ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2011 года по МПК F25B49/02 F25B41/00 

Данное изобретение касается холодильной установки с холодильным контуром, который заключает в себе несколько испарительных участков и распределитель, осуществляющий распределение хладагента по испарительным участками и имеющий для каждого испарительного участка управляемый клапан.

Холодильная установка такого типа известна из патентного документа DE 19547744 А1. Известная холодильная установка имеет отдельный компрессор и отдельный конденсатор, но она имеет два выполненных отдельно друг от друга испарителя. Подаваемый компрессором поток хладагента после конденсатора и перед расширительными клапанами при помощи 3/2-ходового клапана разделяется на два частичных потока, причем положение 3/2-ходового клапана управляется регулирующим устройством. Однако эта конструкция позволяет распределять поток хладагента только по двум испарительным участкам.

Из документа US 5,832,744 известна холодильная установка, в которой существует возможность снабжения нескольких испарительных участков. В этой установке распределитель между впуском хладагента и несколькими выпусками хладагента имеет клапан, ниже которого по потоку расположено вращающееся турбинное колесо. Турбинное колесо предназначено для того, чтобы хладагент равномерно распределялся по всем выходам распределителя, а вместе с тем и по всем испарителям.

Хотя теоретически такой распределитель обеспечивает равномерное распределение хладагента по отдельным испарителям, даже незначительные различия в размерах, которые могут возникнуть, например, при изготовлении, приводят к тому, что хладагент распределяется по отдельным испарителям неравномерно. Кроме того, в случае таких распределителей необходимо, чтобы отдельные испарители, в сущности, имели одинаковую тепловую нагрузку и одинаковое гидравлическое сопротивление. Если это условие не выполняется, может возникнуть случай, когда один из испарителей получает слишком много хладагента, и хладагент, прежде чем он пройдет через этот испаритель, испаряется не полностью. Другой испаритель, присоединенный к тому же распределителю, может получать слишком мало хладагента, так что этот испаритель не сможет развить необходимой холодопроизводительности. Избыточная или недостаточна подача в испарители может привести к трудностям, прежде всего, если расширительным клапаном управляют температурные датчики, расположенные на испарителях или в других точках холодильной установки. При неблагоприятных обстоятельствах расширительный клапан может войти в режим собственных колебаний, что еще больше снижает мощность и эффективность холодильной установки.

В основе изобретения лежит задача, простыми средствами обеспечить соответствующий режим работы холодильной установки.

В случае холодильной установки названного типа эта задача решается благодаря тому, что распределитель имеет корпус и установленный в нем с возможностью вращения ротор, на периферии которого имеется по меньшей мере один ориентированный в радиальном направлении выступ, который в каждом случае взаимодействует с затвором одного клапана.

Когда ниже будем говорить о "холодильной установке", то этот термин следует понимать в широком смысле. Он, в частности, включает системы охлаждения, системы замораживания, кондиционеры и тепловые насосы. Термин "холодильная установка" применен лишь для упрощения. Испарительные участки могут быть расположены в различных испарителях. С целью упрощения изобретение поясняется в связи с несколькими испарителями. Несмотря на это, изобретение применимо и в том случае, если один испаритель имеет несколько испарительных участков, управляемых отдельно или группами.

Итак, распределитель для каждого испарительного участка имеет управляемый клапан, который может управляться выступом ротора, ориентированным в радиальном направлении. Благодаря этому отдельными испарительными участками можно управлять индивидуально, то есть в этом случае в каждый испаритель можно подать такое количество хладагента, которое ему необходимо. Теперь уже не нужно обращать внимание на то, чтобы все испарители имели одинаковое гидравлическое сопротивление. Второстепенное значение имеет также то, что испарители должны развивать различную холодопроизводительность. Испаритель, который должен развивать большую холодопроизводительность, соответственно получает большее количество хладагента, чем тот испаритель, от которого требуется небольшая холодопроизводительность. Необходимо лишь позаботиться о том, чтобы клапан испарителя, нуждающегося в большем количестве хладагента, при вращении ротора оставался открытым в течение более длительного времени, чем в случае испарителя, нуждающегося в меньшем количестве хладагента. Так как ротор имеет выступ, ориентированный в радиальном направлении, достаточно того, чтобы ротор был в достаточной мере стабильно подперт в радиальном направлении. Тогда все остальные опоры могут выполнить сравнительно просто, так как действующие здесь силы невелики. Радиально направленный выступ сравнительно несложен в изготовлении, его могут изготовить, например, в виде кулачка. С незначительными затратами могут обеспечить более двух испарительных участков.

Предпочтительно затворы могут перемещаться в радиальном (относительно оси вращения ротора) направлении. Благодаря этому действие радиально направленного выступа могут преобразовать непосредственно в перемещение затвора. Это упрощает конструкцию распределителя. Если затворы могут перемещаться в радиальном направлении, то места для их расположения достаточно.

Предпочтительно каждый затвор имеет возвратную пружину, отжимающую его к седлу клапана. Таким образом, без действия кулачка или радиально направленного выступа на роторе клапан остается закрытым. Только тогда, когда выступ действует на затвор, затвор против силы возвратной пружины отходит от седла клапана и, таким образом, открывает клапан.

Предпочтительно возвратная пружина подперта во вставной обойме, установленной в выпускном отверстии корпуса. С одной стороны, вставная обойма может поддерживать возвратную пружину так, что пружина способна действовать на затвор с соответствующим запирающим усилием. С другой стороны, вставная обойма также имеет одно или несколько пропускных отверстий достаточно большого размера, так что хладагент, текущий через зазор между затвором и седлом клапана, также может через обойму течь в соответствующее выпускное отверстие распределителя.

Предпочтительно вставная обойма имеет направляющее отверстие для затвора, в котором направляется стержень затвора. Итак, вставная обойма не только подпирает возвратную пружину, но и служит в качестве линейной направляющей для затвора, так что затвор относительно седла клапана может не наклоняться или наклоняться в допустимой мере. Благодаря этому достигают того, что клапан может плотно закрываться.

Вставная обойма установлена в выпускном отверстии предпочтительно с прессовой посадкой. Это делает возможным сравнительно несложное изготовление. Заранее собранную обойму с возвратной пружиной просто запрессовывают в выпускное отверстие корпуса. Возникающих при этом сил трения достаточно для удержания вставной обоймы в корпусе. Действующие на обойму силы и так сравнительно невелики. При открытом затворе они складываются из силы возвратной пружины и давления, с которым хладагент действует на затвор.

Предпочтительно между ротором и каждым затвором расположен толкатель. Толкатель образует передаточный элемент между ротором и затвором. Это позволяет при сравнительно небольшом роторе приводить в действие клапаны даже тогда, когда они расположены на большем радиусе. Благодаря этому создают возможность размещения достаточного количества клапанов. Кроме того, получают большую свободу при конструировании.

При этом толкатель предпочтительно должен иметь длину, меньшую промежутка между затвором, прилегающим к седлу клапана, и ротором вне выступа. Таким образом, при закрытом клапане между толкателем и ротором существует зазор. Благодаря этому могут обеспечить, что, если толкатель не приведен в действие радиальным выступом на роторе, клапан в любом случае остается закрытым. Размер зазора могут выбрать таким, чтобы во всем температурном диапазоне, допустимом для распределителя, обеспечивалось надежное закрывание клапанов.

Предпочтительно корпус в камере, соединяющей впускное отверстие распределителя с клапанами, имеет расположенный по периметру выступ, через который проведены толкатели. Этот выступ по периметру может иметь разрывы, поскольку обеспечено, что для каждого клапана имеется отверстие или проход, через который проведен толкатель. Благодаря камере осуществляется распределение хладагента по отдельным клапанам.

В альтернативном или дополнительном варианте может быть предусмотрено, что толкатели смонтированы в удерживающем кольце. Удерживающее кольцо для толкателей вставлено в корпус. Если его используют вместе с расположенным по периметру выступом, то благодаря этому обеспечивают, что толкатели подперты в двух местах, между которыми в направлении движения имеется промежуток. Благодаря этому обеспечено, что толкатели и затворы в течение длительного срока будут сохранять относительно друг друга заранее определенную ориентацию.

На своем конце, обращенном к соответствующему затвору, толкатели предпочтительно имеют коническую форму. Таким образом, на большей части своей длины толкатель может иметь достаточно большой диаметр, так что он способен воспринять силы давления, передающиеся выступом на роторе на соответствующий затвор. Если толкатель на своем кончике имеет сужение, то он способен достаточно далеко пройти через отверстие, на наружной стороне которого образовано седло клапана. Благодаря этому клапаны могут открываться достаточно широко, так что для хладагента могут сохранять небольшое гидравлическое сопротивление.

Предпочтительно каждый затвор имеет коническую форму. Благодаря этому простым способом могут достичь уплотнения между седлом клапана и затвором. Кроме того, затвор может немного проходить через отверстие, на наружной стороне которого образовано седло клапана, так что до него легко может дойти толкатель.

Далее изобретение описывается на основе предпочтительного примера осуществления, описание сопровождается чертежами. На чертежах показано следующее.

Фиг.1. Схематичное изображение холодильной установки с несколькими испарителями.

Фиг.2. Распределитель в аксонометрии.

Фиг.3. Вид сверху на распределитель без двигателя.

Фиг.4. Увеличенное изображение ротора с выступом.

Фиг.5. Вид клапана в разрезе.

Фиг.6. Увеличенная деталь фиг.5.

Фиг.7. Затвор во вставной обойме в аксонометрии.

На фиг.1 схематично изображена холодильная установка 1, в которой в циркуляционный контур соединены друг с другом компрессор 2, конденсатор 3, коллектор 4, распределитель 5 и испарительная установка 6 с несколькими параллельно расположенными испарителями 7а-7d. Испарительная установка 6 также может заключать в себе единственный испаритель с несколькими испарительными участками, которые должны управляться отдельно или группами. В испарительной установке 6 также могут предусмотреть несколько испарителей; по меньшей мере один из них имеет несколько испарительных участков.

Жидкий хладагент известным способом испаряется в испарителях 7а-7d, сжимается компрессором 2, превращается в жидкость в конденсаторе 3 и собирается в коллекторе 4. Распределитель 5 предназначен для распределения жидкого хладагента по отдельным испарителям 7а-7d.

На выходе каждого испарителя 7а-7d помещен температурный датчик 8а-8d. Температурный датчик 8а-8d определяет температуру хладагента, выходящего из испарителя 7а-7d. Эти температурные данные передаются в управляющее устройство 9, которое управляет распределителем 5 в зависимости от температурных сигналов датчиков 8а-8d.

На фиг.2-7 изображен (частично схематично) распределитель 5. Распределитель 5 имеет приводной двигатель 10, например, выполненный в виде шагового двигателя. Приводной двигатель 10 установлен на корпусе 11, имеющем вход (на фиг.2 вход не виден) и несколько выходов 12. В двигатель 10 может быть интегрировано управляющее устройство 9. Однако управляющее устройство 9 могут установить также отдельно от двигателя 10, а в двигатель 10 только подавать сигналы от управляющего устройства 9.

На фиг.3 распределитель 5 показан сверху, причем здесь двигатель 10 удален, так что видны внутренние детали распределителя. Как видно из фиг.2, одновременно двигатель 10 служит в качестве крышки для корпуса. Между двигателем 10 и корпусом 11 установлено уплотнение 13, предотвращающее утечку хладагента из корпуса 11.

Двигатель 10 приводит в движение ротор 14, установленный в корпусе 11. Ротор 14 имеет радиальный выступ 15, имеющий форму кулачка с двумя скошенными боковыми сторонами 16, 17. Если ротор 14 вращается, то выступ 15 действует на соответствующий толкатель 18, отклоняя его в радиальном направлении наружу. Толкатели 18 смонтированы в удерживающем кольце 19. Как следует из фиг.5, корпус 11 имеет выступ 20, выдающийся в камеру 21 распределителя. Толкатели 18 дополнительно удерживаются в выступе 20.

Камера 21 распределителя соединяет вход с клапанами 22, для каждого выхода 12 предусмотрен один из этих клапанов. Таким образом, выступом 15 на роторе 14 может быть открыт один из шести клапанов 22. Продолжительность открытого состояния определяет количество хладагента, которое может вытекать через соответствующий клапан и, таким образом, через соответствующий выход 12.

Клапаны 22 сконструированы аналогично друг другу. Каждый клапан 22 имеет затвор 23, взаимодействующий с седлом 24 клапана. Затвор 23 имеет конусную головку 25, проведенную через стенку 26 корпуса, на наружной стороне которой (если смотреть в радиальном направлении) выполнено седло 24 клапана.

Затвор 23 со своей головкой 25 под действием силы возвратной пружины 27 отжимается к седлу 24 клапана. Пружина 27 действует на наружную сторону (если смотреть в радиальном направлении) головки 25. Оттуда в радиальном направлении наружу простирается стержень 28 затвора 23. Стержень 28 имеет меньший радиус, чем головка 25, поэтому для возвратной пружины 27 имеется достаточная поверхность соприкосновения.

Своим другим концом возвратная пружина 27 опирается на вставную обойму 29, впрессованную в выпускное отверстие 30. Итак, вставная обойма 29 установлена в корпусе 11 с прессовой посадкой. Как видно из фиг.7, вставная обойма 29 имеет несколько ножек 31, при помощи которых она удерживается в корпусе 11. Между ножками имеются промежутки, через которые при открытом клапане 22, то есть когда затвор 23 отведен от седла 24 клапана, хладагент может течь в соответствующий выход 12.

Вставная обойма 29 имеет направляющее отверстие 34, она направляет стержень 28 затвора 23 так, что затвор 23 в достаточной мере предохранен от наклона. Благодаря этому предотвращается перекашивание затвора 23 относительно седла 24 клапана, поскольку это перекашивание превышает определенную величину.

Длина толкателей 18 меньше промежутка между затвором 23 и ротором 14 на участках вне радиального выступа 15. Таким образом, всегда возникает определенный зазор между ротором 14 и толкателем 18, взаимодействующим с закрытым клапаном, или между толкателем 18 и затвором 23. Благодаря этому простым способом можно обеспечить, что тогда, когда выступ 15 на роторе 14 как раз не должен намеренно открывать соответствующий клапан 22, клапан закрыт.

На своем конце, взаимодействующем с затвором 23, толкатель 18 имеет коническую форму 32. Благодаря этому, с одной стороны, можно обеспечить, что толкатель 18 имеет достаточное поперечное сечение для восприятия без деформации сил нажима, производимых выступом 15. С другой стороны, на участке, на котором толкатель взаимодействует с затвором 23, он достаточно тонок для того, чтобы пройти через отверстие 33 в стенке 26 корпуса, на радиальной наружной стороне которого установлено седло 24 клапана. Так обеспечивают, что даже тогда, когда толкатель 18 со своей конической формой 32 входит в отверстие 33, благодаря соответствующему клапану 22 для потока хладагента имеется достаточное поперечное сечение.

Изобретение относится к холодильной установке с холодильным контуром, содержащим несколько испарительных участков и распределитель (5), осуществляющий распределение хладагента по испарительным участками и имеющий для каждого испарительного участка управляемый клапан (14). Целью изобретения является обеспечение процесса управления холодильной установкой простыми методами. Для этого распределитель (5) имеет корпус (11) и установленный с возможностью вращения в корпусе (11) ротор, на периферии которого имеется только один ориентированный в радиальном направлении выступ (15), выполненный с возможностью взаимодействия с затвором клапана. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Холодильная установка с холодильным контуром, содержащим несколько испарительных участков и распределитель, осуществляющий распределение хладагента по испарительным участками и имеющий для каждого испарительного участка управляемый клапан, отличающаяся тем, что распределитель (5) имеет корпус (11) и установленный с возможностью вращения в корпусе (11) ротор (14), на периферии которого имеется один ориентированный в радиальном направлении выступ (15), выполненный с возможностью взаимодействия с одним затвором (23) одного клапана (22).

2. Холодильная установка по п.1, отличающаяся тем, что затворы (23) выполнены с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно оси вращения ротора (14).

3. Холодильная установка по п.2, отличающаяся тем, что каждый затвор (23) имеет возвратную пружину (27), отжимающую затвор (23) по направлению к седлу (24) клапана.

4. Холодильная установка по п.3, отличающаяся тем, что возвратная пружина (27) поджата во вставной обойме (29), установленной в выпускном отверстии (30) корпуса (11).

5. Холодильная установка по п.4, отличающаяся тем, что во вставной обойме (29) имеется направляющее отверстие (34) для затвора (23), в котором направляется стержень (28) затвора (23).

6. Холодильная установка по п.4, отличающаяся тем, что вставная обойма (29) установлена в выпускном отверстии (30) с прессовой посадкой.

7. Холодильная установка по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что между ротором (14) и каждым затвором (23) установлен толкатель (18).

8. Холодильная установка по п.7, отличающаяся тем, что толкатель (18) имеет длину, меньшую промежутка между затвором (23), прилегающим к седлу (24) клапана, и ротором (14) вне выступа (15).

9. Холодильная установка по п.7, отличающаяся тем, что корпус (11) в камере (21), соединяющей впускное отверстие распределителя с клапанами (22), имеет расположенный по периметру выступ (20), через который проходят толкатели (18).

10. Холодильная установка по п.7, отличающаяся тем, что толкатели (18) установлены в удерживающем кольце (19).

11. Холодильная установка по любому из пп.8-10, отличающаяся тем, что толкатели (18) на своем конце, обращенном к соответствующему затвору (23), имеют коническую форму (32).

12. Холодильная установка по любому из пп.1-6 или 8-10, отличающаяся тем, что каждый затвор (23) имеет коническую форму.