ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к холодильной технике и может быть использована при проектировании и реконструкции крупных холодильных установок.
Известна холодильная установка, работающая на несколько температур кипения, причем на более низкую температуру кипения применен узел компрессора двухступенчатого сжатия, а на более высокую температуру кипения - узел одноступенчатого сжатия [Курылев Е.С., Герасимов Н.А. Холодильные установки: Учебник для студентов вузов. -Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. - с. 181.
Известна также холодильная установка с конденсатором комбинированного охлаждения (вода и воздух) [Авторское свидетельство SU 1613820, МПК F25B1/02, опубл. 15.12.1990 г.].
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является холодильная установка, содержащая компрессор и установленные последовательно по ходу хладагента конденсатор воздушного охлаждения, конденсатор жидкостного охлаждения, разделительную камеру, дроссельные вентили, дроссельный вентиль, отделитель жидкости, испаритель, поплавковое устройство и трубопроводы с запорными вентилями (патент на полезную модель RU №101158, МПК F25 B1/00, опубл. 10.01.2011 г.).
Недостатком известных холодильных установок является их низкая экономичность в периоды, когда холод вырабатывается путем естественной циркуляции хладагента, то есть с отключенными компрессорами.
Техническим результатом полезной модели является повышение экономичности установки и ее холодопроизводительности при выработке холода путем естественной циркуляции хладагента.
Указанный технический результат достигается тем, что холодильная установка, содержащая холодильную систему, включающую компрессор и установленные последовательно по ходу хладагента конденсатор воздушного охлаждения, конденсатор жидкостного охлаждения, разделительную камеру, отделитель жидкости с поплавковым устройством, испаритель и трубопроводы с запорными вентилями, причем отделитель жидкости с поплавковым устройством и испаритель расположены на одном уровне, согласно заявляемому техническому решению, холодильная установка снабжена второй холодильной системой, включающей два компрессора, установленные последовательно по ходу хладагента конденсатор жидкостного охлаждения, ресивер-переохладитель со змеевиком, промежуточный сосуд со змеевиком, испаритель, дроссельный вентиль, соленоидный вентиль, причем ресивер-переохладитель, соединен трубопроводами с запорной арматурой с конденсатором жидкостного охлаждения второй холодильной системы и промежуточным сосудом со змеевиком, а змеевик ресивера-переохладителя соединен трубопроводами с запорной арматурой с трубопроводом подачи жидкого хладагента в отделитель жидкости первой холодильной системы и с трубопроводом выхода пара из отделителя жидкости первой холодильной системы, кроме того, первая холодильная система дополнительно снабжена ресивером и соленоидным вентилем, установленным на трубопроводе подачи жидкого хладагента до регулятора уровня.
Согласно предложенному техническому решению, в конструкцию может быть также включен циркуляционный насос, установленный параллельно запорному вентилю на трубопроводе подачи жидкого хладагента из ресивера в отделитель жидкости.
Кроме того, на трубопроводе подачи жидкого хладагента в змеевик ресивера-переохладителя второй холодильной системы после запорной арматуры установлен электромагнитный вентиль, запитанный на уровень жидкости в ресивере первой холодильной системы.
Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором представлена схема предложенной холодильной установки.
Холодильная установка включает две холодильные системы: первая содержит компрессор 1, установленные последовательно по ходу хладагента конденсатор воздушного охлаждения 2 и конденсатор жидкостного охлаждения 3, разделительную камеру 4, регулятор уровня 5, соленоидный вентиль 6, отделитель жидкости 7 с поплавковым устройством 8, ресивер 9, испаритель 10, циркуляционный насос 11 и трубопроводы с арматурой (запорными вентилями) 12-30.
Вторая холодильная система содержит компрессоры 31, 32, установленные последовательно по ходу хладагента конденсатор жидкостного охлаждения 33, ресивер-переохладитель 34 со змеевиком 35, промежуточный сосуд 36 со змеевиком 37, испаритель 38, дроссельный вентиль 39, соленоидный вентиль 40, датчик уровня 41, электромагнитный вентиль 42 и трубопроводы с арматурой (запорными вентилями) 43-48.
Ресивер-переохладитель 34 соединен трубопроводами с запорной арматурой с конденсатором жидкостного охлаждения 33 второй холодильной системы и промежуточным сосудом 36, а змеевик 35 ресивера-переохладителя 34 соединен трубопроводами с запорной арматурой с трубопроводом подачи жидкого хладагента 49 в отделитель жидкости 7 первой холодильной системы и с трубопроводом выхода пара 50 из отделителя жидкости 7 первой холодильной системы, причем трубопровод подачи жидкого хладагента 49 снабжен регулятором уровня 5 и соленоидным вентилем 6.
Холодильная установка работает следующим образом.
В период с температурой окружающего воздуха выше температуры охлаждающей жидкости, например, воды, первая холодильная система с компрессором 1 всасывает пары хладагента из испарителя 10 через отделитель жидкости 7 и нагнетает в конденсатор воздушного охлаждения 2, при этом запорные вентили 14, 15, 17, 18, 22-27 и 29 открыты, а запорные
вентили 12, 13, 16, 19-21, 28, 30 закрыты. Частично сконденсированный хладагент, проходя через разделительную камеру 4, разделяется на пар и жидкость, пар направляется через вентиль 29 в конденсатор жидкостного охлаждения 3, затем жидкий конденсат через вентиль 27 - в ресивер 9. Сюда же стекает из разделительной камеры 4 жидкий хладагент через вентиль 26. Из ресивера 9 жидкий хладагент, пройдя через вентили 25, 23 и соленоидный вентиль 6 дросселируется через регулятор уровня 5 в отделитель жидкости 7, соединенный как сообщающие сосуды с испарителем 10.
Вторая холодильная система (на более низкую температуру кипения) работает автономно по обычной схеме двухступенчатого сжатия с промежуточным сосудом 36 со змеевиком 37. Вентили 20 и 21 закрыты. Пары хладагента, кипящего в испарителе 38, всасываются компрессором низкого давления 31 и нагнетаются под слой жидкого хладагента в промежуточный сосуд 36. Барбатируясь через слой жидкости, пары хладагента в состоянии насыщения поступают на всасывание компрессора высокого давления 32, который нагнетает их в конденсатор жидкостного охлаждения 33. Сконденсировавшийся хладагент стекает в ресивер-переохладитель 34 со змеевиком 35, который в этот период служит только ресивером, и после него разделяется на два потока. Большая часть жидкости поступает в змеевик 37 промежуточного сосуда 36, где охлаждается, а затем через вентиль 48 и дроссельный вентиль 39 поступает в испаритель 38. Другая часть жидкого хладагента, через соленоидный вентиль 40, дросселируется в промежуточный сосуд 36 со змеевиком 37 до промежуточного давления, создавая с помощью датчика уровня 41 заданный уровень жидкости в промежуточном сосуде 36.
В период с температурой окружающего воздуха ниже температуры охлаждающей жидкости в первой холодильной системе сжатые в компрессоре 1 пары хладагента поступают в конденсатор жидкостного охлаждения 3 через открытый запорный вентиль 12, при этом запорные
вентили 15, 27 и 29 закрыты. Затем частично сконденсированный хладагент через запорный вентиль 28 поступает в разделительную камеру 4, где разделяется на пар и жидкость. Пар через вентиль 13 поступает в конденсатор воздушного охлаждения 2 и сконденсировавшийся хладагент стекает через вентиль 16 в ресивер 9. Вентиль 14 при этом закрыт.Из разделительной камеры 4 жидкий хладагент также сливается через вентиль 26 в ресивер 9. Из ресивера 9 жидкий хладагент, пройдя через вентили 25, 23 и соленоидный вентиль 6 дросселируется через регулятор уровня 5 в отделитель жидкости 7, соединенный как сообщающие сосуды с испарителем 10.
Вторая система (на более низкую температуру кипения) работает так же, как и в предыдущем периоде.
В период с температурой окружающего воздуха ниже температуры охлаждаемого объекта установка первой системы работает без компримирования хладагента (без работы компрессора 1). Отеплившийся хладагент в испарителе 10 в газообразном виде поступает в отделитель жидкости 7, откуда через открытый вентиль 19, минуя компрессор 1, через открытый вентиль 15 поступает в конденсатор воздушного охлаждения 2, при этом вентили 12, 13, 14, 17и 18 закрыты, где конденсируется, отдавая теплоту окружающей среде. Затем сконденсированный хладагент движется через вентиль 16, ресивер 9, соленоидный вентиль 6 к регулятору уровня 5 через открытые запорные вентили 25 и 23. Часть жидкого хладагента через соленоидный вентиль 6 и регулятор уровня 5 в необходимом количестве поступает в отделитель жидкости 7 для поддержания заданной температуры выхода охлаждаемого объекта, например, рассола в испарителе 10. При этом вентили 22 и 24 открыты. Другая часть жидкого хладагента через открытый запорный вентиль 21 и электромагнитный вентиль 42 поступает в змеевик 35 ресивера-переохладителя 34 второй холодильной системы, где кипит, переохлаждая скондесированный хладагент, поступающий из конденсатора жидкостного охлаждения 33 второй холодильной системы.
Образовавшиеся при кипении в змеевике 35 пары хладагента через открытые вентили 30, 19 и 15 поступают в конденсатор воздушного охлаждения 2 первой холодильной системы.
Во второй холодильной системе переохлаждение жидкого хладагента после конденсатора жидкостного охлаждения 33 снижает дроссельные потери в вентиле 39 и увеличивает удельную массовую холодопроизводительность хладагента, что уменьшает расход хладагента через компрессор низкого давления 31 и компрессор высокого давления 32, снижая затраты на работу сжатия. Уменьшение расхода хладагента, в первую очередь через вторую ступень, связано с переходом части тепловой нагрузки от змеевика 37 к ресиверу-переохладителю 34.
Для того, чтобы рабочий цикл протекал и движение хладагента осуществлялось за счет естественной циркуляции хладагента, в первой холодильной системе необходимо располагать испаритель 10 и отделитель жидкости 7, а также ресивер-переохладитель 34 на одном уровне друг относительно друга, а также необходимо, чтобы конденсатор воздушного охлаждения 2 находился на определенном расстоянии h выше испарителя 10, для создания жидкостного гидравлического столба с разностью давлений, превышающих гидравлическое сопротивление трубопроводов и аппаратов, и вычисляется ниже.
Разность давлений, затрачиваемая на преодоление сопротивления трубопроводов, аппаратов и коммуникаций, а также на совершение работы против силы тяжести описана следующими расчетами:
0
к
ж
жч
ΔΡ=Р-Р=p·g·Н-ΔР+р″·g·Η″, где
0
Р - давление кипения, Па;
к
Р - давление конденсации, Па;
3
p - плотность жидкого холодильного агента, кг/м;
ж
Н - разность уровней жидкости в опускной трубе и в испарителе, м;
жч
ΔР - гидравлическое сопротивление жидкостной части контура, Па;
p″ - плотность пара холодильного агента, кг/м;
Η″ - высота опускной линии, заполненной паром, м.
(Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Научный руководитель, доктор технических наук, профессор Е.С. Курылев. «Снижение энергопотребления холодильными установками с конденсаторами воздушного охлаждения путем использования естественно-циркуляционных систем при низких температурах наружного воздуха». Максименко Василий Александрович. Ленинград-1983. с 47-53, с. 52).
ж
При невозможности обеспечения необходимой разности высот h (h=Н+Н″), для обеспечения необходимой разности давлений ΔΡ, устанавливается циркуляционный насос 11 параллельно запорному вентилю 23 на трубопроводе 49 подачи жидкого хладагента из ресивера в отделитель жидкости.
Для удобства обслуживания, а именно для обеспечения автоматического отслеживания необходимого уровня жидкости в ресивере 9, обеспечивающего гидравлический затвор при подаче жидкости из ресивера 9, на трубопроводе подачи жидкого хладагента в змеевик 35 ресивера-переохладителя 34 второй холодильной системы, после запорной арматуры может быть установлен электромагнитный вентиль 42, запитанный на уровень жидкости в ресивере 9 первой холодильной системы.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить экономичность работы холодильной установки за счет снижения затрат на выработку холода более низкой температуры кипения в периоды, когда температура окружающего воздуха ниже температуры охлаждаемого объекта в холодильной системе с более высокой температурой кипения.