах Н, Н для иллюстрации. На практике собирающие контейнеры 32, 34 могут быть расположены на одинаковой высоте Н=H=Н или на разных высотах H, Н, лишь бы оба собирающих контейнера 32, 34 были расположены на более высоком уровне, чем приемник 8.
Оба собирающих контейнера 32, 34 имеют поперечное сечение (диаметр), которое значительно больше поперечного сечения (диаметра) трубопровода 39 хладагента низкого давления.
Газожидкостный сепаратор 40 низкого давления согласно второму примеру осуществления также содержит блок 42 входных клапанов для газа, блок 44 выходных клапанов для газа и блок 46 выходных клапанов для жидкости.
Блок 42 входных клапанов для газа выполнен с возможностью альтернативного соединения трубопровода 39 хладагента низкого давления с входом 32а, 34а любого из двух собирающих контейнеров 32, 34.
Блок 44 выходных клапанов для газа выполнен с возможностью поочередного соединения трубопровода 20 всасывания хладагента компрессорного блока 2 с выходом 32b, 34b для газа любого из двух собирающих контейнеров 32, 34, а блок 46 выходных клапанов для жидкости выполнен с возможностью поочередного соединения второго входа 8d приемника 8 с выходом 32с, 34с для жидкости любого из двух собирающих контейнеров 32, 34.
Каждый из блоков 42, 44, 46 клапанов может содержать трехходовой клапан, как показано на фиг. 2, или, соответственно, подходящую комбинацию двухходовых клапанов.
Блок 48 управления выполнен таким образом, что инициирует поочередное переключение блоков 42, 44, 46 клапанов между двумя режимами работы:
В первом режиме работы трубопровод 39 хладагента низкого давления соединен по текучей среде с входом 32а первого собирающего контейнера 32, трубопровод 20 всасывания хладагента компрессорного блока 2 соединен по текучей среде с выходом 32b для газа первого собирающего контейнера 32, а выход 32с для жидкости первого собирающего контейнера 32 отделен от приемника 8. Второй вход 8b приемника 8 по меньшей мере временно соединяют по текучей среде с выходом 34с для жидкости второго собирающего контейнера 34.
В указанном первом режиме работы хладагент, который подают из испарителя 12 с нормальной температурой охлаждения и который может содержать часть в виде газообразной фазы и часть в виде жидкой фазы, поступает в первый собирающий контейнер 32. В первом собирающем контейнере 32 часть хладагента в виде газообразной фазы отделяется от части в виде жидкой фазы, как это было описано ранее в отношении газожидкостного сепаратора 30 низкого давления, показанного на фиг. 1. Часть в виде газообразной фазы подают через выход 32b для газа и блок 44 выходных клапанов для газа в трубопровод 20 всасывания хладагента компрессорного блока 2, а часть в виде жидкой фазы собирается в нижней части первого собирающего контейнера 32.
Одновременно блок 46 выходных клапанов для жидкости по меньшей мере временно соединяет по текучей среде выход 34с для жидкости второго собирающего контейнера 34 с приемником 8 и жидкий хладагент, который был ранее собран во втором собирающем контейнере 34, может вытекать благодаря действию сил тяжести через выход 34с для жидкости и блок 46 выходных клапанов для жидкости из второго собирающего контейнера 34 в приемник 8.
После некоторого времени работы и/или после того, как определенное количество жидкого хладагента будет собрано в первом собирающем контейнере 32, блоки 42, 44, 46 клапанов будут переключены из первого режима во второй режим работы.
Для обеспечения возможности переключения между двумя режимами на основании количества жидкого хладагента, собранного в нижней части первого собирающего контейнера 32, количество жидкого хладагента, собранного в первом собирающем контейнере 32, может быть определено с помощью первого датчика 33 уровня жидкости, установленного внутри первого собирающего контейнера 32 или на нем.
В указанном втором режиме работы трубопровод 39 хладагента низкого давления соединен по текуче среде с входом 34а второго собирающего контейнера 34, трубопровод 20 всасывания хладагента компрессорного блока 2 соединен по текуче среде с выходом 34b для газа второго собирающего контейнера 34, а выход 34с для жидкости второго собирающего контейнера 34 отделен от приемника 8. Второй вход 8b приемника 8 по меньшей мере временно соединяют по текучей среде с выходом 32с для жидкости первого собирающего контейнера 32.
Вследствие этого хладагент, подаваемый из испарителя 12 с нормальной температурой охлаждения, поступает во второй собирающий контейнер 34, где часть хладагента в виде жидкой фазы отделяется от его части в виде жидкой фазы, как это было описано ранее в отношении первого собирающего контейнера 32. Отделенную часть в виде газообразной фазы подают через выход 34b для газа и блок 44 выходных клапанов для газа в трубопровод 20 всасывания хладагента компрессорного блока 2, а часть в виде жидкой фазы собирается в нижней части второго собирающего контейнера 34.
Одновременно с этим блок 46 выходных клапанов для жидкости по меньшей мере временно соединяет по текучей среде выход 32с для жидкости первого собирающего контейнера 32 с приемником 8, причем жидкий хладагент, собранный в нижней части первого собирающего контейнера 32 во время действия первого режима работы, может вытекать благодаря действию сил тяжести через выход 32с для жидкости и блок 46 выходных клапанов для жидкости из первого собирающего контейнера 32 в приемник 8.
Через некоторое дополнительное время работы и/или после того, как определенное количество жидкого хладагента будет собрано во втором собирающем контейнере 34, блоки 42, 44, 46 клапанов будут переключены обратно из второго режима работы в первый режим работы.
Для обеспечения возможности переключения между двумя режимами на основании количества жидкого хладагента, которое было собрано во втором собирающем контейнере 34, количество жидкого хладагента, собранного во втором собирающем контейнере 34, может быть определено с помощью второго датчика 35 уровня жидкости, установленного внутри второго собирающего контейнера 34 или на нем.
Таким образом, согласно второму примеру осуществления поочередно один из собирающих контейнеров 32, 34 используют для отделения части в виде жидкой фазы от части в виде газообразной фазы хладагента, а другой собирающий контейнер 34, 32 может быть опустошен путем доставки жидкого хладагента, собранного в нижней части собирающего контейнера 34, 32, в приемник 8.
Во втором примере осуществления комбинация блоков 42, 44, 46 клапанов действует как фиксатор давления, отделяющий среднее давление внутри приемника 8 от низкого давления в трубопроводе 39 хладагента низкого давления, но позволяющий жидкому хладагенту избирательно вытекать из каждого из собирающих контейнеров 32, 34 обратно в приемник 8.
На фиг. 3 показан контур 1с охлаждения согласно третьему примеру осуществления настоящего изобретения.
Контур 1с охлаждения согласно третьему примеру осуществления аналогичен контуру 1а охлаждения согласно первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1. В частности, конфигурация его газожидкостного сепаратора 30 низкого давления согласно третьему варианту осуществления идентична конфигурации газожидкостного сепаратора 30 низкого давления контура 1а охлаждения согласно первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1.
Таким образом, компоненты контура 1b охлаждения согласно третьему варианту осуществления, которые идентичны компонентам по первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1, обозначены одинаковыми ссылочными позициями и их подробное описание опущено. В частности, работа газожидкостного сепаратора 30 низкого давления идентична работе газожидкостного сепаратора 30 низкого давления контура 1а охлаждения согласно первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1, и поэтому не будет описана снова.
Контур 1с охлаждения согласно третьему варианту осуществления отличается от контура 1а охлаждения согласно первому варианту осуществления тем, что устройство расширения при высоком давлении представляет собой эжектор 50. Входное отверстие 51 высокого давления эжектора 50 соединено по текучей среде с выходом теплоотводящего теплообменника/газоохладителя 4, а выходное отверстие 53 среднего давления эжектора 50 соединено по текучей среде через входной трубопровод 7 приемника с первым входом 8а приемника 8. Эжектор 50 также содержит вход 52 всасывания. Вход 52 всасывания соединен по текучей среде через входной трубопровод 56 эжектора, содержащий впускной клапан 54 эжектора, с трубопроводом 39 хладагента низкого давления ниже по течению относительно испарителя 12 с нормальной температурой охлаждения.
При открытии входного клапана 54 эжектора контур 1с охлаждения согласно третьему варианту осуществления может быть переключен в эжекторный режим. Когда контур 1с охлаждения работает в эжекторном режиме, часть жидкости, выходящей из испарителя 12 с нормальной температурой охлаждения, всасывается через входной трубопровод 56 эжектора и входной клапан 54 эжектора во вход 52 всасывания эжектора 50. Это соответствует циклу эжектора 58, при котором некоторое количество хладагента протекает из выходного отверстия 53 эжектора 50 через приемник 8, необязательный теплообменник 24 выделенного газа, устройство 10 расширения с нормальной температурой охлаждения, испаритель 12 с нормальной температурой охлаждения и входной клапан 54 эжектора обратно во вход 52 всасывания эжектора 50.
На фиг. 4 показан контур 1d охлаждения согласно четвертому примеру осуществления настоящего изобретения.
Контур 1d охлаждения согласно третьему примеру осуществления аналогичен контуру 1b охлаждения согласно второму варианту осуществления, показанному на фиг. 2. В частности, конфигурация его газожидкостного сепаратора 40 низкого давления идентична конфигурации газожидкостного сепаратора 40 низкого давления контура 1b охлаждения согласно второму варианту осуществления, показанному на фиг. 2.
Таким образом, компоненты контура 1d охлаждения согласно четвертому варианту осуществления, соответствующие компонентам по второму варианту осуществления, показанному на фиг. 2, обозначены одинаковыми ссылочными позициями и их подробное описание опущено. В частности, работа газожидкостного сепаратора 40 низкого давления идентична работе газожидкостного сепаратора 40 низкого давления контура 2 охлаждения согласно второму варианту осуществления, показанному на фиг. 2, и поэтому не будет описана снова.
Контур 1d охлаждения согласно четвертому варианту осуществления отличается от контура 1b охлаждения согласно второму варианту осуществления тем, что устройство расширения при высоком давлении представляет собой эжектор 50. Входное отверстие 51 высокого давления эжектора 50 соединено по текучей среде с выходом теплоотводящего теплообменника/газоохладителя 4, а выходное отверстие 53 среднего давления эжектора 50 соединено по текучей среде через входной трубопровод 7 приемника с первым входом 8а приемника 8.
Эжектор 50 также содержит вход 52 всасывания. Вход 52 всасывания соединен по текучей среде через входной трубопровод 56 эжектора, содержащий впускной клапан 54 эжектора, с трубопроводом 39 хладагента низкого давления ниже по течению относительно испарителя 12 с нормальной температурой охлаждения.
При открытии входного клапана 54 эжектора контур 1d охлаждения согласно четвертому варианту осуществления может быть переключен в эжекторный режим. Когда контур 1d охлаждения работает в эжекторном режиме, часть жидкости, выходящей из испарителя 12 с нормальной температурой охлаждения, всасывается через входной трубопровод 56 эжектора и входной клапан 54 эжектора во вход 52 всасывания эжектора 50. Это соответствует циклу эжектора 58, при котором некоторое количество хладагента протекает из выходного отверстия 53 эжектора 50 через приемник 8, необязательный теплообменник 24 выделенного газа, устройство 10 расширения с нормальной температурой охлаждения, испаритель 12 с нормальной температурой охлаждения и входной клапан 54 эжектора обратно во вход 52 всасывания эжектора 50.
Функционирование контура 1с, 1d охлаждения в эжекторном режиме может повышать эффективность контура 1с, 1d охлаждения в некоторых эксплуатационных условиях и условиях окружающей среды, в частности, когда наружная температура является высокой, что приводит к тому, что температура теплоотводящего теплообменника/газоохладителя 4 является относительно высокой.
Отделение части в виде жидкой фазы хладагента от части в виде газообразной фазы с помощью газожидкостного сепаратора 30, 40 низкого давления, как было описано со ссылкой на примеры осуществления, позволяет избежать всасывания жидкого хладагента в компрессорную установку 2. Это повышает эффективность контура 1а, 1b, 1с, 1d охлаждения, в частности, когда наружная температура и, следовательно, также и температура теплоотводного теплообменника/газоохладителя 4, относительно низки.
В результате этого контуры 1а, 1b, 1с, 1d охлаждения согласно примерам осуществления настоящего изобретения могут работать очень эффективно в широком диапазоне температур окружающей среды.
Ниже описан ряд дополнительных признаков. Эти признаки могут быть реализованы в конкретных вариантах осуществления по отдельности или в сочетании с любым из других признаков.
В одном варианте осуществления собирающие контейнеры расположены над приемником, в частности, на высоте от 1 м до 3 м, в частности, 2 м над приемником. В одном варианте осуществления первый собирающий контейнер расположен над вторым собирающим контейнером, в частности, на высоте от 1 м до 3 м, в частности, 2 м над вторым собирающим контейнером, а второй собирающий контейнер расположен над приемником, в частности, на высоте от 1 м до 3 м, в частности, 2 м над приемником. Такая конфигурация позволяет переносить жидкую фазу хладагента из первого собирающего контейнера во второй собирающий контейнер и/или из собирающего контейнера (контейнеров) в приемник благодаря действию сил тяжести. Это позволяет избежать необходимости в обеспечении дополнительного накачивающего механизма. Для специалиста в данной области будет очевидно, что контейнеры необязательно должны быть расположены непосредственно над приемником, т.е. на общей вертикальной линии с ним. Вместо этого достаточно, чтобы контейнеры были расположен на уровне, который выше уровня приемника.
В одном варианте осуществления контур охлаждения также содержит блок управления, который выполнен с возможностью управления блоками клапанов для переключения между по меньшей мере двумя режимами, в том числе: первым режимом, в котором выход испарителя с нормальной температурой охлаждения соединен по текучей среде со входом первого собирающего контейнера, входная сторона компрессорного блока соединена по текучей среде с выходом для газа первого собирающего контейнера, а первый собирающий контейнер отделен по текучей среде от приемника; и вторым режимом, в котором выход испарителя с нормальной температурой охлаждения соединен по текучей среде со входом второго собирающего контейнера, входная сторона компрессорного блока соединена по текучей среде с выходом для газа второго собирающего контейнера, а второй собирающий контейнер отделен по текучей среде от приемника.
Это позволяет отделить часть в виде жидкой фазы от части в виде газообразной фазы хладагента в одном из собирающих контейнеров, поддерживая при этом разность давлений между указанным собирающим контейнером и приемником.
В одном варианте осуществления вход приемника по меньшей мере временно соединен по текучей среде с выходом для жидкости второго собирающего контейнера в первом режиме; и вход приемника по меньшей мере временно соединен по текучей среде с выходом для жидкости первого собирающего контейнера во втором режиме.
Это позволяет переносить жидкий хладагент, собранный в одном из контейнеров, обратно в приемник, поддерживая при этом разность давлений между трубопроводом хладагента низкого давления/трубопроводом всасывания хладагента и приемником.
В одном варианте осуществления контур охлаждения также содержит блок управления, который выполнен с возможностью управления входными и выходными клапанами для переключения между режимом сбора жидкости, в котором оба клапана закрыты; первым режимом переноса жидкости, в котором входной клапан открыт, а выходной клапан закрыт; и вторым режимом переноса жидкости, в котором входной клапан закрыт, а выходной клапан открыт.
Блок управления согласно любому из этих вариантов осуществления обеспечивает отделение части в виде жидкой фазы от хладагента, выходящего из испарителя, и перенос отделенной части в виде жидкой фазы обратно в приемник без применения механического механизма для накачивания.
В одном варианте осуществления блок управления выполнен с возможностью поочередного переключения между режимами с заданной частотой. Это позволяет обеспечить простой и недорогой блок управления с применением простого таймера для переключения между режимами.
В одном варианте осуществления контур охлаждения также содержит датчик уровня жидкости в или на по меньшей мере одном из собирающих контейнеров, а блок управления выполнен с возможностью попеременного переключения между режимами на основании уровней жидкости, определенных датчиком (датчиками) уровня жидкости. Использование датчиков уровня жидкости обеспечивает надежное переключение между режимами и позволяет гарантированно избежать переполнения контейнеров жидким хладагентом.
В одном варианте осуществления устройство расширения при высоком давлении представляет собой расширительный клапан высокого давления. Расширительный клапан высокого давления является надежным и недорогим устройством расширения при высоком давлении.
В одном варианте осуществления устройство расширения при высоком давлении представляет собой эжектор. Эжектор, в частности, может содержать входное отверстие высокого давления, соединенное по текучей среде с выходной стороной теплоотводящего теплообменника/газоохладителя, отверстие всасывания эжектора, соединенное по текучей среде через входной клапан эжектора с выходом испарителя с нормальной температурой охлаждения, и выходное отверстие, соединенное по текучей среде с приемником. Контур охлаждения, содержащий эжектор в качестве устройства расширения при высоком давлении, может работать с повышенной эффективностью при специфических условиях окружающей среды. В одном варианте осуществления контур охлаждения также содержит трубопровод выделенного газа, соединяющий по текучей среде выход для газа приемника со входной стороной компрессорного блока. Трубопровод выделенного газа, в частности, может содержать по меньшей мере один из клапана выделенного газа и/или теплообменника выделенного газа, выполненного с возможностью осуществления теплообмена между выделенным газом, протекающим по трубопроводу выделенного газа, и хладагентом, выходящим из приемника через выход для жидкости. Обеспечение и использование такого трубопровода выделенного газа может повысить эффективность контура охлаждения.
В одном варианте осуществления контур охлаждения также содержит ветвь с замораживающей температурой, присоединенную с возможностью сообщения по текучей среде между выходом для жидкости приемника, в частности, в местоположении между приемником и устройством расширения, и входом компрессорного блока, в частности, в местоположении между блоком газожидкостной сепарации низкого давления и компрессорным блоком. Ветвь с замораживающей температурой может содержать устройство расширения с замораживающей температурой, испаритель с замораживающей температурой и компрессорный блок с замораживающей температурой. Такая ветвь с замораживающей температурой позволяет обеспечить замораживающие температуры в дополнение к «нормальным» температурам охлаждения. Таким образом, один контур охлаждения может одновременно обеспечивать как «нормальные» температуры охлаждения, так и замораживающие температуры. Это позволяет обеспечить две разные температуры охлаждения при низких затратах.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на примеры осуществления, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что могут быть предложены различные изменения, а элементы могут быть заменены их эквивалентами без отступления от объема настоящего изобретения. В частности, могут быть предложены изменения для адаптации конкретной ситуации или материала к идеям настоящего изобретения без отступления от его существенного объема. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение не ограничено конфетными раскрытыми вариантами осуществления, а что настоящее изобретение будет включать все варианты осуществления, входящие в объем рассматриваемой формулы изобретения.
Ссылочные позиции
1а контур охлаждения (первый вариант осуществления)
1b контур охлаждения (второй вариант осуществления)
1с контур охлаждения (третий вариант осуществления)
1d контур охлаждения (четвертый вариант осуществления)
2 компрессорный блок
2а компрессор-экономайзер
2b, 2с стандартные компрессоры
3 входная сторона компрессорного блока
4 теплоотводящий теплообменник/газоохладитель
6 устройство расширения при высоком давлении/расширительный клапан высокого давления
7 входной трубопровод приемника
8 приемник
8а первый вход приемника
8b выход для газа приемника
8с выход для жидкости приемника
8d второй вход приемника
9 ветвь с низкой температурой
10 устройство расширения (с нормальной температурой охлаждения)
12 испаритель (с нормальной температурой охлаждения)
13 выход испарителя (с нормальной температурой охлаждения)
14 устройство расширения с замораживающей температурой
16 испаритель с замораживающей температурой
18 компрессорный блок с замораживающей температурой
18а, 18b компрессоры с замораживающей температурой
20 трубопровод всасывания хладагента компрессорного блока
21 выходной коллектор
22 трубопровод выделенного газа
24 теплообменник выделенного газа
26 клапан выделенного газа
30 газожидкостной сепаратор низкого давления (первый и третий варианты осуществления)
32 первый собирающий контейнер
32а вход первого собирающего контейнера
32b выход для газа первого собирающего контейнера
32с выход для жидкости первого собирающего контейнера
33 (первый) датчик уровня жидкости
34 второй собирающий контейнер
34а вход второго собирающего контейнера
34b выход для газа второго собирающего контейнера
34с выход для жидкости второго собирающего контейнера
35 второй датчик уровня жидкости
36 входной клапан второго собирающего контейнера
38 выходной клапан второго собирающего контейнера
39 трубопровод хладагента низкого давления
40 газожидкостной сепаратор низкого давления (второй и четвертый варианты осуществления)
41 вентиляторы
42 блок входных клапанов
44 блок выходных клапанов для газа
46 блок выходных клапанов для жидкости
48 блок управления
50 устройство расширения при высоком давлении/эжектор
51 входное отверстие высокого давления эжектора
52 вход всасывания эжектора
53 выходное отверстие эжектора
54 входной клапан эжектора
56 входной трубопровод эжектора
58 цикл эжектора
1
H высота первого собирающего контейнера
2
Н высота второго собирающего контейнера