ХОЛОДИЛЬНЫЙ АГРЕГАТ

Полезная модель относится к области холодильной и морозильной техники, а конкретно, к аппаратам, предназначенным одновременно обеспечивать как высокие скорости замораживания, так и достижение низких температур, минимально возможных для используемых видов холодильного компрессора и хладагента.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предложенному устройству относится холодильный агрегат, содержащий компрессор, выходом соединенный с входом конденсатора, а входом соединенный с выходом испарителя, дроссельный элемент, установленный между выходом конденсатора и входом испарителя (см. патент Российской Федерации №2224191 С1, МПК F 25 D 11/04, 20.02.2004).
Однако с помощью известного агрегата с одним дроссельным элементом невозможно обеспечивать в устройстве назначения режимы охлаждения с различными температурно-энергетическими показателями. Аппараты на основе известных холодильных агрегатов могут выполнять только одну функцию, например, функцию низкотемпературного морозильника, обеспечивающего достижение в устройстве назначения предельно низких температур, либо, например, функцию замораживателя объектов, например, биологических, при реализации больших значений холодопроизводительности, но при температурах, превышающих предельно низкий уровень.
Задачей полезной модели является создание холодильного агрегата, способного обеспечивать в устройстве назначения различные температурные режимы при одном и том же количестве хладагента, циркулирующего в гидравлической сети.
Под устройством назначения понимается аппаратура, в которой применяются холодильные агрегаты, например, скороморозильные аппараты различного типа, в частности, для пищевых продуктов, для линий закалки мороженого, для быстрого замораживания плазмы крови и т.д.
Указанный технический результат достигается тем, что холодильный агрегат содержит компрессор, выходом соединенный посредством трубопровода с входом конденсатора, а входом соединенный с выходом испарителя, дроссельный элемент, установленный между выходом конденсатора и входом испарителя, при этом в агрегат дополнительно введены не менее одного электромагнитного соленоидного вентиля с катушкой, столько же коммутационных элементов и капиллярных трубок, блок задания температурно-энергетических режимов с таким количеством управляющих входов, блок регулирования перегрева хладагента, задатчик и датчик температуры перегрева, причем входы вентилей параллельно подсоединены к выходу конденсатора и к входу дроссельного элемента, выходы вентилей соединены с выходом капиллярных трубок, выходы капиллярных трубок и выход дроссельного элемента параллельно соединены с входом испарителя, концы обмоток каждой катушки подключены к сети электропитания через коммутационный элемент, управляющий вход которого соединен с одним из управляющих выходов блока задания температурно-энергетических режимов, с первым управляющим входом блока регулирования перегрева соединен выход задатчика температуры, датчик температуры размещен на трубопроводе, соединяющем выход испарителя и вход компрессора, и соединен со вторым управляющим входом блока регулирования перегрева, а коммутирующие контакты блока регулирования перегрева включены в цепь электропитания блока задания температурно-энергетических режимов. Капиллярные трубки выполнены с гидравлическим сопротивлением, не превышающим гидравлическое сопротивление дроссельного элемента.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом, где на фиг.1 представлена гидравлическая схема холодильного агрегата, а на фиг.2 - его электрическая блок схема.
Холодильный агрегат содержит (фиг.1) компрессор 1, выходом соединенный с входом конденсатора 2, к выходу которого параллельно подсоединены вход основного дроссельного элемента, выполненного в виде основной капиллярной трубки 3, и входы нескольких, не менее одного, соленоидных клапанов 4, выходы которых соединены с входами дополнительных капиллярных трубок 5, выходы которых и выход основной капиллярной трубки 3 параллельно подключены к входу испарителя б, соединенного посредством трубопровода 7 с входом компрессора 1. В состав предложенного холодильного агрегата входит также (фиг.2) блок 8 задания температурно-энергетических режимов функционирования холодильного агрегата, содержащий несколько управляющих выходов, а именно, столько, сколько соленоидных клапанов 4 содержит холодильный агрегат, с каждым из которых соединен своим управляющим входом один из коммутационных элементов 9, посредством которых катушка 10 соответствующего соленоидного клапана 4 подключается к цепи электропитания, и блок 11 регулирования перегрева хладагента, к первому управляющему входу которого подсоединен выход задатчика температуры 12, а ко второму управляющему выходу подсоединен датчик температуры 13, размещенный на трубопроводе 7, а коммутирующие контакты блока 11 включены в цепь электропитания блока 8.
Холодильный агрегат работает следующим образом.
Предварительно посредством задатчика 12 задают такое пороговое значение температуры перегрева хладагента, отсасываемого компрессором 1 из испарителя 6 по трубопроводу 7, при котором коммутирующие контакты блока 11 регулирования перегрева отключают блок 8 задания температурно-энергетических режимов от сети электропитания. При этом катушки 10 всех соленоидных клапанов 4 обесточиваются, клапаны 4, в свою очередь,
переходят в закрытое состояние и потоки хладагента по всем дополнительным капиллярным трубкам 5 прерываются. В испаритель 6 поступает только поток хладагента через основной дроссельный элемент, выполненный в виде основной капиллярной трубки 3. Тем самым, исключается возможность попадания жидкого хладагента из испарителя 6 непосредственно внутрь компрессора 1 и вероятность появления внутри него гидравлических ударов.
Предварительно также задают температурно-энергетические параметры работы холодильного агрегата в устройстве назначения, т.е. задают значение температуры и холодопроизводительности, которые одновременно должны обеспечиваться в устройстве назначения при функционировании холодильного агрегата.
То есть компрессор 1 в замкнутой гидравлической цепи холодильного агрегата должен обеспечивать такой массовый расход хладагента, при котором давление кипения в испарителе 6 определяет именно те значения его холодопроизводительности и температуру, которые соответствуют заданным для устройства назначения.
Для достижения этой цели посредством блока 8 задания температурно-энергетических режимов функционирования холодильного агрегата, задают какие соленоидные клапаны 4 или какое их сочетание будут подключаться к сети электропитания при функционировании холодильного агрегата. Тем самым задают посредством блока 8 результирующее гидравлическое сопротивление сформированного комбинированного дроссельного тракта между конденсатором 2 и испарителем 6, и, как следствие, задают перепад давлений между зоной нагнетания и зоной испарения, что, в свою очередь, определяет заданные значения температурно-энергетических параметров холодильного агрегата в устройстве назначения.
При работе холодильного агрегата компрессор 1 отсасывает пары хладагента, поступающие из испарителя 6 при пониженном давлении,
сжимает их и подает в конденсатор 2 при высоком давлении и температуре, существенно превышающей температуру окружающей среды, но ниже критической температуры для данного вида хладагента.
В конденсаторе 2 производится отвод тепла от хладагента во внешнюю среду, вследствие чего температура последнего понижается и он переходит в жидкое состояние.
После конденсатора 2 хладагент поступает на вход основной капиллярной трубки 3 и входы соленоидных клапанов 4.
В начальный момент работы холодильного агрегата температура трубопровода 7, на котором установлен датчик температуры 13, выше температуры срабатывания блока 11 регулирования перегрева хладагента, выходящего из испарителя 6. Это обусловлено тем, что в начальный момент температура испарителя 6, а также объектов, например, рабочей камеры (на фиг.1 не показана), находящихся с ним в тепловом взаимодействии и, например, осуществляемом посредством создания циркуляции воздуха в рабочей камере достаточно высока, поэтому весь хладагент, поступающий в испаритель 6, полностью выкипает в нем. В выходящих из испарителя 6 парах хладагента в начальный момент работы агрегата полностью отсутствует жидкая фаза и докипания хладагента в трубопроводе 7, сопровождающегося интенсивным отводом тепла, не происходит.
Вследствие этого блок 11 регулирования перегрева хладагента подключает к сети электропитания блок 8 задания температурно-энергетических режимов, который, в свою очередь, подавая сигналы на управляющие входы тех коммутационных элементов 9, через которые к сети электропитания подключаются катушки 10 именно определенных, заранее выбранных соленоидных клапанов 4, или их определенное сочетание, переводит их в открытое состояние. По дополнительным капиллярным трубкам 5, установленных на выходах выбранных соленоидных клапанов 4, в испаритель 6 начинают поступать дополнительные потоки хладагента.
Когда температура объектов, находящихся в тепловом сопряжении с испарителем 6, начинает понижаться, интенсивность кипения хладагента в испарителе 6 уменьшается и наступает момент, когда температура датчика 13, размещенного на трубопроводе 7, по которому из испарителя 6 проходит поток хладагента, отсасываемый компрессором 1 из испарителя 6, начинает быстро уменьшаться. Это обусловлено тем, что в испарителе 6 вследствие уменьшающегося теплового напора со стороны объектов, находящихся с ним в тепловом сопряжении, не весь хладагент, поступающий по основной капиллярной трубке 3 и по одной или нескольким капиллярным трубкам 5, переходит из жидкого состояния в парообразное. Часть жидкого хладагента поступает в трубопровод 7 и докипает внутри него, обуславливая понижение его температуры. С наружной стороны трубопровода 7 начинает появляться так называемая «снеговая шуба», постепенно нарастающая вдоль его длины от испарителя 6 к компрессору 1. Последующее нарастание «шубы» может привести к попаданию жидкого хладагента непосредственно внутрь компрессора 1, вскипанию внутри него, к возможности возникновения в компрессоре 1 гидравлических ударов и к вероятности выхода компрессора 1 из строя.
Для исключения этого эффекта следует перекрывать потоки хладагента по дополнительным капиллярным трубкам 5.
В предложенном холодильном агрегате это осуществляется автоматически.
пор.
Для этого определяемое при наладке агрегата и задаваемое задатчиком 12 пороговое значение температуры срабатывания блока 11 регулирования перегрева хладагента выбирается таким, чтобы исключить поступление жидкого хладагента в компрессор 1. То есть, когда температура датчика 13 становится ниже порогового значения t, устанавливаемого задатчиком 12, блок 11 регулирования перегрева хладагента срабатывает и своими коммутирующими контактами и отключает блок 8 задания температурно-
энергетических режимов функционирования холодильного агрегата от сети электропитания.
пор.
Вследствие этого на управляющие входы коммутационных элементов 9 прекращается подача сигналов от блока 8 задания температурно-энергетических режимов функционирования холодильного агрегата, а линии, посредством которых катушки 10 подключались к электропитанию, оказываются разорванными и соответствующие соленоидные клапаны 4 переходят в закрытое состояние и перекрывают дополнительные капиллярные трубки 5, по которым дополнительные потоки хладагента поступают в испаритель 6. Для прохода хладагента остается только один тракт (дроссельный элемент) - основная капиллярная трубка 3, обладающая самым большим гидравлическим сопротивлением по сравнению с остальными трактами (капиллярными трубками 5), что, в свою очередь, обуславливает снижение массового расхода хладагента в гидравлической цепи холодильного агрегата, понижение давления кипения паров хладагента в испарителе бив отсасывающем трубопроводе 7. В свою очередь, это обуславливает полное выкипание хладагента в испарителе 6, исключение жидкой компоненты в трубопроводе 7; «тепловая шуба» на трубопроводе 7 начинает исчезать, а его температура повышается. При температуре трубопровода 7 превышающей заданную температуру, равную t+Δt; где Δt - установленный дифференциал блока 11 регулирования перегрева хладагента, который вновь своими коммутирующими контактами подключает блок 8 задания температурно-энергетических режимов функционирования холодильного агрегата к сети электропитания, при этом вновь начинают поступать управляющие сигналы от блока 8 задания температурно-энергетических режимов функционирования холодильного агрегата на входы катушек 10, соответствующих, заранее выбранных соленоидных клапанов 4, которые переходят в открытое состояние, открывая тракты дополнительных капиллярных трубок 5. Вновь через испаритель 6 начинает проходить повышенный массовый расход хладагента, вновь
появляется «снеговая шуба» на трубопроводе 7 и описанные выше процессы начинают повторяться.
Частота срабатывания блока 11 регулирования перегрева хладагента уменьшается по мере приближения температуры испарителя 6 к предельно низкому значению, установленному для данного агрегата и устройству, в котором он используется.
Таким образом, введение в предложенный агрегат автоматически управляемых гидравлических трактов в виде дополнительных капиллярных трубок 5 с соленоидными клапанами 4 позволяет существенно повысить холодопроизводительность агрегата при температурах испарителя 6, превышающих минимально возможный уровень, что, например, позволяет существенно уменьшить время выхода устройства назначения на рабочий режим, увеличить скорость замораживания объектов и т.д. Кроме того, предложенный агрегат позволяет повысить общую надежность устройства назначения благодаря исключению попадания жидкого хладагента в компрессор 1 при реализации различных температурно-энергетических режимов.