РЕГУЛИРОВАНИЕ РАСХОДА ХЛАДАГЕНТА Российский патент 2011 года по МПК F25B41/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе охлаждения или нагрева, включающей по меньшей мере компрессор, конденсатор, регулирующее устройство и испаритель. Изобретение также относится к способу управления системой охлаждения или нагрева.

Уровень техники

Известны различные системы для регулирования и управления охлаждением и нагревом. Кроме того, для оптимизации теплопередачи в испарителях и конденсаторах используют различные решения. Однако такие системы зачастую сложны, имеют большие габариты и потому неоправданно дороги. Размер систем и их сложность также подразумевают, что скорость управления такими системами и их эффективность ниже, чем ожидалось. Далее кратко описаны некоторые из известных систем, для которых характерны вышеупомянутые недостатки. В патенте США 5333469 описана система, которая управляет вентилями управления давлением в вентиляторах конденсатора с помощью датчика, обнаруживающего пузырьки, который связан с электрическим регулятором и компрессорами. В качестве регулирующего вентиля использован вентиль для регулирования расхода.

В патенте США 5341649 описана система, которая управляет вентиляторами конденсатора с помощью датчика, обнаруживающего пузырьки, который связан с электрическим регулятором и компрессорами В качестве регулирующего вентиля использован стандартный терморегулирующий вентиль.

В данной области техники известен ряд систем, которые благодаря использованию датчика, обнаруживающего пузырьки, который связан с усилителем, позволяют вести наблюдение с помощью контрольно-измерительной аппаратуры. См., например, патенты США 4138879, США 5072595, США 5974863 и США 3974681.

Заявка 2004/0255613 А1 на патент США описывает струйный насос, распылительной форсункой которого управляет датчик давления, которым в свою очередь управляет датчик, установленный за компрессором. Расход в системе управляют с помощью датчика давления.

Также заявка 2004/0211199 А1 на патент США описывает управление струйным насосом путем управления давлением.

В заявке 2004/0040340 А1 на патент США описано, как управляют регулирующим клапаном в струйном насосе путем регулирования перепада давления между конденсатором и стороной испарения. Недостаток известных систем состоит в том, что в них количество охладителя в конденсаторе и испарителе не оптимизировано, что не позволяет эффективно использовать энергию.

Таким образом, существует потребность в создании системы, в которой указанные недостатки преодолены без излишних затрат и сужения возможностей.

Сущность изобретения

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть недостатки известных решений, суть которых в том, что в конденсате имеется газ, который расширяется вместо конденсата и при прохождении через регулирующее устройство вызывает нежелательные потери энергии, после чего поглощает тепло.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы решить проблему управления расходом жидкости, поступающей из конденсатора или теплообменника так, чтобы неконденсированный газ не достигал регулирующего устройства. Упомянутые цели достигнуты благодаря созданию системы охлаждения и нагрева, в целом отличающейся тем, что к выходу конденсатора или вблизи него или к трубопроводу жидкого конденсата хладагента, расположенному за конденсатором, но перед регулирующим устройством присоединено обнаруживающее электронное устройство для обнаружения газовых пузырьков хладагента, выполненное с возможностью выработки сигнала при обнаружении пузырьков в жидком конденсате хладагента и подачи его в регулирующее устройство, чтобы прекратить подачу хладагента или уменьшить его расход. Таким образом определяют степень открытия регулирующего устройства, при котором конденсат хладагента, поступающий на регулирующее устройство, содержит небольшое количество газовых пузырьков или не содержит их вовсе.

Изобретение также относится к способу управления системой охлаждения или нагрева, включающему обнаружение возникновения газовых пузырьков хладагента на выходе конденсатора, вблизи него или в трубопроводе для жидкого конденсата хладагента, расположенном за конденсатором, но перед регулирующим устройством; и при обнаружении газовых пузырьков посылку сигнала в регулирующее устройство для прекращения подачи хладагента или уменьшения его расхода для достижения такой степени открытия регулирующего устройства, при котором конденсат хладагента, поступающий на регулирующее устройство, содержал бы небольшое количество газовых пузырьков или не содержал их вовсе.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение описано на примере, не ограничивающем его объема, и проиллюстрировано приложенными чертежами, на которых:

фиг.1 и фиг.2 показывают систему управления согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения в двух различных положениях, а

фиг.3 показывает предлагаемую систему управления с обнаруживающим электронным устройством для обнаружения пузырьков и сигнальным кабелем, подключенным к регулирующему устройству с электрическим регулятором для регулирования расхода хладагента, которое присоединено к системе охлаждения или нагрева, работающей на основе конденсации испаряющегося хладагента.

Подробное описание изобретения

На фиг.3 показана система для нагревающих, охлаждающих или замораживающих систем. Система содержит трубопроводы, хладагент, компрессор 1, конденсатор 2, регулирующее устройство 7 с электрическим регулятором, испаритель 9, полость 10 для накопления жидкости, струйный насос 8, переохладитель жидкости или экономайзер 5 и обнаруживающее электронное устройство 4 для обнаружения пузырьков, предназначенное для подачи управляющего сигнала по меньшей мере через один кабель в регулирующее устройство 7. Показанные на фиг.3 смотровое стекло 3 и смотровое стекло 6 обеспечивают наблюдение за результатами регулирования, осуществленного регулирующей системой, причем смотровое стекло 3, расположенное перед устройством 4, показывает присутствие пузырьков в конденсате хладагента, а смотровое стекло 6 показывает, что за устройством 4 и переохладителем 5 находится чистая жидкость, и газовые пузырьки в конденсате хладагента отсутствуют.

В качестве переохладителя конденсата, расположенного перед устройством 4 или за ним, использован теплообменник 5. Этот переохладитель выполнен с возможностью рекуперирации тепла конденсата и обеспечивает повышенный холодильный коэффициент. В качестве полости для накопления жидкости может быть использован сборный трубопровод или сборная полость в испарителе. Кроме того, вместо теплообменника 5 может быть использован контур переохлаждения, размещенный в теплообменнике конденсатора.

При открытии устройства 7 конденсированный хладагент протекает через струйный насос 8 на сторону низкого давления системы, где рабочее тело расширяется. К всасывающему патрубку струйного насоса 8 подведен трубопровод с жидким хладагентом, поступающим из резервуара 10.

Когда конденсат хладагента под высоким давлением проходит через устройство 7, из-за снижения давления происходит некоторая газификация жидкого хладагента, после чего газожидкостная смесь, которая с высокой скоростью прошла через сопло струйного насоса в устройстве 7, смешивается с жидкостью, поступившей из полости 10 через всасывающий патрубок устройства 8. После этого смесь, которая теперь включает упомянутую газожидкостную смесь и жидкость из полости 10, протекает дальше в испаритель 9, в котором происходит приток тепла к хладагенту в охладителе, замораживателе или в системе нагрева. Добавление тепла к хладагенту в испарителе 9 обычно происходит через воздух или жидкость, вследствие чего жидкий хладагент поглощает теплоту и испаряется. Газожидкостную смесь затем подают в полость 10, где жидкость в основном отделена от газа.

Жидкость, которая не испарилась, возвращают из полости 10 в испаритель через струйный насос 8. Газ, который в основном отделен от жидкости в полости для накопления жидкости, возвращают непосредственно или через переохладитель 5 в компрессор 1, который сжимает газообразный хладагент, который затем охлаждают в конденсаторе 2, где происходит конденсация хладагента. Устройство 4 может быть также расположено за переохладителем 5, но перед устройством 7.

Если при проходе через конденсатор 2 или теплообменник 5 конденсирован не весь газ, то теплоотдача не достаточна для полной конденсации всего хладагента, и в этом случае за конденсатором 2 или теплообменником 5 в конденсате хладагента остаются газовые пузырьки.

Устройство 4 обнаруживает присутствие газовых пузырьков и подает устройству 7 сигнал на закрытие устройства 7 или уменьшение расхода через него по причине слишком большого количества газовых пузырьков, а затем устройство 4 подает устройству 7 сигнал на открытие, когда обнаружены чистая жидкость или уменьшенное количество газовых пузырьков.

На фиг.1 и 2 показаны устройства 4 и 7 согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.

Обнаружение газовых пузырьков может быть выполнено при использовании любой технологии обнаружения газовых пузырьков в хладагенте, например при использовании датчика, описанного в указанном выше документе. Система согласно настоящему изобретению обеспечивает эффективное управление хладагентом.

Таким образом, согласно изобретению газовые пузырьки в потоке хладагента из конденсатора 2 или теплообменника 5 обнаруживаются устройством 4, которое анализирует сигнал датчика пузырьков и производит его преобразование в необходимый сигнал управления устройством 7, в соответствии с чем получают требуемый расход.

В качестве регулирующего устройства с электрическим регулятором может также быть использован терморегулирующий вентиль, степенью открытия которого управляет электрический нагреватель или сопло в струйном насосе с электрическим регулятором. Изобретение может быть выполнено с функцией струйного насоса с арматурой 7 и 8, что не меняет цели настоящего изобретения. Изобретение также может быть объединено с электрическим циркуляционным насосом для циркуляции хладагента и с другим дополнительным оборудованием для струйного насоса, что не меняет цели изобретения.

Кроме того, система может быть снабжена таймером. Когда обнаруживающее устройство для обнаружения газовых пузырьков обнаруживает пузырьки, степень открытия регулирующего устройства уменьшается, что приводит к выключению обнаруживающего устройства для обнаружения пузырьков. По истечении заданного времени после обнаружения пузырьков степень открытия регулирующего устройства может быть увеличена при возобновлении работы устройства для обнаружения пузырьков. Если количество газовых пузырьков все еще слишком велико, степень открытия регулирующего устройства снова уменьшают. Время, заданное таймером, также может зависеть от количества газовых пузырьков, обнаруженных обнаруживающим устройством.

Изобретение позволяет рекуперировать тепло переохлаждения, не уменьшая производительности конденсатора.

В соответствии с изобретением регулирование расхода жидкости может осуществляться с помощью управляющих вентилей известных конструкций, например электронных регулирующих вентилей. Расходом жидкости в системах охлаждения или нагрева можно управлять с помощью электронного регулирующего вентиля, который интегрирован в конструкцию струйного насоса.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения расходом жидкости в системах охлаждения или нагрева можно управлять посредством регулирующего устройства с электрическим регулятором на основании управляющего сигнала от обнаруживающего электронного устройства для обнаружения пузырьков, предпочтительно присоединенного к трубопроводу для подачи жидкости либо между конденсатором и регулирующим устройством с электрическим регулятором, либо перед выходом хладагента из конденсатора.

Согласно одному из вариантов реализации изобретения расходом жидкости можно управлять с помощью системы управления, содержащей электронное устройство для обнаружения пузырьков, снабженное оборудованием для выработки управляющего сигнала для подачи на регулирующий вентиль с электрическим регулятором, предназначенный для управления работой и расходом струйного насоса.

Благодаря изобретению хладагент может поступать на поверхности испарения без необходимости перегревать всасываемый газ для управления расходом. Изобретение может быть применено в системах охлаждения и нагрева с испарением и конденсацией хладагента в качестве рабочей среды. Средства управления в предлагаемой системе регулирования расхода могут быть применены к системам охлаждения всех типов, например системам кондиционирования воздуха, тепловым насосам, к процессам и оборудованию систем охлаждения и систем замораживания, в которых использованы поршневые компрессоры, винтовые компрессоры, компрессоры спирального типа, центробежные компрессоры, ротационные компрессоры или компрессоры другого типа, и к хладагентам всех типов для теплообмена путем испарения/конденсации.

Разумеется, изобретение не ограничено вариантами реализации, описанными выше и проиллюстрированными в приложенных чертежах. Могут быть выполнены различные модификации, в частности касающиеся характера различных частей или с использованием сопоставимых технологий, но без отступления от защищенного объема настоящего изобретения, выраженного в приложенной формуле изобретения.

Позиции:

1. Компрессор

2. Конденсатор

3. Смотровое стекло для наблюдения

4. Электронное устройство для обнаружения пузырьков

5. Теплообменник переохладителя жидкости

6. Смотровое стекло для наблюдения

7. Регулирующее устройство с электрическим регулятором

8. Струйный насос

9. Испаритель

10. Полость для накопления жидкости

Настоящее изобретение относится к оборудованию для охлаждения или нагрева, включающему по меньшей мере компрессор (1), конденсатор (2), регулирующее устройство (7), испаритель (9) и полость (10) для накопления жидкости. Изобретение отличается системой управления, включающей электронное устройство (4) для обнаружения пузырьков, предназначенное для обнаружения пузырьков в конденсате хладагента. Устройство (4) для обнаружения пузырьков присоединено у выхода конденсатора (2) или его выходной линии и электрически подключено к регулирующему устройству (7), которым управляют электрическим способом. Устройство (4) для обнаружения пузырьков подает сигналы на регулирующее устройство (7). Газовые пузырьки в жидком конденсате воздействуют на систему управления так, что когда количество обнаруженных пузырьков, а значит и сигнал, проанализированный устройством (4) для обнаружения пузырьков, превышает заданное значение, соответствующее допустимому количеству пузырьков в конденсате, этот сигнал подают в электрический регулятор (7) регулирующего устройства для прекращения подачи хладагента или уменьшения его расхода. Техническим результатом является обеспечение управления расходом жидкости, поступающей из конденсатора или теплообменника, чтобы неконденсированный газ не достигал регулирующего устройства. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система охлаждения или нагрева, включающая по меньшей мере компрессор, конденсатор, регулирующее устройство и испаритель, отличающаяся тем, что к выходу конденсатора или вблизи него или к трубопроводу жидкого конденсата хладагента, расположенному за конденсатором, но перед регулирующим устройством, присоединено обнаруживающее электронное устройство для обнаружения газовых пузырьков хладагента, выполненное с возможностью выработки сигнала при обнаружении пузырьков в жидком конденсате хладагента и подачи его в регулирующее устройство для прекращения подачи хладагента или уменьшения его расхода, причем полученная в результате степень открытия регулирующего устройства такова, что конденсат хладагента, поступающий на регулирующее устройство, содержит небольшое количество газовых пузырьков или не содержит их вовсе.

2. Система охлаждения или нагрева по п.1, в которой электронное устройство для обнаружения пузырьков выполнено с возможностью при отсутствии пузырьков в жидкости конденсата хладагента выработки сигнала управления и подачи его в регулирующее устройство для начала подачи хладагента или увеличения его расхода.

3. Система охлаждения или нагрева по п.1 или 2, отличающаяся тем, что регулирующее устройство оборудовано электрическим регулятором, а обнаруживающее электронное устройство для обнаружения пузырьков выполнено с возможностью обнаружения пузырьков, выработки электрического сигнала и подачи его в электрический регулятор регулирующего устройства, чтобы эффективно регулировать степень открытия регулирующего устройства, задающую расход хладагента.

4. Система охлаждения или нагрева по п.3, отличающаяся тем, что электрический регулятор регулирующего устройства присоединен к электрической схеме для питания его электроэнергией и для того, чтобы принимать сигналы от обнаруживающего электронного устройства для обнаружения пузырьков.

5. Система охлаждения или нагрева по п.4, отличающаяся тем, что электронное устройство обнаружения пузырьков присоединено к электрической схеме для питания его электроэнергией и для генерирования и направления необходимого сигнала в электрическое управление регулирующего устройства.

6. Система охлаждения или нагрева по любому из пп.4 и 5, отличающаяся тем, что обнаруживающее электронное устройство для обнаружения пузырьков обеспечено оборудованием, выполненным с возможностью управления сигналами, направляемыми в электрический регулятор регулирующего устройства.

7. Система охлаждения или нагрева по любому из пп.4 и 5, отличающаяся тем, что регулирующее устройство с электрическим регулятором содержит устройство для управления расходом, присоединенное к струйносу насосу.

8. Система охлаждения или нагрева по п.7, отличающаяся тем, что она снабжена таймером, выполненным с возможностью задания времени, в течение которого размеры отверстия в регулирующем устройстве должны быть уменьшены при обнаружении газовых пузырьков.

9. Система охлаждения или нагрева по пп.1, 2, 4, 5 или 8, отличающаяся тем, что обнаруживающее устройство для обнаружения пузырьков присоединено к выходу теплообменника или вблизи него или к трубопроводу жидкого конденсата хладагента, расположенному за теплообменником, но перед регулирующим устройством.

10. Способ регулирования расхода хладагента в устройстве для охлаждения или нагрева, содержащем конденсатор и регулирующее устройство, включающий обнаружение возникновения газовых пузырьков в хладагенте на выходе конденсатора или вблизи него или в трубопроводе жидкости конденсата хладагента, расположенном за конденсатором, но перед регулирующим устройством, и при обнаружении газовых пузырьков подачу сигнала на регулирующее устройство для прекращения подачи хладагента или уменьшения его расхода для достижения такой степени открытия регулирующего устройства, при котором конденсат хладагента, поступающий на регулирующее устройство, содержал бы небольшое количество газовых пузырьков или не содержал их вовсе.

11. Способ по п.10, дополнительно включающий подачу на регулирующее устройство для начала подачи хладагента или увеличения его расхода, если газовые пузырьки не обнаружены.