ХОЛОДИЛЬНИК (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК F25B9/02 

Изобретение относится к холодильным машинам, в частности к установкам для охлаждения воздухом холодильных камер.

Известно устройство для хранения сельскохозяйственных и пищевых продуктов, содержащее вихревую трубу, камеру, компрессор, выхлопной патрубок которого соединен с входом в вихревую трубу, расположенную в камере, а входной патрубок компрессора соединен с внутренним объемом камеры. При работе холодильника воздух от компрессора подается на вход вихревой трубы, где разделяется на два потока: холодный и горячий. Холодный поток воздуха подается в нижнюю часть камеры, охлаждая расположенные там продукты, а горячий поток подается в верхнюю часть, откуда выводится через отверстия в потолке камеры.

Существенным недостатком данного холодильника является невозможность получения низких температур в камере из-за обмерзания холодного конца вихревой трубы при работе на влажном воздухе, а также низкая холодопроизводительность холодильника (патент Российской Федерации N 1838731 A3, кл. F 25 D 17/00, 1990).

Наиболее близким к заявляемому изобретению является установка для охлаждения и осушки воздуха, содержащая вихревую трубу, нагнетатель воздуха, камеру, регенеративный теплообменник.

Воздух от нагнетателя воздуха подается на вихревую трубу, холодный поток из которой подается в камеру через регенеративный теплообменник и охлаждает ее. Входной патрубок компрессора засасывает воздух из атмосферы через другую полость регенеративного теплообменника, охлаждается и осушается.

Недостатком данной установки является невозможность получения низких температур из-за обмерзания полостей регенеративного теплообменника, расположенного в камере, обмерзания холодного конца вихревой трубы из-за недостаточной осушки воздуха, а также низкой холодопроизводительности из-за подачи горячего воздуха от нагнетателя воздуха на вход вихревой трубы (патент США N 3815375, кл. F 25 B 9/02, 1974).

Задачей изобретения является повышение холодопроизводительности холодильника, получение более низких температур в камере холодильника, возможность регулирования температуры в камере в широком диапазоне, а также повышение его экономичности.

Задача решается за счет того, что в холодильнике, содержащем камеру, компрессор, регенеративный теплообменник и вихревую трубу с системой ее охлаждения, имеется влагоотделитель и вторая вихревая труба с системой ее охлаждения, причем выхлопной патрубок компрессора соединен с входом в камеру через последовательно соединенные регенеративный теплообменник, влагоотделитель и вихревую трубу, а входной патрубок компрессора соединен с камерой через вторую вихревую трубу и другую полость регенеративного теплообменника.

Использование в холодильнике регенеративного теплообменника, другая полость которого охлаждается холодным воздухом, засасываемым из камеры компрессором, позволяет предварительно охлаждать и осушать воздух, подаваемый от компрессора на вход вихревой трубы, что повышает холодопроизводительность холодильника. Отвод сконцентрированной влаги через влагоотделитель обеспечивает устойчивую работу вихревой трубы без замерзания в широком диапазоне температур, что позволяет получать в камере более низкие температуры. Использование второй вихревой трубы позволяет дополнительно охладить воздух, засасываемый из камеры через другую полость регенеративного теплообменника, что повышает холодопроизводительность холодильника, а также его экономичность.

В холодильнике по 1-му варианту исполнения задача решается за счет того, что он также снабжен влагоотделителем, турбодетандером с вентилятором на его оси и испарительным теплообменником, причем выхлопной патрубок компрессора соединен с входом в камеру через последовательно соединенные испарительный теплообменник, регенеративный теплообменник и влагоотделитель. Входной патрубок компрессора соединен с камерой через другую полость регенеративного теплообменника и турбодетандер, вход вентилятора турбодетандера соединен с атмосферой через другую полость испарительного теплообменника, а выход вентилятора соединен с системой охлаждения вихревой трубы. Использование турбодетандера с вентилятором позволяет получить большие перепады температуры, чем при использовании вихревой трубы, при засасывании воздуха с выхода камеры на другую полость регенеративного теплообменника, а также принудительное охлаждение другой полости испарительного теплообменника и системы охлаждения вихревой трубы, что увеличивает холодопроизводительность холодильника, позволяет получить более низкие температуры в камере, а также повышает его экономичность, так как повышение холодопроизводительности произошло без увеличения мощности компрессора.

В холодильнике по 2-му варианту исполнения задача решается за счет того, что холодильник дополнительно содержит испарительный теплообменник, аккумулятор холода, абсорбционный влагоотделитель, нагнетатель воздуха и регулируемый клапан, причем испарительный теплообменник включен в линию между выхлопным патрубком компрессора и регенеративным теплообменником, аккумулятор холода установлен внутри камеры и подключен между холодным концом вихревой трубы и входом во вторую вихревую трубу, абсорбционный влагоотделитель включен в линию между входным патрубком компрессора и другой полостью регенеративного теплообменника через последовательно соединенные системы охлаждения вихревой и второй вихревой труб, а нагнетатель воздуха входным патрубком подключен к другой полости испарительного теплообменника и соединен с атмосферой через регулируемый клапан.

Использование в схеме холодильника аккумулятора холода (например, емкостью с водо-соляным раствором) позволяет "накапливать" холод в камере и использовать рабочий воздух в системе по замкнутому циклу, осушая его во влагоотделителе и абсорбционном влагоотделителе. Нагнетатель воздуха подключен входным патрубком к другой полости испарительного теплообменника и засасывает воздух из атмосферы через регулируемый клапан, обеспечивая интенсивное охлаждение сжатого воздуха, подаваемого от компрессора на вихревую трубу, за счет впрыска влаги и разрежения в полости испарительного теплообменника. Таким образом рабочий воздух в системе охлаждения холодильника циркулирует по замкнутой схеме, осушается влагоотделителями, тем самым обеспечивая устойчивую работу вихревых труб и в режиме отрицательных температур воздуха, подаваемого на их вход. Это позволяет получать в камере более низкие температуры, увеличить холодопроизводительность холодильника и повысить его экономичность.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема холодильника; на фиг. 2 - 1-й вариант принципиальной схемы холодильника; на фиг. 3 - 2-й вариант принципиальной схемы холодильника.

Холодильник по схеме фиг. 1 содержит компрессор 1, регенеративный теплообменник 2, влагоотделитель 3, вихревую трубу 4 с системой 5 ее охлаждения, камеру 6, вторую вихревую трубу 7 с системой 8 ее охлаждения. Выхлопной патрубок компрессора 1 соединен с входом в вихревую трубу 4 через регенеративный теплообменник 2 и влагоотделитель 3, а входной патрубок компрессора 1 соединен с выходом камеры 6 через вторую вихревую трубу 7 и другую полость регенеративного теплообменника 2, холодный конец вихревой трубы 4 соединен с входом камеры 6.

Холодильник работает следующим образом: воздух выпускного патрубка компрессора 1 проходит через регенеративный теплообменник 2, охлаждается и подается на влагоотделитель 3, где происходит отвод сконденсированной влаги воздуха. Сухой воздух далее подается на вход вихревой трубы 4, где происходит его температурное разделение на горячий и холодный потоки. Горячий поток охлаждается в заглушенном горячем конце вихревой трубы 4 системой 5 ее охлаждения, выполненной в виде радиатора с естественно-конвективным охлаждением. Холодный поток воздуха, соединяясь в вихревой трубе 4 с охлажденным горячим потоком, подается в камеру 6 холодильника и охлаждает ее объем. Холодный воздух из камеры 6 подается на вход второй вихревой трубы 7, где происходит его температурное разделение. Вторая вихревая труба 7 представляет собой так же трубу с заглушенным горячим концом с системой 8 охлаждения в виде естественно-конвективного радиатора. Охлажденный воздух с выхода второй вихревой трубы 7 подается на другую полость регенеративного теплообменника 2, охлаждая в нем воздух, проходящий из компрессора 1 на вход вихревой трубы 4 и далее на вход компрессора 1.

На фиг. 2 представлен 1-й независимый вариант выполнения изобретения. Холодильник содержит компрессор 1, регенеративный теплообменник 2, влагоотделитель 3, вихревую трубу 4 с системой 5 ее охлаждения, камеру 6, турбодетандер 9 с вентилятором 10 и испарительный теплообменник 11. Выхлопной патрубок компрессора 1 соединен с входом в камеру 6 через последовательно соединенные испарительный теплообменник 11, регенеративный теплообменник 2, влагоотделитель 3 и вихревую трубу 4, входной патрубок компрессора 1 соединен с выходом камеры 6 через другую полость регенеративного теплообменника 2 и турбодетандер 9, вход вентилятора 10 турбодетандера 9 соединен с атмосферой через другую полость испарительного теплообменника 11, а выход вентилятора 10 соединен с системой 5 охлаждения вихревой трубы 4.

Холодильник работает следующим образом: воздух с выпускного патрубка компрессора 1 последовательно проходит через испарительный 11 и регенеративный 2 теплообменники, охлаждается и подается на влагоотделитель 3, где происходит отвод сконденсированной влаги воздуха. Далее воздух подается на вход вихревой трубы 4 с разделением его на холодный и горячий потоки. Горячий поток охлаждается в заглушенном горячем конце вихревой трубы 4 системой 5 ее охлаждения, выполненной в виде радиатора с принудительным воздушным охлаждением. Холодный поток воздуха, соединяясь с охлажденным горячим потоком, подается на вход камеры 6 и охлаждает ее объем. Холодный воздух с выхода камеры 6 подается на вход турбодетандера 9, где происходит его дополнительное охлаждение, и далее через другую полость регенеративного теплообменника 2 попадает на вход компрессора 1. В полостях регенеративного теплообменника 2 происходит охлаждение воздуха, питающего вихревую трубу 4, а также его осушение. Вентилятор 10 турбодетандера 9 всасывает воздух из атмосферы через другую полость испарительного теплообменника 11, обеспечивая интенсивное охлаждение сжатого воздуха, поступающего от компрессора 1 на вихревую трубу 4, тем самым понижая температуру холодного воздуха, поступающего в камеру 6. Выход вентилятора 10 соединен с системой 5 охлаждения вихревой трубы 4, обеспечивая охлаждение горячего конца вихревой трубы 4.

На фиг. 3 представлен 2-й вариант конструкции предлагаемого холодильника, который дополнительно содержит испарительный теплообменник 11, аккумулятор 12 холода, абсорбционный влагоотделитель 13, нагнетатель 14 воздуха и регулируемый клапан 15, причем испарительный теплообменник 11 включен в линию между выхлопным патрубком компрессора 1 и регенеративным теплообменником 2, аккумулятор 12 холода установлен внутри камеры и подключен между холодным концом вихревой трубы 4 и входом во вторую вихревую трубу 7, абсорбционный влагоотделитель 13 включен в линию между входным патрубком компрессора 1 и другой полостью регенеративного теплообменника 2 через системы 5 охлаждения, 8 вихревой 4 и второй вихревой трубы 7 соответственно, а нагнетатель 14 воздуха входным патрубком подключен к другой полости испарительного теплообменника 11 и соединен с атмосферой через регулируемый клапан 15.

Холодильник работает следующим образом: воздух из выпускного патрубка компрессора 1 проходит последовательно через испарительный теплообменик 11 и регенеративный теплообменник 2, где охлаждается и далее поступает через влагоотделитель 3 на вход вихревой трубы 4. Во влагоотделителе 3 происходит отделение от воздуха сконденсированной влаги. В вихревой трубе 4 происходит температурное разделение воздуха на горячий и холодный потоки. Горячий поток воздуха охлаждается в заглушенном конце вихревой трубы 4 системой 5 ее охлаждения. Охлажденный горячий поток воздуха соединяется с холодным и подается на аккумулятор 12 холода, установленный внутри камеры 6, что позволяет "накапливать" холод. С аккумулятора 12 холода воздух подается на вход второй вихревой трубы 7, где так же, как и в трубе 4, происходит его температурное разделение, и холодный воздух с выхода второй вихревой трубы 7 подается на другую полость регенеративного теплообменника 2, охлаждая его. Системы 8, 5 охлаждения второй вихревой трубы 7 и вихревой трубы 4 последовательно соединены и подключены в линию между другой полостью регенеративного теплообменника 2 и абсорбционным влагоотделителем 13 и охлаждаются воздухом. Далее воздух поступает на абсорбционный влагоотделитель 13, где происходит осушение воздуха от паровой влаги.

В холодильнике, имеющем камеру, компрессор, регенеративный теплообменник, две вихревых трубы с системами охлаждения и влагоотделитель, установлены в соответствии с первым вариантом испарительный теплообменник и турбодетандер с вентилятором и в соответствии с вторым вариантом испарительный теплообменник, аккумулятор холода, абсорбционный влагоотделитель и нагнетатель воздуха. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Холодильник, содержащий камеру, компрессор, регенеративный теплообменник, вихревую трубу и влагоотделитель, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной вихревой трубой, обе вихревые трубы снабжены системами охлаждения, при этом выхлопной патрубок компрессора соединен с входом в камеру через последовательно установленные регенеративный теплообменник, влагоотделитель и вихревую трубу, а входной патрубок компрессора сообщен с выходом из камеры через дополнительную вихревую трубу и другую полость регенеративного теплообменника. 2. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что он снабжен испарительным теплообменником, аккумулятором холода, нагнетателем воздуха, регулируемым клапаном и абсорбционным влагоотделителем, причем испарительный теплообменник размещен в линии между выхлопным патрубком компрессора и регенеративным теплообменником, аккумулятор холода установлен внутри камеры и подключен к холодному концу вихревой трубы и входу дополнительной вихревой трубы, абсорбционный влагоотделитель расположен между входным патрубком компрессора и другой полостью регенеративного теплообменника через последовательно установленные системы охлаждения вихревой и дополнительной вихревой труб, а нагнетатель воздуха входным патрубком подключен к другой полости испарительного теплообменника и соединен с атмосферой через регулируемый клапан. 3. Холодильник, содержащий камеру, компрессор, регенеративный теплообменник, вихревую трубу и влагоотделитель, отличающийся тем, что он снабжен турбодетандером с вентилятором на его оси, испарительным теплообменником, а вихревая труба снабжена системой охлаждения, подключенной к выходу вентилятора, причем выхлопной патрубок компрессора сообщен с входом в камеру через последовательно установленные испарительный теплообменник, регенеративный теплообменник, влагоотделитель и вихревую трубу, входной патрубок компрессора сообщен с выходом из камеры через другую полость регенеративного теплообменника и турбодетандер, вход вентилятора сообщен с атмосферой через другую полость испарительного теплообменника.