ПАРОЭЖЕКТОРНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДА В НЕЙ Российский патент 2008 года по МПК F25B1/06 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к холодильным установкам и тепловым насосам, и может быть использовано для охлаждения или нагрева помещений и рабочих сред.

Известна пароэжекторная холодильная установка, содержащая конденсатор, связанный одним жидкостным трубопроводом через дроссельный вентиль с испарителем, а другим жидкостным трубопроводом через промежуточный сосуд с парогенератором, подсоединенным паровым трубопроводом через автоматический клапан к рабочему соплу эжектора, приемная камера которого связана паровым трубопроводом с испарителем, а диффузор соединен паровым трубопроводом с конденсатором, а также автоматические клапаны, расположенные на жидкостных трубопроводах, соединяющих промежуточный сосуд с конденсатором и парогенератором, в которой промежуточный сосуд, объем которого соответствует объему парогенератора, установлен выше парогенератора и связан с ним двумя трубопроводами.

Известен способ производства холода в этой пароэжекторной холодильной установке, предусматривающий ожижение паров хладагента в конденсаторе, дросселирование образовавшейся жидкости в дроссельном вентиле до давления кипения, подвод и кипение ее в испарителе с получением низкотемпературных паров за счет отвода тепла от охлаждаемого объекта, отсос и сжатие их в эжекторе до давления конденсации, аккумулирование, нагрев и кипение сконденсированной жидкости в парогенераторе за счет подвода к нему тепла с получением высокотемпературного пароэнергоносителя, в котором после конденсатора жидкость разделяют на два потока и в испаритель направляют один поток, а в парогенератор другой, при этом перед парогенератором часть жидкости, предназначенную для получения пароэнергоносителя, накапливают в промежуточном сосуде, а подачу жидкости в парогенератор, образование пароэнергоносителя и подачу его в эжектор осуществляют периодически в три этапа, на первом из которых при минимально допустимом уровне жидкости в парогенераторе отключают подвод к нему тепла, соединяют с промежуточным сосудом, уравновешивают давление в них и перепускают в парогенератор накопленную жидкость до максимально допустимого уровня, на втором этапе отсоединяют парогенератор от промежуточного сосуда и эжектора и обеспечивают подвод тепла и получение пароэнергоносителя до достижения в парогенераторе заданного максимального давления пара, а на третьем этапе продолжают подводить тепло к парогенератору и соединяют его с рабочим соплом эжектора, обеспечивая поступление пара к последнему и отсос им низкотемпературного пара из испарителя, при этом накапливание жидкости в промежуточном сосуде осуществляют до тех пор, пока уровень жидкости в парогенераторе не понизится до минимально допустимого (патент RU 2053466 «Пароэжекторная холодильная установка и способ производства холода в ней». Ботук Ю.С., Буз В.Н., Коноплев А.И., Смирнов Г.Ф. 27.01.1996).

Эти технические решения по выполняемой функции и достигаемому результату являются наиболее близкими к заявленным по выполняемым функциям и достигаемому результату. Они приняты в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Недостатком прототипа является периодичный режим работы установки, большое количество автоматических клапанов, один из которых установлен и на паровом трубопроводе, соединяющем парогенератор с эжектором. Следствием этого является сложность автоматизации работы установки и трудность достижения герметичности системы циркуляции хладагента.

Настоящее изобретение направлено на устранение этих недостатков и решает техническую задачу обеспечения непрерывности работы установки, повышение ее надежности и создание возможности обеспечения ее полной герметичности.

Для решения этой технической задачи пароэжекторная холодильная установка, содержащая конденсатор, связанный одним жидкостным трубопроводом через дроссельный вентиль с испарителем, а другим жидкостным трубопроводом через промежуточный сосуд с парогенератором, подсоединенным паровым трубопроводом к рабочему соплу эжектора, приемная камера которого связана паровым трубопроводом с испарителем, а диффузор соединен паровым трубопроводом с конденсатором, а также клапаны, расположенные на жидкостных трубопроводах, соединяющих промежуточный сосуд с конденсатором и парогенератором, препятствующие движению жидкости из парогенератора в промежуточный сосуд и из промежуточного сосуда в испаритель, снабжена устройством периодического нагрева промежуточного сосуда или его части до температуры, превышающей температуру парогенератора, и периодического охлаждения промежуточного сосуда до температуры, не превышающей температуру конденсатора.

Промежуточный сосуд предпочтительно состоит из нескольких пространственно разделенных секций, соединенных между собой трубопроводами; каждая из секций способна к накапливанию жидкости, при этом принудительному нагреву и охлаждению может подвергаться одна из секций промежуточного сосуда, предпочтительно расположенная первой по ходу движения жидкости из конденсатора в парогенератор.

В качестве клапанов, препятствующих движению жидкости из парогенератора в промежуточный сосуд и из промежуточного сосуда в испаритель, применены обратные или автоматические клапаны.

В качестве устройства периодического нагрева промежуточного сосуда предпочтительно применен механический переключатель, имеющий по принципу триггера два устойчивых состояния, перемещающий промежуточный сосуд или его часть в нагреваемую зону парогенератора и обратно, при этом жидкостные трубопроводы, соединяющие сосуд или его перемещаемую часть с другими аппаратами, выполнены обратимо деформирующимися.

Механический переключатель предпочтительно выполнен в форме пружинного механизма, самостоятельно переключающегося из одного состояния в другое при изменении массы промежуточного сосуда.

В качестве устройства периодического нагрева промежуточного сосуда или его части может быть применено электронагревательное устройство.

В качестве устройства периодического охлаждения промежуточного сосуда до температуры, не превышающей температуру конденсатора, применен вентиляционный теплоотводящий канал или любое другое теплоотводящее устройство, работающее на известных принципах.

В качестве устройства периодического охлаждения промежуточного сосуда до температуры, не превышающей температуру конденсатора, может быть применен автоматический клапан, расположенный на жидкостном трубопроводе, соединяющем промежуточный сосуд с конденсатором.

Парогенератор предпочтительно снабжен пароперегревателем.

Эжектор может быть выполнен многоступенчатым с питанием всех ступеней от парогенератора.

Для решения этой технической задачи способ производства холода в пароэжекторной холодильной установке, предусматривающий ожижение паров хладагента в конденсаторе, дросселирование образовавшейся жидкости в дроссельном вентиле до давления кипения, подвод и кипение ее в испарителе с получением низкотемпературных паров за счет отвода тепла от охлаждаемого объекта, отсос и сжатие их в эжекторе до давления конденсации, аккумулирование, нагрев сконденсированной жидкости и ее кипение в парогенераторе за счет подвода к нему тепла с получением высокотемпературного пароэнергоносителя, в котором жидкость после конденсатора разделяют на два потока, из которых в испаритель направляют один поток, а в парогенератор другой, при этом перед парогенератором часть жидкости, предназначенную для получения пароэнергоносителя, накапливают в промежуточном сосуде, заключается в том, что подачу жидкости из конденсатора в парогенератор осуществляют периодически в два этапа, на первом из которых охлаждают промежуточный сосуд до температуры ниже, чем температура конденсатора, и заполняют его жидкостью из конденсатора под действием возникшего перепада давлений за счет принудительного открытия автоматического клапана или самопроизвольного открытия обратного клапана, расположенного на линии между сосудом и конденсатором; а на втором этапе нагревают весь или часть промежуточного сосуда до температуры, превышающей температуру парогенератора, и вытесняют жидкость из промежуточного сосуда в парогенератор под действием возникшего перепада давлений с самопроизвольным/принудительным закрытием обратного/автоматического клапана на линии между сосудом и конденсатором и самопроизвольным/принудительным открытием обратного/автоматического клапана на линии между сосудом и парогенератором.

В качестве промежуточного сосуда предпочтительно применяют несколько закрытых емкостей, способных к накапливанию жидкости, соединенных друг с другом трубопроводами.

Сосуд предпочтительно нагревают за счет перемещения всего промежуточного сосуда или его части в нагреваемую зону парогенератора, а охлаждают за счет перемещения всего промежуточного сосуда или его подвергаемой нагреву части в охлаждаемую естественной или принудительной вентиляцией зону, при этом трубопроводы, соединяющие промежуточный сосуд с парогенератором и конденсатором, выполняют обратимо деформирующимися.

Сосуд перемещают при помощи механизма, имеющего по триггерному принципу два устойчивых состояния, переходящих из одного в другое при изменении веса промежуточного сосуда, а именно: механизм помещает сосуд или его часть в нагреваемую зону при увеличении его веса выше определенного порога и перемещает сосуд или его часть обратно из нагреваемой зоны при уменьшении его веса ниже другого также определенного порога.

Механизм предпочтительно срабатывает за счет изменения массы промежуточного сосуда.

Использование заявленного изобретения позволит обеспечить регулярный возврат жидкости из конденсатора в работающий парогенератор только за счет периодических дозированных затрат тепловой энергии, то есть без применения механического насоса с движущимися специальным приводом частями. При этом обеспечивается непрерывная работа установки, ее низкая материалоемкость и высокая герметичность.

Применение пружинного механического переключателя, срабатывающего от изменения массы промежуточного сосуда, позволит обеспечить автоматическую работу устройства исключительно за счет энергии теплового поля независимо от других источников энергии.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема пароэжекторной холодильной установки с механическим переключателем в положении, обеспечивающем охлаждение промежуточного сосуда, а на фиг.2 показана схема пароэжекторной холодильной установки с механическим переключателем в положении, обеспечивающем нагрев промежуточного сосуда.

Установка содержит котел 1 парогенератора, испаритель 2 парогенератора и пароперегреватель 3, расположенные в нагревателе 4, эжектор 5, сосуд 6 холодильника, испаритель 7 холодильника, расположенный в охлаждаемом устройстве 8, конденсатор 9, промежуточные сосуды 10 и 11, механический переключатель 12, гибкие трубопроводы 13, обратные клапаны 14 и 15, дроссельный вентиль 16.

Работа установки осуществлена следующим образом. Жидкость, находящаяся в котле 1 парогенератора, поступает в испаритель 2 парогенератора, в котором под действием теплоты нагревателя 4 вскипает. Образовавшаяся парожидкостная смесь возвращается в котел 1, в котором разделяется на жидкость и пар. Пар из котла 1 через пароперегреватель 3 поступает в рабочее сопло эжектора 5. В пароперегревателе 3 под действием тепла, поступающего из нагревателя 4, пар нагревается и расширяется, в результате чего возрастает объемный расход пара, поступающего в эжектор 5. Выходящий из диффузора эжектора пар поступает в конденсатор 9, в котором охлаждается и конденсируется за счет теплоотдачи в окружающую среду или путем передачи теплоты омывающему конденсатор теплоносителю.

Часть сконденсированной жидкости из конденсатора 9 под действием перепада давлений через дроссельный вентиль 16 поступает в испаритель 7 холодильника, в котором вскипает и охлаждается, отбирая теплоту от охлаждаемого устройства 8. Из испарителя 7 парожидкостная смесь поступает в сосуд 6 холодильника, в котором разделяется на пар и жидкость. Жидкость из сосуда 6 возвращается в испаритель 7, а пар откачивается в приемную емкость эжектора 5, в которой сжимается потоком пара из парогенератора до давления конденсации и подается вместе с ним в конденсатор 9. Эжектор 5 обеспечивает низкое давление, необходимое для работы испарителя 7 холодильника.

Остальная жидкость из конденсатора 9 под действием перепада давлений, обусловленного более низкой температурой пара в промежуточных сосудах 10 и 11, поступает через обратный клапан 14 в сосуд 11, находящийся в положении, изображенном на фиг.1, а из него в сосуд 10, постепенно их заполняя. Низкая температура промежуточных сосудов 10 и 11 обеспечивается их естественным охлаждением за счет теплоотдачи в окружающую среду. Обратный клапан 15 препятствует поступлению горячей жидкости из котла 1 парогенератора в промежуточный сосуд 10.

При заполнении сосуда 10 жидкостью его вес возрастает до тех пор, пока под действием возросшей массы промежуточного сосуда 10 не сработает пружинный механический переключатель 12, перемещающий промежуточный сосуд 11 в нагреватель 4, как изображено на фиг.2. Под действием поступающей из нагревателя 4 теплоты жидкость в сосуде 11 вскипает, повышая давление внутри промежуточных сосудов 11 и 10 до тех пор, пока не откроется обратный клапан 15, через который жидкость начнет вытесняться из промежуточного сосуда 10 в котел парогенератора 1. Обратный клапан 14 при этом закроется. Жидкость из промежуточного сосуда 10 будет вытесняться до тех пор, пока под действием уменьшившейся массы сосуда не сработает пружинный переключатель 12, перемещающий промежуточный сосуд 11 из нагревателя 4 в положение, изображенное на фиг.1.

Поступление тепла в промежуточный сосуд 11 прекратится, в результате чего начнется охлаждение сосудов 10 и 11 и снижение в них давления. Первоначально автоматически закроется обратный клапан 15, а затем после охлаждения сосудов 10 и 11 до температуры ниже, чем температура конденсатора, откроется обратный клапан 14 и процесс заполнения промежуточных сосудов 10 и 11 начнется вновь. Процесс охлаждения промежуточных сосудов 10 и 11 может быть ускорен, если вместо обратного клапана 14 применить автоматический клапан. При принудительном открытии данного клапана пары высокого давления из промежуточных сосудов 10 и 11 начнут поступать обратным ходом в конденсатор, в котором будут охлаждаться и конденсироваться. При снижении давления паров в промежуточных сосудах 10 и 11 находящаяся в них горячая жидкость вскипает и интенсивно охлаждается. После выравнивания давлений пара между конденсатором 9 и промежуточными сосудами 10 и 11 процесс поступления жидкости из конденсатора в промежуточные сосуды возобновляется из-за продолжающегося снижения температуры промежуточных сосудов.

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к холодильным установкам и тепловым насосам, и может быть использовано для охлаждения или нагрева помещений и рабочих сред. Пароэжекторная холодильная установка содержит конденсатор, связанный одним жидкостным трубопроводом через дроссельный вентиль с испарителем, а другим жидкостным трубопроводом через промежуточный сосуд с парогенератором. Последний подсоединен паровым трубопроводом к рабочему соплу эжектора, приемная камера которого связана паровым трубопроводом с испарителем, а диффузор соединен паровым трубопроводом с конденсатором. Установка также содержит клапаны, расположенные на жидкостных трубопроводах, соединяющих промежуточный сосуд с конденсатором и парогенератором. Установка снабжена устройством периодического нагрева промежуточного сосуда или его части до температуры, превышающей температуру парогенератора, и периодического охлаждения промежуточного сосуда до температуры, не превышающей температуру конденсатора. Технический результат заключается в повышении надежности и снижении материалоемкости установки. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пароэжекторная холодильная установка, содержащая конденсатор, связанный одним жидкостным трубопроводом через дроссельный вентиль с испарителем, а другим жидкостным трубопроводом через промежуточный сосуд с парогенератором, подсоединенным паровым трубопроводом к рабочему соплу эжектора, приемная камера которого связана паровым трубопроводом с испарителем, а диффузор соединен паровым трубопроводом с конденсатором, а также клапаны, расположенные на жидкостных трубопроводах, соединяющих промежуточный сосуд с конденсатором и парогенератором, отличающаяся тем, что установка снабжена устройством периодического нагрева промежуточного сосуда или его части до температуры, превышающей температуру парогенератора, и периодического охлаждения промежуточного сосуда до температуры, не превышающей температуру конденсатора.2. Пароэжекторная холодильная установка по п.1, отличающаяся тем, что промежуточный сосуд состоит из нескольких пространственно разделенных секций, соединенных между собой трубопроводами.3. Пароэжекторная холодильная установка по п.2, отличающаяся тем, что устройство периодического нагрева промежуточного сосуда до температуры, превышающей температуру парогенератора, выполнено с возможностью нагрева первой по ходу движения жидкости из конденсатора в парогенератор секции промежуточного сосуда.4. Пароэжекторная холодильная установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве клапанов, расположенных на жидкостных трубопроводах, соединяющих промежуточный сосуд с конденсатором и парогенератором, применены автоматические или обратные клапаны, препятствующие движению жидкости из парогенератора в промежуточный сосуд и из промежуточного сосуда в испаритель.5. Пароэжекторная холодильная установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве устройства периодического нагрева промежуточного сосуда или его части применено электронагревательное устройство.6. Пароэжекторная холодильная установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве устройства периодического нагрева промежуточного сосуда или его части применен механический переключатель, имеющий по принципу триггера два устойчивых состояния, перемещающий промежуточный сосуд или его часть в нагреваемую зону парогенератора и обратно, при этом жидкостные трубопроводы, соединяющие сосуд или его перемещаемую часть с другими аппаратами, выполнены обратимо-деформирующимися.7. Пароэжекторная холодильная установка по п.6, отличающаяся тем, что механический переключатель выполнен в форме пружинного механизма, переключающегося из одного состояния в другое при изменении массы промежуточного сосуда.8. Пароэжекторная холодильная установка по п.1, отличающаяся тем, что для периодического охлаждения промежуточного сосуда до температуры, не превышающей температуру конденсатора, применен вентиляционный канал.9. Пароэжекторная холодильная установка по п.1, отличающаяся тем, что для периодического охлаждения промежуточного сосуда до температуры, не превышающей температуру конденсатора, применен автоматический клапан, расположенный на жидкостном трубопроводе, соединяющем промежуточный сосуд с конденсатором.10. Пароэжекторная холодильная установка по п.1, отличающаяся тем, что парогенератор снабжен пароперегревателем.11. Пароэжекторная холодильная установка по п.1, отличающаяся тем, что эжектор выполнен многоступенчатым с питанием всех ступеней от парогенератора.12. Способ производства холода в пароэжекторной холодильной установке, предусматривающий сжижение паров хладагента в конденсаторе, дросселирование образовавшейся жидкости в дроссельном вентиле до давления кипения, подвод и кипение ее в испарителе с получением низкотемпературных паров за счет отвода тепла от охлаждаемого объекта, отсос и сжатие их в эжекторе до давления конденсации, аккумулирование, нагрев сконденсированной жидкости и ее кипение в парогенераторе за счет подвода к нему тепла с получением высокотемпературного пароэнергоносителя, в котором жидкость после конденсатора разделяют на два потока, из которых в испаритель направляют один поток, а в парогенератор другой, при этом перед парогенератором часть жидкости, предназначенную для получения пароэнергоносителя, накапливают в промежуточном сосуде, отличающийся тем, что подачу жидкости из конденсатора в парогенератор осуществляют периодически в два этапа, на первом из которых охлаждают промежуточный сосуд до температуры ниже, чем температура конденсатора, и заполняют его жидкостью из конденсатора под действием возникшего перепада давлений за счет принудительного открытия автоматического клапана или самопроизвольного открытия обратного клапана, расположенного на линии между сосудом и конденсатором; а на втором этапе нагревают весь или часть промежуточного сосуда до температуры, превышающей температуру парогенератора, и вытесняют жидкость из промежуточного сосуда в парогенератор под действием возникшего перепада давлений с самопроизвольным/принудительным закрытием обратного/автоматического клапана на линии между сосудом и конденсатором и самопроизвольным/принудительным открытием обратного/автоматического клапана на линии между сосудом и парогенератором.13. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве промежуточного сосуда применяют несколько закрытых емкостей, способных к накапливанию жидкости, соединенных друг с другом трубопроводами.14. Способ по п.12, отличающийся тем, что сосуд нагревают за счет перемещения всего промежуточного сосуда или его части в нагреваемую зону парогенератора, а охлаждают за счет перемещения всего промежуточного сосуда или его подвергаемой нагреву части в охлаждаемую естественной или принудительной вентиляцией зону, при этом трубопроводы, соединяющие промежуточный сосуд с парогенератором и конденсатором, выполняют обратимо-деформирующимися.15. Способ по п.14, отличающийся тем, что сосуд перемещают при помощи механизма, имеющего по триггерному принципу два устойчивых состояния, переходящих из одного в другое при изменении веса промежуточного сосуда, а именно механизм помещает сосуд или его часть в нагреваемую зону при увеличении его веса выше определенного порога и перемещает сосуд или его часть обратно из нагреваемой зоны, при уменьшении его веса ниже другого, также определенного порога.16. Способ по п.15, отличающийся тем, что механизм срабатывает за счет изменения массы промежуточного сосуда.