СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА Российский патент 2003 года по МПК F25B9/14 

Изобретение относится к проектированию и строительству газовых холодильных машин с клапанным управлением потока рабочего тела (р.т.), работающих по обратному термодинамическому циклу, и может найти применение при проектировании и строительстве высокоэкономических 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 (см. а.с. 1139938, кл. В 25 В 9/009, 9/14).

Недостатками этого 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 регенератором (или рекуператором) (см. Уокер Г. Машины, работающие по циклу Стерлинга. М.: Энергия, 1978, стр.67, рис.6-12). 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, т.к. существующие методы расчета регенеративных (и других) теплообменников для быстротекущих процессов неудовлетворительны, а вопрос загрязнения их маслом является одним из основных.

Наиболее близким аналогом изобретение является способ работы газовой холодильной машины по патенту РФ 2057999, кл. 6 F 25 D 9/00, 9/14.

Цикл по этому способу состоит из двух изохорных и двух адиабатных процессов, протекающих в двух цилиндрах двойного действия со сдвигом по фазе на 180^o. При всей простоте и надежности машин, работающих по этому циклу, отмечается такой недостаток, как ограниченный объем отводимой теплоты после сжатия р. т. в компрессоре, что накладывает ограничение по хладопроизводительности машин, работающих по этому циклу.

Изобретение призвано решить задачу повышения относительной хладопроизводительности за счет увеличения отбора количества теплоты после сжатия р.т. в компрессоре путем увеличения его температуры на входе в компрессор и дополнительного его охлаждения после холодильника ниже температуры окружающей среды.

Поставленная задача решается тем, что по предлагаемому циклу после сжатия р. т. в компрессоре и прохождения его через холодильник при температуре, близкой к температуре окружающей среды, оно поступает в полость камеры утилизации остаточного холода, где отдает избыточную теплоту встречному потоку р.т., поступающему из морозильной камеры в компрессор, и охлажденное до минимальной температуры поступает в штоковую полость детандера для последующего расширения в поршневой полости, в результате температура р.т. понизится, что позволит получить высокий холодильный коэффициент.

На фиг.1 представлена Р, V диаграмма цикла; на фиг.2 - пример принципиальной схемы газовой холодильной машины, работающей по предлагаемому способу, у которой фазы детандера D и компрессора К сдвинуты на 180^o.

Положениям поршней на фиг.2 соответствуют положения точек на диаграмме P, V, см. фиг.1: точка 2 - конец сжатия р.т. в штоковой полости компрессора К и точка 4 - конец расширения р.т. в поршневой полости детандера D.

Способ состоит из двух адиабатных, двух политропных и двух изобарных процессов.

I такт - адиабатный процесс сжатия р.т. путем вытеснения его из приемной полости 7 компрессора К в его полость сжатия 8. На фиг.1 этот процесс изображен отрезком 1-2, а на фиг.2 положение поршня компрессора К соответствует концу такта сжатия р.т.

II такт - вытеснения р.т. из полости сжатия 8 компрессора К через холодильник 9 и противоточный теплообменник 10 (утилизатор холода) в приемную полость 11 детандера D. Этот такт состоит из двух последовательно протекающих процессов:
- политропный процесс охлаждения р.т. путем теплообмена сначала с окружающей средой в холодильнике 9, затем в противоточном теплообменнике 10 со встречным потоком холодного р.т. На фиг.1 это изображено отрезком 2-3;
- изобарный процесс вытеснения охлажденного р.т. из полости противоточного теплообменника 10 в приемную полость 11 детандера D. На фиг.1 это изображено отрезком 3-4.

Во время II-го такта происходит охлаждение р.т. в холодильнике 9 до температуры окружающей среды и в противоточном теплообменнике 10 до температуры встречного потока р. т., которое направляется из полости морозильника 10 в приемную полость 11 детандера D и соответствует точке 4.

III такт - адиабатный процесс расширения ранее сжатого, а затем охлажденного р.т. путем его перепуска из приемной полости 11 детандера D в его полость расширения 12. На фиг. 1 это изображено отрезком 4-5, а положение поршня детандера D, изображенное на фиг.2, соответствует концу этого такта. В результате процесса расширения в этом такте происходит максимальное охлаждение р.т. и соответствует точке 5.

IV такт - вытеснение максимально охлажденного р.т. из полости расширения 12 детандера D через тракт морозильника 13 и противоточного теплообменника 10 в приемную полость 7 компрессора К.

Этот такт состоит из двух последовательно протекающих процессов:
- политропный процесс нагрева р.т. путем теплообмена вначале с окружающей средой в морозильнике 13, затем со встречным потоком р.т. в противоточном теплообменнике 10, что на фиг.1 соответствует отрезку 5-6;
- изобарный процесс вытеснения нагретого рабочего тела из полости противоточного теплообменника 10 в приемную полость 7 компрессора К, что на фиг.1 соответствует отрезку 6-1.

Во время IV-го такта максимально охлажденное р.т. отбирает теплоту из морозильной камеры.

Поскольку для реализации предлагаемого способа получения холода (см. фиг. 1) нужно иметь компрессор К и детандер D (см. фиг.2), то в них одновременно протекают следующие процессы:
- сжатие р.т. в компрессоре (с затратой работы) и расширение р.т. в детандере (с совершением работы);
- вытеснение максимально охлажденного р. т. из детандера через морозильник и противоточный теплообменник в компрессор и вытеснение максимально нагретого р.т. из компрессора через холодильник и противоточный теплообменник в детандер без затраты и без получения работы.

Так как в предлагаемом способе получения холода движение р.т. однонаправлено, то сокращаются тепловые потери и гидродинамические сопротивления, а наличие дополнительного теплообмена в противоточном теплообменнике позволяет повысить коэффициент хладопроизводительности.

Изобретение относится к проектированию газовых холодильных машин с клапанным управлением потока рабочего тела, работающих по обратному термодинамическому циклу, и может найти применение при проектировании простых и надежных в эксплуатации машин. В цикле после сжатия рабочего тела в компрессоре и прохождения его через холодильник при температуре, близкой к температуре окружающей среды, оно поступает в полость камеры утилизации остаточного холода, где отдает избыточную теплоту. Кроме сокращения тепловых потерь и гидродинамических сопротивлений поступление холодного рабочего тела после морозильной камеры в утилизатор холода (противоточный теплообменник) повышает его температуру на входе в приемную полость компрессора. Использование изобретения позволит повысить относительную холодопроизводительность за счет увеличения отбора количества теплоты после сжатия рабочего тела в компрессоре путем увеличения его температуры на входе в компрессор и дополнительного охлаждения после холодильника ниже температуры окружающей среды. 2 ил.

Способ получения холода в газовой холодильной машине путем адиабатического сжатия рабочего тела в компрессоре, охлаждения в тракте холодильника и последующего адиабатического расширения в детандере и нагрева в тракте морозильника, отличающийся тем, что политропно-изобарный перепуск рабочего тела после сжатия и расширения осуществляется через полости холодильника и морозильника, объемы которых больше объема полости сжатия компрессора и полости расширения детандера соответственно, а дополнительный теплообмен осуществляется в противоточном теплообменнике.