Воздухоотделитель для холодильной системы
AIR SEPARATOR FOR REFRIGERATING SYSTEM

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к воздухоотделителям и может быть использовано для удаления неконденсируемых газов из холодильных установок.
Одной из проблем, возникающих при работе холодильных систем, является проникновение воздуха и других неконденсируемых газов в контур холодильной системы через щели, возникающие в уплотнениях холодильных систем в результате длительной работы или в результате проведения сервисных операций. Это касается холодильных установок, работающих при низких температурах кипения с давлением ниже атмосферного. Неконденсируемые газы, как правило, скапливаются на стороне высокого давления холодильной системы (конденсаторе, линейном ресивере и т.д.). Наличие таких газов в конденсаторе приводит к ухудшению теплообмена между газообразным хладагентом и охлаждающей средой и, как следствие, к уменьшению производительности конденсатора. Поскольку неконденсируемые газы смешаны с парами хладагента, выпуск этих газов вручную непосредственно в атмосферу без использования специальных средств, приведет к большим потерям хладагента, поэтому в холодильной системе необходимо периодически удалять накопленные неконденсируемые газы.
Известен патент РФ № 2208748 на изобретение: “Холодильная установка”, МПК F25B43/04, F25B1/00, приоритет от 21 февраля 2002 года, содержащая циркуляционный контур, в котором установлены компрессор, конденсатор, теплообменник-выпариватель, регенеративный теплообменник, первый регулирующий вентиль, гидроциклон цилиндрического типа и испаритель, а также второй регулирующий вентиль, размещенный на линии между теплообменником - выпаривателем и гидроциклоном. Установка снабжена системой воздухоотделения, включающей эжектор, установленный между теплообменником - выпаривателем и регенеративным теплообменником и сообщенный с конденсатором, а также соединенные последовательно дополнительный регенеративный теплообменник и воздухоотделитель, установленные на обводной линии между регенеративным теплообменником и регулирующим вентилем. Воздухоотделитель выполнен в виде цилиндрического корпуса, снабженного входным и сливным тангенциальными патрубками и разделенного перегородкой, имеющей калибровочное отверстие, на две накопительные камеры. Верхняя накопительная камера снабжена выходным патрубком с клапаном, соединенным с поплавком, при этом верхняя накопительная камера снабжена сеткой.
Известен патент России №2367856 на изобретение “Холодильная установка”, МПК F25B43/04, F25B1/00, приоритет от 30 июня 2008 года, включающая компрессорные агрегаты, промежуточный сосуд, конденсатор, циркуляционный ресивер, регулирующий вентиль и воздухоохладитель. Установка снабжена компрессорами высокой ступени, на линии всасывания которых установлена смесительная камера, соединенная с линией подачи паров из промежуточного сосуда и линией нагнетания компрессора низкой ступени, промежуточным сосудом, выполненным в виде отделителя жидкости с ресиверной полостью для жидкого хладагента и змеевиком, и соединенным с разделительной колонкой и циркуляционным ресивером, а панельные испарители и воздухоохладитель высокотемпературной холодильной системы снабжены электронными расширительными вентилями с дозированной подачей жидкого аммиака.
Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является техническое решение, описанное в заявке США № 2019/0234661, МПК F25B43/00, F25B43/04, опубликованной 1 августа 2019 года, содержащее корпус с установленным в нем змеевиком, выпускную линию воздуха, линию подачи жидкого хладагента, линию подачи парового хладагента, возвратную линию и расширительный клапан.
Известное устройство не обеспечивает высокой надежности работы и экологической безопасности при удалении неконденсируемых газов, которые содержат также пары хладагента, так как в известном устройстве выпуск этих газов в атмосферу осуществляют вручную без использования специальных средств, а также в известном устройстве не предусмотрен систематический контроль за накоплением неконденсируемых газов.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является создание воздухоотделителя, обеспечивающего надежную и   экологически безопасную работу по удалению неконденсируемых газов из холодильной системы.
Поставленная задача решается тем, что, воздухоотделитель для холодильной системы, содержащий корпус с установленным в нем змеевиком,  выпускную линию воздуха, линию подачи жидкого хладагента, линию подачи парового хладагента, возвратную линию и расширительный клапан, согласно изобретению дополнительно содержит пульт оператора, вход-выход которого связан с контроллером, установленные в корпусе датчики температуры, давления, верхнего и нижнего уровней, выходы которых соединены с вторым и первым дискретными входами контроллера, выходы датчиков температуры и давления соединены с третьим и четвертым аналоговыми входами контроллера, третий дискретный выход контроллера подключен к управляющему  входу  четвертого соленоидного клапана, выход которого через трубопровод подключен к входу терморегулирующего клапана и к выходу обратно-запорного клапана, вход которого через третий соленоидный клапан и четвертый запорный клапан подключен через трубопровод к выходу корпуса, вход четвертого соленоидного клапана соединен с линией подачи жидкого хладагента через  второй фильтр и пятый запорный клапан, управляющий вход третьего соленоидного клапана соединен с четвертым дискретным выходом контроллера,первый управляющий вход терморегулирующего клапана соединен с баллоном терморегулирующего клапана, установленным на трубопроводе возвратной линии, второй управляющий вход терморегулирующего клапана подключен через второй запорный клапан к возвратной линии и к выходу змеевика, выход терморегугулирующего клапана связан с входом змеевика,выход второго запорного клапана соединен с выходом предохранительного клапана, вход которого через трубопровод соединен с корпусом, управляющий вход второго соленоидного клапана подключен ко второму дискретному выходу контроллера, вход второго соленоидного клапана через третий запорный клапан и трубопровод подключен к  корпусу, а выход через обратный шаровой клапан подключен к выпускной линии,управляющий вход первого соленоидного клапана соединен с первым дискретным выходом контроллера, вход первого соленоидного клапана подключен через первый запорный клапан к линии подачи парового хладагента, выход первого соленоидного клапана через первый фильтр и регулирующий клапан по трубопроводу подключен к корпусу.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема воздухоотделителя  для холодильной системы.
Воздухоотделитель для холодильной системы в соответствии с чертежом содержит корпус 4 с установленным в нем змеевиком 5, выпускную линию воздуха Г, линию подачи жидкого хладагента А, линию подачи парового хладагента В, возвратную линию Б. Воздухоотделитель содержит пульт 28 оператора, вход-выход которого связан с контроллером 27. В корпусе 4 установлены датчики температуры 15, давления 16, верхнего и нижнего уровня 17, 18, выходы которых соединены с вторым и первым дискретными входами контроллера 27, выходы датчиков температуры 15 и давления 16 соединены с третьим и четвертым аналоговыми входами контроллера 27, третий дискретный выход контроллера 27 подключен к управляющему входу четвертого соленоидного клапана 24, выход которого через трубопровод подключен к входу терморегулирующего клапана 25 и к выходу обратно-запорного клапана 26 вход которого через третий соленоидный клапан 21 и четвертый запорный клапан 20 подключен через трубопровод к выходу корпуса 4. вход четвертого соленоидного клапана 24 соединен с линией подачи жидкого хладагента А через второй фильтр 23 и пятый запорный клапан 22. Управляющий вход третьего соленоидного клапана 21 соединен с четвертым дискретным выходом контроллера 27. Первый управляющий вход терморегулирующего клапана 25 соединен с баллоном 29 терморегулирующего клапана, установленным на трубопроводе возвратной линии Б, второй управляющий вход терморегулирующего клапана 25 подключен через второй запорный клапан 10 к возвратной линии Б и к выходу змеевика 5, выход терморегулирующего клапана 25 связан с входом змеевика 5.Выход второго запорного клапана 10 соединен с выходом предохранительного клапана 11, вход которого через трубопровод соединен с корпусом 4, управляющий вход второго соленоидного клапана 13 подключен ко второму дискретному выходу контроллера 27, вход второго соленоидного клапана 13 через третий запорный клапан 12 и трубопровод подключен к  корпусу 4, а выход через обратный шаровой клапан 14 подключен к выпускной линии Г, контроллера 27, вход второго соленоидного клапана 13 через второй запорный клапан 12 и трубопровод подключен к корпусу 4, а выход через обратный шаровой клапан 14 подключен к выпускной линии Г. Управляющий вход первого соленоидного клапана 7 соединен с первым дискретным выходом контроллера 27, вход первого соленоидного клапана 7 подключен через первый запорныйклапан 6 к линии подачи парового хладагента В, выход первого соленоидного клапана 7 через первый фильтр 8 и регулирующий клапан 9 по трубопроводу подключен к корпусу  4 воздухоотделителя.
Воздухоотделитель работает следующим образом.
Принцип действия воздухоотделителя основан на том факте, что пары хладагента могут быть охлаждены только до температуры, соответствующей давлению насыщения, при котором они конденсируются. При этом неконденсируемые газы (воздух) могут охлаждаться без ограничений. Таким образом, смесь паров хладагента и неконденсируемых газов может достигнуть температуры, которая значительно ниже температуры насыщения «чистого» пара хладагента при той же температуре. На основании давлений и температур в корпусе воздухоотделителя можно судить присутствии воздуха: если температура смеси ниже температуры насыщения при данном давлении, значит в смеси присутствуют неконденсируемые газы.
Перед началом работы подключают линию подачи парового хладагента к В к конденсатору 1, возвратную линию Б - к отделителю жидкости 2, линию подачи жидкого хладагента А - к жидкостному ресиверу 3 холодильной системы.
Запуск воздухоотделителя в работу осуществляет по внешнему сигналу, например, при запуске компрессора системы, который подается на дискретный вход контроллера 27. При запуске воздухоотделителя открывается соленоидный клапан одной из точек продувки системы от неконденсируемых газов (воздуха) одновременно с первым соленоидным клапаном 7, установленным на линии подачи парового хладагента В. Контроллер 27 поддерживает возможность подключения до трех точек продувки (до трех соленоидных клапанов продувки). По линии подачи парового хладагента В через трубопровод, первый запорный клапан 6, первый соленоидный клапан 7, сетчатый фильтр 8 и регулирующий клапан 9 смесь паров хладагента с воздухом от точки продувки поступает в корпус 4 воздухоотделителя. Внутри корпуса 4 установлен змеевик 5 – испаритель. С запуском воздухоотделителя в работу также подается напряжение на катушку четвертого соленоидного клапана 24 линии А подачи жидкого хладагента высокого давления. Четвертый соленоидный клапан 24 открывается и по трубопроводу А, проходя через пятый запорный клапан 22, жидкий хладагент через второй фильтр 23, соленоидный клапан 24 подается к терморегулирующему клапану 25. В клапане 25 хладагент дросселируется и подаётся внутрь змеевика 5 в виде парожидкостной смеси. Поскольку змеевик 5 соединен со стороной низкого давления холодильной системы (линией всасывания компрессора или отделителем жидкости), а смесь хладагента и воздуха поступает в корпус аппарата с высоким давлением и температурой, хладагент в змеевике 5 начинает кипеть. Газообразный хладагент из змеевика 5 поступает на сторону низкого давления холодильной системы через линию Б. Клапан 25, соединенный с баллоном 29, обеспечивает подачу в змеевик 5 такого количества хладагента, чтобы поддерживать стабильный перегрев паров на выходе из змеевика 5.Баллон 29 заполнен тем же хладагентом, что и змеевик 5 и прикреплен к трубопроводу, идущему от змеевика 5 к клапану 10. У терморегулирующего клапана 25 два управляющих входа - от баллона 29 и от уравнительной линии, которая соединена через трубопровод с вторым запорным клапаном 10 уравнительной линии Б. Давление в баллоне 29 и уравнительной линии Б влияют на закрытие/открытие терморегулирующего клапана 25. При уменьшении температуры газообразного хладагента на выходе из змеевика 5 хладагент в баллоне 29 сжимается, терморегулирующий клапан 25 прикрывается, уменьшая тем самым количество подаваемого хладагента в змеевик 5. При повышении температуры на выходе из змеевика 5 хладагент в баллоне 29 расширяется, терморегулирующий клапан 25 открывается и подача хладагента в змеевик 5 увеличивается.При этом на поверхности змеевика 5 в корпусе 4 воздухоотделителя из смеси паров хладагента и воздуха начинает конденсироваться хладагент. В результате хладагент накапливается в нижней части корпуса 4, а неконденсируемые газы остаются в верхней части. Уровень жидкости в корпусе 4 воздухоотделителя контролируется датчиками нижнего 17 и верхнего 18 уровня, сигналы от которых приходят на дискретные входы контроллера 27. При достижении жидкостью уровня верхнего сигнализатора 18, с дискретного выхода контроллера 27 подается сигнал на закрытие четвертого соленоидного клапана 24 подачи жидкости высокого давления. В то же время с дискретного выхода контроллера 27 подается сигнал на открытие третьего соленоидного клапана 21 и сконденсированный жидкий хладагент из корпуса 4 воздухоотделителя отводится в линию перед терморегулирующим клапаном 25, т.е. в змеевик 5. Таким образом, количество жидкого хладагента, требуемого для подпитки воздухоотделителя извне, минимально. При достижении жидкостью уровня датчика 17 в корпусе 4 воздухоотделителя, происходит обратное переключение соленоидных клапанов: 21 – закрывается, 24 – открывается. Для контроля присутствия неконденсируемых газов в корпусе аппарата, предусмотрены датчик давления 16 и датчик температуры 15, которые подключаются к контроллеру 27. Датчик давления 16 измеряет значение давления в верхней части корпуса 4 воздухоотделителя (газовой). Датчик температуры 15 измеряет значение температуры в нижней (жидкостной) части корпуса 4. Во время работы, контроллер 27 сравнивает фактическое давление в верхней части корпуса 4 с давлением насыщения, соответствующему температуре в нижней части корпуса 4. Как только разница между этими давлениями достигает 1 бара, подаются сигналы с дискретных выходов контроллера 27 на закрытие внешнего соленоидного клапана точки продувки ипервого соленоидного клапана 7 линии подачи парового хладагента Ви открытие второго соленоидного клапана 13. Неконденсируемые газы (воздух), скопившиеся в верхней части корпуса 4 воздухоотделителя, по трубопроводу Г через третий запорный 12 и обратный шаровый 14 клапаны сбрасываются из корпуса 4. При достижении разницы между фактическим давлением в верхней части корпуса 4 и давлением насыщения, соответствующему температуре в нижней части корпуса 4, в 0.5 бар, с дискретного выхода контроллера 27 подается сигнал на закрытие второго соленоидного клапана 13 и открытие соленоидного клапана 7 линии подачи парового хладагента Ви внешнего соленоидного клапана продувки последней точки отбора смеси хладагента с неконденсирующимися газами. Во время работы воздухоотделителя продувка одной точки отбора продолжается 10 минут. Если в течение этого времени хотя бы один раз происходит сброс воздуха из корпуса 4 (происходит открытие второго соленоидного клапана 13 с одновременным закрытием первого соленоидного клапана 7), время работы с данной точкой продлевается еще на 10 минут. Максимальное время продувки одной точки продолжается 30 минут. Если в течение 10 минут продувки одной точки отбора смеси хладагента с неконденсирующимися газами, сброс воздуха из корпуса 4 (открытие второго соленоидного клапана 13 с одновременным закрытием первого соленоидного клапана 7) не происходит ни разу, воздухоотделитель автоматически переходит к продувке следующей точки (закрытию текущего соленоидного клапана продувки и открытию следующего клапана). Если после продувки всех точек отбора сброс воздуха не происходит ни разу (ни разу не происходит открытие второго соленоидного клапана 13 с одновременным закрытием первого соленоидного клапана 7), воздухоотделитель переходит в режим ожидания на 2 часа. Для защиты корпуса от превышения давления предусмотрен предохранительный клапан 11. Для возможности слива хладагента и масла из корпуса воздухоотделителя, предусмотрен сервисный клапан 19 с присоединением G1/2''нар.
Техническое преимущество заявляемого воздухоотделителя заключается в том, что в отличие от ближайшего аналога, он  обеспечивает надежную и экологически безопасную работу по удалению неконденсируемых газов из холодильной системы за счет систематического контроля за накоплением неконденсируемых газов, а также в нем предусмотрены специальные средства (датчики уровней, температуры и давления, наличие в каждой из линий подачи парового и жидкого хладагента, возвратной и выпускной линиях системы  регулирующих  и запорных клапанов, микроконтроллера), которые позволяют в автоматическом режиме без вмешательства человека осуществлять надежную и безопасную работу по удалению неконденсируемых газов из холодильной системы.
Заявляемый в качестве изобретения воздухоотделитель для холодильной системы может быть изготовлен в условиях серийного производства освоенными технологическими методами с использованием существующих материалов и оборудования.