СПОСОБ РАБОТЫ ВОЗДУШНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1998 года по МПК F25B11/00 

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха и в системах, предназначенных для охлаждения и замораживания различных продуктов.

Известен способ работы холодильной машины, включающей в себя два регенератора, холодильную камеру, турбодетандер и турбокомпрессор (нагнетатель), по которому атмосферный воздух проходит через один из регенераторов, которые работают по двухпериодной схеме, охлаждается с одновременной конденсацией и вымораживанием влаги на насадке регенератора, далее поступает в холодильную камеру, где отнимает теплоту от объекта охлаждения, затем направляется в турбодетандер, где расширяется до давления ниже атмосферного и поступает во второй регенератор, охлаждая его насадку и сублимируя примеси H₂O, выпавшие на насадке из атмосферного воздуха, а по выходе из регенератора поступает в турбокомпрессор (нагнетатель), где сжимается и выбрасывается в атмосферу [1] .

Однако в связи с тем, что прямой и обратный потоки, проходящие через регенераторы, равны, а отношение давлений прямого потока к обратному не превышает двух, то не обеспечивается полный вынос отложений H₂O с насадки регенераторов обратным потоком, что с течением времени приводит к накоплению на насадке отложений H₂O, повышению гидравлического сопротивления регенераторов.

Этого недостатка лишена установка, способ работы которой предложен в [2] . Эта установка содержит турбокомпрессор, три переключающиеся регенератора, работающих по трехпериодной схеме, имеющих встроенные змеевики, холодильную камеру, турбодетандер и дроссель.

Атмосферный воздух поступает в первый регенератор, где охлаждается, из него на насадке выпадают примеси H₂O. По выходу из регенератора основная часть потока поступает в холодильную камеру, где отводит теплоту от объекта охлаждения, а меньшая - отводится в змеевики, встроенные в насадку регенератора, проходя которые подогреваются до температуры, близкой к температуре окружающей среды и после дросселирования подается в несколько сечений по высоте второго регенератора, расположенных в зоне вымораживания H₂O, перебрасывая часть отложений H₂O с нижележащих в вышележащие сечения регенератора. В этот период через третий регенератор проходит обратный поток воздуха, давление которого ниже атмосферного и который выносит примеси H₂O, находящиеся на насадке. Прохождение через регенератор перед передачей в него обратного потока потока воздуха, подогретого в змеевиках, позволяет перебросить часть H₂O в более теплую зону регенератора и создать благоприятные условия для выноса обратным потоком конденсата и льда с насадки регенератора, обеспечивая его полную самоочистку от влаги.

Недостатком данного способа обеспечения работы турбохолодильной установки является наличие трех регенераторов достаточно сложной конструкции, в насадку которых встроены змеевики и в нижней части которых в нескольких сечениях по высоте должны быть предусмотрены вводы для подачи воздуха, подогретого в змеевиках. Это приводит к необходимости наличия регенераторов достаточно сложной конструкции и усложнению в целом схемы установки.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - разработать способ работы воздушной холодильной машины, который обеспечит длительную работу установки, имеющей по сравнению с прототипом повышенную компактность и более простую конструкцию.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого способа, заключается в использовании для осуществления процессов охлаждения и осушки атмосферного воздуха, применяемого для охлаждения объекта в холодильной камере, пластинчато-ребристого теплообменника с тремя группами переключающихся каналов, работающих по трехпериодной схеме и одной группой - непереключающихся, в которых процесс теплообмена и массообмена организован так, что обеспечивается полная самоочистка каналов от примесей H₂O, выпавших на насадке и стенках каналов в процессе охлаждения в них атмосферного потока воздуха. Применение пластинчато-ребристого теплообменника вместо нескольких регенераторов со встроенными змеевиками, имеющих достаточно сложную конструкцию, позволяет существенно упростить конструкцию установки и сделать ее более компактной.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе работы воздушной холодильной машины, включающем охлаждение прямого воздуха с конденсацией и вымораживанием влаги на стенках каналов в первой секции переключающихся каналов, последующее разделение потока на две части, одну из которых нагревают в холодильной камере, расширяют в турбодетандере и в виде обратного потока подают в третью переключающуюся секцию, из которой он, подогреваясь, уносит влагу, затем эту часть сжимают в нагнетателе, согласно изобретению теплообмен между прямым и обратным потоками воздуха осуществляют в пластинчато-ребристом теплообменнике с тремя секциями переключающихся каналов и одной секцией непереключающихся каналов, через которую пропускают оставшуюся часть потока после выхода из первой секции переключающихся каналов, затем ее дросселируют и направляют во вторую секцию переключающихся каналов, пропуская с холодного конца до теплового.

На чертеже представлена схема установки. Воздушная холодильная установка содержит нагнетатель (вакуум-насос) 1, пластинчато-ребристый теплообменник 2 с тремя секциями переключающихся каналов 3, 4 и 5 и одной секцией непереключающихся каналов 6, дроссель 7, холодильную камеру 8 и турбодетандер 9.

Способ осуществляется следующим образом. Атмосферный воздух поступает в пластинчато-ребристый теплообменник, имеющий три секции переключающихся каналов, работающих по трехпериодной схеме. В первый период воздух поступает в первую секцию переключающихся каналов 3, проходя которые, воздух охлаждается, отдавая теплоту насадке и стенкам каналов. Одновременно с охлаждением воздух очищается от водяных паров, которые выпадают на стенках каналов и насадке в виде конденсата, а затем - в виде льда. Охлажденный и очищенный от влаги воздух после первой секции каналов 3 делят на две части. Основная его часть поступает в холодильную камеру 8, где отводит теплоту от охлаждаемого в камере объекта охлаждения, а меньшая часть поступает в непереключающуюся секцию каналов 6, где подогревается до температуры, близкий температуре окружающей среды. В этот же период работы подогретый поток проходит через дроссель 7, его давление снижается до давления отбросного потока и его подают во вторую секцию каналов 4, по которым в предыдущий период проходил атмосферный воздух и где на стенках каналов и насадке выпали отложения H₂O. В связи с тем, что этот поток имеет температуру, значительно превышающую температуру стенок каналов и насадки, то происходит сублимация льда с поверхности стенок каналов 4 и насадки в этот поток. Однако величина этого потока мала, и он сравнительно быстро охлаждается и насыщается водяными парами, а при дальнейшем охлаждении из него на насадку и стенки каналов 4 начинает выпадать лед. Но выпадение этого льда происходит в вышерасположенных сечениях каналов 4 по отношению к холодному концу, что позволяет часть отложений H₂O с помощью данного потока перебросить с нижележащих в вышележащие сечения каналов 4. Лед, а затем и капельная влага уносятся с насадки и стенок каналов 4 этим потоком, но ввиду его небольшой величины очистка каналов 4 от отложений H₂O незначительна.

В этот же период в секцию каналов 5 с холодного конца теплообменника поступает отбросной поток воздуха, который по выходу из холодильной камеры 8 расширился в турбодетандере 9. Этот поток отбросного (вакуумного) воздуха, отсасываемого из теплообменника 2 вместе с потоком, выходящим из секции каналов 4, нагнетателем (вакуум-насосом) 1, охлаждает насадку и стенки каналов 5. Одновременно этот поток выносит из этой секции каналов отложения H₂O, которые остались в каналах, но за счет прохождения в предыдущем периоде подогретого потока были переброшены им с холодного конца каналов в глубину, где температура насадки выше, и где максимально допустимый перепад температур между прямым и отбросным потоком выше, чем действительный перепад температур между ними. Это создает необходимые условия для полного выноса отбросным (вакуумным) потоком отложений H₂O.

Во второй период работы в секцию каналов 3 поступает с холодного конца поток воздуха, подогретый в секции каналов 6, в секцию каналов 4 подается вакуумный поток воздуха после расширения в турбодетандере 9, в секцию каналов 5 поступает для охлаждения и осушки атмосферный воздух.

В третий период работы в секцию каналов 3 подается вакуумный поток воздуха для охлаждения каналов и полного выноса отложений H₂O, в секцию каналов 4 атмосферный воздух для охлаждения и осушки, а в секцию каналов 5 - с холодного конца подается поток воздуха, подогретый в секции непереключающихся каналов 6.

Источники информации
1. Холодильные машины. Н.Н. Кошкин, А.И.Сакун, Е.М.Бамбушек и др. -Л.: Машиностроение, 1985, с. 366.

2. А.c. СССР, N 1513346, кл. F 25 B 11/00, 1989.

Часть прямого потока воздуха, прошедшая охлаждение и сушку в переключающихся каналах, подогревается в непереключающемся канале и подается в переключающиеся каналы после прохождения по ним прямого потока для обеспечения сублимации части водяного пара и переноса ее в сечения каналов с более высокой температурой, что позволяет создать благоприятные условия для полного выноса отложений льда, выпавших на насадку и стенки каналов из прямого потока, обратным потоком, проходящим через переключающиеся каналы теплообменника. 1 ил.

Способ работы воздушной холодильной машины, включающий охлаждение прямого потока воздуха с конденсацией и вымораживанием влаги на стенках каналов в первой секции переключающихся каналов, последующее разделение потока на две части, одну из которых нагревают в холодильной камере, расширяют в турбодетандере и в виде обратного потока подают в третью переключающуюся секцию, из которой он, подогреваясь, уносит влагу, затем эту часть сжимают в нагнетателе, отличающийся тем, что теплообмен между прямым и обратными потоками воздуха осуществляют в пластинчато-ребристом теплообменнике с тремя секциями переключающихся каналов и одной секцией непереключающихся каналов, через которую пропускают оставшуюся часть потока после выхода из первой секции переключающихся каналов, затем ее дросселируют и направляют во вторую секцию переключающихся каналов, пропуская с холодного конца до теплого.