Компрессионная холодильная машина Советский патент 1992 года по МПК F25B1/00 F25B5/00 

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в компрессионных холодильных машинах.

Известна компрессионная холодильная машина, содержащая компрессор, конденсатор, детандер и испаритель, причем работа, получаемая в детандере, передается на сжатие хладагента в компрессоре. Недостатком данной машины является необходимость адиабатического расширения жидкого хладагента в состоянии насыщения в детандере, что технологически сложно и приводит к гидравлическим ударам.

Известна компрессионная холодильная машина, определенная в качестве прототипа, содержащая циркуляционный контур хладагента с испарителем, компрессором первой ступени, соединенным с турбиной валом, компрессором второй ступени, теплообменником-перегревателем, конденса тором, дроссельным вентилем и магистраль с последовательно установленными насосом жидкого хладагента, теплообменником-перегревателем и турбиной Недостатком данной машины является ее низкая экономичность.

Цель изобретения - снижение энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что компрессионная холодильная машина, содержащая циркуляционный контур хладагента с испарителем, компрессором первой ступени, соединенным валом с турбиной, компрессором второй ступени, теплообменником-перегревателем, конденсатором и дроссельным вентилем, магистраль с последовательно установленными насосом жидкого хладагента, теплообменником-перегревателем и турбиной, снабжена отделителем жидкости, установленным в циркуляционном контуре между дроссельным вентилем и испарителем,и двухполостным регенеративным теплообменником, одна полость которого включена в контур между конденсатором и дроссельным вентилем, а другая подключена к магистрали между насосом и теплообменником-перегревателем, при этом вход жидкого хладагента в насос и выход из турбины подключены к отделителю жидкости, а паровая полость последнего подключена к контуру между испарителем и компрессором первой ступени. Холодильная машина позволяет использовать в ней два взаимодействующих между собой потока хладагента, причем прямой цикл, по существу, является встроенным в обратный цикл.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема машины; на фиг. 2 - приведен теоретический цикл работы холодильной машины.

Холодильная машина содержит два контура циркуляции хладагента. Первый контур для осуществления обратного холодильного цикла содержит компрессор 1, регенеративный теплообменник 2, конденсатор 3, регенеративный теплообменник 4, дроссельный вентиль 5, отделитель б жидкости, испаритель 7, турбокомпрессор 8, компрессор 1. Второй контур для совершения прямого

0 цикла содержит отделитель 6, насос 9 жидкого хладагента, регенеративный теплообменник 4, регенеративный теплообменник 2, турбодетандер 10, отделитель 6.

Машина работает следующим образом.

5 В первом контуре компрессором 1 второй ступени парообразный хладагент сжимают, изменяя давление от г до Рк (линия а-b, см. фиг. 2). Парообразный хладагент под давлением Рк направляют в регенеративный теп0 лообменник 2 и в конденсатор 3, где хладагент сначала охлаждают, а затем конденсируют (линия b-c-d). Жидкий хладагент под давлением Рк (точка d) направляют в теплообменник 4, где его охлаждают до тем5 пературы, соответствующей точке р. Затем жидкий хладагент охлаждают в змеевике и дросселируют, получая давление Ро (линия е-g), и основную часть хладагента направляют в испаритель 7, где испарение проис0 ходит при давлении Ро (линия g-j). Из отделителя 6 и испарителя 7 парообразный хладагент всасывают турбокомпрессором 8 первой ступени, сжимают, изменяя давление от Ро до Ра (линия r-а) и направляют во

5 вторую ступень. После этого в первом контуре цикл повторяется. В втором контуре масть жидкого хладагента из отделителя 6 направляют насосом 9 в теплообменник 4, одновременно повышая давление от Ро до

0 PI (линия n-h), где хладагент испаряют (линия h-f). Полученный пар, давление которого PI, направляют в регенеративный теплообменник 2, где его перегревают (линия f-m). Далее парообразный хладагент

5 направляют в турбодетандер 10, где он расширяется от давления Pi до давления Р2, совершая работу (линия m-k), приводя во вращение турбокомпрессор 8. Затем хладагент поступает в отделитель 6 и цикл во

0 втором контуре повторяется. Определим энергетические параметры конкретного варианта холодильной машины. Предположим, что машина работает на фреоне 22 и имеет температуру конденсации tk 30° С и

5 температуру испарения t° - 50° С. В первом контуре компрессором 1 второй ступени парообразный хладагент сжимают от давления 1 бар до давления 11,9 бар с повышением температуры от -15° С до 100° С. В регенеративном теплообменнике 2 парообразный хладагент охлаждают при давлении 11,9 бар от температуры 100°С до температуры 70° С, Далее, при этом же давлении, хладагент конденсируют в конденсаторе 3. Жидкий хладагент первого контура при давлении 11,9 бар с температурой 30° С поступает в теплообменник 4 и змеевик, где он охлаждается до температуры -24° С, после чего дросселируется до давления 0,65 бар и парожидкостная смесь с температурой -50° С направляется в отделитель жидкости, где разделяется на жидкую и парообразную фазы. Из отделителя 6 жидкий хладагент поступает в испаритель, где кипит при температуре -50° С и давлении 0,65 бар. После испарителя насыщенный парообразный хладагент смешивается с парообразным хладагентом из отделителя 6 и турбокомпрессора 10 при давлении 0,65 бар. Далее хладагент сжимается в турбокомпрессоре первой ступени от давления 0,65 бар до давления 1,00 бар с повышением температуры от -35° С до -15° С, после чего в первом контуре цикл повторяется. Во втором контуре жидкий хладагент с температурой -50° С подается на насос, где его давление повышается от 0,65 бар до 3,00 бар. При давлении 3,00 бар жидкий хладагент нагревается в змеевике до температуры -15° С и поступает в теплообменник 4, где кипит при температуре -15° С. Насыщенный пар из теплообменника 4 поступает в теплообменник 2, где перегревается до температуры 80° С. После этого хладагент поступает в турбодетандер 10 дпя совершения работы, где расширяется от давления 3,00 бар до давления 0,65 бар с уменьшением температуры от 80° С до 10° С. Парообразный хладагент поступает для смешения в отделитель 6 и цикл во втором контуре повторяется. Для обеспечения рабочих процессов во втором контуре поддерживают расход, равный 25 % расхода хладагента первого контура.

Для холодильной машины .холодопро- изводительность которой 50 кВт ( Q0 50 кВт) получено, что расход хладагента в прямом цикле Gn 0,08 кГ/с; расход хладагента

в обратном цикле G 0,316 кГ/с; отношение расходов а 0,25; удельная работа цикла 1 73,1 кДж/кГ; холодильный коэффициент е 2,17; степень обратимости цикла по отношению к обратному циклу Карно р 0,78.

Расход энергии на получение 50 кВт холода в данном интервале температур L 23,1 кВт. Компрессионная холодильная машина может быть использована в низкотемпературных и каскадных холодильных установках, высокотемпературных тепловых насосах и установках сжижения газов.

Формула изобретения Компрессионная холодильная машина,

содержащая циркуляционный контур хладагента с испарителем, компрессором первой ступени, соединенным валом с турбиной, компрессором второй ступени, теплообменником- перегревателем, конденсатором и

дроссельным вентилем, магистраль с последовательно установленными насосом жидкого хладагента, теплообменником-перегревателем и турбиной, отличающаяся тем, что, с целью снижения энергозатрат, холодильная

машина снабжена отделителем жидкости, ус- тановленным в циркуляционном контуре между дроссельным вентилем и испарителем, и двухполостным регенеративным теплообменником, одна полость которого

включена в контур между конденсатором и дроссельным вентилем, а другая подключена к магистрали между насосом и теплообменником-перегревателем, при этом вход жидкого хладагента в насос и выход из турбины подключены к отделителю жидкости, а паровая полость последнего подключена к контуру между испарителем и компрессором первой ступени.

J

Использование: холодильная техника. Сущность изобретения: компрессионная двухступенчатая холодильная машина снабжена отделителем жидкости(6), установленным вцирку ляционном контуре хладагента между дроссельным вентилем (5) и испарителем (7). и двухполостным регенеративным теплообменником (4), одна полость которого включена в контур между конденсатором (3) и дроссельным вентилем (5), другая подключена к магистрали между насосом (9) жидкого хладагента и теплообменником-перегревателем (2). Вход в насос (9) и выход из турбины