СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДА ПАРОЭЖЕКТОРНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ И ПАРОЭЖЕКТОРНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК F25D31/00 F25B1/06 

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в камерах для охлаждения и хранения пищевых продуктов при кондиционировании воздуха в стационарных и транспортных системах, системах локального охлаждения электрических и электронных приборов.

Известен способ производства холода пароэжекторной холодильной установкой, предусматривающий кипение хладагента в испарителе с получением низкотемпературных паров за счет отвода тепла от охлаждаемого объекта, отсос и сжатие их в эжекторе до давления конденсации, ожижение в конденсаторе, дросселирование части образовавшейся жидкости до давления кипения и последующий подвод ее в испаритель, подачу, нагрев и кипение остальной части сконденсированной жидкости в парогенераторе за счет подвода к нему тепла с получением высокотемпературного пара-энергоносителя, поступающего к рабочему соплу эжектора. Часть жидкости, предназначенная для подачи из конденсатора в парогенератор, сжимается до максимального в заданном диапазоне температур давления и подается туда посредством насоса (1).

Известна пароэжекторая холодильная установка, содержащая парогенератор, последовательно связанные трубопроводами конденсатор, дроссельный вентиль и испаритель, а также эжектор, рабочее сопло которого подключено трубопроводом к парогенертатору, приемная камера к испарителю, а диффузор к конденсатору. Последний связан с парогенеатором через конденсатный насос (1).

Эти способ производства холода и установка, на которой он осуществляется, позволяют при их реализации отказаться от сжатия паров хладагента в сложном механическом устройстве с движущимися частями компрессора. Последний заменен достаточно простым струйным аппаратом-эжектором. Кроме того, в такой пароэжекторной холодильной установке основным источником энергии является тепло высокого потенциала (80-250^oC), что позволяет утилизировать в ней тепловые стоки промышленных производств.

Недостатком этих решений является то, что в них сжатие жидкого хладагента перед парогенератором осуществляют посредством насоса, что не позволяет окончательно отказаться от механических устройств с движущимися частями и использовать для них только один источник энергии -тепло невысокого потенциала. Все это снижает их надежность и нарушает принцип автономности.

Известен способ производства холода пароэжекторной холодильной установкой, предусматривающий кипение хладагента в испарителе с отводом тепла от охлаждающего объекта, отсос и эжекторное сжатие низкотемпературных паров хладагента, конденсацию сжатых паров, разделение конденсированного жидкого хладагента на два потока и подачу одного потока через дроссель в испаритель, а другого потока в капиллярный насос, подвод тепла к последнему от внешнего источника с обеспечением капиллярного сжатия и выпаривания жидкого хладагента и получения высокопотенциального рабочего пара для эжектора (2).

Известна пароэжекторная холодильная установка, содержащая испаритель, связанный линией подачи низкотемпературного пара со всасывающим патрубком эжектора, нагнетательное сопло которого подсоединено к конденсатору, связанному одной линией подачи жидкого хладагента через дроссель с испарителем, а другой линией со входом в капиллярный насос, выход из которого линией высокопотенциального пара сообщен с рабочим соплом эжектора (2).

Эти способ производства холода и пароэжекторная холодильная установка для его осуществления являются наиболее близкими к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату и приняты в качестве ближайшего аналога.

Важнейшим их преимуществом являются автономность и надежность, связанные с отсутствием сжимающих устройств с движущимися частями и электроприводом, использование единого теплового источника энергии.

Недостатком этих известных способа производства холода и пароэжекторной холодильной установки, используемой для его осуществления, является нестабильность работы капиллярного насоса (КН) в результате проскока из конденсатора несконденсировавшейся части паровой фазы хладагента, а также относительно небольших значений коэффициента поверхностного натяжения жидкой фазы хладагента при температуре конденсации, близкой к температуре окружающей среды.

Данное изобретение направлено на решение технической задачи, заключающейся в повышении стабильности работы капиллярного насоса, а, следовательно, и повышении стабильности при производстве холода.

Для достижения этого технического результата при осуществлении описанного выше способа производства холода предлагается поток жидкого хладагента, подаваемый из конденсатора в капиллярный насос, предварительно переохлаждать за счет теплообмена или с парами низкотемпературного хладагента после испарителя или с частью жидкого хладагента, сдросселированного после конденсации.

Для достижения этого технического результата предлагается в пароэжекторную холодильную установку, содержащую испаритель, связанный линией подачи низкотемпературного пара со всасывающим патрубком эжектора, нагнетательное сопло которого подсоединено к конденсатору, связанному одной линией подачи жидкого хладагента через дроссель с испарителем, а другой - линией со входом в капиллярный насос, выход из которого линией высокопотенциального пара сообщен с рабочим соплом эжектора,внести следующие изменения:
такая установка может быть снабжена переохладителем жидкости, одна полость которого включена в линию подачи жидкого хладагента из конденсатора в капиллярный насос, а другая полость включена в линию подачи низкотемпературного пара из испарителя во всасывающий патрубок эжектора. (п. 2 формулы изобретения);
или такая пароэжекторная холодильная установка может отличаться тем, что снабжена переохладителем жидкости, одна полость которого подключена к линии подачи жидкого хладагента из конденсатора в капиллярный насос, а другая полость сообщена с линией подачи жидкого хладагента из конденсатора к испарителю после дросселя и с линией подачи низкотемпературного пара из испарителя а эжектор (п. 3 формулы);
или такая пароэжекторная холодильная установка может отличаться тем, что она снабжена переохладителем жидкости и дополнительным дросселем и вторым эжектором, при этом одна полость переохладителя жидкости включена в линию подачи жидкого хладагента из конденсатора в капиллярный насос, а другая через дополнительный дроссель сообщена с линией подачи жидкого хладагента из конденсатора и со всасывающим соплом второго эжектора, при этом рабочее сопло последнего подсоединено к выходу из капиллярного насоса, а нагнетательное сопло подсоединено ко входу в конденсатор (п. 4 формулы изобретения).

Значительное переохлаждение насыщенной жидкости гарантирует полноту конденсации паровой фазы, что исключает проскок пара в капиллярный насос, и, кроме того, значительное переохлаждение повышает коэффициент поверхностного натяжения жидкости, так как известно, что он увеличивается с понижением температуры.

На фиг. 1 представлена схема пароэжекторной холодильной установки;на фиг. 2 то же, по п. 3 формулы изобретения; на фиг. 3 то же, по п. 4 формулы изобретения.

Пароэжекторная холодильная установка (фиг. 1) содержит испаритель 1, связанный линией 2 подачи низкотемпературного пара со всасывающим патрубком 3, нагнетательное сопло которого линией 4 подсоединено к конденсатору 5, связанному одной линией 6 подачи жидкого хладагента через дроссель 7 с испарителем 1, а другой линией 8 подачи жидкого хладагента со входом в капиллярный насос 9, выход из которого линией 10 высокопотенциального пара сообщен с рабочим соплом эжектора 3.

Установка (фиг. 1, п. 2 формулы изобретения) снабжена переохладителем 11 жидкости, установленным перед капиллярным насосом 9. Одна полость переохладителя 11 включена в линию 8 подачи жидкого хладагента из конденсатора 5 в капиллярный насос 9, а другая полость включена в линию подачи низкотемпературного пара из испарителя 1 во всасывающий патрубок эжектора 3.

Пароэжекторная холодильная установка для осуществления предлагаемого способа производства холода может иметь и иное выполнение. Пароэжекторная холодильная установка по фиг. 2(п.3 формулы изобретения) содержит испаритель 1, связанный линией 2 подачи низкотемпературного пара со всасывающим патрубком эжектора 3, нагнетательное сопло которого линией 4 подсоединено к конденсатору 5, связанному одной линией 6 подачи жидкого хладагента через дроссель 7 с испарителем 1, а другой линией 8 подачи жидкого хладагента со входом в капиллярный насос 9, выход из которого линией 10 высокопотенциального пара сообщен с рабочим соплом эжектора 3. Установка снабжена переохладителем 11 жидкости, установленным перед капиллярным насосом 9, одна полость которого включена в линию 8 подачи жидкого хладагента из конденсатора 5 в капиллярный насос 9, а другая полость сообщена трубопроводом 12 с линией 6 подачи жидкого хладагента из конденсатора 5 к испарителю 11 после дросселя 7 и трубопроводом 13 с линией 2 подачи низкотемпературного пара из испарителя 1 в эжектор 3.

Пароэжекторная холодильная установка по фиг.3 (п.4 формулы изобретения) содержит испаритель 1, связанный линией 2 подачи низкотемпературного пара со всасывающим патрубком эжектора 3, нагнетательно сопло которого линией 4 подсоединено к конденсатору 5, связанному одной линией 6 подачи жидкого хладагента через дроссель 7 с испарителем 1, а другой линией 8 подачи жидкого хладагента со входом в капиллярный насос 9, выход которого линией 10 высокопотенциального пара сообщен с рабочим соплом эжектора 3. Установка снабжена переохладителем 11 жидкости и дополнительным дросселем 14 и вторым эжектором 15. При этом одна полость переохладителя 11 жидкости включена в линию 8 подачи жидкого хладагента из конденсатора 5 в капиллярный насос 9, а другая полость переохладителя 11 жидкости через дополнительный дроссель 14 трубопроводом 16 сообщена с линией 6 подачи жидкого холодильного агента из конденсатора 5 и линией 17 со всасывающим соплом второго эжектора 15. Рабочее сопло этого эжектора 15 подсоединено к выходу из капиллярного насоса 9, а нагнетательное сопло подсоединено ко входу в конденсатор 5.

Способ производства холода в установке по п. 2 формулы изобретения, представленной на фиг. 1, осуществляется следующим образом сконденсированный в конденсаторе 5 жидкий хладагент разделяют на два потока. Один поток, участвующий в непосредственном производстве холода, по линии 6 подают через дроссель 7 в испаритель 1, где хладагент кипит, отводя тепло от охлаждаемого объекта. Из испарителя 1 по линии 2 низкотемпературный пар проходит через одну полость (нагреваемую) переохладителя 11 жидкости, и перегретый пар поступает во всасывающий патрубок эжектора 3, обеспечивающего его отсос и эжекторное сжатие.

Другой поток жидкого хладагента после конденсатора 5 поступает в линию 8 подачи жидкого хладагента из конденсатора 5 в капиллярный насос 9. Но перед капиллярным насосом 9 этот жидкий хладагент пропускают через другую полость (охлаждаемую) переохладителя 11 жидкости, где он отдает тепло проходящему через нагреваемую полость низкотемпературному хладагенту после испарителя 1.

Переохлажденный жидкий хладагент поступает в капиллярный насос 9, к которому подводят тепло (утилизированное) от внешнего источника. При этом обеспечивается капиллярное сжатие жидкого хладагента за счет сил поверхностного натяжения в его капиллярной структуре, выпаривание его и получение высокопотенциального рабочего пара, подводимого по линии 10 к рабочему соплу эжектора 3 для подсоса паров из испарителя 1. После эжекторного сжатия пары хладагента по линии 4 направляются в конденсатор 5.

При производстве холода в установках по пп.3, 4 формулы изобретения (фиг. 2, 3) для переохлаждения жидкого хладагента перед капиллярным насосом охлаждающей средой в переохладителе 11 жидкости является часть жидкого хладагента, сдросселированного после конденсации, пускаемого мимо испарителя 1.

При осуществлении способа производства холода в установке по п. 3 формулы изобретения после конденсатора 5 жидкий хладагент разделяют на два потока, один из которых подается к дросселю 7, после чего идет в испаритель 1, где кипит, отбирая тепло от охлаждаемого объекта, и низкотемпературные пары отсасываются по линии 2 эжектором 3.

Другая часть сдросселированного хладагента по трубопроводу 12, связанному с линией подачи хладагента из конденсатора 5 к испарителю 1, поступает в нагреваемую полость переохладителя 11 жидкости, где кипит при низкой температуре, охлаждая жидкий хладагент, направляемый от конденсатора 5 по линии 8 в капиллярный насос 9 и переохлаждая этот жидкий хладагент. Образовавшиеся в нагреваемой полости переохладителя 11 жидкости пары по трубопроводу 13 поступают в линию 2 подачи низкотемпературного пара из испарителя 1 в эжектор 3.

Переохлажденный жидкий хладагент из охлаждаемой полости переохладителя 11 жидкости поступает в капиллярный насос 9, к которому подводят тепло от внешнего источника, предпочтительно утилизированное. При этом обеспечивается капиллярное сжатие жидкого хладагента за счет сил поверхностного натяжения в его капиллярной структуре, выпаривание его и получение высокопотенциального рабочего пара, подводимого по линии 10 к рабочему соплу эжектора 3 и обеспечивающего подсос паров из испарителя 1. После эжекторного сжатия пары хладагента по линии 4 направляются в конденсатор.

При осуществлении способа производства холода в установке по п. 4 формулы изобретения (фиг.3) для переохлаждения жидкого сконденсированного хладагента перед капиллярным сжатием и выпариванием используют часть жидкого хладагента, подавая его по отдельному контуру. Для этого после конденсатора 5 перед дросселем 7 жидкий хладагент разделяют на три потока.

Один из них поступает через дроссель 7 в испаритель 1, где кипит, отбирая тепло от охлаждаемого объекта, после чего низкотемпературные пары хладагента по линии 2 идут на всасывание и сжатие в эжектор 3.

Другой поток жидкого хладагента по линии 8 подают к капиллярному насосу 9, предварительно пропуская его через охлаждаемую полость переохладителя 11 жидкости. Переохлажденный жидкий хладагент поступает в капиллярный насос 9, к которому подводят (утилизированное) тепло от внешнего источника. При этом обеспечивается капиллярное сжатие жидкого хладагента за счет сил поверхностного натяжения в его капиллярной структуре, выпаривание его и получение высокопотенциального рабочего пара, подводимого по линии 10 в рабочее сопло эжектора 3 для подсоса паров хладагента из испарителя 1.

Третий поток жидкого хладагента из конденсатора 5 по линии 16 через дополнительный дроссель 14 подают в нагреваемую полость переохладителя 11 жидкости, где он кипит при низкой температуре, переохлаждая жидкий хладагент, направляемый в капиллярный насос 9. Из нагреваемой полости переохладителя 11 жидкости образовавшиеся пары по линии 17 поступают во всасывающее сопло второго эжектора 15. В рабочее сопло этого эжектора 15 подают высокопотенциальный рабочий пар из капиллярного насоса 9. Из нагнетательного сопла эжектора 15 сжатые пары хладагента поступают в конденсатор 5.

Таким образом, отдельный контур для захолаживания жидкого хладагента перед капиллярным насосом 9, включающий линию 16, подсоединенную к линии 6 подачи жидкого хладагента после конденсатора, установленный на линии 16 дополнительный дроссель 14, нагреваемую полость переохладителя 11 жидкости, линию 17, подсоединенную ко всасывающему соплу второго эжектора 15, подключенного к капиллярному насосу 9 и ко входу в конденсатор 5, этот отдельный контур обеспечивает возможность подобрать необходимый температурный режим переохлаждения хладагента перед капиллярным насосом, никак не связанный с наинизшей температурой цикла установки. Это достигается за счет наличия в схеме второго эжектора 15, имеющего по рабочему пару и сжатой в нем смеси параметры, одинаковые с первым эжектором 3, и по отсасываемому параметры низкотемпературного пара, образующегося в нагреваемой полости переохладителя 11 жидкости и определяющиеся степенью дросселирования в дополнительном дросселе 14.

Пример осуществления способа на установке по фиг. 2 показывает следующее: в качестве хладагента использован толуол. Температура конденсации принята 25.30^oC. Температура подвода тепла от источника 100.115^oC. Температура испарения хладагента в испарителе плюс 5^oC. Холодопроизводительность установки 0 2,5 кВт. Установка может быть использована для кондиционирования воздуха. Температура переохлаждения жидкого хладагента принята 10^oC то есть на 10. 15^o ниже температуры конденсации). При этом коэффициент поверхностного натяжения жидкости увеличивается на 10% что при прочих равных условиях обеспечивает на ту же величину повышение давления сжатия в капиллярной структуре. При этом холодопроизводительность установки (за счет затрат части холода на переохлаждение жидкости) снижается на ≈ 8% однако экономичность установки остается на достаточно высоком уровне: ее тепловой коэффициент оставляет 55 Коэффициент инжекции в эжекторе составляет U-1, степень сжатия в нем 2,5.2,7. Поверхности нагрева оборудования остаются примерно на том же уровне и даже несколько снижаются (до ≈ 2) в результате увеличения температурного напора в переохдателе жидкости по сравнению с температурным напором в основном испарителе. При этом жидкость достаточно переохлаждена, что предотвращает проскок пара в капиллярный насос и, как указывалось выше, существенно увеличивается степень сжатия в его капиллярно-пористой структуре.

Таким образом при реализации описанных способа производства холода и установок, на которых он может быть осуществлен, кроме автономности и надежности, связанных с отсутствием сжимающих устройств с движущимися частями и замене их эжектором и капиллярным насосом, обеспечивается также повышение стабильности работы капиллярного насоса, а, следовательно, и повышение стабильности при производстве холода.

Использование: в холодильной промышленности при охлаждении помещений, кондиционировании воздуха. Сущность: способ производства холода предусматривает кипение хладагента в испарителе с отводом тепла от охлаждаемого объекта и перемещение хладагента по замкнутому контуру с осуществлением электронного сжатия, конденсации, капиллярное сжатие и выпаривание части потока с получением рабочего пара для эжектора. Поток жидкого хладагента перед подачей в капиллярный насос предварительно переохлаждают за счет теплообмена или с парами низкотемпературного хладагента после испарителя, или с частью жидкого хладагента, сдросселированного после конденсации. Пароэжекторная холодильная установка для осуществления этого способа снабжена переохладителем жидкости, одна полость которого включена в линию подачи жидкого хладагента из конденсатора в капиллярный насос, а другая полость включена или в линию подачи низкотемпературного пара из испарителя в эжектор, или другая полость может быть сообщена с линией жидкого хладагента из конденсатора к испарителю после дросселя и с линией подачи низкотемпературного пара из испарителя в эжектор. Также для захолаживания хладагента другая полость переохладителя жидкости может быть через дополнительный дроссель сообщена с линией подачи жидкого хладагента из конденсатора и со всасывающим соплом второго эжектора, рабочее сопло которого подсоединено к выходу из капиллярного насоса, а нагнетательное сопло - ко входу в конденсатор. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ производства холода пароэжекторной холодильной установкой, предусматривающий кипение хладагента в испарителе с отводом тепла от охлаждаемого объекта, отсос и эжекторное сжатие низкотемпературных паров хладагента, конденсацию сжатых паров, разделение сконденсированного жидкого хладагента на потоки и подачу одного из потоков через дроссель в испаритель, а другого в капиллярный насос, подвод тепла к последнему от внешнего источника с обеспечением капиллярного сжатия и выпаривания жидкого хладагента и получения высокопотенциального рабочего пара для эжектора, отличающийся тем, что поток жидкого хладагента, подаваемый в капиллярный насос, предварительно переохлаждают за счет теплообмена или с парами низкотемпературного хладагента после испарителя или с частью жидкого хладагента, сдросселированного после конденсации. 2. Пароэжекторная холодильная установка, содержащая испаритель, связанный линией подачи низкотемпературного пара со всасывающим патрубком эжектора, нагнетательное сопло которого подсоединено к конденсатору, связанному одной линией подачи жидкого хладагента через дроссель с испарителем, а другой линией с входом в капиллярный насос, выход из которого линией высокопотенциального пара сообщен с рабочим соплом эжектора, отличающаяся тем, что установка снабжена переохладителем жидкости, установленным перед капиллярным потоком, одна полость которого включена в линию подачи жидкого хладагента из конденсатора в капиллярный насос, а другая полость включена в линию подачи низкотемпературного пара из испарителя во всасывающий патрубок эжектора. 3. Пароэжекторная холодильная установка, содержащая испаритель, связанный линией подачи низкотемпературного пара с всасывающим патрубком эжектора, нагнетательное сопло которого подсоединено к конденсатору, связанному одной линией подачи жидкого хладагента через дроссель с испарителем, а другой линией с входом в капиллярный насос, выход из которого линией высокопотенциального пара сообщен с рабочим соплом эжектора, отличающаяся тем, что установка снабжена переохладителем жидкости, одна полость которого включена в линию подачи жидкого хладагента из конденсатора в капиллярный насос, а другая полость сообщена с линией подачи жидкого хладагента из конденсатора к испарителю после дросселя и с линией подачи низкотемпературного пара из испарителя в эжектор. 4. Пароэжекторная холодильная установка, содержащая испаритель, связанный линией подачи низкотемпературного пара с всасывающим патрубком эжектора, нагнетательное сопло которого подсоединено к конденсатору, связанному одной линией подачи жидкого хладагента через дроссель с испарителем, а другой линией с входом в капиллярный насос, выход из которого линией высокопотенциального пара сообщен с рабочим соплом эжектора, отличающаяся тем, что установка снабжена переохладителем жидкости, дополнительным дросселем и вторым эжектором, при этом одна полость переохладителя жидкости включена в линию подачи жидкого хладагента из конденсатора в капиллярный насос, а другая через дополнительный дроссель сообщена с линией подачи жидкого хладагента из конденсатора и с всасывающим соплом второго эжектора, при этом рабочее сопло последнего подсоединено к выходу из капиллярного насоса, а нагнетательное сопло подсоединено к входу в конденсатор.