ПАРОВАЯ КОМПРЕССИОННАЯ ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЬНАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к холодильной технике, преимущественно к воздухоохладительным машинам рефрижераторных контейнеров.
Известен ряд холодильных установок, прежде всего для рефрижераторных контейнеров фирм «ТЕРМОКИНГ», «КЭРРИЕР» (США), ряд холодильных машин для рефрижераторных контейнеров производства ФГУП «Воткинский завод» (Россия), таких как УТА-0,8, УТА-2, УТА-5,2.
Это холодильные компрессионные машины, в том числе для охлаждения воздуха в замкнутом объеме, состоящие из компрессора с приводным двигателем и теплообменных аппаратов, т.e. конденсатора и испарителя, преимущественно трубчатой конструкции. Работа машин основана на испарении находящегося в жидком состоянии хладоагента (фреона) имеющего низкую температуру кипения, за счет чего отбирается тепло из охлаждаемого объема. Перевод хладоагента снова в жидкое состояние обеспечивается за счет работы компрессора, повышающего давление парообразного хладоагента до давления конденсации и последующего сжижения хладоагента за счет отвода тепла в конденсаторе.
Наиболее близким аналогом - прототипом можно считать установку УТА-5,2, производства ФГУП «Воткинским завод», построенную по классической схеме, включающей компрессоры и теплообменные аппараты /свидетельство на полезную модель RU №9888, опубликовано 16.05.99 г./. Особенностью данной машины, вызванной стремлением к унификации модельного ряда холодильных машин и не имеющей в данном случае принципиального значения, является наличие двух идентичных контуров (испаритель - компрессор-конденсатор), обеспечивающих необходимую величину холодопроизводительности. Данная установка представляет собой фактически
две идентичные холодильные машины с общей системой управления, способные работать как параллельно, так и раздельно.
Для эффективного протекания процесса охлаждения необходимо обеспечение теплопередачи от охлаждаемого объема к хладоагенту в испарителе и от хладоагента в окружающую среду в конденсаторе, для чего поверхности испарителя и конденсатора, а также их коэффициенты теплоотдачи должны иметь достаточно большие значения, например за счет их оребрения.
Теплоотдача конденсатора и испарителя в значительной мере определяются коэффициентами теплоотдачи между хладоагентом и стенками трубок указанных теплообменных аппаратов, что, в свою очередь, определяет геометрические параметры теплообменных аппаратов при заданных требованиях к холодопроизводительности холодильной машины.
Технической задачей, стоящей перед авторами является - обеспечить максимально возможные значения удельных тепловых потоков с поверхности теплообменных аппаратов (оптимизация параметров обдува).
В качестве эффективного средства повышения коэффициента теплоотдачи, а значит и холодопроизводительности при неизменных габаритах, либо снижения габаритов при той же хололопроизводительностит является внутреннее оребрение трубок теплообменных аппаратов, что позволяет повысить коэффициент теплоотдачи в 2 и более раз / Журнал «Холодильный бизнес» №2, 1999 г., статья В.В.Горина «Экспериментальное исследование теплообмена при кипении хладона R22 внутри труб с интенсифицированными поверхностями»
В то же время, возможность применения для этих целей трубок с внутренним оребрением ограничивается их более высокой себестоимостью, а также усложнением технологии изготовления теплообменных аппаратов, в связи с чем подавляющее количество холодильных машин изготавливается с применением гладких трубок (без внутреннего оребрения).
Технический результат достигается тем, что в известной паровой компрессионной воздухоохладительной машине, содержащей двухступенчатый компрессор, конденсатор и испаритель с оребренными трубками, линии всасывания и нагнетания первой и второй ступеней, внутри трубок конденсатора и испарителя смонтированы спирали из металлической проволоки, причем диаметр проволоки составляет от 1% до 2% внутреннего диаметра трубок, наружный диаметр спиралей равен внутреннему диаметру трубок, а шаг спирали составляет от 1 до 2 значений внутреннего диаметра трубок. Спирали изготавливаются из материала, устойчивого к хладоагенту, например из того же материала, что и материал трубок.
С целью большего соответствия тепловых характеристик системы «спираль-трубка» характеристикам оребренной трубки, спираль изготавливается с наружным диаметром, несколько большим (на 1...2%) внутреннего диаметра трубки, при этом после монтажа спирали в трубку обеспечивается необходимый тепловой контакт спирали с трубкой за счет упругой деформации спирали.
На фиг.1 показана предложенная паровая компрессионная воздухоохладительная машина.
На фиг.2 - расположение спирали внутри трубок теплообменных аппаратов холодильной установки.
Паровая компрессионная воздухоохладительная машина содержит линию всасывания первой ступени 1, двухступенчатый компрессор 2, линию нагнетания первой ступени 3, конденсатор 4, отделитель жидкости 5, регенеративный теплообменник 6, линию всасывания второй ступени 7, линию нагнетания второй ступени 8, распределитель 9, дроссель 10, испаритель 11. Конденсатор 4 и испаритель 11 снабжены оребренными трубками 12. Внутри трубок 12 установлены спирали 13 из металлической проволоки, причем диаметр проволоки составляет от одного до двух процентов внутреннего диаметра трубок, наружный диаметр спирали равен внутреннему диаметру
трубок, а шаг 14 спирали составляет от одного до двух значений ее внутреннего диаметра.
Работа паровой компрессионной воздухоохладительной машины происходит следующим образом.
Из линии всасывания первой ступени 1 (фиг.1) хладоагент подается на вход первой ступени компрессора 2, где сжимается до промежуточного давления и через линию нагнетания первой ступени подается в конденсатор 4 в ту его часть, которая предназначена для работы в первой ступени и не имеет соединения с основной частью конденсатора, предназначенной для работы во второй ступени. В этой части конденсатора происходит предварительное охлаждение хладоагента, нагретого после сжатия в первой ступени.
Далее хладоагент подается в отделитель жидкости 5, служащий для предотвращения попадания жидкой фазы (прежде всего масла) в цилиндр нагнетания второй ступени компрессора. Из отделителя жидкости 5 хладоагент подается в рубашку регенеративного теплообменника 6, где дополнительно охлаждается проходящими по внутренней трубке регенеративного теплообменника парами хладоагента, вышедшими из испарителя 11. Данное дополнительное охлаждение способствует улучшению условий последующего сжатия хладагента во второй ступени компрессора. Вышедший из рубашки регенеративного теплообменника 6 хладоагент поступает в линию всасывания второй ступени и из нее - во вторую ступень компрессора 2, где сжимается до рабочего давления, после чего поступает в основную часть конденсатора 4. В конденсаторе 4 за счет интенсивной теплоотдачи сжатый хладоагент переходит в жидкое состояние, после чего, выйдя из конденсатора поступает в распределитель 9, где делится на четыре параллельных потока. Каждый из потоков поступает в свой дроссель 10, обеспечивающий заданное давление, а следовательно и температуру кипения при необходимом расходе хладоагента, после чего происходит кипение хладоагента в испарителе с отбором тепла, необходимого для кипения
от охлаждаемого объема через стенки трубок испарителя 11. Пройдя через испаритель 11 и распределитель 9, пары хладоагента поступают во внутренний канал регенеративного теплообменника 6. В распределителе 9 и регенеративном теплообменнике 6 происходит некоторый перегрев паров хладоагента относительно температуры его кипения в испарителе, что предотвращает попадание жидкого хладоагента на всасывание компрессора и тем самым предотвращает возможность гидравлического удара и поломки компрессора. Пройдя через регенеративный теплообменник 6, пары хладоагента вновь попадают в магистраль всасывания первой ступени 1.
Таким образом, благодаря наличию в трубках конденсатора и испарителя проволочных спиралей изготовленных с шагом от одного до двух значений внутреннего диаметра трубок, при этом спирали изготовлены из проволоки диаметром от одного до двух процентов внутреннего диаметра трубок, процессы теплообмена в этих аппаратах (конденсаторе и испарителе) протекают более интенсивно, в результате чего обеспечиваются максимально возможные значения удельных тепловых потоков с поверхности теплообменных аппаратов.