СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА Российский патент 1996 года по МПК F25B9/00 F25B9/14 

Изобретение относится к проектированию и строительству газовых холодильных машин, а именно к машинам с клапанным управлением потока рабочего тела (р. т. ), работающим по обратному термодинамическому циклу, и может найти применение при проектировании и строительстве высокоэкономичных газовых, простых и надежных в эксплуатации машин.

В настоящее время известны термодинамические циклы работы газовых холодильных машин с клапанным управлением потока р.т. например в холодильной машине Гиффорда и Мак-Магона [1]
Недостатками такого цикла являются наличие регенератора, сложность привода, что при сочетании поршневого регенеративного вытеснителя с турбодетандером снижает КПД установки.

Также известен обратный цикл Эриксона с клапанным управлением потока р. т. по двухпоршневой схеме с противоточным регенератором (или рекуператором) [2] Цикл является регенеративным с турбодетандерным расширением и поршневым регенеративным вытеснителем. При всей надежности машин, работающих по этому циклу, недостатком является наличие регенератора (или рекуператора), что приводит к усложнению машин, так как существующие методы расчета регенеративных (и других) теплоомбенников для быстротекущих процессов неудовлетворительны, а вопрос загрязнения их маслом является одним из основных.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ работы газовой холодильной машины [3]
Отличительным признаком способа является регенерация тепла в теплообменнике, расположенном внутри рабочего тела и имеющего временное разделение потоков р. т. Организация движения р.т. осуществлена за счет гармонического движения поршней.

Общим и существенным недостатком существующих газовых холодильных машин с регенеративным циклом являются значительные свободные объемы и гидравлическое сопротивление регенераторов, совместное влияние которых приводит к скруглению Р, V диаграммы холодильной машины, т.е. к снижению ее удельной хладопроизводительности.

Изобретение призвано решить задачу повышения удельной производительности холода за счет снижения свободных объемов и гидравлического сопротивления газообменных трактов, что позволяет снизить коэффициент скругления реальной Р, V диаграммы, т.е. приблизить ее к теоретической.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемой газовой холодильной машине осуществлен способ получения холода при котором отпадает надобность в регенераторах, что существенно снижает свободные объемы. Р.Т. после выхода из морозильника поступает в приемную полость компрессора, это позволяет использовать остаточный после морозильной камеры холод, что снижает тепловые потери.

На фиг. 1 представлена Р, V диаграмма цикла; на фиг. 2 схема двигателя, работающего по предлагаемому способу, у которого фазы детандера Д и компрессора К сдвинуты на 180^о.

Положения поршней на фиг. 2 соответствуют положениям на диаграмме Р, V (см. фиг. 1, точка 2 для штоковых полостей и точка 4 для полостей детандера Д и компрессора К).

Способ состоит из двух изохоpных и двух адиабатных процессов.

1 такт адиабатный процесс сжатия путем вытеснения его из надпоршневой приемной полости 5 компрессора К в его штоковую полость сжатия 6. На фиг. 1 это изображено отрезком кривой 1-2, а на фиг. 2 положение поршня компрессора К соответствует концу такта сжатия р.т.

II такт изохорный процесс вытеснения сжатого р.т. из штоковой полости сжатия 6 компрессора К, через холодильник 7 в штоковую приемную полость 8 детандера Д. На фиг. 1 это изображено отрезком прямой 2-3, а положение поршней компрессора и детандера соответствуют началу этого процесса. При этом происходит охлаждение рабочего тела до температуры окружающей среды Т_о.

III такт адиабатный процесс расширения ранее сжатого р.т. путем перепуска его из штоковой приемной полости 8 детандера Д в его надпоршневую полость расширения 9. На фиг. 1 это изображено отрезком кривой 3-4, а положение поршня детандера Д, изображенное на фиг. 2, соответствует концу этого такта. В результате процесса расширения в этом такте происходит максимальное охлаждение р.т. до температуры Т_хол.

IV такт изохорный процесс вытеснения максимально охлажденного рабочего тела из надпоршневой полости расширения 9 детандера Д через тракт морозильника 10 в надпоршневую (приемную) полость 5 компрессора К, что на фиг. 1 соответствует отрезку прямой 4-1. При этом охлажденное р.т. отбирает тепло из морозильной камеры, вследствие чего происходит повышение его давления.

Из вышеизложенного следует, что поскольку для реализации предлагаемого способа (см. фиг. 1) необходимо иметь две цилиндро-поршневые группы, работающие в противофазе (см. фиг. 2), то в них одновременно протекают следующие процессы: а) сжатие р.т. в компрессоре (с затратой работы) и расширение р.т. в детандере (с совершением работы); б) вытеснение холодного р.т. из детандера в компрессор и вытеснение сжатого р.т. из компрессора в детандер без затраты и без получения работы.

Так как в предлагаемом способе получения холода движение р.т. однонаправленно, то сокращаются тепловые потери и гидродинамические сопротивления, а отсутствие регенераторов и рекуператоров уменьшает свободные объемы и позволяет приблизить реальную диаграмму Р, V к теоретической, а поступление холодного р.т. после морозильной камеры непосредственно в компрессор снижает тепловые потери и повышает термодинамический КПД.

Использование: газовые холодильные машины с клапанным управлением газовым потоком. Сущность изобретения: цикл состоит из двух изохорных и двух адиабатных процессов, протекающих в двух цилиндрах двойного действия, поршневые группы которых сдвинуты на 180^o. В каждый момент времени одновременно протекают два процесса: или адиабатные - сжатие в компрессоре и расширение в детандере, или изохорные процессы перепуска холодного рабочего тела из детандера в компрессор и сжатого рабочего тела из компрессора в детандер. Вследствие этого движение рабочего тела одновременно, в свободные объемы и гидравлическое сопротивление сведены к минимальному, что позволяет увеличить относительную хладопроизводительность цикла. 2 ил.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА в газовой холодильной машине путем сжатия рабочего тела в надпоршневой компрессорной полости, его изохорного перепуска и расширения в надпоршневой детандерной полости, отличающийся тем, что сжатие и расширение ведут адиабатически, а перепуск рабочего тела после сжатия и расширения осуществляют одновременно с обеспечением соединения подпоршневых и надпоршневых полостей соответственно.