СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАЗМОРАЖИВАНИЯ ГОРЯЧИМ ПАРОМ
METHOD AND DEVICE FOR DEFROSTING WITH HOT STEAM

Предпосылки создания изобретения
Настоящее изобретение, в основном, относится к системам охлаждения, в которых используются охлаждающие испарители, и, в частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству размораживания (оттаивания) таких испарителей.
Известные системы охлаждения для холодильных устройств, таких как холодильники и морозильники, например, включают в себя испаритель, часто в виде змеевика, на котором могут образовываться и откладываться иней и лед за некоторый период времени. Отложение инея и льда на испарителе приводит к неэффективной и более дорогостоящей работе системы охлаждения. Следовательно, необходимо удалять отложения инея и льда, чтобы система охлаждения могла эффективно работать.
Способ, часто используемый для размораживания и удаления инея и льда, которые отложились на змеевике испарителя, включает в себя наличие нагревателя, обычно высокой мощности, для нагревания змеевика испарителя и растопления отложившегося льда. Обычно используется резистивный нагреватель, и нагреватель стремится рассеивать тепло во всех направлениях, так что не только нагревается змеевик испарителя, но нагревается также окружающая среда змеевика испарителя. В результате отделение, в котором расположен испаритель, такое как, например, морозильное отделение или отделение для свежих продуктов холодильника, может значительно нагреваться.
Периодичность, с которой выполняются циклы размораживания, может быть основана на течение времени с использованием механического реле времени, которое как запускает, так и завершает цикл размораживания. В качестве альтернативы может быть установлена электронная схема для управления циклом размораживания с использованием термостата или ему подобного для измерения температуры в испарителе, и алгоритмов размораживания.
Краткое описание настоящего изобретения
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения способ размораживания испарителя в системе охлаждения, которая содержит компрессор, конденсатор, испаритель и холодильный агент, который циркулирует последовательно из компрессора в конденсатор, испаритель и обратно в компрессор во время обычной работы системы охлаждения, включает в себя отключение потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор при продолжающейся работе компрессора для приложения всасывающего усилия к холодильному агенту, находящемуся в испарителе, и направление сжатого холодильного агента из компрессора в испаритель при продолжающемся отключении потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения описан способ размораживания испарителя в системе охлаждения, как описано в предыдущем абзаце, в котором способ включает в себя начальное отключение потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор в течение первого периода времени при продолжающейся работе компрессора для приложения всасывающего усилия к холодильному агенту, находящемуся в испарителе. Затем компрессор отключают в течение второго периода времени по истечении первого периода времени, и холодильный агент циркулирует между компрессором и испарителем в обход конденсатора при продолжающемся отключении потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор. Затем компрессор включают по истечении второго периода времени, и сжатый холодильный агент направляется из компрессора в испаритель в течение третьего периода времени в обход конденсатора при продолжающемся отключении потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения система охлаждения, включающая в себя компоненты для размораживания, содержит компрессор, имеющий впуск и выпуск, конденсатор, имеющий впуск и выпуск, испаритель, имеющий впуск и выпуск, и холодильный агент. Выпуск компрессора соединен по потоку с впуском конденсатора по первому каналу потока, в результате чего холодильный агент может проходить из компрессора в конденсатор. Кроме того, выпуск конденсатора соединен по потоку с впуском испарителя по второму каналу потока, в результате чего холодильный агент может проходить из конденсатора в испаритель. Кроме того, выпуск испарителя соединен по потоку с впуском компрессора по третьему каналу потока, в результате чего холодильный агент может проходить из испарителя в компрессор. Кроме того, выпуск компрессора соединен по потоку с впуском испарителя по четвертому каналу потока, который обходит конденсатор, в результате чего холодильный агент может проходить из компрессора в испаритель и обходить конденсатор. Во втором канале потока расположен первый клапан для селективного открытия и закрытия второго канала потока для потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор. В четвертом канале потока расположен второй клапан для селективного открытия и закрытия четвертого канала потока для потока холодильного агента из компрессора в испаритель через четвертый канал потока.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает схематический вид варианта осуществления способа и устройства размораживания в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание настоящего изобретения
Фиг.1 изображает систему охлаждения, обычно обозначенную ссылочной позицией 10, типа, который может, например, использоваться с холодильным устройством. Система охлаждения содержит компрессор 12, конденсатор 14 и испаритель 16. Система охлаждения также может включать в себя аккумулятор 18 и устройство 20 для ограничения потока, такое как, например, капиллярная трубка. Холодильный агент иногда в жидком состоянии, иногда в газообразном состоянии и иногда как в жидком, так и газообразном состоянии содержится в системе 10 охлаждения и обеспечивает средство, с помощью которого охлаждающий эффект создается в испарителе 16. Компрессор 12 включает в себя впуск 22 и выпуск 24, конденсатор включает в себя впуск 26 и выпуск 28, и испаритель включает в себя впуск 30 и выпуск 32.
Выпуск 24 компрессора 12 соединен по потоку с впуском 26 конденсатора 14 через трубопровод 34 по первому каналу потока, в результате чего холодильный агент может проходить из компрессора в конденсатор. Выпуск 28 конденсатора 14 соединен по потоку с впуском 30 испарителя 16 через трубопровод 36 по второму каналу потока, в результате чего холодильный агент может проходить из конденсатора в испаритель. Выпуск 32 испарителя 16 соединен по потоку с впуском 22 компрессора 12 через трубопровод 38 по третьему каналу потока, в результате чего холодильный агент может проходить из испарителя в компрессор. Выпуск 24 компрессора 12 также соединен по потоку с впуском 30 испарителя 16 через трубопровод 39 по четвертому каналу потока, который обходит конденсатор 14, в результате чего холодильный агент при выбранных условиях может проходить из компрессора в испаритель и обходить конденсатор.
Во время обычной работы системы 10 охлаждения, или когда система охлаждения находится в рабочем режиме охлаждения, компрессор 12 закачивает пар сильно нагретого холодильного агента из испарителя 16 через выпуск 32 испарителя и трубопровод или всасывающий трубопровод 38 в компрессор через впуск 22 компрессора. Это позволяет поддержать низкое давление в испарителе. Пар сильно нагретого холодильного агента сжимается компрессором 12, и температура и давление пара повышаются. Полученный в результате горячий с высоким давлением пар холодильного агента из компрессора 12 выходит из компрессора через выпуск 24 компрессора и проходит через трубопровод 34 по первому каналу потока в конденсатор 14 через впуск 26 конденсатора. Конденсатор 14 может содержать ряд трубок в виде трубчатого змеевика, через которые горячий с высоким давлением пар холодильного агента из компрессора проходит. Воздух нагнетается через змеевик конденсатора, например, нагнетательным вентилятором (не показан), и тепло передается воздуху парообразным холодильным агентом, вызывая превращение пара холодильного агента в жидкость. Полученный в результате жидкий холодильный агент со средней температурой и высоким давлением затем направляется из конденсатора 14 через выпуск 28 конденсатора в трубопровод 36 по второму каналу потока.
По меньшей мере, в этих примерах, в которых система охлаждения используется с холодильником, и испаритель расположен в морозильном отделении холодильника, может быть установлена трубка 40 для отвода. В этом случае устройство для отвода будет отводить тепло к фланцу по периметру морозильного отделения для предотвращения образования водоконденсата в данном местоположении. Кроме того, приемный резервуар 42 для содержания жидкого холодильного агента после его выхода из конденсатора 14 может быть соединен по потоку с трубопроводом 36 ниже по потоку относительно трубки 40 для отвода.
Дозирующее устройство 20, такое как, например, капиллярная трубка, расположено во втором канале потока в трубопроводе 36 между выпуском 28 компрессора 14 и впуском 30 испарителя 16. Другие типы дозирующих устройств, таких как, например, терморегулирующий расширительный клапан, могут использоваться вместо капиллярной трубки. Капиллярная трубка регулирует прохождение потока холодильного агента дополнительно по трубопроводу 36 в испаритель через впуск 30 испарителя. Капиллярная трубка сначала уменьшает давление жидкого холодильного агента до давления, которое соответствует температуре испарителя в состоянии насыщения. В испарителе 16 насыщенный холодильный агент поглощает тепло из окружающей среды испарителя, охлаждая эту окружающую среду, и превращается в пар с низким давлением. Нагнетательный вентилятор может быть установлен для всасывания охлажденного воздуха в местоположениях вне испарителя. Сильно нагретый пар с низким давлением затем всасывается в компрессор 12 через выпуск 32 испарителя и по третьему каналу потока в трубопроводе 38 и через впуск 22 компрессора.
Аккумулятор 18 может быть соединен по потоку с трубопроводом 38 для хранения жидкого холодильного агента для обеспечения того, чтобы испаритель 16 был полностью заполнен холодильным агентом, как хорошо известно специалистам в данной области техники.
Настоящее изобретение не ограничивается системой охлаждения, содержащей или ограниченной конкретными структурами и компонентами, описанными выше, и может использоваться с другими системами охлаждения, как будет понятно специалистам в данной области техники. Например, системы охлаждения, в которых применяется заявленное изобретение, могут включать в себя конденсаторы с водяным охлаждением и испарительные конденсаторы, а не конденсаторы с воздушным охлаждением. Кроме того, системы охлаждения настоящего изобретения могут использоваться по-разному. Таким образом, система охлаждения может использоваться с холодильными устройствами, таким как, например, холодильники, морозильники и их комбинации. Кроме того, система охлаждения настоящего изобретения может использоваться с системой кондиционирования воздуха, и обычно когда необходимо использование охлаждающего эффекта. В любом случае это имеет место при использовании таких систем охлаждения, в которых водоконденсат в виде инея, льда или им подобного будет откладываться на испарителе системы. Иней и лед действуют как изолятор, таким образом, замедляя теплообмен между испарителем и окружающей средой испарителя и уменьшая эффективность работы системы охлаждения. Следовательно, необходимо растопить такие образования инея или льда на испарителе для размораживания испарителя.
В соответствии с заявленным изобретением образование инея, льда или им подобного на испарителе системы охлаждения растапливают, и испаритель размораживается в результате циркуляции горячего холодильного агента через испаритель. Как показано в варианте осуществления настоящего изобретения на фиг.1, растапливание инея или льда выполняется посредством отключения потока холодильного агента из конденсатора 14 в испаритель 16 и направления горячего холодильного агента из компрессора 12 непосредственно в испаритель в обход конденсатора 14. Как показано более конкретно на фиг.1, первый клапан 50 расположен во втором канале потока в трубопроводе 36 для селективного открытия и закрытия второго канала потока для потока холодильного агента из компрессора 12 в испаритель 16 через конденсатор 14. Второй клапан 52 расположен в четвертом канале потока в трубопроводе 39 для селективного открытия и закрытия четвертого канала потока для потока холодильного агента из компрессора в испаритель по четвертому каналу потока.
К тому времени как система охлаждения работает в своем режиме охлаждения, как описано выше, первый клапан 50 выполнен с возможностью селективного открытия второго канала потока для потока холодильного агента из конденсатора 14 в испаритель 16 через трубопровод 36, и второй клапан 52 выполнен с возможностью селективного закрытия четвертого канала потока для потока холодильного агента из компрессора 12 в испаритель 16 через трубопровод 39. Во время режима охлаждения компрессор 12 выполнен с возможностью работы. Когда иней или лед, отложенные на испарителе 16, необходимо растопить и испаритель разморозить, так что система охлаждения работает в рабочем режиме размораживания, первый клапан 50 выполнен с возможностью селективного закрытия второго канала потока для потока холодильного агента из конденсатора 14 в испаритель 16 через трубопровод 36 и второй клапан 52 выполнен с возможностью селективного открытия четвертого канала потока для потока холодильного агента из компрессора 12 в испаритель через трубопровод 39. Компрессор 12 выполнен с возможностью работы во время рабочего режима размораживания.
В дополнении к рабочему режиму охлаждения и рабочему режиму размораживания настоящее изобретение включает в себя рабочий режим испарения и может включать в себя рабочий режим уравновешивания. В рабочем режиме испарения, который следует за рабочим режимом охлаждения и предшествует как рабочему режиму размораживания, так и рабочему режиму уравновешивания, первый клапан 50 выполнен с возможностью селективного закрытия второго канала потока для потока холодильного агента из конденсатора 14 в испаритель 16 через трубопровод 36, второй клапан 52 выполнен с возможностью селективного закрытия четвертого канала потока для потока холодильного агента из компрессора 12 в испаритель 16 через трубопровод 39, и компрессор 12 выполнен с возможностью работы.
В рабочем режиме уравновешивания, который следует за рабочим режимом испарения и предшествует рабочему режиму размораживания, первый клапан 50 выполнен с возможностью селективного закрытия второго канала потока для потока холодильного агента из конденсатора 14 в испаритель 16 через трубопровод 36, второй клапан 52 выполнен с возможностью селективного открытия четвертого канала потока для потока холодильного агента из компрессора 12 в испаритель 16 через трубопровод 39, и компрессор 12 выполнен с возможностью работы.
Дополнительное описание работы варианта осуществления настоящего изобретения, изображенного на фиг.1, лучше всего изложено со ссылкой на отдельные рабочие режимы, в которых работает система охлаждения. Начиная с рабочего режима охлаждения описание системы охлаждения в рабочем режиме охлаждения изложено подробно выше и не повторяется здесь. Принимая во внимание другие рабочие режимы, в которых работает система охлаждения, к тому времени, как во время рабочего режима охлаждения, когда иней или лед значительно отложились на испарителе, что необходимо разморозить испаритель, система охлаждения переходит к рабочему режиму испарения, в котором, как указано, первый клапан 50 приводится в действие для перемещения из открытого положения, которое он поддерживает во время рабочего режима охлаждения, в закрытое положение, в результате чего холодильный агент не может проходить из конденсатора 14 в испаритель. Одновременно второй клапан 52 поддерживает закрытое положение, которое он имел во время рабочего режима охлаждения, и компрессор 12 продолжает работать. В результате продолжающейся работы компрессора 12 давление в испарителе постепенно понижается, и холодильный агент в жидкой форме, находящийся в испарителе, испаряется. Одновременно давление в испарителе понижается, температура в испарителе падает, приводя к падению температуры насыщения холодильного агента. Температура насыщения продолжает падать до тех пор, пока располагаемая скрытая теплота в жидком холодильном агенте, находящемся в испарителе, станет недостаточной для поддержания уменьшенной температуры насыщения. При этом температура насыщения жидкого холодильного агента начинает увеличиваться, таким образом, увеличивая температуру испарителя. Следовательно, жидкий холодильный агент продолжает испаряться до тех пор, пока холодильный агент, содержащийся в испарителе, не станет, по существу, паром.
После рабочего режима испарения система охлаждения может перейти к рабочему режиму уравновешивания или непосредственно к рабочему режиму размораживания, как описано ниже. В рабочем режиме уравновешивания первый клапан 50 отключает поток холодильного агента из конденсатора 12 в испаритель 16 через трубопровод 36, второй клапан 52 открывает поток холодильного агента из компрессора 12 в испаритель 16 через трубопровод 39, и компрессор 12 отключается. Во время рабочего режима уравновешивания системы охлаждения пары холодильного агента будут циркулировать между компрессором 12 и испарителем 16 при разностях давлений и температур, которые существуют в системе до тех пор, пока давления и температуры в системе, по существу, не уравновесятся.
После рабочего режима уравновешивания, если он выполнен, система охлаждения переходит к рабочему режиму размораживания. Во время рабочего режима размораживания первый клапан 50 продолжает отключение потока холодильного агента из конденсатора 14 в испаритель 16, второй клапан 52 открывает поток холодильного агента из компрессора 12 в испаритель 16 через трубопровод 39, и компрессор 12 включается. В рабочем режиме размораживания сжатие холодильного агента в компрессоре нагревает холодильный агент, и горячий холодильный агент, по существу, в газообразной форме при прохождении через испаритель 16 будет растапливать иней и лед, которые образовались на испарителе. По завершении рабочего режима размораживания система охлаждения возвращается к рабочему режиму охлаждения, в котором первый клапан 50 открывает поток холодильного агента из конденсатора 14 в испаритель 16 через трубопровод 36, второй клапан 52 закрывает поток холодильного агента из компрессора в испаритель через трубопровод 39, и компрессор 12 продолжает работать.
Последовательное прохождение системы 10 охлаждения от рабочего режима охлаждения к рабочему режиму уравновешивания, к рабочему режиму размораживания и обратно к рабочему режиму охлаждения может выполняться по-разному. Например, микропроцессор может быть установлен для управления работой отдельных компонентов системы охлаждения, и устройство синхронизации может быть функционально связано с микропроцессором для осуществления перехода системы охлаждения к своим различным рабочим режимам, разделенным выбранными интервалами времени. Таким образом, после работы системы охлаждения в рабочем режиме охлаждения в течение заданного периода времени система охлаждения может перейти к рабочему режиму испарения в течение первого периода времени, как установлено устройством синхронизации. После этого система охлаждения может перейти к рабочему режиму уравновешивания в течение второго периода времени, как установлено устройством синхронизации, после которого система охлаждения может переходить к рабочему режиму размораживания в течение третьего периода времени, как установлено устройством синхронизации. По завершении третьего периода времени микропроцессор будет осуществлять выполнение таких функций среди компонентов системы охлаждения, которые необходимы для возврата системы охлаждения в рабочий режим охлаждения.
Микропроцессор также может использоваться для управления работой компонентов системы охлаждения в ответ на состояния системы, а не только на прохождение времени. Например, датчик температуры может быть расположен на испарителе системы охлаждения, и температура, измеренная датчиком температуры и переданная в микропроцессор, может быть использована для включения некоторых из рабочих режимов системы охлаждения. В качестве другого примера микропроцессор может быть запрограммирован для быстрого реагирования на энергию, потребляемую в системе охлаждения, например, компрессором, и, таким образом, управления последовательностью рабочих режимов системы охлаждения. Таким образом, например, при отложении инея или льда на испарителе энергия, потребляемая для продолжения работы системы охлаждения в режиме охлаждения, увеличивается, и это обстоятельство может быть использовано как сигнал для микропроцессора, чтобы отключить режим охлаждения и перейти к рабочим режимам, которые приводят к размораживанию испарителя. Кроме того, комбинации этих схем управления могут выполняться таким образом, что рабочая последовательность системы охлаждения срабатывает как в ответ на прохождение времени, так и состояния системы, как будет понятно специалистам в данной области техники.
Что касается первого клапана и второго клапана, могут использоваться, например, электромагнитные клапаны, которые имеют способность автоматически открывать и закрывать. Электромагнитные клапаны могут срабатывать в ответ на управляющие команды с микропроцессора, или они могут управляться иначе, например термостатом.
На основании вышеизложенного описания и объяснения следует понимать, что заявленное изобретение обеспечивает способ размораживания испарителя в системе охлаждения, содержащей компрессор, конденсатор, испаритель и холодильный агент, который циркулирует последовательно из компрессора в конденсатор, в испаритель и обратно в компрессор во время обычной работы системы охлаждения. Способ включает в себя отключение потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор при работе компрессора для приложения всасывающего усилия к холодильному агенту, находящемуся в испарителе, и направление сжатого холодильного агента из компрессора в испаритель в обход конденсатора при продолжающемся отключении потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор.
В другом аспекте способ настоящего изобретения может дополнительно включать в себя отключение потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор в течение первого периода времени при продолжающейся работе компрессора для приложения всасывающего усилия к холодильному агенту, находящемуся в испарителе, отключение компрессора в течение второго периода времени по истечении первого периода времени и циркуляцию холодильного агента между компрессором и испарителем в обход конденсатора при продолжающемся отключении потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор и включение компрессора по истечении второго периода времени и направление сжатого холодильного агента из компрессора в испаритель в течение третьего периода времени в обход конденсатора при продолжающемся отключении потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор.
В способе настоящего изобретения приложение всасывающего усилия к холодильному агенту, находящемуся в испарителе, в течение первого периода времени приводит к понижению давления и температуры в испарителе при отключении компрессора по истечении первого периода времени и циркуляции холодильного агента между компрессором и испарителем в обход конденсатора, а продолжающееся отключение потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор приводит к повышению температуры холодильного агента в испарителе. Включение компрессора по истечении второго периода времени и направление сжатого холодильного агента из компрессора в испаритель при обходе конденсатора при продолжающемся отключении потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор приводят к повышению температуры холодильного агента в испарителе и размораживанию испарителя.
Первый период времени может быть установлен для истечения, по существу, того времени, когда количество скрытого тепла в жидкой фазе холодильного агента в испарителе становится недостаточным для превращения жидкой фазы холодильного агента в испарителе в газообразную фазу холодильного агента. Это может быть выполнено в результате завершения первого периода времени, когда предварительно выбранное время истекло, когда температура в испарителе достигает предварительно выбранной температуры, или когда энергия, потребляемая компрессором, находится на предварительно выбранном уровне. Второй период времени может быть установлен и истекать, когда температура в испарителе достигает предварительно выбранного уровня. Третий период времени может быть установлен и истекать, когда или температура в испарителе достигла предварительно выбранный уровень, или предварительно выбранное время истекло.
В основном, прерывание рабочего режима охлаждения системы охлаждения посредством отключения потока холодильного агента из компрессора в испаритель через конденсатор при продолжающейся работе компрессора для приложения всасывающего усилия к холодильному агенту, находящемуся в испарителе, может быть вызвано по истечении предварительно выбранного времени, когда температура в испарителе достигла предварительно выбранного уровня или когда энергия, потребляемая компрессором, находится на предварительно выбранном уровне.
Хотя описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения в данном документе, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления и охватывает и включает в себя все и любые модификации и изменения, которые входят в объем нижеследующей формулы изобретения.