Способ получения холода

 

Область использования: в технике низких температур, конкретно, в холодильной технике и областях ее применения. Сущность изобретения: в способе получения холода путем всасывания паров хладагента из испарителя, сжатия их, охлаждения и конденсации сжатых паров хладагента и дросселирования их в испаритель всасывание паров хладагента производят при давлении, характеризуемом числом Кнудсена Kn≥ 1, а затем до сжатия осуществляют перенос паров при постоянном объеме в компрессоре, а сжатие осуществляют при мгновенном повышении давления паров после компрессора в нагнетательном патрубке и одновременно охлаждают их до температуры конденсации. 1 ил.

Изобретение относится к технике низких температур, конкретно, к холодильной технике и может быть использовано в торговле, пищевой, химической промышленности, на транспорте и в сельском хозяйстве.

Известен способ получения холода путем всасывания паров хладагента из испарителя, внутреннего сжатия их в корпусном механическом компрессоре, охлаждения и конденсации сжатых паров хладагента и дросселирования их в испаритель [1] Недостатком такого способа получения холода является высокая стоимость используемых в качестве хладагентов аммиака или хлорфторсодержащих химических соединений. Кроме того, применение хлорфторсодержащих химических соединений опасно в экологическом отношении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения холода путем всасывания паров хладагента из испарителя, внутреннего сжатия их в корпусном механическом компрессоре со всасывающими и нагнетательными трубопроводами, охлаждения и конденсации сжатых паров хладагента и дросселирования их в испаритель [2] Такой способ реализуется в крупных холодильных установках для охлаждения больших количеств воды для целей кондиционирования или приготовления льда.

Недостатком такого способа получения холода является громоздкость установки и высокий расход энергии вследствие многоступенчатого сжатия паров воды, которые сильно разогреваются при сжатии, что и приводит к высоким расходам энергии на получение холода.

Задачей изобретения является повышение компактности и снижение расхода энергии на получение холода.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения холода путем всасывания паров хладагента из испарителя, сжатия их в корпусном механическом компрессоре со всасывающими и нагнетательными трубопроводами, охлаждения и конденсации сжатых паров хладагента и дросселирования их в испаритель, согласно изобретению, всасывание паров хладагентов производят при давлении, характеризуемом числом Кнудсена Kn≥1, сжатие же ведут в два этапа, на первом этапе в начале осуществляют перенос паров при постоянном объеме в корпусе механического компрессора, затем, на втором этапе, мгновенно повышают давление паров на выхлопе, в нагревательном патрубке и одновременно охлаждают их до температуры конденсации в конденсаторе.

Предложенный способ получения холода удовлетворяет критерию "существенные отличия", т. к. его отличительные признаки всасывание паров хладагентов производят при давлении, характеризуемом числом Кнудсена Kn≥ 1, сжатие ведут в два этапа, на первом этапе вначале осуществляют перенос паров при постоянном объеме в корпусе механического компрессора, на втором этапе мгновенно повышают давление паров на выхлопе в нагнетательном патрубке и одновременно охлаждают их до температуры конденсации в конденсаторе, не используются в аналогичных способах, известных из патентной и научно-технической литературы.

Достижение поставленной цели по сравнению с прототипом заключается в следующем: всасывание производят при давлении, характеризуемом числом Kn≥1, ведут внешнее сжатие паров хладагента.

На чертеже дана схема установки для осуществления описываемого способа.

Установка включает испаритель 1, корпусной механический компрессор 2 со всасывающим 3 и нагнетательным 4 патрубками, конденсатор 5, дроссельный вентиль 6.

Установка согласно принятому способу действует следующим образом. Пары воды засасываются корпусным механическим компрессором 2 через всасывающий патрубок 3 при давлении, которое характеризуется числом Kn≥1. Сжатие паров хладагента паров воды ведут в два этапа, на первом осуществляют перенос паров при постоянном объеме в корпусе механического компрессора 2, на втором производят мгновенное повышение давления паров на выхлопе в нагнетательном патрубке 4 и одновременно охлаждают их до температуры конденсации в конденсаторе 5. Конденсат дросселируют через дроссельный вентиль 1.

Преимущество такого способа получения холода заключается в том, что внешнее сжатие, реализуемое в двухстадийном процессе, требует в 1,5 1,7 раз меньше энергии по сравнению с внутренним, многоступенчатым.

Все вышеизложенное подтверждается расчетом.

Пусть требуется сжать 50 л/с водяного пара от 1 мм рт. ст. до 50 мм рт. ст.

Для внешнего сжатия расход энергии составит W S(P_н-P_в)·0,133=50(50-1)·0,133 325 Вт, где S скорость откачки, л/с, P_н, P_в давления нагнетания и всасывания, мм рт. ст.

Для внутреннего, изотермического сжатия в 10- ступенчатой машине расход энергии будет где C_p теплоемкость водяного пара, C_p=1860 Дж/кг·г, T₁, T₂ начальная и конечная температуры сжатия, М массовый расход хладагента, кг/с,
Z число ступеней сжатия, Z 10,
η_из изотермический КПД машины, η_из 0,6.

Таким образом, благодаря организации внешнего сжатия резко снижается расход энергии на получение холода и достигается повышение экологической безопасности вследствие использования в качестве рабочих тел веществ низкого давления.

Поскольку, в отличие от прототипа, сжатие проводят в одной ступени, установка, выполненная по предложенному способу, получается более компактной.

Формула изобретения

Способ получения холода путем всасывания паров хладагента из испарителя, сжатия их, охлаждения и конденсации сжатых паров хладагента в конденсаторе и дросселирования их в испарителе, отличающийся тем, что всасывание паров хладагента производят при давлении, характеризуемом числом Кнудсена K_n ≥ 1, а затем до сжатия осуществляют перенос паров при постоянном объеме в компрессоре, а сжатие осуществляют при мгновенном повышении давления после компрессора в его нагнетательном патрубке, при этом охлаждение паров до температуры конденсации осуществляют одновременно со сжатием.

РИСУНКИ

Рисунок 1