ХОЛОДИЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2004 года по МПК F25B1/10 

Изобретение относится к области холодильной техники и, в частности к холодильным установкам с двухступенчатым компрессором.

В холодильных системах рассматриваемого типа, к которым относится настоящее изобретение, применяются поршневые компрессоры, которые подают хладагент под высоким давлением в газообразном состоянии в соответствующие части системы. Обычно в компрессорах холодильных систем для охлаждения и смазывания трущихся поверхностей применяется масло, которое разбрызгивается во время работы компрессора. Неизбежно часть смазочного масла в компрессоре увлекается потоком хладагента, проходящим через компрессор, и масло циркулирует в системе. Увеличение количества масла, циркулирующего в холодильной системе, приводит к уменьшению теплообмена в теплообменных аппаратах системы и, как следствие, к снижению эффективности работы холодильной системы. Попадание масла в дросселирующие органы системы создает также проблемы с обслуживанием, поскольку при низких температурах масло застывает в них.

В связи с вышесказанным становится очевидной необходимость уменьшения возможного уноса масла хладагентом после сжатия последнего в компрессоре, что свело бы к минимуму влияние масла на другие узлы и блоки системы. Кроме того, уносимое масло желательно удалять на той стадии, пока хладагент находится в газообразном состоянии, поскольку на этой стадии процесс легче осуществим, хладагент легче поддается воздействию, а перепады давления в той части системы, в которой хладагент находится в газообразном состоянии, облегчает процесс отделения масла. В системе желательно также применение средства для принудительного отвода отделенного масла обратно в компрессор с целью его удаления из холодильной системы и предотвращения дальнейшего уноса потоком хладагента.

Известна холодильная система, которая содержит компрессор, имеющий впускной (или всасывающий) трубопровод и выпускной (или напорный) трубопровод высокого давления, конденсатор, расположенный в напорной линии высокого давления, ресивер, сообщающийся с конденсатором через трубопровод, и испаритель, выполненный в виде охлаждающего змеевика, впускной конец которого сообщается с ресивером, а выпускной конец сообщается через всасывающий трубопровод с компрессором. В напорной линии высокого давления между компрессором и конденсатором расположен основной маслоотделитель, который соединен с компрессором возвратным трубопроводом для возвращения масла в компрессор. Ниже названного маслоотделителя по направлению потока хладагента расположен дополнительный маслоотделитель, который выполнен в виде маслоотделяющей секции конденсатора. Дополнительный маслоотделитель расположен непосредственно во входном конце конденсатора и соединен с основным маслоотделителем возвратным трубопроводом для отвода остатков масла (п. США №3283532 от 23.09.65, МКИ: F 25 d).

В известной холодильной системе обеспечено эффективное отделение масла от хладагента и возвращение его (масла) в компрессор за счет введения в систему дополнительных устройств (основной и дополнительный маслоотделители, возвратные трубопроводы) и усложнения конструкции отдельных узлов (маслоотделяющая секция конденсатора), что приводит к увеличению габаритных размеров холодильной системы и к усложнению ее конструкции.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является холодильная система, в которой по ходу хладагента в общую систему соединены двухступенчатый компрессор, конденсатор, ресивер, промежуточный теплообменник и испаритель. В кожухе компрессора размещены четыре цилиндра: три цилиндра первой ступени низкого сжатия и один цилиндр второй ступени высокого сжатия. Цилиндры первой ступени имеют общую полость всасывания и общую полость нагнетания. Полость всасывания цилиндра второй ступени соединена с полостью нагнетания первой ступени компрессора при помощи патрубка. Цилиндр второй ступени снабжен также и линией всасывания, которая расположена вне кожуха компрессора и подключена к промежуточному теплообменнику. Полость нагнетания цилиндра второй ступени соединена с конденсатором с помощью трубопровода. Промежуточный теплообменник имеет две полости типа труба в трубе, не соединенные друг с другом. Первая полость промежуточного теплообменника выполнена в виде змеевика, который подключен к ресиверу и к испарителю. Вторая полость промежуточного теплообменника (труба, в которой размещен змеевик) по жидкости подключена через дроссельное устройство, например капиллярную трубку, к ресиверу, а по пару - через обратный клапан к линии всасывания цилиндра второй ступени компрессора. Полости нагнетания обеих ступеней компрессора соединены трубопроводом через обратный клапан (а.с. СССР №918508 от 28.10.77, МКИ³: F 04 В 25/00, F 25 В 31/00, F 25 В 1/00).

Известное устройство обеспечивает повышение надежности и холодопроизводительности при работе в зоне высоких температур кипения, например, выше -15°С.

В прототипе полости нагнетания обеих ступеней компрессора соединены друг с другом и с конденсатором. Следовательно, масло уносится в систему из всех четырех цилиндров компрессора. Для обеспечения работы системы при температуре кипения до -15°С использован маслоотделитель, который размещен перед конденсатором, что приводит к увеличению габаритных размеров холодильной системы и к усложнению ее конструкции.

Кроме того, в известной холодильной системе промежуточный теплообменник установлен после ресивера. Следовательно, часть жидкого хладагента, с помощью которого охлаждается жидкий хладагент в змеевике промежуточного теплообменника, испаряется. Хладагент, находящийся в змеевике, подается в испаритель, а пары хладагента из второй полости промежуточного теплообменника откачиваются цилиндром второй ступени, снова подвергаются сжатию в цилиндре второй ступени и нагнетаются в конденсатор. В результате возрастают непроизводительные потери энергии, т.е. уменьшается кпд холодильной системы.

В основу настоящего изобретения поставлена задача уменьшения количества масла, уносимого в холодильную систему, без увеличения ее габаритных размеров.

Для решения поставленной задачи в холодильной системе, в состав которой входят двухступенчатый компрессор, содержащий цилиндры первой ступени, имеющие общую полость всасывания и общую полость нагнетания, и цилиндр второй ступени, имеющий линию всасывания и полость нагнетания, конденсатор, соединенный с полостью нагнетания цилиндра второй ступени и с ресивером, промежуточный теплообменник, который выполнен с двумя полостями, и испаритель, соединенный с полостью всасывания цилиндров первой ступени, согласно изобретению конденсатор выполнен двухсекционным. Секции конденсатора по ходу хладагента соединены друг с другом через первую полость промежуточного теплообменника. Вторая полость промежуточного теплообменника соединена с полостью нагнетания цилиндров первой ступени и с помощью патрубка с внутренним пространством кожуха двухступенчатого компрессора. Внутри кожуха компрессора установлена линия всасывания цилиндра второй ступени, которая смещена относительно патрубка. Полости всасывания и нагнетания цилиндров первой ступени изолированы от внутреннего пространства кожуха двухступенчатого компрессора.

Дополнительным отличием изобретения от прототипа является то, что соотношение объемов первой и второй ступеней компрессора равно 2:1.

Использование изобретения обеспечивает уменьшение количества масла, уносимого в систему из компрессора, без увеличения габаритных размеров системы.

Это обусловлено, во-первых, тем, что в изобретении исключен унос масла в систему из цилиндров первой ступени, т.к. масло, уносимое хладагентом со стенок цилиндров первой ступени, не подается ни в конденсатор, ни в ресивер, ни в испаритель. После сжатия хладагента в первой ступени компрессора его пары в смеси с маслом нагнетаются сначала в промежуточный теплообменник, охлаждаются и подаются во внутреннее пространство кожуха компрессора.

Во-вторых, в изобретении созданы оптимальные условия для отделения масла от хладагента, который находится в газообразном состоянии. При переходе из патрубка во внутреннее пространство кожуха под воздействием перепада давления масло отделяется от паров хладагента и по стенкам кожуха стекает в картер. Во всасывающую полость цилиндра второй ступени сжатия подается охлажденный и очищенный от масла хладагент. В систему может попасть только масло, уносимое со стенок одного цилиндра второй ступени. Следовательно, без использования маслоотделителей снижается унос масла (в четыре раза по сравнению с прототипом).

В-третьих, разделение масла и хладагента осуществляется внутри кожуха компрессора. Масло по стенкам кожуха стекает в картер. Таким образом, без использования дополнительных трубопроводов и приспособлений масло возвращается в картер.

В-четвертых, пары хладагента после первой ступени сжатия охлаждаются в промежуточном теплообменнике, что позволяет уменьшить нагрузку на цилиндр второй ступени и использовать во второй ступени один цилиндр, объем которого в два раза меньше объема цилиндров первой ступени. Охлаждение паров хладагента в промежуточном теплообменнике осуществляется с помощью кипящего жидкого хладагента, поступающего из первой секции конденсатора, т.е. без применения дополнительных устройств и узлов.

В-пятых, в конденсатор нагнетаются пары хладагента только из одного цилиндра, т.е. его габаритные размеры также меньше размеров конденсатора, используемого в прототипе.

Хладагент, используемый для охлаждения смеси паров хладагента и масла в промежуточном теплообменнике, не нуждается в дополнительных сжатии и конденсации, как это происходит в прототипе, т.к. парожидкостная смесь хладагента после теплообменника нагнетается во вторую секцию конденсатора и далее в ресивер, следовательно в испаритель поступает жидкий кипящий хладагент.

Дополнительным преимуществом изобретения является возможность использования в компрессоре холодильной системы одинаковых цилиндров, что повышает степень унификации и возможность эффективной работы системы при низкой температуре кипения в зоне температур до -50°С.

Еще одним дополнительным преимуществом предлагаемого изобретения является то, что в холодильной системе исключены непроизводительные затраты энергии на повторные сжатие и конденсацию хладагента, используемого для охлаждения смеси паров хладагента и масла в промежуточном теплообменнике, и на возвращение масла в картер компрессора.

Поэтому можно утверждать, что кпд заявляемой холодильной системы выше, чем у прототипа.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены: на фиг.1 - схематическое изображение холодильной системы; на фиг.2 - компрессор, горизонтальное сечение на уровне картера, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3.

Холодильная система содержит двухступенчатый компрессор 1, конденсатор 2, промежуточный теплообменник 3, ресивер 4 и испаритель 5, которые объединены по ходу хладагента в общую систему.

В компрессоре 1 два цилиндра 6 первой ступени и цилиндр 7 второй ступени размещены в кожухе 8. Соотношение объемов цилиндров 6 и цилиндра 7 равно 2:1, т.е. в компрессоре 1 использованы, например, три одинаковых цилиндра. Цилиндры 6 имеют общую полость 9 всасывания и общую полость 10 нагнетания. Полость 9 всасывания цилиндров 6 соединена с испарителем 5.

Промежуточный теплообменник 3 выполнен с двумя полостями 12 и 13 типа труба в трубе. Полость 12 соединена с полостью нагнетания 10 цилиндров 6 первой ступени и сообщена с внутренним пространством 14 кожуха 8 компрессора 1 посредством патрубка 15. Линия 11 всасывания цилиндра 7 второй ступени компрессора 1 размещена также во внутреннем пространстве 14 кожуха 8, но смещена относительно патрубка 15. Линия 11 всасывания цилиндра 7 и патрубок 15 расположены выше уровня масла в картере 16 кожуха 8 компрессора 1. Полость всасывания 9 и полость нагнетания 10 цилиндров 6 первой ступени компрессора 1 изолированы от внутреннего пространства 14 кожуха 8.

Конденсатор 2 выполнен из двух секций 17 и 18 соответственно. Секции 17 и 18 соединены друг с другом через полость 13 промежуточного теплообменника 4. Полость нагнетания 19 цилиндра 7 по ходу хладагента соединена с входом секции 17 конденсатора 2. Выход секции 18 по ходу хладагента соединен с ресивером 4.

Работает холодильная система известным образом.

Газообразный хладагент из испарителя 5 подается во всасывающую полость 9 первой ступени компрессора 1, сжимается цилиндрами 6. В полость 12 промежуточного теплообменника 3 нагнетается смесь паров хладагента и масла, уносимого со стенок цилиндров 6. Далее смесь хладагента и масла подается по патрубку 15 во внутреннее пространство 14 кожуха 8 компрессора 1. При переходе хладагента из патрубка 15 во внутреннее пространство 14 кожуха 8 под воздействием перепада давления масло отделяется от хладагента, оседает на внутренней поверхности стенок кожуха 8 и стекает в картер 16. Поскольку линия 11 всасывания цилиндра 7 смещена от патрубка 15 и расположена выше уровня масла в картере 16, то во всасывающую полость цилиндра 7 поступает очищенный от масла хладагент. После сжатия в цилиндре 7 хладагент из полости 19 нагнетания подается в первую секцию 17 конденсатора 2, конденсируется и направляется в полость 13 промежуточного теплообменника 4, в котором он (хладагент), контактируя через стенки с горячими парами хладагента, нагнетаемого цилиндрами 6 в полость 12, начинает кипеть. При этом происходит охлаждение паров хладагента, поступающих во вторую ступень компрессора 1. Затем парожидкостная смесь хладагента подается во вторую секцию 18 конденсатора 2, из которой жидкий хладагент подается в ресивер 4 и далее в испаритель 5. Из испарителя 5 пары хладагента откачиваются цилиндрами 6 первой ступени компрессора 1, и цикл повторяется снова.

Изобретение относится к холодильным установкам с двухступенчатым компрессором. В состав холодильной системы входят двухступенчатый компрессор, конденсатор, промежуточный теплообменник, ресивер и испаритель. Двухступенчатый компрессор содержит цилиндры первой ступени, имеющие общую полость всасывания и общую полость нагнетания, и цилиндр второй ступени, имеющий линию всасывания и полость нагнетания. Конденсатор соединен с полостью нагнетания цилиндра второй ступени и с ресивером. Промежуточный теплообменник выполнен с двумя полостями типа труба в трубе. Испаритель соединен с полостью всасывания цилиндров первой ступени. Конденсатор выполнен двухсекционным. Секции конденсатора по ходу хладагента соединены друг с другом через первую полость промежуточного теплообменника. Вторая полость промежуточного теплообменника соединена с полостью нагнетания цилиндров первой ступени и с помощью патрубка с внутренним пространством кожуха двухступенчатого компрессора. Внутри кожуха компрессора установлена линия всасывания цилиндра второй ступени, которая смещена относительно патрубка. Полости всасывания и нагнетания цилиндров первой ступени изолированы от внутреннего пространства кожуха двухступенчатого компрессора. Использование изобретения обеспечивает уменьшение количества масла, уносимого в систему из компрессора, без увеличения габаритных размеров системы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Холодильная система, включающая двухступенчатый компрессор, содержащий цилиндры первой ступени, имеющие общую полость всасывания и общую полость нагнетания, и цилиндр второй ступени, имеющий линию всасывания и полость нагнетания, конденсатор, соединенный с полостью нагнетания цилиндра второй ступени и с ресивером, промежуточный теплообменник, который выполнен с двумя полостями, и испаритель, соединенный с полостью всасывания цилиндров первой ступени, отличающаяся тем, что конденсатор выполнен из двух секций, которые по ходу хладагента соединены друг с другом через первую полость промежуточного теплообменника, вторая полость которого соединена с полостью нагнетания цилиндров первой ступени и с помощью патрубка с внутренним пространством кожуха двухступенчатого компрессора, при этом внутри кожуха установлена линия всасывания цилиндра второй ступени, которая смещена относительно патрубка, и полости всасывания и нагнетания цилиндров первой ступени изолированы от внутреннего пространства кожуха двухступенчатого компрессора.2. Холодильная система по п.1, отличающаяся тем, что соотношение объёмов первой и второй ступеней двухступенчатого компрессора равно 2:1.