КОНДЕНСАТОР Российский патент 2000 года по МПК F25B39/04 F28B1/00 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к конденсаторам, в которых сжижается парообразный хладагент, и может быть использовано в составе холодильных установок, преимущественно расположенных в районах с резко изменяющейся суточной и сезонной температурой окружающей среды.

Известно, что резко изменяющиеся суточная и сезонные температуры окружающей среды вызывают изменение температуры (давления) конденсации независимо от выбранной охлаждающей среды (вода, воздух) и системы охлаждения. Увеличение температуры конденсации на 1^oC приводит к снижению холодопроизводительности на 1-2%, увеличению мощности на 1-1,5% и возрастанию удельного расхода электроэнергии на 2-2,5% (см. Эксплуатация холодильников: Справочник /Под ред. А.В. Быкова. - М.: Пищевая пром-сть, 1977, с. 56-56). Поэтому поддержание постоянной температуры (давления) конденсации обеспечивает оптимальный режим эксплуатации холодильной установки, характеризуемый постоянной величиной полезной холодопроизводительности, минимaльными затратами электроэнергии и высокими технико-экономическими показателями (см. Эксплуатация холодильников: Справочник /Под ред. А.В. Быкова. - М.: Пищевая пром-сть, 1977, с. 59-61).

Известен конденсатор, преимущественно для аммиачной холодильной установки (см. пат. N 2045726, Россия, кл. F 28 D 5/00, 1995), включающий вертикальный корпус и установленные в нем вертикальные теплообменные трубы, выполненные в виде теплообменных секций, каждая из которых снабжена входным и выходным горизонтальными коллекторами для подвода паров и отвода сконденсированного хладагента, причем корпус выполнен в форме многогранной призмы, например шестигранной; ограждение корпуса выполнено из металла, для конденсации паров хладагента предусмотрен отвод теплоты за счет проточного охлаждения водой изнутри и испарительного охлаждения снаружи в вертикальных теплообменных секциях.

К недостаткам известного конденсатора следует отнести невозможность обеспечить постоянство температуры (давления) конденсации из-за суточных и сезонных колебаний температуры окружающей среды, что приводит к неоптимальной работе конденсатора и холодильной установки в целом.

Известен конденсатор для пара (см. пат. N 5159974, США, кл. F 01 P 7/10, 1992), снабженный горизонтальными коллекторами для подвода пара и отвода конденсата, теплообменные поверхности которого установлены по углом к вертикали и снабжены электроподогреваемыми покрытиями, причем для изменения температуры конденсации паров за счет контакта теплообменной поверхности с окружающим воздухом и электроподогреваемыми покрытиями конденсатор оснащен съемными электроподогреваемыми покрытиями, которые поднимаются с помощью электродвигателя и опускаются под действием массы покрытий.

К недостаткам известного конденсатора следует отнести необходимость затрат дополнительной электроэнергии для покрытий с целью поддержания постоянной температуры конденсации, а также влияние суточных и сезонных колебаний температуры окружающей среды на выбор величины постоянной температуры конденсации.

Известен конденсатор (см. пат. N 2052180, Россия, кл. F 25 B 39/04, 1996), который выполнен в виде цилиндрического корпуса, разделенного герметичной перегородкой на две зоны, причем в нижней зоне установлен пакет теплообменных труб для конденсации паров хладагента, а в верхней зоне установлен теплообменник, погруженный в жидкость, аккумулирующую теплоту перегрева паров хладагента.

К недостаткам известного конденсатора следует отнести трудность поддержания постоянной температуры конденсации при непрерывном отводе теплоты аккумуляции, существующую взаимосвязь теплоты перегрева паров хладагента и режимов конденсации пара от параметров аккумулирующего вещества и окружающей среды.

Задачей изобретения является поддержание стабильной температуры (давления) конденсации хладагента при круглосуточной работе конденсатора в составе холодильной установки независимо от изменения суточной и сезонной температуры окружающей среды, особенно применительно к местностям, где средняя температура окружающей среды за ночные часы суток ниже средней температуры окружающей среды за дневные часы суток, при наличии в дневные часы суток пиковых значений температуры окружающей среды.

Поставленная задача достигается тем, что заявленный конденсатор содержит вертикальный корпус, выполненный в форме многогранной призмы, и многосекционный теплообменник из вертикальных теплообменных труб с входными и выходными горизонтальными коллекторами для подвода паров и отвода сконденсированного хладагента; при том, что конденсатор снабжен ограждением, корпус выполнен герметичным с наружными поперечными ребрами и заполнен веществом, аккумулирующим теплоту перегрева и конденсации паров хладагента, в которое погружен теплообменник, ограждение выполнено из теплоизолированных торцевых и боковых покрытий, причем боковые покрытия выполнены поворотными на угол не менее 90^o относительно вертикали и связаны с установленным в нижней части корпуса реверсивным механизмом поворота покрытий, при этом последний связан через управляющее устройство с датчиками температуры и изменения фазового состояния аккумулирующего вещества, размещенными внутри корпуса в аккумулирующем веществе, и с датчиками температуры, установленными в коллекторе для отвода сконденсированного хладагента и внутри полого теплопроводного сосуда, размещенного в окружающей среде на выносной штанге, прикрепленной к торцу корпуса.

Выполнение конденсатора в виде герметичного вертикального корпуса, который заполнен веществом, аккумулирующим теплоту перегрева и конденсации паров хладагента, в которое погружен многосекционный теплообменник из вертикальных теплообменных труб с входными и выходными горизонтальными коллекторами для подвода паров и отвода сконденсированного хладагента, при постоянной температуре конденсации обеспечивает отвод теплоты перегрева и конденсации паров хладагента через аккумулирующее вещество в окружающую среду вследствие теплообмена при постоянной температуре прямого (плавления) и обратного (затвердевание) фазовых переходов.

Выполнение корпуса конденсатора в форме многогранной призмы с ограждением, причем снаружи корпус конденсатора снабжен поперечными ребрами и ограждение выполнено из теплоизолированных торцевых и боковых покрытий, и при этом боковые покрытия выполнены поворотными на угол не менее 90^o относительно вертикали и связаны с установленным в нижней части корпуса и выполненным реверсивным механизмом поворота покрытий, при том, что реверсивный механизм поворота покрытий связан через управляющее устройство с датчиками температуры и изменения фазового состояния аккумулирующего вещества, размещенными соответственно внутри корпуса в аккумулирующем веществе, с датчиками температуры в коллекторе для отвода сконденсированного хладагента и внутри полого теплопроводного сосуда, установленного в окружающей среде на выносной штанге, закрепленной к торцу корпуса, обеспечивает отвод теплоты фазового перехода (плавления) от аккумулирующего вещества в окружающую среду при температурах окружающей среды ниже температуры фазового перехода.

Выполнение торцевых и боковых покрытий теплоизолированными и примыкание их непосредственно к корпусу исключает теплопритоки от окружающей среды при превышении температуры окружающей среды выше температуры фазового перехода аккумулирующего вещества.

Размещение датчиков температуры и изменения фазового состояния аккумулирующего вещества внутри корпуса в аккумулирующем веществе, датчиков температуры в коллекторе для отвода сконденсированного хладагента и внутри полого теплопроводного сосуда, установленного в окружающей среде на выносной штанге, закрепленной к торцу корпуса, обеспечивает сопоставление соответствующих значений температуры для определения и подачи необходимой команды на реверсивный механизм поворота покрытий.

Выполнение боковых покрытий поворотными на угол не менее 90^o относительно вертикали обеспечивает теплообмен между аккумулирующим веществом в корпусе конденсатора и окружающей средой при понижении температуры последней ниже температуры фазового перехода аккумулирующего вещества.

Размещение датчика температуры внутри полого теплопроводного сосуда, установленного в окружающей среде на выносной штанге, закрепленной к торцу корпуса, исключает прямое воздействие на датчик солнечной радиации и позволяет фиксировать температуру окружающей среды в непосредственной близости от корпуса конденсатора.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема заявляемого конденсатора (продольный разрез); на фиг. 2 представлены зависимости от часов суток, в летний период времени, значений температур внутри корпуса в аккумулирующем веществе, в коллекторе для отвода сконденсированного хладагента и внутри полого теплопроводного сосуда, установленного в окружающей среде, а также с учетом влияния солнечной радиации в окружающей среде; на фиг. 3 показан заявляемый конденсатор (вид сверху) в режиме "аккумуляция веществом теплоты конденсации""; на фиг. 4 показан заявляемый конденсатор (вид сверху) в режиме "разрядка аккумулирующего вещества".

Заявляемый конденсатор (согласно фиг. 1) содержит герметичный вертикальный корпус 1, выполненный в форме многогранной призмы, заполненный веществом 2, аккумулирующим теплоту перегрева и конденсации паров хладагента, в которое погружен многосекционный теплообменник из вертикальных теплоооменных труб 3 с горизонтальными коллекторами входными 4 для подвода паров и выходными 5 отвода сконденсированного хладагента. Корпус 1 конденсатора снаружи снабжен поперечными ребрами 6 и закрыт ограждением, которое выполнено из теплоизолированных торцевых 7 и боковых 8 покрытий, причем боковые покрытия 8 связаны с реверсивным механизмом поворота покрытий 9 (показан условно); последний установлен в нижней части корпуса 1 и связан через управляющий блок 10 с датчиком температуры 11, размещенным внутри корпуса в аккумулирующем веществе, с датчиком температуры 12 в коллекторе для отвода сконденсированного хладагента и с датчиком температуры 13 внутри полого теплопроводного сосуда 14, установленного на выносной штанге 15, закрепленной к торцу корпуса 1, и датчиком изменения фазового состояния аккумулирующего вещества 16, размещенным внутри корпуса в аккумулирующем веществе.

(Линии связи датчиков температуры 11, 12, 13 и 16 с управляющим блоком условно не показаны).

Теплоизолированные боковые покрытия 8 с внутренней стороны выполнены с полостями 17 (см. фиг. 1) для размещения в них поперечных ребер 6 при расположении покрытий 8 в вертикальном положении.

Корпус 1 также содержит патрубки 18 и 19 для заправки и слива вещества 2 соответственно.

Заявляемый конденсатор (по фиг. 1) работает следующим образом.

При температуре окружающей среды t_о.с. выше или равной температуре фазового перехода t_фаз аккумулирующего вещества 2 в корпусе 1 (см. фиг. 2, зона В) пары хладагента поступают через входные горизонтальные коллекторы 4 в вертикальные теплообменные трубы 3. Поскольку теплообменник из вертикальных теплообменных труб 3 погружен в аккумулирующее теплоту вещество 2, последнее обеспечивает проведение режима "аккумуляция веществом теплоты конденсации", в котором отводится теплота перегрева и конденсации хладагента и поддерживается постоянная температура конденсации t_к при постоянной температуре прямого фазового перехода (плавление). Сконденсировавшийся хладагент поступает в выходные горизонтальные коллекторы 5, температура конденсации фиксируется датчиком 12, после чего жидкий хладагент выводится из конденсатора.

Поскольку датчик температуры 13 внутри полого теплопроводного сосуда 14, установленного на выносной штанге 15, закрепленной к торцу корпуса 1, показывает большее значение, чем датчик температуры 12 в коллекторе для отвода сконденсировавшегося хладагента, а последний - большее значение, чем датчик температуры 11, размещенный внутри корпуса в аккумулирующем веществе (t_о.с. > t_к > t_фаз), и датчик изменения фазового состояния 16 не фиксирует в аккумулирующем веществе 2 завершения прямого фазового перехода (плавления), управляющий блок исключает подачу командного импульса на реверсивный механизм поворота покрытий 9. При этом теплоизолированные боковые покрытия 8 находятся в вертикальном положении (см. фиг. 3), плотно прилегая к корпусу 1; поперечные ребра 6 расположены в полостях 17.

Продолжительность работы конденсатора в режиме "аккумуляция веществом теплоты конденсации" определяют теплоаккумулирующие характеристики вещества 2 в корпусе 1, продолжительность завершения в аккумулирующем веществе 2 прямого фазового перехода (плавления) и длительность сохранения избыточных значений температур окружающей среды в течение суток (см. фиг. 2, зона В).

При снижении температуры окружающей среды t_о.с. ниже температуры фазового перехода t_фаз (плавления) аккумулирующего вещества 2 в корпусе 1 датчик температуры 13 подает сигнал в управляющий блок 10, который обеспечивает подачу командного импульса на реверсивный механизм поворота покрытий 9. После чего механизм поворота покрытий 9 перемещает теплоизолированные боковые покрытия 8 из вертикального положения в положение на угол не менее 90^o относительно вертикали (см. фиг. 1 и 4). При этом обеспечивается теплообмен между аккумулирующим веществом 2 в корпусе 1, через наружную поверхность корпуса 1 и поперечные ребра 6, и окружающей средой, поскольку температуры последней в этот период времени ниже температуры фазового перехода аккумулирующего вещества (см. фиг. 2, зона С).

Пары хладагента продолжают поступать через входные горизонтальные коллекторы 4 в вертикальные теплообменные трубы 3 и через выходные горизонтальные коллекторы 5 отводится сконденсированный хладагент, но в режиме "разрядка аккумулирующего вещества" теплота перегрева и конденсации паров хладагента через вертикальные теплообменные трубы 3 передается в окружающую среду, используя теплопроводность аккумулирующего вещества 2. Одновременно в этом режиме "разрядка аккумулирующего вещества" в окружающую среду отводится аккумулированная в веществе теплота прямого фазового перехода (плавление), при этом в веществе при постоянной температуре происходит обратный фазовый переход (затвердевание).

После завершения обратного фазового перехода (затвердевания) датчик изменения фазового состояния аккумулирующего вещества 16 подает сигнал на управляющее устройство 10; при повышении температуры окружающей среды t_о.с. до температуры t_фаз (см. фиг. 2, зона С) прямого фазового перехода (плавления) аккумулирующего вещества 2 в корпусе 1 датчик температуры 13 подает сигнал в управляющий блок 10, который обеспечивает подачу командного импульса на реверсивный механизм поворота покрытий 9.

При этом механизм поворота покрытий 9 перемещает теплоизолированные боковые покрытия 8 из исходного положения (на угле не менее 90^o относительно вертикали) в вертикальное положение (см. фиг. 1), после чего конденсатор вводится в работу на режиме "аккумуляция веществом теплоты конденсации".

Таким образом, заявляемый конденсатор по сравнению с известными в составе холодильной установки обладает следующими преимуществами:
- постоянство давления конденсации хладагента, поддерживаемое независимо от наличия пиковых значений температуры окружающей среды, исключает работу связанного с конденсатором компрессора холодильной установки при высоких степенях сжатия, низких значениях коэффициента подачи и индикаторного КПД, исключает избыточный расход электроэнергии на привод компрессора, что снижает удельные энергозатраты на производство холода;
- постоянство давления конденсации хладагента, поддерживаемое независимо от наличия пиковых значений температуры окружающей среды, обеспечивает оптимальный режим эксплуатации холодильной установки, характеризуемый постоянной величиной полезной холодопроизводительности, минимальными затратами электроэнергии и высокими технико-экономическими показателями;
- постоянство давления конденсации хладагента, поддерживаемое независимо от наличия пиковых изменений температуры окружающей среды в течение суток, обеспечивает круглосуточную устойчивую работу холодильной установки в автоматическом режиме;
- постоянство давления конденсации хладагента, поддерживаемое независимо от наличия пиковых значений температуры окружающей среды, исключает работу конденсатора и связанного с ним оборудования холодильной установки при давлениях, создающих опасность аварийного взрыва и выброса хладагента в окружающую среду.

В конденсаторе герметичный корпус выполнен в форме многогранной призмы с наружными поперечными ребрами и заполнен веществом, аккумулирующим теплоту перегрева и конденсации паров хладагента. В аккумулирующее вещество погружен теплообменник. Ограждение конденсатора выполнено из теплоизолированных торцевых и боковых покрытий. Боковые покрытия выполнены поворотными на угол не менее 90^o относительно вертикали и связаны с установленным в нижней части корпуса реверсивным механизмом поворота покрытий. Реверсивный механизм связан через управляющее устройство с датчиками температуры и изменения фазового состояния аккумулирующего вещества, размещенными внутри корпуса в аккумулирующем веществе, и датчиками температуры, установленными в коллекторе для отвода теплопроводного сосуда. Сосуд размещен в окружающей среде на выносной штанге, прикрепленной к торцу корпуса. Использование изобретения позволит поддерживать стабильную температуру (давление) конденсации хладагента при круглосуточной работе конденсатора в составе холодильной установки независимо от изменения суточной и сезонной температуры окружающей среды. 4 ил.

Конденсатор, преимущественно для конденсации хладагента, включающий вертикальный корпус, выполненный в форме многогранной призмы, и многосекционный теплообменник из вертикальных теплообменных труб с входными и выходными горизонтальными коллекторами для подвода паров и отвода сконденсированного хладагента, отличающийся тем, что конденсатор снабжен ограждением, корпус выполнен герметичным с наружными поперечными ребрами и заполнен веществом, аккумулирующим теплоту перегрева и конденсации паров хладагента, в которое погружен теплообменник, ограждение выполнено из теплоизолированных торцевых и боковых покрытий, причем боковые покрытия выполнены поворотными на угол не менее 90^o относительно вертикали и связаны с установленным в нижней части корпуса реверсивным механизмом поворота покрытий, при этом последний связан через управляющее устройство с датчиками температуры и изменения фазового состояния аккумулирующего вещества, размещенными внутри корпуса в аккумулирующем веществе, и с датчиками температуры, установленными в коллекторе для отвода сконденсированного хладагента и внутри полого теплопроводного сосуда, размещенного в окружающей среде на выносной штанге, прикрепленной к торцу корпуса.