Способ работы газовой холодильно-нагревательной установки Советский патент 1986 года по МПК F25B19/04 

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано, например, в автономных холодильно-нагревательных установках систем кондиционирования.

Целью изобретения является снижение энергопотребления и массогабаритных характеристик, расширение диапазона регулирования холодо- и теплонроизводительности.

На чертеже изображена схема газовой холодильно-нагревательной установки, при работе которой реализуется предлагаемый способ.

Установка состоит из камеры 1 сгорания, компрессора 2, кинематически соединенного с турбиной 3, топливоиспарительного теплообменника 4, дросселирующего элемента 5 и объекта б термостатирования. Выход 7 паров топлива соединен через пневмоклапан 8 и регулирующий дроссель 9 с эжектором 10, воздухозаборник 11 которого открыт в атмосферу, а выход 12 соединен через камеру 1 сгорания с входом 13 турбины 3, выход 14 которой открыт в атмосферу. В камере 1 сгорания размещен воспламенитель 15, а на входе компрессора 2 установлен датчик 16 параметра, например температуры, соединенный с регулирующим дросселем 9.

Установка работает следующим образом. В исходном состоянии пневмоклапан 8 закрыт, теплообменник 4 заполнен жидким топливом, например водоаммиачным раствором, пары которого в условиях равновесия пар - жидкость при температуре окружающей среды имеют давление больше атмосферного. Турбокомпрессор, состоящий из компрессора 2, кинематически соединенного с турбиной 3, остановлен, и нет движения рабочего газа по замкнутому контуру.

Открывают запорный орган, например пневмоклапан 8, и включают воспламенитель 15 топливовоздушной смеси. Пары топлива, находящиеся под давлением в топливоиспарительном теплообменнике 4, выходят через выход 7, пневмокланан 8 и регулирующий дроссель 9, например регулятор давления «до себя, и поступают в эжектор 10, где инжектируют наружный воздух, который втекает через воздухозаборник 11. В камере смешения (пе показана) эжектора 10 пары топлива и воздуха смешиваются и через выход 12 эжектора 10 топливоБоздушная смесь проходит в камеру 1 сгорания, где поджигается от разогретого до 600-800°С воспламенителя 15 смеси. Продукты сгорания, имеющие высокую скорость, температуру и давление, поступают на вход 13 турбины 3.

В процессе адиабатического расширения с совершением работы продукты сгорания понижают свое давление и температуру, а затем выбрасываются через выход 14 турбины 3 наружу. При неполном сгорании в камере 1 одного из компонентов паров топлива их дожигают в дожигающем устройстве (не показано), установленном на выходе 14 турбины 3.

Турбина 3 кинематически соединена с компрессором 2, поэтому работа, совершаемая продуктами сгорания топливовоздушной смеси при расширении в турбине, передается на компрессор 2, который отсасывает подогретый (или охлажденный) рабочий газ из объекта 6.

Охлажденный в испарительном теплооб0 меннике 4 рабочий газ пропускают через дроссель 9, где в процессе адиабатического дросселирования понижаются температура и давление газа. Из дросселирующего

элемента 5 рабочий газ, имеющий заданные термодинамические параметры (даате ние, температуру, удельный объем),поступает в объект 6, где нагревается, отнимая тепло от него, или охлаждается, нагревая его, а затем вновь отсасывается компрессором 2. Затем цикл повторяется.

0 Наличие регулирующего дросселя 9, например регулятора давления «до себя, соединенного с датчиком 16 параметра, например температуры, позволяет осуществлять регулирование холодопроизводительности установки в широких пределах вплоть до использования ее в качестве нагревательной установки, а также с высокой точностью поддерживать заданную температуру рабочего газа на входе в рабочий объект 6. Это объясняется тем, что дроссель 9, поддерQ живая определенное заранее заданное давление паров топлива в топливоиспарительном теплообменнике 4, тем самым поддерживает с высокой точностью температуру кипения этого раствора топлива. Причем даже большие отклонения давления от задан2 ного значения незначительно изменяют эту температуру кипения.

Кроме того, дроссель 9 обеспечивает поддержание с высокой точностью температуры рабочего газа как выше температуры окружающей среды при работе в

0 режиме обогрева рабочего объема, так и значительно ниже ее при работе установки в режиме охлаждения рабочего объема.

В случае резкого изменения температурного режима в рабочем объеме, например при наличии значительных тепловыделений от интенсивных источников тепла, рабочий газ, выходящий из рабочего объекта 6, имеет повышенную температуру, и поэтому для откачивания его компрессором 2 необходима увеличенная мощность привода. Но

Q нагретая порция газа еще не дошла до топливоиспарительного теплообменника 4, и топливо еще не испарилось в уве тиченных количествах. Его пары не прошли по трубопроводу до камеры 1 сгорания и далее на вход турбины 3. Поэтому увеличение рабо5 ты, передаваемой с турбины 3 через кинематическую связь к компрессору 2, вызванное увеличением тепловыделений в рабочем объекте 6, произошло бы с задержкой времени, что исключает оперативное регулирование холодопроизводительности установки. Для обеспечения высокой оперативности регулирования холодопроизводительности установки регулирующий дроссель 9 соединен с управляющим выходом датчика 16 параметра, например температуры, установленного перед компрессором 2. Такое расположение датчика температуры позволяет оперативно влиять на мощность привода компрессора 2. Это осуществляют следующим образом.

При увеличении температуры рабочего газа перед компрессором датчик 16 параметра выдает команду на увеличение проходного сечения трубопровода подачи паров топлива из топливоиспарительного теплообменника 4. Так как в теплообменнике пары топлива имеют значительное давление, например аммиак при К ,6 бар, то за короткое время возрастает расход паров, поступающих в эжектор 10, где они инжектируют наружный воздух. Тем самым возрастает количество топливовоздушной смеси, поступающей в камеру 1 сгорания, и, следовательно, возрастают давление и масса продуктов сгорания, которые совершают работу при течении через турбину 3.

Турбина увеличивает мощность, которая передается компрессору 2, причем поступление на вход компрессора нагретой порции рабочего газа и увеличение мощности его привода происходит в этом случае примерно одновременно. Это означает, что установка оперативно реагирует на изменение параметров рабочего газа в рабочем объеме изменением (увеличением) своей холодопроизводительности.

При уменьшении температуры рабочего газа в рабочем объекте 6 регулируемый дроссель 9 по команде датчика 16 параметра уменьшает проходное сечение трубопровода подачи паров топлива, и вследствие этого установка уменьшает свою холодопроизводительность.

Работа холодильно-нагревательной установки в режиме обогрева рабочего объема осуществляется следующим образом.

Охлажденный в рабочем объекте 6 рабочий газ сжимается в компрессоре 2, при этом его температура и давление растут. Однако температура газа на выходе из компрессора 2 гораздо меньше, чем температура рабочего газа при работе установки в режиме охлаждения.

Рабочий газ поступает в топливоиспарительный теплообменник 4 и несколько охлаждается. Причем температура испарения топлива, например водоаммиачного раствора, поддерживается достаточно высокой, чтобы рабочий газ после дросселирующего эле мента 5 имел требуемую температуру, а количество испарившихся паров топлива было минимально необходимым для привода турбины.

Формула изобретения

Способ работы газовой холодильно-нагревательной установки путем циркуляции газообразного рабочего тела по замкнутому контуру, при котором последовательно сжимают рабочее тело, охлаждают его кипящим

5 хладагентом с отводом образующихся паров, адиабатически расширяют рабочее тело и подают в объект термостатирования, отличающийся тем, что, с целью снижения энергопотребления и массогабаритных характеристик, расширения диапазона регулирова0 ния холодо- и теплопроизводительности, в качестве хладагента используют низкокипящее топливо, а образующийся при его кипении поток паров дросселируют, смешивают посредством эжекции с атмосферным воздухом, сжигают и адиабатически расширяют

до давления окружающей среды с использованием образующейся при этом механической энергии на сжатие рабочего тела, при этом дополнительно измеряют температуру последнего после объекта термостатирования и в соответствии с ней регулируют степень дросселирования паров хладагента.