ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА
REFRIGERATING UNIT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ НАСТОЯЩЕЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к холодильной установке и к способам функционирования/изготовления указанной установки.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Холодильная установка может быть использована, например, в качестве охладителя жидкостей для охлаждения такой жидкости, как вода, потребляемой жидкости, такой как лимонад или пиво, или другой жидкости. Такие охладители жидкостей широко применяются в промышленности, домашней бытовой технике, питейных заведениях, ресторанах, таких как, например, рестораны быстрого питания, индустрии общественного питания и т.д. Указанная жидкость, охлажденная указанным охладителем жидкостей, часто предназначена для розлива в стеклянную тару. В этом виде индустрии известно использование охладителей жидкостей, содержащих холодильный сосуд, содержащий трубку, содержащую холодильный агент, которая проходит внутри указанного холодильного сосуда. В этом случае охлаждаемая жидкость, такая как вода, может храниться внутри указанного холодильного сосуда, а холодильный агент, который протекает через указанную трубку, может охлаждать воду. Потребляемая жидкость может подаваться через другую трубку, которая погружена в охлажденную воду. Охладители жидкости, известные из уровня техники, содержат компрессор, конденсатор, расширительное устройство, и испаритель, образуя цикл охлаждения. Внутри указанного охладителя жидкостей размещено некоторое количество холодильного агента. Этот холодильный агент циркулирует через указанные компоненты цикла охлаждения.
В документе GP 1247580 раскрыта холодильная система, включающая компрессор, конденсатор, трубопровод для жидкости, и охлаждающий блок, где указанный охлаждающий блок содержит кольцевую камеру для холодильного агента, содержащую холодильный агент.
В документе DE 10 2012 204057 также раскрыт теплообменник, содержащий полость, наполненную холодильным агентом, поступающим из испарителя, для того, что регулировать температуру указанного холодильного агента перед его перекачкой в указанный конденсатор.
US 20156/0292762 А1 раскрывает систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), в которой устройство расширения может управляться на основе производительности компрессора.
US 2014/0260385 A1 раскрывает холодильное устройство и соответствующее устройство управления. Степень открытия механизма расширения, содержащегося в нем, может регулироваться, что может включать вычисление весового расхода холодильного агента, всасываемого компрессором.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Существует необходимость в улучшенных системах охлаждения с улучшенными характеристиками охлаждения.
В соответствии с первым аспектом настоящего описания, эта цепь была достигнута посредством создания холодильной установки в соответствии с пунктом 1, где указанная холодильная установка предназначен для охлаждения жидкости. Указанная установка содержит:
компрессор, конденсатор, расширительное устройство и испаритель, соединенные с возможностью перетекания жидкости с образованием цикла охлаждения для холодильного агента, при этом указанный компрессор имеет варьируемую рабочую мощность, при этом указанное расширительное устройство имеет изменяемое сопротивление по отношению к указанному холодильному агенту, проходящему через указанное расширительное устройство; и
блок управления, сконфигурированный для определения текущей рабочей мощности указанного компрессора и для управления сопротивлением указанного расширительного устройство в зависимости от указанной рабочей мощности указанного компрессора.
Указанный блок управления может быть сконфигурирован для управления сопротивлением указанного расширительного устройство для того, чтобы добиться весового расхода указанного холодильного агента через указанное расширительное устройство, соответствующего весовому расходу указанного холодильного агента через указанный компрессор. Это помогает осуществить стабильный цикл охлаждения для различных рабочих мощностей указанного компрессора.
Вследствие этого, указанная холодильная установка позволяет динамически адаптировать указанное расширительное устройство с указанной рабочей мощностью указанного компрессора. При конструировании холодильной установки, указанный компрессор и указанное расширительное устройство могут быть сконструированы таким образом, чтобы получать определенные давления и температуры на определенных фазах указанного цикла охлаждения. Когда рабочая мощность указанного компрессора является не фиксированной, а варьируемой, желательно чтобы указанное расширительное устройство также было варьируемым. Например, сопротивление указанного расширительного устройства может регулироваться посредством указанного блока управления для того, чтобы адаптироваться к текущей рабочей мощности указанного компрессора. Указанная варьируемая мощность компрессора позволяет лучше контролировать указанный цикл охлаждения посредством регулирования мощности указанного компрессора в соответствии с потребностью в охлаждении.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления, указанный блок управления может быть сконфигурирован для достижения указанного весового расхода для предварительно заданной температуры испарения указанного холодильного агента и предварительно заданной температуры конденсации указанного холодильный агент. Температура испаренного холодильного агента и температура конденсированного холодильного агента может таким образом поддерживаться даже для различных рабочих мощностей указанного компрессора.
В другом варианте осуществления, указанный блок управления может содержать устройство памяти, в котором хранится множество настроек указанного расширительного устройства, соответствующих множеству соответствующих рабочих мощностей указанного компрессора; а указанный блок управления может быть сконфигурирован для управления сопротивлением указанного расширительного устройства на основании настроек, хранящихся в указанном устройстве памяти. Указанное устройство памяти позволяет заранее определять подходящую настройку указанного расширительного устройства для каждой рабочей мощности указанного компрессора, так что указанный блок управления может управлять указанным расширительным устройством посредством поиска подходящей настройки указанного расширительного устройства в указанном устройстве памяти.
В еще одном варианте осуществления, указанный блок управления может быть сконфигурирован для определения текущей рабочей мощности указанного компрессора посредством сигнала, получаемого от указанного компрессора, где этот сигнал является индикатором текущей рабочей мощности указанного компрессора. Это позволяет указанному блоку управления легко определять текущую рабочую мощность.
Указанная установка в соответствии с настоящим изобретением может содержать, в соответствии с другим вариантом его осуществления, по меньшей мере один датчик, сконфигурированный для измерения какой-либо характеристики указанного холодильного агента. В этом контексте, указанный блок управления может быть сконфигурирован для установки указанной рабочей мощности указанного компрессора на основании измеренной характеристики, и для управления указанным компрессором для применения установленной рабочей мощности. Это позволяет указанному блоку управления управлять не только сопротивлением указанного расширительного устройства, но также и указанной рабочей мощностью указанного компрессора.
В соответствии с другим вариантом осуществления, указанное расширительное устройство может содержать клапан, имеющий различные настройки, соответствующие различным сопротивлениям (потока). Вследствие этого, указанный клапан может легко устанавливать различные сопротивления в соответствии с различными настройками под управлением указанного блока управления.
В конкретном наиболее предпочтительном варианте осуществления. Указанная установка может содержать корпус с впускным патрубком клапана, присоединенным с возможностью перетекания жидкости к выпускному патрубку клапана, где указанный впускной патрубок клапана присоединен с возможностью перетекания жидкости к выпускному патрубку указанного конденсатора, указанный выпускной патрубок клапана присоединен с возможностью перетекания жидкости к впускному патрубку указанного испарителя, элемент конструкции клапана входит в указанный корпус, обеспечивая сопротивление (потоку) в трубопроводе, выходящем из указанного впускного патрубок клапана к указанному выпускной патрубок клапана, для того, чтобы регулировать поток указанного холодильного агента из указанного впускного патрубка клапана в указанный выпускной патрубок клапана, при этом указанный элемент конструкции клапана сконфигурирован для установки в конкретное положение в соответствии с сигналом, переданным указанным блоком управления. Таким образом указанное сопротивление может управляться простым и надежным способом посредством простой установки указанного клапана подходящее положение, соответствующее предварительно заданному сигналу поступающему из указанного блока управления.
Указанный элемент конструкции клапана может быть задуман в виде игольчатого затвора. Игольчатый затвор может быть в частности подходящим элементом для использования в расширительном устройстве с управляемым сопротивлением. Однако, настоящее изобретение не ограничено каким-либо конкретным типом клапана или элементом клапана.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, вышеуказанная цель была также достигнута посредством создания способа функционирования холодильной установки описанного в пунктов 9 формулы изобретения, при этом указанная холодильная установка содержит компрессор, конденсатор, расширительное устройство и испаритель, соединенные с возможностью перетекания жидкости с образованием цикла охлаждения для холодильного агента, при этом указанный компрессор имеет варьируемую рабочую мощность, и при этом указанное расширительное устройство имеет изменяемое сопротивление по отношению к указанному холодильному агенту, проходящему через указанное расширительное устройство.
Указанный способ включает:
определение текущей рабочей мощности указанного компрессора; и
управление сопротивлением указанного расширительного устройства в зависимости от текущей рабочей мощности указанного компрессора;
управление сопротивлением расширительного устройства включает достижение весового расхода холодильного агента через расширительное устройство соответствующее весовому расходу указанного холодильного агента через компрессор.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, вышеуказанная цель также была достигнута посредством создания способа изготовления холодильной установки в соответствии с пунктом 10 формулы изобретения. Указанный способ включает:
обеспечение указанной установки компрессором, конденсатором, расширительным устройством и испарителем, соединенными с возможностью перетекания жидкости с образованием цикла охлаждения для холодильного агента, при этом указанный компрессор имеет настраиваемую рабочую мощность, и при этом указанное расширительное устройство имеет изменяемое сопротивление по отношению к указанному холодильному агенту, проходящему через указанное расширительное устройство;
обеспечение указанной установки блоком управления; и
настройку указанного блока управления для определения текущей рабочей мощности указанного компрессора и для управления сопротивлением указанное расширительное устройство в зависимости от текущей рабочая мощность указанного компрессора.
Конфигурирование блока управления включает настройку блока управления для управления сопротивлением расширительного устройства для достижения весового расхода холодильного агента через расширительное устройство соответствующего весовому расходу холодильного агента через компрессор.
Указанный способ может дополнительно включать в наиболее предпочтительном варианте его осуществления подбор желаемой температуры испарения и желаемой температуры конденсации; подбор множества различных рабочих мощностей для указанного компрессора; для каждой из подобранных рабочих мощностей: определение настройки указанного расширительного устройства, при которой достигается пропускная способность холодильного агента через указанное расширительное устройство, соответствующая заданной или подобранной рабочей мощности указанного конденсатора при желаемой температуре испарения и желаемой температуре конденсации, и сохранение указанной настройки указанного расширительного устройства, соответствующей заданной или подобранной рабочей мощности указанного компрессора, в устройстве памяти указанного блока управления; и программирование указанного блока управления для определения текущей рабочей мощности указанного компрессора и управления указанным расширительным устройством на основании указанной настройки, сохраненной для текущей рабочей мощности указанного компрессора. Это позволяет легко запрограммировать указанный блок управления.
В еще одном варианте осуществления указанного способа, указанная стадия определения настройки указанного расширительного устройства может содержать функционирование указанного компрессора при указанной заданной или подобранной рабочей мощности и при желаемой температуре испарения и при желаемой температуре конденсации; определение весового расхода холодильного агента через указанный компрессор в этих условиях функционирования; и определение указанной настройки указанного расширительного устройства на основании указанного определенного весового расхода. Это позволяет определять указанную настройку указанного расширительного устройства посредством проведения эксперимента.
Специалист в данной области техники понимает, что указанные признаки, описанные выше, могут быть скомбинированы любым способом, который может показаться полезным. Более того, модификации и вариации, описанные в отношении указанной установки могут быть подобным же образом применены к указанным способам, и модификации и вариации, описанные в отношении указанных способов могут быть подобным же образом применены к указанной установке.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Впоследствии, аспекты настоящего изобретения будут разъяснены посредством примеров со ссылкой на указанные чертежи. Указанные чертежи являются схематическими и могут быть не вычерчены в масштабе. Одинаковые элементы могут быть обозначены одинаковыми номерами во всех указанных чертежах.
На Фиг. 1 изображена диаграмма соответствующего холодильной установки.
На Фиг. 2А изображен частично раскрытый рабочий вид теплообменника для охлаждения жидкости.
На Фиг. 2Б изображено поперечное сечение теплообменника с Фиг. 2А.
На Фиг. 3 изображен первый вариант осуществления холодильной установки.
На Фиг. 4 изображен пример расширительного устройства с изменяемым сопротивлением.
На Фиг. 5 изображена блок-схема способа функционирования холодильной установки.
На Фиг. 6 изображена блок-схема способа изготовления холодильной установки.
На Фиг. 7 изображена блок-схема, иллюстрирующая способ программирования холодильной установки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Впоследствии, примеры воплощения будут описаны более подробно со ссылкой на указанные чертежи. Однако, следует понимать, что подробности, раскрытые на настоящем описании, приведены исключительно в качестве примеров для помощи в понимании настоящего изобретения и не ограничивают рамки настоящего описания. Специалист в данной области техники способен найти альтернативные варианты осуществления в духе настоящего изобретения, которые не выходят за рамки настоящего изобретения, определенные приложенной формулой изобретения, их эквивалентами.
На Фиг. 1 изображена диаграмма общей системы охлаждения или холодильной установки, способного охлаждать жидкость. В ходе функционирования холодильный агент циркулирует через Указанная установка в цикле охлаждения. Указанная система охлаждения содержит испаритель 151, компрессор 157, конденсатор 161 и расширительное устройство 171. Указанным испарителем 151 может быть любой испаритель, известный из уровня техники. Аналогично, указанный компрессор 157. указанный конденсатор 161 и указанное расширительное устройство 171 могут быть известными из уровня техники.
Указанная система охлаждения, изображенная на Фиг. 1, может, помимо прочего, содержать трубку впуска жидкости 158 и трубку выпуска жидкости 170, которые могут быть соединены с возможностью перетекания жидкости, посредством трубки 159 внутри указанного испарителя 151. В ходе функционирования, жидкость, которую предполагается охлаждать, может перетекать через указанную трубку 159 так, что указанная жидкость, которую предполагается охлаждать, обменивается теплом с указанным холодильным агентом, который может перетекать через трубку 172 указанного испарителя. В конкретных вариантах осуществления, как указанная трубку 159, так и указанная трубка 172 находятся внутри сосуда внутри указанного испарителя 151, при этом указанный сосуд (не показан) содержит жидкость, такую как вода, так что указанный теплообмен происходит через эту жидкость. В других конкретных вариантах осуществления указанная трубка 159 может быть заменена сосудом, содержащим жидкость, которую предполагается охлаждать, а указанная трубка 172 размещена внутри этого сосуда. В других конкретных вариантах осуществления указанная трубка 172 может быть заменена сосудом, содержащим холодильный агент, а указанная трубка 159 размещена внутри этого сосуда. Также возможны другие воплощения указанного испарителя, известные из уровня техники как таковые.
Указанная система охлаждения может дополнительно содержать всасывающий трубопровод 155. Один из концов указанного всасывающего трубопровода 155 может быть присоединен с возможностью перетекания жидкости к трубке 172 указанного испарителя 151 и выполнен с возможностью перетекания указанного холодильного агента из указанного испарителя 151 к указанному компрессору 157. Другой конец указанного всасывающего трубопровода 155 может быть функционально присоединен к указанному компрессору 157. Указанный компрессор 157 может быть выполнен с возможностью перетекания указанного холодильного агента из указанного испарителя 151 к указанному компрессора 157 через указанный всасывающий трубопровод 155. Указанный компрессор 157 может быть предназначен для сжатия указанного холодильного агента, поступившего из указанного всасывающего трубопровода 155. Указанная система охлаждения может дополнительно содержать выпускной трубопровод 159, соединяющий с возможностью перетекания жидкости указанный компрессор 157 с указанным конденсатором 161, и выполненный с возможностью перетекания сжатого холодильного агента из указанного компрессора 157 к указанному конденсатору 161. Указанный конденсатор 161 может быть предназначен для конденсирования сжатого холодильного агента, поступившего из указанного компрессора. Указанным конденсатором 161 может быть любой подходящий конденсатор, известный из уровня техники.
В конкретных вариантах осуществления, указанный испаритель 151 может быть выполнен с возможностью заполнения жидкостью, которую предполагается охлаждать, в то время как холодильный агент может протекать через трубку, расположенную внутри указанного испарителя таким образом, что указанная трубка, заполненная холодильным агентом, проходить сквозь указанную жидкость, которую предполагается охлаждать, охлаждая таким образом указанную жидкость.
В конкретных вариантах осуществления, указанный испаритель 151 может быть выполнен с возможностью заполнения холодильным агентом, в то время как жидкость, которую предполагается охлаждать, может протекать через трубку, расположенную внутри указанного испарителя таким образом, что трубка, заполненная жидкостью, которую предполагается охлаждать, проходит сквозь указанный холодильный агент, таким образом охлаждаясь. На Фиг. 2А показан пример испарителя, функционирующего соответствующим образом.
На Фиг. 2А изображен частично раскрытый рабочий вид теплообменника для охлаждения жидкости, который может функционировать в качестве указанного испарителя в цикле охлаждения. Указанный теплообменник содержит сосуд 201, содержащий указанный холодильный агент. Указанный сосуд 201 имеет камеру 203 с впускным патрубком 211 и выпускным патрубком 209 для транспортировки указанного холодильного агента внутрь камеры 203 и из нее. Трубка 207, соответствует трубке 159, изображенной на Фиг. 1, и используется для транспортировки жидкости, которую предполагается охлаждать, через указанный испаритель. В процессе протекания через трубку 159, указанная жидкость, которую предполагается охлаждать, обменивается теплом с указанным холодильным агентом внутри камеры 203 через стенки трубки 159. Трубка для впуска жидкости 258 и трубка для выпуска жидкости 270 для жидкости, которую предполагается охлаждать, также показаны на этом чертеже. Трубка 207 может быть выполнена с по меньшей мере одним оборотом вокруг внутренней стенки 205 указанного сосуда 201 или указанной камеры 203.
Однако, трубка 207 может быть выполнена с множеством оборотов вокруг внутренней стенки 205 в форме спирали. Указанное множество оборотов может быть представлено любым подходящим их количеством, так что трубка будет выполнена с возможностью заполнения предварительно заданного объема внутреннего пространства 203. Однако, это не является ограничением. Например, указанная трубка может быть выполнена с возможностью заполнения по меньшей мере двух третей указанного объема указанного внутреннего пространства. В качестве альтернативы, указанная трубка может иметь любой размер.
В примере, изображенном на Фиг. 2А, указанный сосуд имеет тороидальную форму или форму бублика. Это позволяет заполнить камеру 203 трубопроводом 207 эффективно без выполнения резких поворотов указанной трубки 207. Указанный всасывающий трубопровод 209 соединяет указанную камеру с указанным компрессором 157, а указанная трубка 211 соединяет с возможностью перетекания жидкости указанную камеру с указанным расширительным устройством. Однако, указанный испаритель не ограничен какой-либо конкретной формой в контексте настоящего изобретения.
На Фиг. 2Б изображено поперечное сечение в продольном направлении части теплообменника для охлаждения жидкости, изображенного на Фиг. 2А. Изображена указанная трубка 207. проходящая через внутренне пространство 203 несколькими витками вокруг внутренней стенки 205. Внутренне пространство 203 может быть заполнено жидким холодильным агентом до уровня, отмеченного номером 220 на Фиг. 2Б. Оставшееся указанное внутреннее пространство 203 может быть заполнено газообразным холодильным агентом, то есть, указанным холодильным агентом в его газообразной форме. Указанный уровень 220 жидкого холодильного агента может быть выбран в соответствии с требованиями применяемого аппарата. Также, в ходе использования, указанный уровень может изменяться или может становиться неявным ввиду процессов газообразования.
Снова возвращаясь к Фиг. 1, в конструкции холодильной установки указанные компоненты цикла охлаждения могут быть подобраны друг к другу и указанные компоненты могут быть сконфигурированы для координации друг с другом для достижения определенных характеристик охлаждения и свойств холодильного агента на различных стадиях указанного цикла охлаждения. Например, сначала в качестве заданных параметров холодильной установки могут быть выбраны температура испарения и температура конденсации. Например, указанная температура испарения может соответствовать температуре указанного холодильного агента в указанном испарителе 151. Поскольку вещество, которое предполагается охлаждать, обменивается теплотой с указанным холодильным агентом в указанном испарителе 151, эта температура испарения может влиять на выпускную температуру жидкости, которую предполагается охлаждать. Указанная температура конденсации может соответствовать температуре указанного холодильного агента в указанном конденсаторе 161. Также определяется мощность указанного компрессора 157 при этой температуре испарения и температуре конденсации. Эта мощность может быть выражена, например, в единицах объема вытесненного газа/жидкости в единицу времени.
На основании указанной предварительно заданной температуры испарения, предварительно заданной температуры конденсации и мощности указанного компрессора в терминах объемного расхода, может быть определен весовой расход указанного холодильного агента через указанный компрессор 157. На основании этого весового расхода определяют, какой должна быть пропускная способность указанного расширительного устройства 171 для того, чтобы позволить указанной установке функционировать при предварительно заданной температуре испарения и температуре конденсации. Эта пропускная способность соответствует конкретному сопротивлению (сопротивлению потока) указанного расширительного устройства 171. Указанная пропускная способность указанного расширительного устройства 171 может быть определена или рассчитана на основании термодинамического анализа цикла охлаждения. В качестве альтернативы или дополнительно, подходящие настройки устройства могут быть найдены методом проб и ошибок.
В случае использования компрессора 157 с настраиваемой рабочей мощностью и расширительного устройства 171 с настраиваемым сопротивлением, описанная выше процедура может быть повторена для нескольких различных значений указанной рабочей мощности указанного компрессора 157. Для каждого отличного значения указанной рабочей мощности указанного компрессора 157 могут быть определены соответствующий настройки указанного расширительного устройства 171. Эти значения могут храниться в виде таблицы в устройстве памяти, так что указанные настройки указанного расширительного устройства 171 могут быть найдены для любой настройки указанного компрессора 157. Например, блок управления может быть выполнен так, чтобы получать указанную настройку указанного компрессора 157, отыскивать соответствующую настройку указанного расширительного устройства 171. и отправлять соответствующий сигнал управления для управления указанным расширительным устройством 171 в соответствии с найденной настройкой. Также, если текущая рабочая мощность указанного компрессора 157 отсутствует в указанной таблице, указанный блок управления может быть сконфигурирован для определения указанной настройки указанного расширительного устройства 171 посредством интерполяции данных, которые присутствуют в указанной таблице.
Например, указанные настройки определены и сохранены для максимальной рабочей мощности указанного компрессора 157, минимальной рабочей мощности указанного компрессора 157, и произвольного количества промежуточных рабочих мощностей между указанной минимальной рабочей мощностью и указанной максимальной рабочей мощностью указанного компрессора 157. Например, могут быть определены десять промежуточных значений через равные интервалы. Однако, может использоваться любое подходящее количество положений и/или размер интервалов. Вместо таких предустановленных настроек, возможно воплотить некую расчетную модель, в которой указанные настройки указанного расширительного устройства рассчитываются на основании указанной рабочей мощности указанного компрессора посредством подходящей математической формулы.
Следует отметить, что возможно принять во внимание эффективность указанного компрессора 157 для определения указанной рабочей мощности указанного компрессора 157. Эта эффективность может быть определена экспериментально или может быть из Спецификацииуказанного компрессора 157.
Подходящие холодильные агенты для использования в настоящем контексте включают холодильный агент на основе пропана и холодильный агент на основе фреона. Примерами фреонов являются хлордифторметан или дифтормонохлорметан. Однако, другие виды холодильных агентов могут быть использованы вместо них.
Боле подробный пример приведен далее. Численные значения в примере являются исключительно иллюстративными и могут быть изменены в соответствии с реальной необходимостью в конкретном устройстве. В этом примере в качестве холодильного агента используют пропан, например R290. Однако, другие холодильные агенты могут быть использованы вместо него. Температурой испарения может быть выбрана, например, -2 градуса Цельсия, а температурой конденсации может быть выбрана, например, +30 градусов Цельсия. Расход указанного компрессора 157 за один оборот вентилятора, содержащегося в нем, может быть известен из спецификации указанного компрессора (например, 18 кубических сантиметров за один оборот), и вращение указанного вентилятора может управляться при различных скоростях в заданном диапазоне, например от 18 до 120 оборотов в секунду. Путем умножения расхода за один оборот на количество оборотов в секунду можно рассчитать расход в секунду. На основании значения температуры с использованием термодинамической таблицы может быть определена массовая плотность холодильного агента. Используя значение массовой плотности и значение объема расхода в секунду, может быть рассчитан массовый расход в секунду.
Размеры и свойства указанного конденсатора 161 могут быть выбраны на основании, среди прочего, рабочих температур холодильного агента в определенных фазах цикла охлаждения, расхода, обеспечиваемого указанным компрессором 157, количества теплоты, которое необходимо извлечь из жидкости, которую предполагается охлаждать и т.д. Такое применение может быть выполнено с помощью диаграммы Молье для конструирования компонентов указанной холодильной установки способом, хорошо известным из уровня техники.
Указанное расширительное устройство 171 может иметь управляемое сопротивление, так что пропускная способность холодильного агента через указанное расширительное устройство 171 может регулироваться. Пропускная способность указанного расширительного устройства 171 может регулироваться, чтобы быть примерно такой же как и расход указанного компрессора 157 в терминах весового расхода. Температура конденсации и температура испарения могут быть приняты во внимание при выборе сопротивления потока указанного расширительного устройства, поскольку указанный весовой расход через указанное расширительное устройство 171 зависит от этих факторов.
Следует отметить, что указанные выше вычисления также могут быть произведены на основании давления конденсации и давления испарения, вместо температуры конденсации и температуры испарения или в дополнение к ним. Поскольку общая масса холодильного агента в указанном цикле охлаждения является фиксированной, температура и давления являются сильно зависящими друг от друга, в соответствии с законами термодинамики.
На Фиг. 3 приведена более подробная диаграмма холодильной установки, осуществляющей циркуляцию холодильного агента в цикле охлаждения. Указанная диаграмма используется для более подробного объяснения признаков настоящего изобретения, некоторые из которых уже были описаны на изображении, приведенном на Фиг. 1. Система охлаждения, приводимая в действие указанным аппаратом, содержит компрессор 301, конденсатор 302, расширительное устройство 304 и испаритель 305. Эти компоненты 301, 302, 304, 305 соединены с возможностью перетекания жидкости с образованием цикла охлаждения. Из уровня техники известны множество различных воплощений указанного компрессора, конденсатора, клапана, расширителя и испарителя.
Впоследствии, указанный испаритель 305 будет описан более подробно. Следует отметить, что на Фиг. 3, указанный компрессор 301. конденсатор 302 и расширитель 304 изображены в виде символов, чтобы показать, что может использоваться любое подходящее устройство. Однако, указанный испаритель 305 был нарисован более подробно, чтобы продемонстрировать его некоторые особенности. Тем не менее, следует понимать, что изображенный испаритель 305 являются исключительно примером и может быть заменен другим подходящим типом испарителя, таким как один из других типов испарителей, раскрытых в настоящем описании.
Указанный испаритель 305, изображенный на Фиг. 3, имеет сосуд 323 с внутренним пространством 326, ограниченным внутренним пространством 328 стенок сосуда 318. В варианте осуществления, приведенном в качестве примера, необязательный изоляционный слой 319 покрывает стенки указанного сосуда 318, чтобы обеспечить термоизоляцию. Указанный сосуд 323 содержит впускной патрубок 324 для транспортировки холодильного агента во внутреннее пространство 326 и выпускной патрубок 325 для транспортировки холодильного агента из указанного внутреннего пространства 326. Чтобы обеспечить функцию испарителя, указанный холодильный агент содержат под давлением во внутреннем пространстве 326 и частично в жидкой фазе 313 и частично в газообразной фазе 314. Часть трубки 310 размещена внутри внутреннего пространства 326. Внешняя поверхность указанной части трубки 310 может находиться в непосредственном контакте с холодильным агентом 313, 314, чтобы обеспечивать эффективный теплообмен. Первый конец 308 указанной части трубки 310 закреплен в первом отверстии указанного сосуда 323, а второй конец 309 указанной части трубки 310 закреплен во втором отверстии указанного сосуда 323, чтобы обеспечить перетекание жидкости внутрь и/или из указанной части трубки 310 через указанное первое отверстие и указанное второе отверстие. Может быть выполнено большее количество таких частей трубок и отверстий, например, чтобы обеспечить перетекание множества жидкостей, которые предполагается охлаждать, в раздельных трубках. Часть указанной части трубки 310 показана погруженной в жидкий холодильный агент 313. Также, часть указанной трубки показана выше уровня жидкого холодильного агента, окруженная газообразным холодильным агентом 314. В процессе функционирования жидкий холодильный агент 313 испаряется вследствие теплообмена между указанным холодильным агентом 313 и жидкостью внутри указанной части трубки 310.
Указанный сосуд 323, изображенный на Фиг. 3, имеет не форму тороида (ср. Фиг. 2А), а прямоугольную форму. Указанная трубка 310 делает несколько поворотов внутри указанной камеры 326.
В другом случае, указанный испаритель может функционировать так же как указанный испаритель, изображенный на Фиг. 2А и 2Б. Указанные отверстия могут принимать концы указанных трубок 308, 309 так, что холодильный агент не может проникнуть или покинуть внутреннее пространство через указанное отверстие, и никакая другая жидкость с внешней стороны указанного сосуда 323 не может проникнуть через указанное отверстие внутрь внутреннего пространства 326. Однако, обмен жидкостей в указанную часть трубки 310 и из нее сделан возможным. Далее, впускной патрубок 324 и выпускной патрубок 325 указанного сосуда 323 присоединены к трубке 311, 312 для транспортировки указанного холодильного агента из указанного расширительного устройства 304 во внутреннее пространство 326 и из внутреннего пространства 326 в указанный компрессор 301. Впускной патрубок 324, как показано, расположен ниже уровня жидкости холодильного агента. Однако, впускной патрубок 324 также может быть расположен выше уровня жидкости холодильного агента в других вариантах осуществления. Выпускной патрубок 325 может быть расположен в верхней части указанного внутреннего пространства 326. или по меньшей мере выше уровня жидкости холодильного агента внутри внутреннего пространства. В этом случае, может быть предотвращено попадание жидкого холодильного агента в указанный компрессор 301. Однако, выпускной патрубок также может быть расположен ниже уровня жидкого холодильного агента в альтернативных воплощениях. Следует отметить, что в процессе функционирования уровень жидкого холодильного агента может варьироваться и жидкий холодильный агент может распыляться по всему указанному сосуду 323, в то время как пузырьки газообразного холодильного агента движутся вверх.
Как указано выше, указанный испаритель 305 может быть заменен испарителем другого типа. Впоследствии описано как поток холодильного агента, проходящего через цикл охлаждения может управляться посредством управляемого расширителя 304. Эта концепция также может быть применена к холодильной установке, имеющей испаритель другого типа. В конфигурации, изображенной на Фиг. 3, указанное расширительное устройство 304 размещено между указанным конденсатором 302 и указанным испарителем 305.
Также, датчик 330 может быть необязательно расположен на впускном патрубке указанного компрессора 301 для измерения характеристик указанного холодильного агент, который поступает в указанный компрессор 301. Второй датчик 331 может быть необязательно расположен на впускном патрубке указанного расширительного устройства 304 для измерения той же характеристики или другой характеристики холодильного агента, который поступает в указанное расширительное устройство 304. Указанной измеренной характеристикой может быть температура или давление, например. Расположение датчиков 330, 331 может быть выбрано в других местах, отличных от указанных на Фиг. 3. Например, один датчик может быть сконфигурирован для измерения указанной характеристики в части цикла охлаждения с низким давлением (от выпускного патрубка указанного расширительного устройства 304 до впускного патрубка указанного компрессора 301), а другой датчик может быть сконфигурирован для измерения указанной характеристики в части цикла охлаждения с высоким давлением (от выпускного патрубка указанного компрессора 301 до впускного патрубка указанного расширительного устройства 304).
Указанный блок управления 300 может быть сконфигурирован для получения информации (в виде подходящего сигнала) от датчика 330 и/или датчика 331, предпочтительно посредством проводного или беспроводного соединения, и использования указанной информации для управления компонентами указанной холодильной установки, включая указанный компрессор 301 и/или указанное расширительное устройство 304. Указанный блок управления 300 необязательно может быт сконфигурирован для управления указанной рабочей мощностью указанного компрессора 301. Указанная рабочая мощность может управляться, например, на основании температуры или давления, измеренных датчиком 330. Если измеренная температура повышается, рабочая мощность указанного компрессора 301 может управляемо увеличена, поскольку повышение температуры может быть индикатором того, что больше теплоты необходимо экстрагировать из жидкости, которую предполагается охлаждать, в указанной трубке 310. В альтернативной конфигурации, указанный компрессор 301 может функционировать независимо от указанного блока управления 300, например, используя свой собственный термометр, и только посылать информацию о статусе его текущей рабочей мощности в указанный блок управления 300.
Таким образом, указанный блок управления 300 имеет информацию о текущей мощности функционирования указанного компрессора 301 и управляет указанным расширительным устройством 304 так, что указанное расширительное устройство 304 имеет пропускную способность, которая соответствует пропускной способности указанного компрессора 301 в терминах весового расхода.
Указанный блок управления 300 может содержать, например, подходящий микроконтроллер или процессор (не показан) и устройство памяти (не показано) для хранения программного обеспечения с инструкциями о том, что указанный микроконтроллер или процессор должен выполнять. Также возможны альтернативные воплощения контроллера 300, например, посредством ПЛИС (программируемой логической интегральной схемы) или специализированной электронной платы.
Примером датчика давления, который может быть использован в качестве одного из датчиков 330, 331, является трансмиттер давления (ТД), который превращает давление в линейный электрический выходной сигнал. Примером воплощения трансмиттер давления может быть пьезо-резистивный чип, помещенный в капсулу с маслом. Примером датчика температуры является терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом (ОТК) сопротивления. Эти примеры датчиков давления и датчиков температуры как таковые известны из уровня техники. Также могут использоваться другие типы датчиков давления и датчиков температуры в различных воплощениях, раскрытых в настоящем описании.
Указанный датчик 330 и датчик 331 могут быть связаны с указанным блоком управления 300 так, что указанный блок управления 300 может регулярно получать измеренные данные от этих датчиков проводным или беспроводным способом.
Также указанный блок управления 300 может рассчитывать указанный весовой расход холодильного агента, проходящего через указанное расширительное устройство 304 на основании давления холодильного агента на обоих концах указанного расширительного устройства 304 и свойств и текущих настроек указанного расширительного устройства 304. Дополнительные датчики могут потребоваться в этом контексте. Например, объем холодильного агента, который протекает через указанное расширительное устройство 304 в единицу времени, может быть найден в таблице, содержащейся в памяти указанном блоке управления, где в таблице соотносится разница давления с объемом в единицу времени, принимая во внимание указанные настройки указанного расширительного устройства. Указанный блок управления 300 может динамически регулировать указанные настройки указанного расширительного устройства 304 на основании измерений датчиков 330, 331.
Массовая плотность указанного холодильного агента может быть определена из термодинамической таблицы соответствий на основании давления или температуры. Указанная термодинамическая таблица обеспечивает соответствие между, среди прочего, температурой, давлением и массовой плотностью холодильного агента в условиях насыщения. Поскольку указанная термодинамическая таблица позволяет определять давление на основании измеренной температуры, а также определять температуру на основании измеренного давления, указанными используемыми датчиками могут быть датчики температуры или датчики давления. Посредством использования как датчика температуры, так и датчика давления, точность определения может быть улучшена и/или особые условия, такие как протечка или перегрев, могут быть определены с использованием указанного блока управления 300.
Указанный блок управления 300 может рассчитывать или находить указанную рабочую мощность указанного компрессора 301 на основании электрического тока, который потребляет указанный компрессор 301 (например, с помощью трансформатора).
Потребляемый ток является хорошим индикатором указанной рабочей мощности указанного компрессора. Значения тока могут быть сопоставлены со значениями рабочей мощности посредством подходящий таблицы преобразований.
На Фиг. 4 приведен иллюстративный пример воплощения указанного расширительного устройства 304, изображенного на Фиг. 3. Однако, следует понимать, что альтернативные варианты осуществления указанного расширительного устройства могут быть выполнены специалистом в данной области техники. Указанное расширительное устройство имеет управляемое сопротивление потоку или пропускную способность. Указанное расширительное устройство имеет корпус 412 с впускным патрубком 409 и выпускным патрубком 410. Впускной патрубок 409 указанного расширительного устройства может быть присоединен с возможностью перетекания жидкости к выпускному патрубку указанного конденсатора 302 (ср. Фиг. 3) посредством трубки 401, как изображено на Фиг. 4, а выпускной патрубок 410 указанного расширительного устройства может быть присоединен с возможностью перетекания жидкости к впускному патрубку 324 указанного испарителя 305 (ср. Фиг. 3) посредством трубки 403, как изображено на Фиг. 4. Указанное расширительное устройство имеет узкий канал или трубопровод 402, который соединяет впускной патрубок 409 и выпускной патрубок 410, холодильный агент должен пройти через указанный канал для того, чтобы перетечь от указанного конденсатора 302 к указанному испарителю 305 (ср. Фиг. 3). Указанное расширительное устройство имеет штырек 405 или иглу с заостренным концом 406, при этом указанный заостренный конец 406 расположен по направлению к указанному узкому каналу 402. Указанный штырек 405 обладает способностью к перемещению вдоль его продольного направления как указано стрелками 411. Чем ближе указанный заостренный конец 406 штырька 405 расположен к указанному узкому каналу 402, тем больше сопротивление указанного расширительного устройство и меньше пропускная способность холодильного агента через указанное расширительное устройство. Указанное расширительное устройство содержит привод 407, который может управлять продольным расположением штырька 405 по отношению к указанному узкому каналу 402. Вариантом выполнения привода 407 может быть зубчатое колесо, зубья которого находятся в зацеплении со штырьком 405. Указанный привод 407 может дополнительно содержать электромотор для вращения зубчатого колеса под управлением входящего сигнала. Указанный блок управления 300 (ср. Фиг. 3) может быть функционально присоединен к приводу 407 для управления электромотором. Возможны множество других вариантов осуществления указанного привода 407.
На Фиг. 3, так и на Фиг. 4, в варианте осуществления указанной холодильной установки, указанный блок управления 300 может сопоставлять указанную рабочую мощность указанного компрессора 301 с положением указанного штырька 405. На основании текущей рабочей мощности указанного компрессора 301, указанный блок управления 300 может управлять приводом 407 так, что указанный привод 407 перемещает штырек 405 в положение, соответствующее текущей рабочей мощности указанного компрессора.
Хотя пример указанного расширительного устройства 304 был раскрыт в настоящем описании выше со ссылкой на Фиг. 4, указанное расширительное устройство может быть заменено другим расширителем подходящего типа. В конкретных вариантах осуществления, указанное расширительное устройство 304 может содержать пульсирующую мембрану. Пульсации указанной мембраны могут управляться посредством указанного блока управления 300 для регулировки сопротивления указанного расширительного устройства 304. Например, соленоидный клапан может быть использован в качестве пульсирующей мембраны. Такой соленоидный клапан может приводиться в действие непосредственно подачей тока определенной мощности. Посредством открытия и закрытия указанного клапана в пульсирующем режиме может регулироваться количество жидкого холодильного агента, проходящего через указанную пульсирующую мембрану. Количество холодильного агента, который проходит через указанную пульсирующую мембрану зависит от разницы давлений между стороной с высоким давлением указанной пульсирующей мембраны и стороной с низким давлением пульсирующей мембраны, и продолжительностью времени, в течение которого указанная мембрана закрыта, и продолжительностью времени, в течение которого указанная мембрана открыта, в каждом пульсе. Указанное пульсирующее поведение может регулироваться посредством указанного блока управления 300.
В конкретных вариантах осуществления, указанное расширительное устройство 304 может содержать управляемый двигателем шаровой клапан.
В конкретных вариантах осуществления, указанное расширительное устройство 304 может содержать некоторое количество передаточных механизмов (шестеренок), которые перемещают жидкий холодильный агент по направлению к указанному испарителю 305. По меньшей мере один из указанных передаточных механизмов приводится в действие посредством электромотора. Скорость указанного электромотора регулируется посредством указанного блока управления 300. Такой механизм может функционировать на основании данных объемного расхода. Посредством увеличения количества оборотов в секунду указанных передаточных механизмов увеличивается объем указанного холодильного агента, который транспортируется из части цикла охлаждения с высоким давлением в часть с низким давлением в единицу времени. Посредством уменьшения количества оборотов в секунду указанных передаточных механизмов снижается объем указанного холодильного агента, который транспортируется из части цикла охлаждения с высоким давлением в часть с низким давлением в единицу времени.
На Фиг. 5 изображен способ функционирования холодильной установки, раскрытой в настоящем описании. Указанный способ может быть осуществлен, например, посредством компьютера или указанного блока управления 300 холодильной установки. На стадии 501 определяют текущую рабочую мощность указанного компрессора. На стадии 502 регулируют сопротивление указанного расширительного устройства в зависимости от указанной рабочей мощности указанного компрессора 502, как это раскрыто в настоящем описании выше.
На Фиг. 6 изображен способ изготовления холодильной установки. На стадии 601. указанную установку обеспечивают или оснащают компрессором 301, конденсатором 302, расширительным устройством 304 и испарителем 305, соединенных с возможностью перетекания жидкости, с образованием цикла охлаждения для холодильного агента, как это изображено на Фиг. 3. Указанный компрессор имеет настраиваемую рабочая мощность, а указанное расширительное устройство 304 имеет изменяемое сопротивление по отношению к потоку холодильного агента, проходящему через указанное расширительное устройство 304. На стадии 602 указанную установку обеспечивают блоком управления 300. На стадии 60, указанный блок управления 300 конфигурируют для определения а рабочей мощности указанного компрессора 301, и для управления сопротивлением указанного расширительного устройства 304 в зависимости от указанной рабочей мощности указанного компрессора 301.
На Фиг. 7 более детально изображен пример стадии 603, изображенной на Фиг. 6. На стадии 701 выбирают желаемую температуру испарения и желаемую температуру конденсации. На стадии 702 выбирают одну из множества предварительно заданных рабочих мощностей указанного компрессора. На стадии 703 определяют настройку указанного расширительного устройства, при которой достигается пропускная способность холодильного агента через указанное расширительное устройство, соответствующая заданной рабочей мощности указанного конденсатора при желаемой температуры испарения и желаемой температуре конденсации. На стадии 704 указанную настройку сохраняют в указанном устройстве памяти указанного блока управления. На стадии 705 проверяют все ли предварительно заданные рабочие мощности были обработаны. Если нет, процесс продолжается со стадии 702 со следующей рабочей мощностью. Если да, на стадии 706 указанный блок управления программируют так, чтобы он, в ходе функционирования, определял текущую рабочую мощность указанного компрессора и управлял указанным расширительным устройством на основании указанной настройки, сохраненной для текущей рабочей мощности указанного компрессора. Эта стадия программирования 706 может быть осуществлена независимо от других стадий. Например, указанная стадия программирования 706 может включать загрузку программы в указанное устройство памяти указанного блока управления. Эта программа может быть загружена в указанное устройство памяти перед тем, как настройки сохранены в указанном устройстве памяти, или после этого.
В конкретном примере, стадия 703 включает функционирование указанного компрессора при заданной или подобранной рабочей мощности и при желаемой температуре испарения и при желаемой температуре конденсации, определение весового расхода холодильного агента через указанный компрессор в этих условиях функционирования, и определение указанной настройки указанного расширительного устройства на основании указанного определенного весового расхода.
Примеры и варианты осуществления, раскрытые в настоящем описании, приведены в иллюстративных целях, а не в качестве ограничения объема настоящего изобретения. Специалист в данной области техники способен сконструировать альтернативные варианты осуществления, которые не выходят за рамки формулы настоящего изобретения. Ссылочные обозначения, размещенные в скобках в формуле изобретения, не должны интерпретироваться как ограничивающие объем формулы настоящего изобретения. Детали, описанные как отдельные элементы в формуле изобретения или в описании, могут быть воплощены в виде единичного элемента аппаратного или программного элемента, комбинирующего признаки указанных описанных элементов.