Способ определения холодопроизводительности холодильного агрегата Советский патент 1993 года по МПК F25B29/00 

Предлагаемое изобретение относится к холодильной технике, в частности к способам измерения холодопроизводительности холодильных агрегатов бытовых холодильников с одним или несколькими испарителями и комбинированных холодильников-морозильников, работающих на одно- и многокомпонентных холодильных агентах и может быть использовано при проведении испытаний холодильных агрегатов.

В настоящее время существует проблема, связанная с необходимостью повышения точности и расширения функциональных возможностей существующего способа измерения холодопроизводительности холодильных агрегатов и определения эффективности применяемых хладагентов.

Известен способ определения холодопроизводительности холодильных агрегатов. Способ испытания холодильных агрегатов

состоит в том. что холодопроизводитель- ность определяется по потребляемой энергии за контрольный период времени размещенными в калориметре основными и дополнительными электронагревателями. При проведении испытаний холодильных агрегатов испаритель устанавливается в калориметре, датчик давления настраивается на заданное давление (температуры) кипения.

Мощность основного электронагревателя подбирается автоматически и после выхода холодильного агрегата на заданный режим по тепловой нагрузке остается постоянной, Поддерживание теплового режима осуществляется включением и выключением дополнительного нагревателя.

Недостатком известного способа является низкая точность результатов измерения холодопроизводительности. Низкая точность результатов вызвана необходимоXI ю ел к

W

ю

стью определения теплопроходимости при испытании каждого холодильного агрегата, что, в свою очередь, повышает погрешность измерений и требует дополнительных затрат времени.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ.

Согласно способу-прототипу холодоп- роизводитёльность холодильных агрегатов, в которых капиллярная трубка заменена регулирующим вентилем и отсутствует регене- ративный теплообменник, определяется через массовую производительность хладагента, циркулирующего в замкнутом контуре: . .- -. . ; - : . Qo Ga(iarpi-iarp2) (1)

где Ga- массовая производительность агрегата:

farpi - энтальпия паров холодильного агента перед кожухом компрессора;

1агр2 энтальпия жидкогохладагента на выходе из воздушного конденсатора;

Массовая производительность холодильного агрегата определяется следующим образом;

Ga

NKn+AQ

кл

1кп2 1и

где Мкл - мощность электронагревателя калориметра; ....,.

Д СЦл - количество тепла, выделяемого или поглощаемого калориметром вследствие теплообмена с окружающей средой;

Ьслг- энтальпия хладагента на выходе из испарителя калориметра;

1и - энтальпия хладагента непосредственно перед регулирующим вентилем.

Недостатком известного способа является его недостаточная точность. Кроме тргр, известный способ не позволяет производить измерение холодопроизводительно- сти холодильных агрегатов, в которых в качестве рабочего тела используются мно- ге кЬйпонентныё холодильные агенты, вследствие необходимости расчета х тер- модинаммческих свойств. , Целью предлагаемого способа определения холодопроизводитёльности холо- дйЖного агрегата является повышение точности измерений.

; Поставленнаяцель достигается тем, что в процессе дросселирования жидкого хладагента его Охлаждают отсасываемыми из испарителя парами. При этом тепло для ис- йарбния парожидкостной смеси подводят ступенчато, а производительность определяется при установившемся режиме.

Предлагаемый способ характеризуется перечисленной ниже совокупностью действий.

В процессе работы сжатые в цилиндре

компрессора до давления конденсации пары хладагента нагнетаются в конденсатор и конденсируются при теплообмене с окружающей средой. После конденсации жидкий холодильный агент дросселируется в капиллярной трубке с отводом тепла в регенеративном теплообменнике от давления конденсации до давления кипения и испаряется в испарителе калориметра. Из испарителя калориметра хладагент отсасывается в

кожух компрессора после регенеративного теплообменника. При регенеративном теплообмене происходит охлаждение хладагента, проходящего через капиллярную: трубку. Испарение холодильного агента в

испарителе калориметра происходит за счет поглощения тепла, которое выделяется при конденсации на наружной поверхности испарителя паров вторичного холодильного агента. По количеству тепла, подводимого к

испарителю, и установившейся температуре вторичного хладагента, которая определяется по его давлению, определяют холодопроизводительность холодильного агрегата. Температура вторичного хладагента внутри калориметра моделирует температуру низкотемпературного отделения или холодильной камеры в холодильнике.

Для получения характеристики холодильного агрегата при различных значениях

температуры вторичного холодильного агента тепловую нагрузку на испаритель калориметра подают ступенчато. По полученным результатам строят график зависимости температуры вторичного холодильного агента, определяемой по его давлению, от тепловой нагрузки на испаритель. По перегибу на графике определяют максимальное значение холодопроизводитёльности. .

Рассмотрим назначение каждого процесса из приведенной выше совокупности. Процесс сжатия холодильного агента

необходим для повышения давления паров холодильного агента перед подачей его в конденсатор.

Процесс конденсации предназначен для сжижения сжатых компрессором паров холодильного агрегата в результате теплообмена с окружающей средой.

При дросселировании холодильного

агента происходит снижение его давления и тем пературы от давления конденсации до давления и температуры кипения. Для холо-. дильных агрегатов с включением в схему электромагнитного клапана дросселирование происходит в зависимости от положения клапана, до значений давления, соответствующего требуемому температурному уровню кипения холодильного агента в каждом из испарителей.

Процесс испарения холодильного агента с изменением подведенного для этого количества тепла необходим для определения хо- лодопроизводительности холодильного агрегата при соответствующей температуре вторичного холодильного агента.

Испарение холодильного агента в калориметре при ступенчатом изменении мощности электронагревателя производится с це|лью установления зависимости температуры вторичного холодильного агента от те пловой нагрузки на испаритель,

Определение максимальной холодоп- рсМзводительностй холодильного агрегата nd перегибу на графике зависимости температуры вторичного-холодильного агента от тепловой нагрузки на испаритель калориметра позволяет оценивать эффективность применяемых в агрегате элементов конструкции, схемных решений, многокомпонентных холодильных агентов.

В основу выполнения предлагаемого спбеоба положены следующие физические явления.

Первоначальный процесс - сжатие холодильного агента в герметичном поршне- воф компрессоре состоит в том, что при движении поршня е нижнюю мертвую точ- 1 ку происходит отсасывание холодильного аге нта из испарителя через регенеративный теплообменник в кожух, а затем в цилиндр компрессора, при обратном движении пор- шир - сжатие паров с последующим нагнетанием их в конденсатор.

Следующий процесс - конденсация холодильного агента заключается в том, что в конденсаторе образуется жидкий холодильный агент при давлении конденсации за счет охлаждения паров в результате тепло- обм;ена с окружающей средой. Процесс кон- денЬации осуществляется при отводе тепла от паров холодильного агента.

Процесс дросселирования с одновременной регенерацией служит для снижения давления и охлаждения дросселируемого холодильного агента от значения, соответствующего давлению конденсации, додавления и температуры кипения при прохождении холодильного агента через дроссельное устройство, состоящее из одной или нескольких капиллярных трубок.

Процесс измерения количества тепла, затраченного на испарение холодильного агента, проходящего через испаритель ка- лори;метра, состоит в том, что в испарителе калориметра осуществляется кипение холодильного агента. Кипение происходит за счет поглощения тепла, которое выделяется при конденсации на наружной поверхности испарителя паров вторичного холодильного

агента. В свою очередь, пары вторичного холодильного агента образуются в результате его кипения за счет тепла, передаваемого электронагревателем. Процесс измерения холодопроизводительнрсти холодильного агента основан на соответствии количества подведенного тепла количеству получаемого холода.

Испарение холодильного агента в калориметре по предлагаемому способу производится при ступенчатом изменении тепловой нагрузки, передаваемой на испаритель, и .соответствующей температуре вторичного холодильного агента. Ступенчатое изменение тепловой нагрузки позволяет моделировать на калориметрическом стенде работу холодильного агрегата в составе холодильника. Закономерность изменения температуры вторичного холо-. дильного агента в этом случае, с учетом теплопроходимости шкафа холодильника и изоляции калориметра, характеризует температуры, получаемые в соответствующей камере холодильника с момента ее загрузки отепленными продуктами до выхода на заданный режим работы.

Холодопроизводительность холодильного агрегата, работающего в калориметрическом цикле, определяется тепловой нагрузкой на испаритель калориметра и соответствующей ей температурой вторичного хладагента, которая складывается из мощности электронагревателя и количества тепла, выделяемого или поглощаемого вторичным холодильным агентом калориметра

вследствие теплообмена с окружающей средой, при температуре вторичного холодильного агента, соответствующей значению температуры во внутреннем объеме калориметра.

. ±АОкл, (3) .

где Qo - Холодопроизводительность холодильного агрегата, Вт;

ЫКп - мощность электронагревателя ка- лориметра, Вт;

А Окл - количество тепла, поглощаемого или выделяемого калориметром в результате теплообмена с окружающей средой, Вт:

Д Окл k Ркл (Тдсркл - Теха ), (4)

где k Ркл - производительность коэффициента теплопередачи на площадь наружной, поверхности калориметра, Вт/град;

Тдсркл - средняя температура окружающей среды у калориметра,

По результатам, получаемым при ступенчатом изменении тепловой нагрузки на испаритель, строится график.зависимости температуры вторичного холодильного агента от холодопроизводительности холодильного агрегата. Точка перегиба на графике соответствует максимальной холодопроизводительности холодильного агрегата. Максимальная холодопроизводительность холодильного агрегата определяется критическим значением тепловой нагрузки на испаритель калориметра, при превышении которого происходит резкое возрастание скорости перегрева паров хладагента на выходе из калориметра.

Ниже приведен пример реализации предлагаемого способа измерения холодопроизводительности холодильного агрегата.-... ....-.... . Схема калориметрического стенда, реализующего описанный выше способ, пред-. ставлена на чертеже.

Калориметрический стенд содержит герметичный компрессор 1 и замкнутый хла- доновый контур, в который включены конденсатор 2, фильтр-осушитель 3, капиллярная трубка 4. испаритель 5 калориметра б. Нижняя часть калориметра 6, в которой установлен электронагреватель 7, .заполнена вторичным холодильным агентом 8.Выход из змеевика испарителя 5 соединен с компрессором отсасывающим трубопроводом 9. Отсасывающий трубопровод 9 и капиллярная трубка 4 образуют регенеративный теплообменник на участке I-1I. .. . . -.. ..

В процессе работы стенда компрессор 1 нагнетает пары хладагента в конденсатор 2, в котором происходит их конденсация. Затем жидкий холодильный агент через фильтр-осушитель 3 поступает на выход ка- пиЛлярной трубки 4, в которой происходит процесс дросселирования при понижении температуры и образовании на выходе из капиллярной трубки парожидкостной смеси. В испарителе 5 калориметра 6 происходит кипение хладагента. Из испарителя 5 калориметра 6 пары хладагента или паро- жидкостная смесь отсасываются в кожух компрессора через регенеративный теплообменник, в котором происходит охлаждение хладагента, дросселируемого в капиллярной трубке. В нижней части калориметра 6. заполненного вторичным холодильным агентом 8, установлен электронагреватель 7, мощность которого эквивалентна тепловой энергии, образующейся, при кипении вторичного холодильного агента 8. При проведении испытаний мощности

электронагревателя 7 устанавливается таким образом, чтобы получить требуемую температуру вторичного холодильного агента во внутреннем теплоизолированном объеме калориметра 6. При этом устанавливается соответствие полученного при испарении хладагента в испарителе 5 холода количеству тепла, подведенного при конденсации на поверхности испарителя 5

0 паров вторичного хладагента, В свою очередь, теплота конденсации эквивалентна мощности электронагревателя.

Конструкция стенда позволяет проводить испытания холодильных агрегатов при

5 различной пропускной способности дроссельного элемента, исполнении конденсатора, производительности компрессора, установить влияние регенеративного теплообменника на работу системы. Экс- 0 периментальная установка обеспечивает возможность исследования работы холодильных агрегатов при использовании в качестве рабочего те/ia различных многокомпонентных холодильных агентов,

5 термодинамические свойства которых недостаточно исследованы в требуемом диапазоне температур кипения.

Результаты испытаний холодильных агрегатов с одно- или двухиспарительной сис0 темой охлаждения представляются в виде графиков зависимости температуры вторичного холодильного агента от тепловой нагрузки на испарители.

Для оценки эффективности предлагае5 мого технического решения были проведены измерения холодопроизводительности холодильного агрегата на стендах, реализующих способ-прототип и предлагаемый авторами способ.- . .

0 Определение холодопроизводмтельно- сти по способу-прототипу производится с помощью калориметрического стенда, который включает в себя компрессор, воздушный конденсатор, барорегулирующий

5 вентиль, и калориметр со змеевиком-испарителем. При этом способе из схемы стенда исключены капиллярная трубка и регенеративный теплообменник.

Сравнение полученных результатов

0 производились по значениям холодопроизводительности при бдинаковых температурах вторичного холодильного агента, и постоянном для обеих схем массовом расходе хладагента. Результаты приведенных ис5 следований представлены в таблице (обозначения: I - способ-прототип, II - предлагаемый способ).

Проведённые сравнительные испытания показали, что приближение способа определения холодопроизводительности к

реальной схеме холодильного агрегата с учетом процессов дросселирования в ка- Ьиллярных трубках и регенеративного теплообмена позволяет повысить точность измерений в среднем, на 30 %.

Применение предложенного способа дает возможность определять холодопро- изводительность холодильных агрегатов, работающих на многокомпонентных холодильных агентах, что практически невоз- фожно при использовании существующего Способа.

Преимущество предлагаемого техниче- е|кого решения заключается также в возможности оценки эффективности применения Йовых элементов конструкции, схемных ре- фений, изменения функциональных параметров в холодильных агрегатах бытовых

холодильников, морозильников и комбини- рованных холодильников-морозильников.

Предлагаемый способ может быть ис- пользован при испытаниях холодильных агрегатов с различными системами охлаждения на стадии их проектирования, обработки схемных решений, подбора оптимальных режимов работы, частичной модер- низации, а также в качестве контрольной операции при проверке агрегатов на холо- допроизводительность.

Применение разработанного технического решения приведет к повышению точности определения холодопроизводи- тельности и расширению функциональных возможностей предложенного способа, по сравнению с существующим.

Использование: в холодильной технике для определения холодопроизводительности агрегатов бытовых холодильников. Сущность изобретения: определение холодопроизводительности ведут путем сжатия паров хладагента, их конденсации, дросселирования жидкого хладагента с получением при этом пэрожидкостной смеси. Последнюю испаряют и измеряют подведенное для этого тепло. В процессе дроссе- лирования жидкого хладагента его охлаждают отсасываемыми из испарителя парами. При этом тепло для испарения парожидкостной смеси подводят ступенчато. Холодопроизводительность определяют при работе агрегатов в установившемся режиме. 1 з. п. ф-лы, 1 табл. 1 ил.

Формула изобретения, v ; 1. Способ определения холодопроизво- д тельности холодильного агрегата, путем сжатия паров хладагента, их конденсации, дросселирования образовавшегося жидко- rq хладагента с получением парожидкост- i-фй смеси, ее испарения с измерением подведенного для этого количества тепла и последующего определения холодопроиз- водительности, отличающийся тем,

что, с целью повышения точности, в процессе дросселирования жидкого хладагента его охлаждают отсасываемыми из испарителя парами.

2, Способ по п.. 1., отличающийся

тем, что тепло для испарения парожидкостной смеси подводят ступенчато, а холодопроизводительность определяют на

установившемся режиме.