ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА
REFRIGERATING UNIT

Данное изобретение относится к холодильной установке с холодильным контуром, содержащим несколько испарительных участков и распределитель, осуществляющий распределение хладагента, причем распределитель имеет корпус и управляемый клапан для каждого испарительного участка.
Холодильная установка такого типа известна, например, из патентного документа DE 19547744 A1. Эта холодильная установка имеет отдельный компрессор и отдельный конденсатор, но она имеет два выполненных отдельно друг от друга испарителя. Подаваемый компрессором поток хладагента после конденсатора и перед расширительными элементами при помощи 3/2-ходового клапана разделяется на два частичных потока, причем положение 3/2-ходового клапана управляется регулирующим устройством. При такой конструкции снабжать более чем два испарительных участка испарения сложно.
В документе US 5832744 описана другая холодильная установка, в ней распределитель между впуском хладагента и несколькими выпусками хладагента имеет клапан, ниже которого по потоку расположено вращающееся турбинное колесо. Турбинное колесо предназначено для того, чтобы хладагент равномерно распределялся по всем выходам распределителя, а вместе с тем и по всем испарителям. Хотя такая конструкция теоретически обеспечивает равномерное распределение хладагента по отдельным испарителям, даже незначительные различия в размерах, которые могут возникнуть, например, при изготовлении, приводят к тому, что хладагент распределяется по отдельным испарителям неравномерно. Кроме того, в случае таких распределителей необходимо, чтобы отдельные испарители, в сущности, имели одинаковую тепловую нагрузку и одинаковое гидравлическое сопротивление. Если это условие не выполняется, может возникнуть случай, когда один из испарителей получает слишком много хладагента, и хладагент, прежде чем он пройдет через этот испаритель, испаряется неполностью. Другой испаритель, присоединенный к тому же испарителю, может получать слишком мало хладагента, так что этот испаритель не сможет развить необходимой хладопроизводительности. Избыточная или недостаточная подача в испарители может привести к трудностям, прежде всего, если расширительным клапаном управляют температурные датчики, размещенные на испарителях или в других местах холодильной установки. При неблагоприятных обстоятельствах расширительный клапан может войти в режим собственных колебаний, что еще больше снижает мощность и эффективность холодильной установки.
В основе изобретения лежит задача простыми средствами обеспечить заданный режим работы холодильной установки.
В случае холодильной установки вышеуказанного типа эта задача решается благодаря тому, что распределитель имеет магнитное устройство, управляющее клапанами.
Когда ниже мы будем говорить о "холодильной установке", то этот термин следует понимать в широком смысле. Он, в частности, включает системы охлаждения, системы замораживания, кондиционеры и тепловые насосы, то есть устройства, в которых циркулирует хладагент. Термин "холодильная установка" применяется лишь для упрощения. Испарительные участки могут принадлежать различным испарителям. Для простоты изобретение поясняется применительно к нескольким испарителями. Несмотря на это, изобретение применимо и в том случае, если один испаритель имеет несколько отдельных испарительных участков или испарительных участков, управляемых группами.
Если распределитель имеет управляемый клапан для каждого испарителя, то он может управлять подачей в испаритель индивидуально, т.е. в этом случае в каждый испаритель может быть подано такое количество хладагента, которое ему необходимо. Теперь уже не нужно обращать внимание на то, чтобы все испарители имели одинаковое гидравлическое сопротивление. Второстепенное значение имеет также то, что испарители должны развивать различную хладопроизводительность. Испаритель, который должен развивать большую хладопроизводительность, соответственно получает большее количество хладагента, чем тот испаритель, от которого требуется небольшая хладопроизводительность. Управление клапанами осуществляют простым способом посредством магнитного устройства, содержащего, по меньшей мере, один магнит. Магнитные силы магнита действуют на клапаны или их детали, если магнит находится вблизи клапана и активен. Напротив, если магнит удален от клапана или неактивен, например, если электромагнит выключен, то он уже не воздействует своими силами на этот клапан или его детали. Итак, посредством управления положением и/или функцией магнита можно обеспечить открытие определенного клапана, при этом другие клапаны остаются закрытыми.
Предпочтительно, магнитное устройство имеет ротор с размещенным на нем по меньшей мере одним магнитом. Так как магнит находится на роторе, вследствие вращения ротора он перемещается от одного клапана к другому. Вращением ротора можно управлять посредством управляющего устройства. Таким образом, управляющее устройство, в конечном счете, обеспечивает распределение хладагента по отдельным испарителям.
Также является предпочтительным, если магнитное устройство содержит по меньшей мере один магнит, выполненный в виде электромагнита. В этом случае магнит можно включать и выключать.
Предпочтительно, магнит действует через закрытую стенку корпуса. Это дает то преимущество, что для приведения в действие клапанов не требуется никакого отверстия, через которое, например, должен проходить толкатель и т.д. Если подобное отверстие отсутствует, то не возникает и проблема возможной негерметичности.
Единственным условием такой конструкции является то, что стенка не должна препятствовать действию магнита. Например, через пластик магнитное поле проникает почти беспрепятственно. То же самое касается и многих немагнитных металлов.
Предпочтительно, магнит проходит в кольцевой канавке. Таким образом, кольцевая канавка определяет круговую траекторию, по которой может двигаться магнит. Итак, магнит на роторе достаточно установить в направлении вращения. Кольцевая канавка предназначена для того, чтобы магнит в каждом случае сохранял соответствующее расположение относительно клапанов.
Клапан, предпочтительно, выполнен в виде клапана непрямого действия. Силы, которые может развить магнит, в частности, зависят от размера магнита. Размер магнита в свою очередь определяется размером распределителя. Как правило, распределитель стремятся сделать не слишком большим. Соответственно ограничены и силы, которые способен развить магнит. Если применяют клапан непрямого действия, то магнит должен действовать только на вспомогательный элемент, который после этого использует вспомогательную энергию, например давление хладагента, чтобы привести в действие главный затвор.
При этом предпочтительно, чтобы клапан имел вспомогательный затвор, который может перемещаться магнитом, и главный затвор, который может перемещаться хладагентом и взаимодействовать с главным седлом клапана, а своей стороной, направленной в противоположную сторону от главного седла клапана, ограничивает напорную камеру, причем вспомогательный затвор открывает или закрывает проход от напорной камеры к выходу, соединенному с испарительным участком. Когда вспомогательный затвор перемещается магнитом, проход открывается, поэтому давление в напорной камере снижается. После этого падающее давление может использоваться для отвода главного затвора от главного седла клапана. Затем главный затвор остается в отведенном от седла состоянии до тех пор, пока вспомогательный затвор снова не закроет проход. После этого давление в напорной камере снова может увеличиться настолько, что главный затвор переместится назад к главному седлу клапана. Вспомогательный затвор закрывает проход тогда, когда магнит вращается дальше, так что он уже больше не может влиять на соответствующий вспомогательный затвор.
Предпочтительно параллельно главному затвору от входного отверстия распределителя к напорной камере проходит дроссельный канал. Через дроссельный канал хладагент может пройти от входного отверстия в напорную камеру. Давление, действующее в этом случае в напорной камере, приводит к тому, что главный затвор прилегает к главному седлу клапана до тех пор, пока вспомогательный затвор не откроет проход. Только после того как вспомогательный затвор открывает проход, давление в напорной камере падает настолько, что может открыться главный затвор. Это объясняется тем, что через дроссельный канал не может притечь количество хладагента, достаточное для того, чтобы при открытом проходе создать давление, необходимое для закрытия клапана.
Предпочтительно дроссельный канал проходит между главным затвором и направляющей для главного затвора. Благодаря этому не только можно применять разность давлений на главном затворе, чтобы отводить этот затвор от главного седла клапана, но и применять поток хладагента через дроссельный канал. В этом случае хладагент создает на главном затворе своего рода "трение", поэтому главный затвор можно отвести от главного седла клапана даже тогда, когда для перемещения главного затвора только благодаря разности давлений, поверхностей на главном затворе, предназначенных для воздействия давления хладагента, оказывается недостаточно. В этом случае дроссельный канал может быть образован просто благодаря тому, что между главным затвором и направляющей существует небольшой зазор. Разумеется, для образования дроссельного канала также можно выполнить одну или несколько канавок в периферийной стенке главного затвора или внутренней стенке направляющей.
Предпочтительно, первое падение давления в дроссельном канале больше второго падения давления между напорной камерой и выходом. Благодаря такой конструкции обеспечивается то, что главный затвор надежно открывается и остается открытым, поскольку главный затвор открывает проход, ведь в напорную камеру может притечь такое количество хладагента, которого недостаточно для того, чтобы снова привести главный затвор в соприкосновение с главным седлом, поскольку главный затвор не закрывает проход.
Предпочтительно, вспомогательный затвор взаимодействует с возвратной пружиной. Возвратная пружина развивать больших усилий не должна. Она лишь должна быть способна привести вспомогательный затвор в соприкосновение со вспомогательным седлом клапана. Если распределитель установлен так, что вспомогательный затвор доходит до соприкосновения со вспомогательным седлом клапана под действием силы тяжести, то, смотря по обстоятельствам, можно обойтись без возвратной пружины. Тем не менее, наличие возвратной пружины дает то преимущество, что установочное положение можно выбирать, в общем, свободно.
Предпочтительно магнитное устройство имеет управляемый магнит, посредством которого одновременно можно управлять несколькими клапанами. Управляемый магнит можно выполнить, например, в виде электромагнита, то есть как магнитную катушку, в которую можно подавать ток, чтобы активизировать магнит. Если ток выключают, магнит становится неактивным. Если магнит устанавливают так, что он одновременно может управлять несколькими или даже всеми клапанами, то при пуске холодильной установки можно открыть все клапаны, чтобы быстро снизить температуру в холодильной установке. После соответствующего наполнения испарительных участков управляемый магнит выключают, а дальнейшее управление осуществляют, например, посредством ротора.
Также предпочтительно каждый клапан оснащен собственным управляемым магнитом. Такой магнит также можно выполнить в виде электромагнита. Эта конструкция обладает тем преимуществом, что клапанами можно управлять независимо друг от друга, то есть, в том числе, в более или менее произвольной последовательности. И в этом случае при пуске холодильной установки одновременно можно открыть все клапаны.
Далее изобретение описывается на основе предпочтительного примера реализации, проиллюстрированного на чертежах. На чертежах показано следующее.
Фиг.1 - схематичное изображение холодильной установки с несколькими испарителями.
Фиг.2 - вид сбоку на распределитель.
Фиг.3 - разрез III-III согласно фиг.2.
Фиг.4 - вид сбоку на вставку.
Фиг.5 - вставка в аксонометрии.
Фиг.6 - разрез VI-VI согласно фиг.4.
На фиг.1 схематично изображена холодильная установка 1, в которой в циркуляционном контуре соединены друг с другом компрессор 2, конденсатор 3, коллектор 4, распределитель 5 и испарительная установка 6 с несколькими параллельно расположенными испарителями 7a-7d. Испарительная установка 6 также может содержать единственный испаритель с несколькими испарительными участками, которые должны управляться отдельно или группами.
Жидкий хладагент известным способом испаряется в испарителях 7a-7d, сжимается компрессором 2, превращается в жидкость в конденсаторе 3 и собирается в коллекторе 4. Распределитель 5 предназначен для распределения жидкого хладагента по отдельным испарителям 7a-7d.
На выходе каждого испарителя 7a-7d расположен температурный датчик 8а-8d. Температурный датчик 8a-8d определяет температуру хладагента, выходящего из испарителя 7a-7d. Эти температурные данные передаются в управляющее устройство 9, которое управляет распределителем 5 в зависимости от температурных сигналов датчиков 8a-8d.
На фиг.2-6 изображен распределитель 5 с дополнительными деталями.
Из фиг.2 видно, что распределитель 5 имеет корпус 10 с впускным отверстием 11 и несколькими выпускными отверстиями 12, причем каждое выпускное отверстие 12 соединено с испарительным участком 7a-7d. Сигналы от температурных датчиков 8a-8d по электрическим проводам 13 подают в распределитель 5.
Как видно из фиг.3, корпус 10 распределителя 5 оснащен вставкой 14, которая на фиг.4-6 изображена с дополнительными деталями. Вставка 14 имеет двигатель 15, на приводном валу 16 которого закреплен ротор 17. Если двигатель вращает приводной вал 16, то ротор 17 поворачивается вокруг оси 18 вращения. Здесь ротор 17 выполнен в виде кронштейна, соединенного с приводным валом 16. Двигатель 15 можно выполнить, например, в виде шагового двигателя.
На своем удаленном от приводного вала 16 конце ротор несет магнит 19, который при вращении ротора 17 проходит в кольцевой канавке 20. Кольцевая канавка 20 образована в верхней стенке 21, которая уплотняет часть полости 22 корпуса 10, смежную с выходами 12. Между прочим, двигатель 15, например, может быть запрессован в корпус 10, если не существует другой возможности закрепить двигатель 15 в корпусе 10 так, чтобы двигатель не мог вращаться относительно корпуса.
В представленном варианте магнит 19, предпочтительно, выполнен в виде постоянного магнита. Тем не менее, магнит 19 также можно выполнить как электромагнит, который можно, так сказать, включать и выключать.
На стороне верхней стенки 21, обращенной в противоположную от двигателя 15 сторону, установлен корпус 23 вставки, который со стороны, обращенной в направлении от верхней стенки 21, закрыт нижней пластиной 24. В нижней пластине 24 для каждого выхода 12 предусмотрено выпускное отверстие 25.
Вместе с нижней пластиной 24 корпус 23 вставки ограничивает входную камеру 26 для хладагента. Здесь, чтобы легче понять чертеж, впускное отверстие 11 показано схематично.
На своей обращенной к верхней стенке 21 стороне каждое выпускное отверстие 25 образует главное седло 27 клапана. С каждым главным седлом 27 клапана взаимодействует главный затвор 28. На своей стороне, обращенной от седла 27 клапана, главный затвор 28 ограничивает напорную камеру 29, причем вместе с направляющей 30, охватывающей главный затвор 28 по образующей окружности
Тем не менее, главный затвор 28 ведется в направляющей 30 с небольшим зазором, так что возникает участок 31 дросселирования, через который хладагент из входной камеры 26 может течь в напорную камеру 29, причем даже тогда, когда главный затвор 28 прилегает к главному седлу 27 клапана. Из напорной камеры 29 вспомогательный канал 32 ведет во вспомогательную камеру 33, в которой установлен вспомогательный затвор 34. Вспомогательный затвор 34 благодаря силе возвратной пружины 35, которую можно выполнить сравнительно слабой, располагается так, что он закрывает вспомогательный канал 32. Таким образом, хладагент, поступивший в напорную камеру 29, при изображенном на чертеже закрытом положении вспомогательного затвора 35 течь из напорной камеры 29 не может.
Однако если магнит 19 располагается над вспомогательным затвором 34, то магнит 19 притягивает вспомогательный затвор 34 против усилия возвратной пружины 35, поэтому вспомогательный канал 32 открывается, и возникает соединение между напорной камерой 29 и вспомогательной камерой 33. Тогда хладагент, который до этого был закрыт в напорной камере 29, может течь во вспомогательную камеру 33, а оттуда через остальные участки 36, 37 вспомогательного канала - к выходу 25. Благодаря этому давление в напорной камере 29 падает.
После этого хладагент, притекающий через участок 31 дросселирования из входной камеры 26 в напорную камеру 29, создает на главном затворе 28 разность давлений, которой достаточно для того, чтобы приподнять главный затвор 28 от главного седла 27 клапана. Поскольку главный затвор 28 приподнят от главного седла 27 клапана, на главный затвор 28 в направлении открывания действует полное давление хладагента из входной камеры 26, поэтому он удерживается в открытом положении. До тех пор пока главный затвор 28 приподнят от главного седла 27 клапана, хладагент через соответствующее выпускное отверстие 25 попадает в выходное отверстие 12, а затем - в соответствующий испарительный участок 7a-7d.
Если магнит 19 вращается дальше, так что он уже не действует на вспомогательный затвор 34, то возвратная пружина 35 снова отжимает вспомогательный клапан 34 в изображенное закрытое положение, так что вспомогательный канал 32 закрыт. Так как через участок 31 дросселирования в напорную камеру 29 по-прежнему поступает хладагент, но через вспомогательный канал 32 и участки 36, 37 вспомогательного канала он течь уже не может, в напорной камере 29 создается давление, которое снова приводит главный затвор 28 в соприкосновение с главным седлом 27 клапана. Итак, главный затвор 28, седло 27 клапана и вспомогательный затвор 34 образуют важные детали клапана 38, причем для каждого выпускного отверстия 25, а, следовательно, и для каждого испарительного участка 7a-7d предусмотрен собственный клапан, и каждым клапаном 38 можно управлять отдельно. Количество хладагента, которое в этом случае поступает в соответствующий испарительный участок 7a-7d, зависит от времени, в течение которого магнит 19 остается над соответствующим вспомогательным затвором 34. Итак, при одном обороте приводного вала 16 каждый клапан 38 открывается один раз. Если при определенных обстоятельствах открытие клапана 38 хотят предотвратить, то перед достижением соответствующего клапана 38 направление вращения приводного вала 16 меняют на противоположное, или магнит очень быстро перемещают за пределы соответствующего вспомогательного затвора 34. Если применяют электромагнит, то при переходе через клапан 38, который не должен открываться, магнит 19 можно отключить.
Участок 31 дросселирования, который можно назвать также дроссельным каналом, имеет гидравлическое сопротивление, которое больше гидравлического сопротивления вспомогательного канала 32 и участков 36, 37 вспомогательного канала. Соответственно, поскольку вспомогательный затвор 34 отрывает вспомогательный канал 32, давление в напорной камере 29 возникнуть не может.
На чертеже показано, что управляющее устройство 9 установлено отдельно от распределителя 5. Тем не менее, управляющее устройство 9 можно конструктивно объединить с распределителем 5.
Способом, который подробно не раскрывается, можно установить дополнительную магнитную катушку так, что ее магнитное поле одновременно может действовать на все вспомогательные затворы 34. В этом случае одновременно открываются все клапаны 38. Это предпочтительно при пуске холодильной установки 1, чтобы быстро снизить температуру. После соответствующего наполнения испарительных участков катушку выключают, и ротор поворачивает магнит 19 к различным вспомогательным затворам 34. Конечно, также можно предусмотреть, что действие такого электромагнита ограничено одним или несколькими клапанами 38.
В варианте, который подробно также не показан, вместо ротора, перемещающего магнит 19 от одного клапана 38 к следующему, для каждого клапана 38 можно предусмотреть свой электромагнит, который в этом случае управляет клапаном 38 индивидуально. В этом случае все электромагниты соединяют с управляющим устройством 9, контролирующим управление клапанами 38.