Подогреватель жидкости испарителя для уменьшения заряда хладагента
Система и способ для уменьшения заряда хладагента в системе охлаждения затопленного типа содержит по линии тока хладагента 1) компрессор - 2) конденсатор - 3) подогреватель - 4) дроссельное устройство - 5) испаритель - 1) компрессор. Первый датчик расположен между выходом испарителя хладагента и входом компрессора для измерения по меньшей мере одного из температуры, давления и соотношения пара и жидкости хладагента, выходящего из испарителя хладагента. Система управления подогревателем служит для управления количеством тепла, которое подается на хладагент, протекающий через предварительный подогреватель хладагента к испарителю хладагента, на основе данных, полученных от первого датчика. Техническим результатом является уменьшение требуемого количества хладагента. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.
Предпосылки к созданию настоящего изобретения
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к холодильным системам, содержащим компрессор, конденсатор и испаритель, и более конкретно к системам, в которых используется летучий хладагент, перекачиваемый компрессором; и более конкретно, к так называемым системам охлаждения затопленного типа, однако настоящее изобретение также может использоваться в системе охлаждения с непосредственным испарением.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Для сжатия пара в качестве рабочего тела используется циркулирующий жидкий хладагент, который поглощает и отводит тепло из охлаждаемого пространства, а затем отводит его дальше. Такие системы содержат компрессор, конденсатор, отсекающий клапан (также называемый дроссельным клапаном или дозирующим устройством) и испаритель. Циркулирующий хладагент попадает в компрессор, находясь в термодинамическом состоянии, известном как насыщенный пар, и сжимается до достижения более высокого давления, приводя также к повышению температуры. После этого горячий сжатый пар находится в термодинамическом состоянии, известном как перегретый пар, а его температура и давление обеспечивают возможность его конденсации охлаждающей водой или охлаждающим воздухом. Далее горячий пар проходит через конденсатор, в котором он охлаждается и конденсируется в жидкость, протекая через змеевик или трубки с холодной водой или холодным воздухом, протекающим через змеевик или по трубкам. Здесь циркулирующий хладагент забирает у системы тепло, и отобранное тепло отводится водой или воздухом (в зависимости от того, что используется).
Конденсированный жидкий хладагент, находящийся в термодинамическом состоянии, известном как насыщенная жидкость, затем проходит через отсекающий клапан, где давление жидкости резко снижается. Такое снижение давления приводит к мгновенному адиабатному испарению части жидкого хладагента. Результатом мгновенного адиабатного испарения является эффект самоохлаждения, что приводит к уменьшению температуры жидкости и смеси жидкого и парообразного хладагента до температуры участков, в которых температура ниже, чем температура закрытого охлаждаемого пространства.
Затем холодная смесь направляется через змеевик или по трубкам в испаритель. Вентилятор нагнетает теплый воздух в закрытое пространство через змеевик или по трубкам, по которым движется холодная смесь жидкого и парообразного хладагента. Жидкая составляющая холодной смеси хладагентов испаряется вместе с теплым воздухом. В это же время циркулирующий воздух охлаждается, следовательно уменьшая температуру в закрытом пространстве до требуемого значения. Испаритель находится там, где циркулирующий хладагент поглощает и отводит тепло, которое затем отдается в конденсатор и переносится в другое место вместе с водой или воздухом, находящимся в конденсаторе. Для завершения цикла охлаждения парообразный хладагент из испарителя снова становится насыщенным паром и направляется обратно в компрессор.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Настоящее изобретение относится к системе и способу уменьшения заряда хладагента в системе охлаждения, в частности за счет уменьшения требуемого заряда хладагента в испарителе благодаря подогреву жидкого хладагента до его подачи на вход в испаритель. После подачи жидкого хладагента на вход в испаритель, часть жидкого хладагента превращается в пар. Такой парообразный хладагент вытесняет жидкий хладагент на входе в испаритель. Чем больше парообразного хладагента будет подаваться, тем меньше будет становится количество жидкости внутри испарителя. В соответствии с настоящим изобретением теплообменник находится перед входом жидкого хладагента в испарителе. Этот теплообменник предназначен для подогрева жидкости для производства большего количества пара во время входа хладагента в испаритель. Большее количество пара, попадающего в испаритель (в сравнении с системами из уровня техники), вытесняет жидкий хладагент, уменьшая таким образом заряд хладагента, требуемый для испарителя, а следовательно для всей системы. В соответствии с одним вариантом осуществления для полного испарения 5-30% жидкого хладагента можно нагреть. В соответствии со связанными вариантами осуществления для полного испарения 10-30%, 15-30%, 20-30%, 5-10%, 5-15% или 10-20% хладагента жидкий хладагент может быть нагрет.
В соответствии с другим вариантом осуществления жидкий хладагент может быть нагрет до температуры, составляющей 10-80% от разницы между рабочими температурами конденсатора и испарителя. Например, если рабочая температура конденсатора составляет 90°F, а рабочая температура испарителя составляет 30°F, разница температур составит 60°F, а жидкий хладагент может быть нагрет до 36°F (10% разницы температур) или до 78°F (80% разницы, или где-угодно от 36 до 78°F. В соответствии со связанными вариантами осуществления жидкий хладагент может быть нагрет до температуры, составляющей 20%, 30%, 40%, 50%, 60% или 70% от разницы между рабочей температурой конденсатора и испарителя.
Источник тепла теплообменника может представлять собой внешнюю подводимую энергию, например отработанное тепло, вырабатываемое компрессором системы охлаждения, или внутренний источник тепла, например теплый жидкий хладагент, который из конденсатора входит в систему охлаждения. За счет использования теплой жидкости из конденсатора, чистая энергия, необходимая для охлаждения, не увеличивается. Такая компоновка является предпочтительной, когда поток жидкого хладагента течет в испаритель затопленного типа, где часть введенного жидкого хладагента выходит из испарителя в жидком состоянии.
Использовать можно теплообменник любого типа, который может повышать температуру жидкого хладагента. Предпочтительным является жидкостно-жидкостный теплообменник, особенно для испарителей затопленного типа. Пластинчатые теплообменники с наплавляемым покрытием, такие как теплообменники производства Alfa Laval, особенно подходят для этой цели.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 схематически показана система охлаждения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
На фиг. 1 показана гидравлическая схема теплообменника с испарителем в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения относительно других компонентов в системе затопленного типа. Эта гидравлическая схема является предпочтительной для максимального повышения КПД системы охлаждения. Система содержит испарители 2а и 2b, содержащие змеевики 4а и 4b испарителей, соответственно, и змеевики 6а и 6b с устройством для оттаивания/гликолем, соответственно, конденсатор 8, компрессор 10, отсекающие устройства 11а и 11b (которыми могут быть клапаны, дозирующие отверстия или другие отсекающие устройства), а также сепараторный сосуд 12. Указанные выше элементы могут быть соединены с помощью стандартного трубопровода для холодильного агента показанным на фиг. 1 способом или в соответствии с любой стандартной компоновкой. Система 18 оттаивания содержит резервуар 20 с гликолем, гликолевый насос 22, гликолевый теплообменник 24 и гликолевые змеевики 6а и 6b, соединенные друг с другом и с другими элементами системы с помощью трубопровода для холодильного агента в соответствии с компоновкой, показанной на фиг. 1, или в соответствии с любой стандартной компоновкой. В соответствии с настоящим изобретением подогреватель жидкости испарительного теплообменника 14 расположен перед входом в испарители 2а и 2b для подогрева жидкого хладагента до его подачи на вход в испаритель. Энергия, необходимая для подогрева жидкого хладагента, может обеспечиваться внутренним источником системы, например нагретым хладагентом, выходящим из конденсатора 8, как показано на фиг. 1. Также может быть предоставлен питающий насос 16 испарителя для обеспечения дополнительной энергии, необходимой для нагнетания хладагента через испарительный теплообменник. В соответствии с одним вариантом осуществления питающий насос испарителя может быть подобран таким образом, чтобы обеспечивать повышение давления жидкого хладагента до 100 футов/кв. дюйм или выше для предотвращения испарения избыточного количества хладагента во время подогрева.
За счет увеличения температуры жидкого хладагента на входе в испаритель, когда хладагент входит в испаритель, вырабатывается больше пара, таким образом уменьшая требуемый заряд хладагента на тонну холодопроизводительности. В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления подогрев хладагента перед его подачей на вход в испаритель будет приводить к уменьшению заряда хладагента на тонну холодопроизводительности на 10% и даже на 50% в сравнении с идентичной системой, которая не содержит подогреватель хладагента. В соответствии с другими вариантами осуществления возможно уменьшение заряда хладагента на тонну холодопроизводительности на 20%, на 30% или на 40%.
Датчики 26а и 26b могут быть расположены за указанными испарителями 2а и 2b, перед входом в сепаратор 12 для измерения температуры, давления и/или соотношения пар/жидкость хладагента, выходящего из испарителей. В соответствии с альтернативными вариантами осуществления датчик 26с может быть расположен на линии хладагента между выходом из сепаратора 12 и входом в компрессор 10. Датчики 26а, 26b и 26c могут представлять собой емкостные датчики описанного в документах США №14/221694 и 14/705781 типа, раскрытие которых включено в настоящий документ во всей полноте посредством ссылки. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения управление подогревателем 14 испарителя может осуществляться системой 28 управления, которая может быть ручной или автоматической и предназначена для управления величиной подогрева хладагента, протекающего через подогреватель. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления система 28 управления может быть выполнена с возможностью управления величиной подогрева хладагента, проходящего в испаритель, на основании данных, включая температуру хладагента, его давление и/или соотношение жидкость/пар, полученных от указанных датчиков 26а, 26b и/или 26с.
1. Система охлаждения затопленного типа, содержащая:
испаритель хладагента,
компрессор хладагента,
конденсатор хладагента,
дроссельное устройство и
подогреватель хладагента, расположенный перед входом в испаритель хладагента,
причем упомянутые испаритель хладагента, компрессор хладагента, конденсатор хладагента, дроссельное устройство и подогреватель хладагента подключены к линии тока хладагента в следующем порядке: 1) компрессор - 2) конденсатор - 3) подогреватель - 4) дроссельное устройство - 5) испаритель - 1) компрессор, причем упомянутая линия тока хладагента также включает:
первый датчик, расположенный между выходом испарителя хладагента и входом компрессора для измерения по меньшей мере одного из температуры, давления и соотношения пара и жидкости хладагента, выходящего из испарителя хладагента; и
систему управления подогревателем для управления количеством тепла, которое подается на хладагент, протекающий через упомянутый предварительный подогреватель хладагента к упомянутому испарителю хладагента, на основе данных, полученных от упомянутого первого датчика.
2. Система охлаждения по п. 1, в которой указанный подогреватель хладагента представляет собой теплообменник.
3. Система охлаждения по п. 2, в которой источник тепла указанного теплообменника с подогревателем представляет собой теплый жидкий хладагент, выходящий из указанного конденсатора хладагента.
4. Система охлаждения по п. 1, дополнительно содержащая сепараторный элемент, выполненный с возможностью отделения жидкого хладагента от парообразного на выходе из указанного испарителя.
5. Система охлаждения по п. 1, дополнительно содержащая питающий насос испарителя, расположенный между выходом конденсатора и входом испарителя.
6. Система охлаждения по п. 1, дополнительно содержащая систему оттаивания.
7. Система охлаждения, содержащая:
испаритель хладагента, характеризующийся наличием входа и выхода;
сепаратор жидкости и пара, характеризующийся наличием входа, выхода для пара и выхода для жидкости;
компрессор хладагента, характеризующийся наличием входа и выхода;
конденсатор хладагента, характеризующийся наличием входа и выхода;
дроссельное устройство, характеризующееся наличием входа и выхода; и
подогреватель хладагента, характеризующийся наличием входа и выхода, расположенный перед входом в испаритель хладагента;
в которой указанный испаритель, сепаратор, компрессор, конденсатор, подогреватель и дроссельное устройство соединены с одной или несколькими линиями тока хладагента через магистраль хладагента,
при этом система охлаждения дополнительно содержит первый датчик, расположенный между выходом испарителя хладагента и входом компрессора для измерения по меньшей мере одного из температуры, давления и соотношения пара и жидкости хладагента, выходящего из испарителя хладагента, и
систему управления подогревателем для управления количеством тепла, которое подается на хладагент, протекающий через упомянутый предварительный подогреватель хладагента к упомянутому испарителю хладагента, на основе данных, полученных от упомянутого первого датчика.
8. Система охлаждения по п. 7, в которой указанная система представляет собой затопленную систему.
9. Способ уменьшения заряда хладагента испарителя системы охлаждения, предусматривающий подогрев жидкого хладагента перед его подачей на указанный вход в испаритель.
10. Способ по п. 9, дополнительно предусматривающий измерение свойства указанного хладагента на входе указанного испарителя и регулирование величины указанного подогрева на основании указанного измеренного свойства.
11. Способ по п. 9, в котором указанный подогрев хладагента перед его подачей на вход в испаритель обеспечивает уменьшение заряда хладагента на тонну холодопроизводительности на 10% или более.
12. Способ по п. 11, в котором указанный подогрев хладагента перед его подачей на вход в испаритель обеспечивает уменьшение заряд хладагента на тонну холодопроизводительности на 30% или более.
13. Способ по п. 9, предусматривающий нагрев указанного жидкого хладагента для преобразования 10-30% парообразного хладагента.
