ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области компрессионных холодильных и морозильных установок малой производительности, в которых в качестве дроссельного элемента используются капиллярные трубки.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предложенному устройству относится холодильная установка, содержащая последовательно соединенные между собой в гидравлическом тракте компрессор, конденсатор, капиллярную трубку, испаритель, противоточный регенеративный теплообменник, размещенный между капиллярной трубкой и всасывающим трубопроводом, соединенным с входом компрессора (см. Справочник. Бытовые холодильники и морозильники. Б.С.Бабакин, В.А.Выгодин. Рязань. Узорочье. 2005. С.151-162).
Недостаток известного устройства, принятого за прототип, состоит в невозможности достижения максимальных значений удельности и абсолютной холодопроизводительности, а также экономичности компрессора, применяемого в холодильной установке, при реализации различных температурно-энергетических режимов.
Этот недостаток обусловлен тем, что применение в известном устройстве пассивного противоточного регенеративного теплообменника, имеющего конкретное конструктивное исполнение и, соответственно, постоянное тепловое сопротивление между капиллярной трубкой и всасывающим трубопроводом, определяет, в свою очередь, невозможность изменения значения эффективности теплопередачи, т.е. охлаждения потока жидкого хладагента в капиллярной трубке и перегрева паров хладагента во всасывающем трубопроводе и, как следствие, невозможность регулирования значений температур хладагента перед поступлениями в испаритель и компрессор.
В известной холодильной установке с пассивным противоточным теплообменником неизбежны паразитные потери части мощности на подогрев паров хладагента перед сжатием непосредственно в объеме компрессора и на охлаждение жидкого хладагента при истечении из капиллярной трубки с сверхкритической скоростью в испаритель до температуры кипения при низком давлении.
Задачей полезной модели является повышение удельной и абсолютной холодопроизводительности холодильной установки на базе конкретного холодильного компрессора до максимально возможных значений.
Указанный технический результат достигается тем, что в холодильную установку, содержащую последовательно соединенные между собой в гидравлическом тракте компрессор, конденсатор, капиллярную трубку, испаритель, противоточный регенеративный теплообменник, размещенный между капиллярной трубкой и всасывающим трубопроводом, согласно полезной модели, введен полупроводниковый термомодуль, реализующий эффект Пельтье, при этом теплоотводящая поверхность термомодуля подключена к капиллярной трубке, а тепловыделяющая поверхность подключена к всасывающему трубопроводу. В состав холодильной установки могут быть введены блок теплоотвода и блок теплоподвода, блок теплоподвода размещен на тепловыделяющей поверхности термомодуля, блок теплоотвода размещен на теплоотводящей поверхности термомодуля, при этом в блоке теплоотвода выполнены каналы, в которых размещена капиллярная трубка, в блоке теплоподвода выполнены каналы, в которых размещены параллельно соединенные между собой и оснащенные входным и выходным коллекторами патрубки всасывающего трубопровода.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами.
На фиг.1 схематично представлена предложенная холодильная установка, на фиг.2 - поперечное сечение теплообменника, с полупроводниковым термомодулем, встроенном в противоточный регенеративный теплообменник; на фиг.3 - вид участка теплообменника, подключенного к линии всасывания хладагента из испарителя в компрессор; на фиг.4 - вид участка теплообменника, в который встроена капиллярная трубка; на фиг.5 схематично отражены изменения температуры хладагента вдоль капиллярной трубки и всасывающего трубопровода в известных холодильных установках с пассивными теплообменниками; на фиг.6 схематично отражены изменения температур вдоль капиллярной трубки и всасывающего трубопровода при использовании предложенного активного теплообменника.
Предложенная холодильная установка включает в себя компрессор 1, выходом соединенный с конденсатором 2, выход которого соединен с входом капиллярной трубки 3, выходом соединенной с входом испарителя 4, выход которого соединен посредством всасывающего трубопровода 5 с входом компрессора 1. Конденсатор 2 оснащен обдувающим вентилятором 6. Испаритель 4 размещен в рабочей камере 7, окруженной теплоизолирующим ограждением 8. Между всасывающим трубопроводом 5 и капиллярной трубкой 3 размещен полупроводниковый термомодуль 9 (фиг.2), реализующий при работе эффект Пельтье, подключенный к источнику постоянного тока 10.
На теплоотводящей рабочей поверхности термомодуля 9 размещен блок теплоотвода 11 (фиг.3), состоящий из двух частей, в одной из которых выполнены каналы 12 для размещения капиллярной трубки 3; на другой тепловыделяющей рабочей поверхности термомодуля 9 размещен блок теплоподвода 13 (фиг.4), в котором выполнены каналы 14 для размещения патрубков 15 всасывающего трубопровода 5, параллельно соединенные между собой коллекторами 16.
Предложенная холодильная установка работает следующим образом.
конд
вн
вн
ж
Компрессор 1 сжимает пары хладагента при низком давлении, поступающие в его объем по всасывающему трубопроводу 5 из испарителя 4, сжимает их и подает при высоких значениях температуры и давления в конденсатор 2. В конденсаторе 2 от хладагента отводится тепло во внешнюю среду, например, посредством вентилятора 6, вследствие чего хладагент конденсируется, переходит в жидкое фазовое состояние и поступает на вход дроссельного элемента - капиллярной трубки 3, при температуре t, превышающей внешнюю температуру t (фиг.5 и фиг.6). На участке ab (фиг.5 и фиг.6) капиллярной трубки 3, посредством создания теплообмена с окружающим воздухом, происходит охлаждение протекающего по ней хладагента до температуры, несколько превышающей t. Далее на участке bc капиллярной трубки 3, благодаря созданию регенеративного теплообмена с холодными парами хладагента, проходящими в противотоке по всасывающему трубопроводу 5 из испарителя 4 в компрессор 1, происходит охлаждение жидкого хладагента в капиллярной трубке 3 до конечной температуры t(с).
исп
исп
исп
п
Значительное гидравлическое сопротивление капиллярной трубки 3 обуславливает снижение давления в хладагенте при входе в испаритель 4 до значения Р. В испарителе 4 происходит кипение хладагента при давлении Р и температуре t, сопровождающееся реализацией эндотермической реакцией, обуславливающей отвод тепла из объема рабочей камеры и снижение в ней температуры. Образующиеся холодные пары хладагента отсасываются компрессором 1 по всасывающему трубопроводу 5. При этом на участке cb пары хладагента, находясь в противоточном регенеративном теплообмене с жидким хладагентом, протекающем по капиллярной трубке, нагреваются на выходе из теплообменника до температуры t(в).
ж
1
1
исп
ж
1
исп
Как видно из фиг.5, в известных холодильных установках с пассивным регенеративным теплообменником значение температуры жидкого хладагента перед входом в испаритель 4, т.е. значение t (с кривая A), всегда выше температуры t, при которой происходит кипение хладагента. Т.е. часть холодопроизводительности известной холодильной установки затрагивается на подохлаждение хладагента непосредственно в испарителе 4 от t(c) до t.
п
1
1
ком
п
1
ком
В известной холодильной установке температура паров t хладагента, проходящих по всасывающему трубопроводу, на выходе из регенеративного теплообменника (точка b) (кривая B), зависит от массового расхода хладагента в гидравлическом контуре и всегда ниже температуры паров в полости компрессора t перед сжатием. Т.е. в известной холодильной установке на подогрев паров хладагента от t(b) до t от агрегата также отбирается часть мощности.
Именно эти факторы обуславливают уменьшение холодильного коэффициента известных холодильных установок, особенно проявляющееся при реализации низкотемпературных режимов.
2
2
ж
2
исп
2
2
п
2
ком
В предложенной холодильной установке, благодаря введению в состав регенеративного теплообменника полупроводникового термомодуля 9, реализующего эффект Пельтье, теплоотводящей поверхностью подключенного к блоку теплоотвода 11, в каналах 12 которого размещена капиллярная трубка 3, а тепловыделяющей поверхностью подключенного к блоку теплоподвода 13, в каналах которого размещены параллельно соединенные между собой патрубки 15 всасывающего трубопровода 5, появилась возможность снижать температуру жидкого хладагента на выходе из капиллярной трубки 3 (точка c кривая А) t(c) до значений, близких к t, а на выходе из рекуперативного теплообменника (точка b кривая В) повышать температуру паров хладагента t(с) до значений, близких к t.
исп
исп
ж
2
исп
При подключении термомодуля 9 к источнику постоянного тока 10 через термомодуль 9 начинает проходить тепловой поток от блока теплоотвода 11 к блоку теплоподвода 13. При этом температура участка блока теплоотвода 11, подключенного к холодным спаям ветвей, горячие спаи которых охлаждаются потоком пара хладагента, выходящего из испарителя 4 с начальной температурой, равной температуре t кипения хладагента в испарителе 4 при низком давлении, снижается до значений, ниже t. В свою очередь, это позволяет обеспечивать конечные значения температуры t жидкого хладагента на выходе из капиллярной трубки 3 и входе в испаритель (точка c), близкие к t.
2
ж
вн
ж
ком
ком
Температура же участка блока теплоподвода 13 (точка b), подключенного к горячим спаям ветвей термомодуля 9, к холодным спаям которых по капиллярной трубке 3 подводится поток нагретого жидкого хладагента с начальной температурой t, находящейся в диапазоне t<t<t, повышается до значений, больше t.
п
ком
В свою очередь, это позволяет обеспечивать температуру t перегрева вышедших из испарителя и прошедших по патрубкам 15 паров хладагента на входе в компрессор, близкую к температуре t компрессора в зоне сжатия.
исп
исп
При осуществлении одними спаями ветвей термомодуля охлаждения потока жидкого хладагента в капиллярной трубке 3 до температуры t горячие спаи этих же ветвей охлаждаются потоком паров хладагента, выходящего из испарителя при температуре t. Т.е. работа термомодуля 9 в активном регенеративном противоточном теплообменнике осуществляется с большим коэффициентом теплопреобразования при незначительных перепадах температур на ветвях (примерно, 10÷20°С).
конд
иcп
В итоге, холодопроизводительность и теплопроизводительность, генерируемые термомодулем 9, входят в общий энергетический баланс холодильной установки, увеличивая значение ее удельной и абсолютной холодопроизводительности при реализации значительных перепадов температур между зонами конденсации и испарения (например, при t=(30÷35)°С и t=минyc(45÷50)°C). Применение же для этих целей только термомодулей сопряжено с необходимостью каскадирования и со значительными энергозатратами.
Предложенная холодильная установка может найти применение в низкотемпературных медицинских морозильниках для длительного хранения замороженной плазмы крови при карантинизации.