СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F25B9/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к системе охлаждения, включающей в себя цикл охлаждения, имеющий: контур циркуляции по которому протекает хладагент; и компрессор для сжатия хладагента, теплообменник для охлаждения хладагента, сжатого при помощи компрессора, турбодетандер для расширения хладагента, охлажденного при помощи теплообменника для генерации холода из тепла, и охлаждающий элемент для охлаждения объекта, нуждающегося в охлаждении, при помощи холода из тепла, которые располагаются на контуре циркуляции в определенном порядке.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Система охлаждения, в которой хладагент охлаждается посредством цикла охлаждения с использованием компрессора и турбодетандера для охлаждения объекта, хорошо известна. Примеры такого рода системы охлаждения включает систему охлаждения, имеющую множество компрессоров или турбодетандеров, расположенных последовательно на контуре циркуляции, в котором течет хладагент, для сжатия или расширения хладагента в течение множества стадий, таким образом, улучшая холодопроизводительность, как раскрыто в Патентном документе 1 или Патентном документе 2.

Список цитируемой литературы

Патентная литература

[0003]

Патентный документ 1: JP 2003-148824 A

Патентный документ 2: JP Hei9-329034 A

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема

[0004] Если тепловая нагрузка, обусловленная объектом для охлаждения велика, то требуется увеличить размер системы охлаждения, чтобы получить более высокую холодопроизводительность. В таком случае, применительно к складским холодильникам, размер которых, как правило, сложно увеличить, используется тип холодильников с противоточным теплообменником, использующих, например, цикл Брайтона. Например, для того, чтобы сохранить чрезвычайно низкую температуру сверхпроводящего устройства, требуется система охлаждения большого размера. В частности, для монтажа системы охлаждения большого размера требуется большое пространство для того, чтобы использовать сверхпроводящие устройства для сверхпроводящих двигателей на кораблях или сверхпроводящие кабели для питания транспорта, для прокладывания в городских районах, что может препятствовать широкому использованию такой холодильной системы.

[0005] Кроме того, так как такая система охлаждения, использующаяся для сверхпроводящих устройств, требует стабильного режима работы, то для обеспечения надежности необходим монтаж эквивалентной системы в качестве резервной для продолжения работы в случае неисправности (например, повреждения) системы охлаждения. В таком случае, возникает проблема, заключающаяся в том, что общий размер системы охлаждения может быть еще больше увеличен.

[0006] Ввиду вышеизложенных проблем, настоящее изобретение относится к системе охлаждения, способной обеспечить высокую надежность и более эффективный монтаж в ограниченном пространстве.

Решение проблемы

[0007] Для достижения выше указанной цели система охлаждения по настоящему изобретению содержит цикл охлаждения, имеющий: контур циркуляции, в котором протекает хладагент; и по меньшей мере один компрессор для сжатия хладагента, теплообменник для охлаждения хладагента, сжатого при помощи компрессора, по меньшей мере один турбодетандер для расширения хладагента, охлажденного при помощи теплообменника для генерации холода из тепла, и охлаждающий элемент для охлаждения объекта, нуждающегося в охлаждении холодом из тепла, которые располагаются на контуре циркуляции в определенном порядке,

где по меньшей мере, либо по меньшей мере один компрессор, либо по меньшей мере один турбодетандер содержит множество компрессоров или турбодетандеров, которые расположены параллельно друг другу по отношению к контуру циркуляции.

[0008] В соответствие с настоящим изобретением множество компрессоров или турбодетандеров, которые представляют собой вращающиеся машины, образующие цикл охлаждения, расположены параллельно друг к другу по отношению к контуру циркуляции, в котором протекает хладагент, в результате чего даже в случае нарушения режима работы (например, при неисправности) одной из множества вращающихся машин, другая из множества вращающихся машин может функционировать как резервная, и вследствие этого работа будет продолжена. Как правило, у вращающихся машин имеется высокий риск нарушения работы по сравнению с другими элементами системы охлаждения. В соответствии с настоящим изобретением благодаря созданию резерва, только для вращающейся машины, имеющей высокий риск нарушения работы, возможно повысить надежность, при этом не увеличивая размер всей системы.

[0009] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения каждый из множества компрессоров или каждый из множества турбодетандеров, расположенных параллельно друг к другу в контуре циркуляции, имеют конфигурацию с возможность отключения от контура циркуляции посредством переключающего клапана.

Согласно этому варианту осуществления в случае нарушения режима работы вращающейся машины, такой как компрессор или турбодетандер, открывая или закрывая переключающий клапан возможно переключиться на резервную вращающуюся машину для продолжения работы.

[0010] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один турбодетандер размещен совместно с охлаждающим элементом в по меньшей мере одной холодильной камере, изолированной от внешней среды, по меньшей мере один компрессор размещен в по меньшей мере одном компрессорном агрегате, отличающемся от по меньшей мере одной холодильной камеры, и по меньшей мере один компрессорный агрегат размещен дальше от объекта, нуждающегося в охлаждении, чем по меньшей мере одна холодильная камера.

Согласно этому варианту осуществления размещая турбодетандер для генерации холода из тепла совместно с охлаждающим элементом, в холодильной камере, изолированной от внешней среды, возможно, уменьшить тепловые потери и повысить эффективность охлаждения. С другой стороны, компрессор размещается в компрессорном агрегате, отличном от холодильной камеры, потому что температура хладагента становится относительно высокой в компрессоре. В частности, благодаря размещению компрессорного агрегата дальше от объекта, нуждающегося в охлаждении, чем холодильная камера, возможно, реализовать систему охлаждения, которая может быть установлена в ограниченном пространстве вокруг объекта, нуждающегося в охлаждении, в то же время обеспечивая холодопроизводительность.

[0011] В таком случае, по меньшей мере один компрессорный агрегат может включать множество компрессорных агрегатов, расположенных параллельно друг к другу по отношению к по меньшей мере одной холодильной камере, посредством переключающего клапана.

Согласно этому варианту осуществления компрессорный агрегат может быть выбран из большого числа компрессорных агрегатов посредством переключающего клапана. Таким образом, даже в случае нарушения режима работы компрессорного агрегата, используемого в режиме нормальной работы, переключаясь на другой компрессорный агрегат, можно продолжить работу, чтобы сохранить ее стабильность.

[0012] По меньшей мере одна холодильная камера может содержать множество холодильных камер, и по меньшей мере один компрессорный агрегат может содержать множество компрессорных агрегатов, как множество холодильных камер, так и множество компрессорных агрегатов расположены параллельно друг к другу по отношению к объекту, нуждающемуся в охлаждении.

Согласно этому варианту осуществления множество холодильных камер и множество компрессорных агрегатов предусмотрено для объекта, предназначенного для охлаждения, таким образом, можно создать систему, имеющую более высокую надежность.

[0013] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один компрессор содержит первый компрессор, второй компрессор и третий компрессор, расположенные последовательно на контуре циркуляции, первый компрессор присоединен к выходному валу первого электродвигателя одновременно со вторым компрессором, а третий компрессор присоединен к выходному валу второго электродвигателя одновременно с одним из по меньшей мере одного турбодетандера.

Согласно настоящему варианту осуществления множество компрессоров расположены последовательно на контуре циркуляции, таким образом может быть осуществлено многоступенчатое сжатие. В частности, первый компрессор присоединен к выходному валу первого электродвигателя одновременно со вторым компрессором, в результате чего структура может быть упрощена, по сравнению со случаем, когда для каждого компрессора предоставлен источник питания. Кроме того, третий компрессор присоединен к выходному валу второго электродвигателя совместно с турбодетандером, в результате чего структура может быть упрощена. Более того, при помощи такой конфигурации мощность, генерируемая посредством турбодетандера, способствует силе сжатия третьего компрессора, который может обеспечить эффективность.

Полезный эффект

[0014] В соответствии с настоящим изобретением множество компрессоров или турбодетандеров, которые представляют собой вращающиеся машины, образующие цикл охлаждения, расположены параллельно друг к другу относительно контура циркуляции, в котором протекает хладагент, в результате чего в случае нарушения режима работы (например, при неисправности) одной из множества вращающихся машин, другая из множества вращающихся машин может функционировать как резервная, и вследствие этого работа будет продолжена. В целом, вращающиеся машины имеют тенденцию к высокому риску нарушения режима работы, по сравнению с другими элементами системы охлаждения. В соответствии с настоящим изобретением путем обеспечения резерва только для вращающихся машин, имеющих высокий риск нарушения работы возможно повысить надежность, в то же время уменьшить увеличение в размерах системы в целом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0015] На фигуре 1 представлена схема, иллюстрирующая полную конструкцию системы охлаждения в соответствие с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фигуре 2 представлена таблица, показывающая пример работы переключающихся клапанов в системе охлаждения, проиллюстрированной на фигуре 1.

На фигуре 3 представлена схема, иллюстрирующая полную конструкцию системы охлаждения в соответствие с первым измененным примером.

На фигуре 4 представлена подробная схема области, ограниченной пунктирной линией на фигуре 3.

На фигуре 5 представлена схема, иллюстрирующая полную конструкцию системы охлаждения в соответствие со вторым измененным примером.

На фигуре 6 представлена схема, иллюстрирующая полную конструкцию системы охлаждения родственного технического средства.

На фигуре 7a и 7b представлена T-S диаграмма цикла Брайтона, относящаяся к системе охлаждения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0016] Варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи. Надо понимать, тем не менее, что если конкретно не определено, размеры, материалы, формы, взаимное расположение и подобные компоненты, описанные в вариантах осуществления, должны истолковываться только как иллюстрирующие, но не ограничивающие объем настоящего изобретения.

[0017] (Родственное техническое средство)

Перед описанием вариантов осуществления настоящего изобретения будет описано родственное техническое средство со ссылкой на фигуру 6 и фигуру 7. На фигуре 6 представлена схема, иллюстрирующая полную конструкцию системы охлаждения 100’ родственного технического средства. На фигурах 7a и 7b представлена T-S диаграмма цикла Брайтона, использовано в системе охлаждения 100’, где на вертикальной оси представлена температура T[K], а на горизонтальной оси представлена энтропия [кДж/кгК]. На фигуре 7b показан увеличенный вид области, ограниченной пунктирной линией на фигуре 7a.

[0018] Система охлаждения 100’ включает на циркуляционном контуре 101, по которому течет хладагент, компрессор 102 для сжатия хладагента, теплообменник 103 для охлаждения хладагента, сжатого при помощи компрессора, посредством теплообмена с охлаждающей водой, турбодетандер 104 для расширения хладагента, охлажденного посредством теплообменника, охлаждающий элемент 105, имеющий теплообменник для теплообмена между хладагентом и объектом, предназначенным для охлаждения, и регенеративный теплообменник 106 для регенерации холода из тепла хладагента, который расположен на контуре циркуляции для образования цикла Брайтона противоточного теплообменника, используя цикл охлаждения стационарного циркуляционного потока.

[0019] Объект, нуждающийся в охлаждении при помощи системы охлаждения 100’ представляет собой сверхпроводящее устройство (не показано), использующее сверхпроводник в условиях сверхнизкой температуры. Для поддержания сверхнизкой температуры жидкий азот, в качестве хладагента, может циркулировать в сверхпроводящем устройстве, и на фигуре 6 показан только контур циркуляции 150, в котором циркулирует жидкий азот. Контур циркуляции 150 имеет конфигурацию с возможностью переноса теплообмена к охлаждающему элементу 105 с потоком хладагента в контуре циркуляции 101 системы охлаждения 100’. Жидкий азот, протекающий в контуре циркуляции 150 и имеющий температуру, повышенную путем тепловой нагрузки от сверхпроводящего устройства, таким образом охлаждается путем теплообмена с хладагентом, протекающим в контуре циркуляции 101, охлажденным при помощи системы охлаждения 100’.

В качестве хладагента в контуре циркуляции 101 системы охлаждения 100’ может быть использован, например, неон. Однако, хладагент не ограничен только им, и конечно, другие типы газа могут быть использованы в качестве альтернативны, в зависимости от температуры охлаждения.

[0020] Система охлаждения 100’ имеет на контуре циркуляции 101 множество компрессоров 102a, 102b, 102c и теплообменников 103a, 103b, 103c. Теплообменники 103a, 103b, 103c предусмотрены со стороны выпуска компрессоров 102a, 102b, 102c, соответственно, и имеют конфигурацию с возможностью охлаждения посредством теплообмена с охлаждающей водой, хладагент имеющий температуру, повышенную при помощи адиабатического сжатия.

[0021] Температура хладагента, протекающего в контуре циркуляции 101, повышена при помощи адиабатического сжатия посредством компрессора 102a, предусмотренного в самой высокой точке потока (смотри участок 151 на фигуре 7b), а затем хладагент охлаждается за счет теплообмена посредством охлаждающей воды в теплообменнике 103a, предусмотренного со стороны выпуска (смотри участок 152 на фигуре 7b). После этого температура хладагента снова повышается при помощи адиабатического сжатия посредством компрессора 102b (смотри участок 153 на фигуре 7b), а затем хладагент охлаждается за счет теплообмена посредством охлаждающей воды в теплообменнике 103b, предусмотренном со стороны выпуска (смотри участок 154 на фигуре 7b). Далее, температура хладагента снова повышается при помощи адиабатического сжатия посредством компрессора 102c (смотри участок 155 на фигуре 7b), а затем хладагент охлаждается посредством теплообмена с охлаждающей водой в теплообменнике 103c, предусмотренном со стороны выпуска (смотри участок 156 на фигуре 7b).

[0022] В системе охлаждения 100’ многоступенчатое адиабатическое сжатие посредством компрессоров 102 и охлаждение посредством теплообменников 103 проводили неоднократно для повышения эффективность. То есть осуществляя многоступенчатое повторение адиабатического сжатия и охлаждения, работа сжатия в цикле Брайтона приближалась к идеальному изотермическому сжатию. Большее число ступеней делают работу сжатия приближенной к изотермическому сжатию; однако, число ступеней может быть определено с учетом выбора степени сжатия за счет увеличения ступеней, усложнения конфигурации аппарата и простоты в работе.

[0023] Хладагент, протекающий через теплообменник 103c, дополнительно охлаждается посредством регенеративного теплообменника 106 (смотри участок 157 на фигуре 7a), и подвергается адиабатическому расширению посредством турбодетандера 104 для генерации холода из тепла (смотри участок 158 на фигуре 7a).

На фигуре 6 показан пример системы охлаждения 100’, имеющей единственный турбодетандер 104; однако, система охлаждения 100’ может иметь множество турбодетандеров, расположенных последовательно на контуре циркуляции, как и компрессоров 102.

[0024] Хладагент, выходящий из турбодетандера 104, подвергается теплообмену в охлаждающем элементе 105 с жидким азотом, протекающим в контуре циркуляции внутри сверхпроводящего устройства, как объекта, нуждающегося в охлаждении, для повышения температуры выше тепловой нагрузки (смотри участок 159 на фигуре 7a).

[0025] Хладагент, имеющий температуру, повышенную посредством охлаждающего элемента 105, вводится в регенеративный теплообменник 106 и подвергается теплообмену со сжатым хладагентом, имеющим высокую температуру, текущим через теплообменник 103c для регенерации оставшегося холода из тепла. Используя холод из тепла, оставшийся в хладагенте после охлаждения объекта, нуждающегося в охлаждении, температура хладагента, предназначенного для введения в турбодетандер, может быть уменьшена, в результате чего может быть улучшена эффективность охлаждения.

[0026] Как описано выше, в системе охлаждения 100’ цикл Брайтона образуется за счет использования множества вращающихся машин, включая компрессоры 102 и турбодетандер 104.

Два компрессора 102a, 102b на стороне входа присоединены к обоим концам выходного вала 108a электродвигателя 107a, в качестве их общего источника питания, соответственно, образуя первый блок 109a, в результате чего количество составляющих может быть уменьшено, и система охлаждения может быть установлена в ограниченном пространстве. Кроме того, компрессор 102c на стороне выхода и турбодетандер 104 присоединены к обоим концам выходного вала 108b электродвигателя 107b, в качестве их общего источника питания, соответственно, образуя второй блок 109b, в результате чего количество составляющих может быть уменьшено, и система охлаждения может быть установлена в ограниченном пространстве. Кроме того, мощность, генерируемая посредством турбодетандера 104, способствует силе сжатия компрессора 102c, в результате чего повышается производительность.

[0027] Любой из компрессоров 102 или турбодетандер 104, присоединенный к одному из выходных валов 108 общих электродвигателей, может быть размещен на креплении (не показано) с образованием блока.

[0028] Система охлаждения 100', как описано выше, имеет проблему, которая заключается в необходимости увеличения размера, если тепловая нагрузка в качестве объекта, нуждающегося в охлаждении, велика, и, следовательно, требует обширного пространства для монтажа. Более того, если необходима стабильная работа системы с хладагентом 100', то надежность может быть получена путем подготовки эквивалентной резервной системы охлаждения для продолжения работы даже в непредвиденном случае, например, при неисправности; однако при таком способе, размер всей системы может стать очень большим (если просто внедрить резервную систему, то пространство для монтажа увеличится в два раза).

Такая проблема может быть решена с помощью системы охлаждения, как это описано ниже.

[0029] (Примеры)

На фигуре 1 представлена схема, иллюстрирующая полную конструкцию системы охлаждения 100 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На фигуре 1 элементы, такие же как в указанном выше родственном техническом средстве, обозначены теми же ссылочными номерами, как номера указанного выше родственного технического средства, а одинаковое описание поэтому будет пропущено.

На фигуре 1 сверхпроводящее устройство обозначено как объект для охлаждения 160, и на контуре циркуляции 150 для охлаждения объекта, нуждающегося в охлаждении 160, предусмотрен насос 17 для циркуляции жидкого азота.

[0030] В принципе, система охлаждения 100 способна к охлаждению на основание того же цикла Брайтона, как вышеупомянутая холодильная система 100'. Тем не менее, система охлаждения 100 отличается от системы охлаждения 100', тем, что множество по меньшей мере типов вращающихся машин, таких как, либо компрессор(ы) 102 либо турбодетандер(ы) 104, расположены параллельно друг к другу по отношению к контуру циркуляции 101.

[0031] В частности, первый блок 109a, включающий компрессоры 102а и 102b, присоединенные к обоим концам выходного вала 108а, соответственно, общего электродвигателя 107а, и резервный блок 119а, содержащий компрессоры 112а и 112b присоединенные, к обоим концам выходного вала, соответственно, к общему электродвигателю 117а, расположены параллельно друг к другу по отношению к контуру циркуляции 101. Первый блок 109a и резервный блока 119а могут быть выбраны по работе переключающих клапанов V1 и V2, и переключающие клапаны работают так, что резервный блок 119a выбран при нарушении режима работы первого блока 109a, который используется во время нормальной работы.

[0032] Теплообменник 103а является общим для первого блока 109a и резервного блока 119а. Это связано с тем, что теплообменник 103а не является вращающейся машиной как компрессор 102а или 102b, и, следовательно, риск возникновения нарушения режима работы гораздо ниже, и пространство может быть уменьшено путем разделения теплообменника между блоками.

На выходе теплообменника 103а предусмотрены переключающие клапаны V3 и V4 между первым блоком 109a и резервным блоком 119а, и переключающие клапаны работают в соответствие с работающим блоком.

[0033] Кроме того, второй блок 109b, включающий компрессор 102c и турбодетандер 104, присоединенный к обоим концам выходного вала 108b, соответственно, в общем электродвигателе 107b, и резервный блок 119b, содержащий компрессор 112C и турбодетандер 114, присоединенный к обоим концам выходного вала 118b, соответственно, в общем электродвигателе 117b, расположены параллельно друг к другу по отношению к контуру циркуляции 101. Второй блок 109b и резервный блок 119b могут быть выбраны по работе переключающих клапанов V5 и V6, и переключающие клапаны работают так, что резервный блок 119b выбран в случае нарушения режима работы второго блока 109b, который используется во время нормальной работы.

[0034] Теплообменник 103b является общим для второго блока 109b и резервного блока 119b. Это связано с тем, что теплообменник 103b не является вращающейся машиной как компрессор 102а или турбодетандер 104, и, следовательно, риск возникновения нарушения режима работы гораздо ниже, и пространство может быть уменьшено путем разделения теплообменника между блоками.

На выходе теплообменника 103c предусмотрены переключающие клапаны V7 и V8 между первым блоком 109b и резервным блоком 119b, и переключающие клапаны работают в соответствие с работающим блоком.

[0035] На фигуре 2 представлена таблица, показывающая пример работы переключающих клапанов V1-V8 в системе охлаждения 100, проиллюстрированной на фигуре 1.

В верхней строке таблицы на фигуре 2 указаны положения переключающих клапанов V1-V8 в случае, если система охлаждения 100 работает нормально (во время нормальной работы). В такой ситуации на первой стороне блока 109a клапан переключения V1 открыт для поступления хладагента к первой стороне блока 109a, а переключающий клапан V2 закрыт для отключения поступления хладагента к стороне резервного блока 119а. В этом случае, посредством открытия переключающего клапана V3 и закрытия переключающего клапана V4 хладагент, сжатый посредством компрессора 102а, вводится в компрессор, предусмотренный на входе теплообменника 103а.

[0036] С другой стороны, на второй стороне блока 109B переключающий клапан V5 открыт для поступления хладагента ко второй стороне блока 109B, а переключающий клапан V6 закрыт для отключения хладагента к стороне резервного блока 119b. В этом случае, при открытии переключающегося клапана V7 и закрытии переключающегося клапана V8 хладагент, сжатый посредством компрессора 102с, вводится в турбодетандер 104, предусмотренный на выходе теплообменника 103с, и регенеративный теплообменник 106.

[0037] В нижней строке таблицы на фигуре 2 указаны статусы переключающих клапанов V1-V8 в том случае, если возникает нарушение режима работы в компрессоре 102а или 102b, составляющем первый блок 109a, который используется во время нормальной работы системы охлаждения 100. В такой ситуации, на стороне первого устройства 109a переключающий клапан V1 закрыт, чтобы перекрыть поступление хладагента к стороне первого блока 109a, где произошло нарушение режима работы, а переключающий клапан V2 открыт для ввода хладагента к стороне резервного блока 119а. В этом случае, при закрытии клапана переключения V3 и открытии клапана переключения V4, хладагент, сжатый компрессором 112а, вводится в компрессор 112b на нижней стороне потока через теплообменник 103а.

[0038] С другой стороны, на второй стороне блока 109b, если компрессор 102с и турбодетандер 104 работают в нормальном режиме, то статусы открытия/закрытия переключающих клапанов V5-V8 такие же, как позиции, указанные в верхнем ряду. Кроме того, на второй стороне блока 109B, в случае, если происходит нарушение режима работы компрессора 102с или турбодетандера 104, переключающие клапаны V5-V8 могут работать так же (в частности, клапан переключения V5 закрыт, чтобы отключить подачу хладагента во второй блок 109b, и клапан переключения V6 открыт, чтобы подать хладагент к стороне резервного блока 119b. Затем, закрывая клапан переключения V7 и открывая клапан переключения V8, хладагент прошедший через компрессор 112с, вводят в турбодетандер 114 через теплообменник 103с и регенеративный теплообменник 106).

[0039] Как описано выше, при работе переключающих клапанов V1-V8, возможно управлять резервным блоком для продолжения работы системы охлаждения 100, даже если произошло нарушение режима работы основного блока.

Такая работа переключающих клапанов V1-V8 может быть осуществлена вручную, если оператор обнаружил нарушение режима работы, или переключение клапанов, при обнаружении нарушения режимы работы, может автоматически управляться контроллером, включающим в себя микропроцессор и т.д., и имеющим встроенную контрольную программу.

[0040] В системе охлаждения 100 в соответствие с этим вариантом осуществления, как показано на фигуре 1, турбодетандеры 104, 114, охлаждающий элемент 105 и регенеративный теплообменник 106, которые расположены со стороны объекта, нуждающегося в охлаждении, и в которых хладагент имеет относительно низкую температуру потоков, размещены в холодильной камере 130, способной к изоляции от внешней среды, для создания единого агрегата. Холодильная камера 130 имеет конфигурацию, делающую возможным поступления тепла извне и возможность тепловых потерь от турбодетандеров 104, 114, теплообменника 105 и регенеративного теплообменника 106, которые имеют относительно низкую температуру, например, имея вакуумный теплоизоляционный слой между внутренней и наружной поверхностями.

С другой стороны, компрессоры 102a, 102b, 102c и теплообменники 103a, 103b, 103c, в которых хладагент имеет относительно высокую температуру, в целом предусмотрены как компрессорный агрегат 140 снаружи вышеуказанной холодильной камеры 130.

[0041] Холодильная камера 130 расположена ближе к объекту, нуждающемуся в охлаждении, чем компрессорный агрегат 140. Таким образом, можно обеспечить холод из тепла в холодильной камере 130 для объекта, нуждающегося в охлаждении, с меньшими потерями для достижения хорошей эффективности охлаждения.

Иначе говоря, так как компрессорный агрегат 140 отделен от холодильной камеры 130, то он может быть помещен в любом месте, подальше от холодильной камеры 130. В результате, даже в случае, если пространство для монтажа, вокруг объекта, нуждающегося в охлаждении, мало, то поместив только холодильную камеру 130 в непосредственной близости от объекта, нуждающегося в охлаждении, и поместив компрессорный агрегат 140 в любое место подальше от объекта, нуждающегося в охлаждении, можно монтировать систему охлаждения 100 даже в небольшом пространстве для монтажа.

[0042] Как описано выше, в соответствие с системой охлаждения 100 в соответствии с этим вариантом осуществления, множество вращающихся машин для выполнения работы сжатия и работы расширения расположены параллельно друг к другу по отношению к контуру циркуляции 101, в котором протекает хладагент, в результате чего даже в случае нарушения режима работы (например, при неисправности) одной из множества вращающихся машин, другая из множества вращающихся машины может функционировать как резервная, и, и вследствие этого работа будет продолжена. Как правило, у вращающихся машин имеется высокий риск нарушения работы по сравнению с другими элементами системы охлаждения. В соответствии с настоящим изобретением благодаря созданию резерва, только для вращающейся машины, имеющей высокий риск нарушения работы, возможно повысить надежность, при этом не увеличивая размер всей системы.

[0043] (Первый пример модификации)

Далее будет описана конфигурация системы охлаждения 200 в соответствии с первым модифицированным примером со ссылкой на фигуру 3. На фигуре 3 показана схема, иллюстрирующая всю конструкцию системы охлаждения 200 в соответствии с первым модифицированным примером. На рисунке 3, тем же элементам, которые указаны в примере выше, присвоены те же ссылочные номера, как номера в примере выше, а одинаковое описание поэтому будет пропущено.

[0044] Система охлаждения 200 в соответствии с первым модифицированным примером имеет общее с приведенном выше примером в том, что она содержит холодильную камеру 130 и компрессорный агрегат 140; однако система охлаждения 200 отличается от приведенного выше примера тем, что три компрессорных агрегата 140а, 140b, 140с предусмотрены для одной холодильной камеры 130. Каждый из компрессорных агрегатов 140 присоединен к холодильной камере 130 через трубу, в которой протекает хладагент.

На фигуре 4 представлена подробная схема области, охваченной пунктирной линией на фигуре 3. На фигуре 4 в качестве примера проиллюстрирована одна из трех структур, соответствующая трем компрессорным агрегатам, указанным на фигуре 3, а конструкция двух других структур является такой же.

Между каждым компрессорным агрегатом 140 и холодильной камерой 130 находится камера 180. В каждой камере 180 находятся переключающие клапаны 181а и 181b для переключения положения состояния хладагента втекание/вытекание по трубопроводу между компрессорным агрегатом 140 и холодильной камерой 130, компрессор 102с второго компрессорного агрегата 109B, электродвигатель 107b и входное/выходное соединение труб. Хладагент, сжатый посредством компрессоров 102а и 102b компрессорного агрегата 140 подводится к камере 180, и хладагент дополнительно сжимают в компрессоре 102с, а затем направляют в теплообменник 103с посредством соединительного трубопровода для сжатого газа.

Переключающие клапаны 181a и 181b объединены с клапанами переключения V5 и V1, соответственно.

[0045] В случае, когда система охлаждения 200 работает в нормальном режиме, один из трех компрессорный агрегатов 140 выбирается ведущим для управления системой охлаждения 200. В случае, если произошло нарушение режима работы в выбранном компрессорным агрегатом 140, переключающие клапаны 181a и 181b в камере 180 задействуются для переключения на другие два компрессорных агрегата 140, чтобы продолжить работу системы охлаждения 200.

[0046] Во время нормальной работы система охлаждения 200, более чем один из трех компрессорных агрегатов 140 может работать параллельно в то же самое время. В таком случае, так как нагрузка на один компрессорный агрегат 140 уменьшается, то эффективность системы может быть улучшена; однако, количество резервных компрессорных агрегатов 140 может быть в ответ уменьшено. Таким образом, число действующих компрессорных агрегатов 140 может быть определено с учетом этого баланса.

[0047] Как описано выше, в отношении системы охлаждения 200 в соответствии с первым модифицированным примером, предусмотренная в виде множества компрессорных агрегатов 140, может быть получена более высокая надежность. Соответствующие компрессорные агрегаты 140 могут быть размещены дальше от холодильной камеры 130, которая должна быть помещена в непосредственной близости от объекта, нуждающегося в охлаждении, таким образом, можно смонтировать компрессорные агрегаты 140 в пространстве для монтажа отдельно от холодильной камеры 130 для создания системы охлаждения 200, которая допускает монтаж в ограниченном пространстве, даже в случае, если требуемая обширная площадь для всей системы охлаждения не доступна вокруг объекта, нуждающегося в охлаждении.

[0048] (Второй пример модификации)

Далее со ссылкой на фигуру 5 будет описана конфигурация системы охлаждения 300 в соответствие со вторым измененным примером. На фигуре 5 представлена схема, иллюстрирующая полную конструкцию системы охлаждения 300 в соответствии со вторым модифицированным примером.

На фигуре 5 тем же элементам, которые указаны в примере выше, присвоены те же ссылочные номера, как номера в примере выше, а одинаковое описание поэтому будет пропущено.

[0049] Система охлаждения 300 в соответствии со вторым примером модификации имеет общее с приведенным выше примером в том, что она включает в себя холодильную камеру 130 и компрессорный агрегат 140; однако система охлаждения 300 отличается от приведенного выше примера тем, что имеет две холодильные камеры 130a, 130b, и каждая из двух холодильных камер 130 снабжена одним компрессорным агрегатом 140a, 140b. То есть резервный комплект включает в себя одну холодильную камеру 130 и один предусмотренный компрессорный агрегат 140.

[0050] В этом модифицированном примере, процесс переключается так, что, например, во время нормальной работы холодильной системы 300 приводится в действие набор, включающий холодильную камеру 130а и компрессорный блок 140a, и в случае возникновения неисправности приводится в действие набор, включающий холодильную камеру 130b и компрессорный блок 140b, вследствие чего работа будет продолжена.

Промышленное применение

[0051] Настоящее изобретение применимо для системы охлаждения, включающей цикл охлаждения, имеющий компрессор для сжатия хладагента, теплообменник для охлаждения хладагента сжатого компрессором, турбодетандер для расширения хладагента, охлажденного теплообменником, для генерации холода из тепла, и охлаждающую часть для охлаждения объекта, нуждающегося в охлаждении, посредством холода из тепла, которые располагаются в определенном порядке на контуре циркуляции, в котором течет хладагент.

Система охлаждения включает в себя цикл охлаждения, имеющий: контур циркуляции (101), в котором течет хладагент; и по меньшей мере один компрессор (102) для сжатия хладагента, теплообменник (103) для охлаждения хладагента, сжатого посредством компрессора, по меньшей мере один турбодетандер (104) для расширения хладагента, охлажденного посредством теплообменника для генерации холода из тепла, и охлаждающий элемент (105) для охлаждения объекта, предназначенного для охлаждения посредством холода из тепла, которые обеспечены последовательно на контуре циркуляции, где по меньшей мере любой из по меньшей мере одного компрессора или по меньшей мере одного турбодетандера включают в себя множество компрессоров или турбодетандеров, которые расположены параллельно друг к другу относительно контура циркуляции. Изобретение направлено на повышение эффективности монтировки в ограниченном пространстве, в то же время обеспечивая хорошую надежность. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система охлаждения, включающая в себя цикл охлаждения, имеющий: контур циркуляции, в котором протекает хладагент, и располагающиеся на контуре циркуляции в определенном порядке, по меньшей мере, один компрессор для сжатия хладагента, теплообменник для охлаждения хладагента, сжатого посредством компрессора, по меньшей мере, один турбодетандер для расширения хладагента, охлажденного посредством теплообменника, для генерации холода из тепла, и охлаждающий элемент для охлаждения объекта, нуждающегося в охлаждении, посредством холода из тепла,

причем, по меньшей мере, либо, по меньшей мере, один компрессор, либо, по меньшей мере, один турбодетандер представляет собой множество компрессоров или турбодетандеров, которые расположены параллельно друг к другу относительно контура циркуляции,

при этом система охлаждения содержит блок компрессор/турбодетандер, содержащий один компрессор и один турбодетандер, соединенный с компрессором,

причем этот один турбодетандер блока компрессор/турбодетандер размещен совместно с охлаждающим элементом в холодильной камере, изолированной от внешней среды,

и этот один компрессор блока компрессор/ турбодетандер размещен в компрессорном агрегате, который отличается от холодильной камеры и который помещен дальше от объекта, подлежащего охлаждению, чем холодильная камера.

2. Система охлаждения по п.1, в которой каждый из множества компрессоров или каждый из множества турбодетандеров, расположенных параллельно друг к другу в контуре циркуляции, выполнен с возможностью его отключения от контура циркуляции с помощью переключающего клапана.

3. Система охлаждения по п. 1, в которой, по меньшей мере, один компрессорный агрегат содержит множество компрессорных агрегатов, расположенных параллельно друг к другу относительно, по меньшей мере, одной холодильной камеры, с помощью переключающего клапана.

4. Система охлаждения по п.1, в которой, по меньшей мере, одна холодильная камера содержит множество холодильных камер, и, по меньшей мере, один компрессорный агрегат содержит множество компрессорных агрегатов, при этом как множество холодильных камер, так и множество компрессорных агрегатов расположены параллельно друг к другу относительно объекта, подлежащего охлаждению.

5. Система охлаждения по любому из пп.1-4, в которой,

по меньшей мере один компрессор содержит расположенные последовательно на контуре циркуляции первый компрессор, второй компрессор и третий компрессор, причем

первый компрессор присоединен к выходному валу первого электродвигателя вместе со вторым компрессором, и

третий компрессор присоединен к выходному валу второго электродвигателя вместе с одним из, по меньшей мере, одного турбодетандера.