Спосіб одержання холоду і парокомпресійна холодильна машина

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в ряде областей народного хозяйства, например в угольной промышленности для охлаждения рудничного воздуха. Известен способ получения искусственного холода, заключающийся в сжатии паров хладагента, их транспортировке в конденсатор, конденсации, транспортировке жидкого хладагента к испарителю, испарении за счет подвода теплоты от охлаждаемого объекта [1]. Известны холодильные машины, реализующие описанный способ. Холодильные машины содержат компрессор (поршневой, винтовой или турбинный), конденсатор, регулирующее устройство и испаритель [1]. Недостатками известных способов получения искусственного холода и машин, реализующи х указанный способ, являются необходимость сложного технологического оборудования; низкая степень сжатия паров хладагента в компрессоре, обусловленная наличием "мертвого пространства" и по этой причине необходимость использования многоступенчатых машин; повышенная экологическая и санитарногигиеническая опасность их эксплуатации. Наиболее близким к изобретению является способ получения искусственного холода, заключающийся в сжатии паров хладагента, нагнетании их в конденсатор, конденсации паров хладагента за счет отвода теплоты конденсации теплоносителем, подаче жидкого хладагента через регулирующее устройство или дроссельный вентиль в испаритель, испарении хладагента за счет подвода теплоты испарения хладоносителем и отсасывание паров хладагента компрессором для повторения цикла [2]. Наиболее близким устройством для получения искусственного холода является холодильная машина с поршневым компрессором и испарительноконденсаторным агрегатом (2). Недостатками способа и холодильной машины, определенных в качестве прототипа, также как и аналога, являются ограничение степени сжатия паров хладагента, высокая температура сжатых до давления конденсации паров хладагента; опасность утечек хладагента в больших количествах в окружающую среду, Последний недостаток обусловлен тем, что термодинамические процессы изменения агрегатного состояния хладагента осуществляют в разных элементах те хнологического оборудования, связанных между собой трубопроводами рециркуляции хладагента. Кроме того, элементы машины сложны в изготовлении и эксплуатации. Целью изобретения является повышение холодильного коэффициента. Поставленная цель достигается тем, что в способе получения холода, заключающемся в сжатии паров хладагента, их конденсации, транспортировке жидкого хладагента, его расширении и испарении, сжатии, конденсации и испарении хладагента, заключенного в герметичные капсулы переменного объема из теплопроводного материала, размещенные в замкнутом объеме с жидкой средой, ведут путем изменения температуры и давления жидкой среды, при этом сжатие и конденсацию паров хладагента ведут одновременно, а испарение с совершением работы, Кроме того, регенеративный теплообмен осуществляют при помощи жидкой среды. С целью повышения экономичности, в парокомпрессионной холодильной машине, содержащей испарительно-конденсаторный агрегат и системы тепло- и хладоносителя, соединенные между собой трубопроводами, агрегат выполнен в виде вертикального сосуда, заполненного жидкой средой и хладагентом, заключенным в герметичные капсулы переменного объема; причем в верхней зоне вертикального сосуда подключена система теплоносителя, а к нижней зоне - система хладоносителя, обе зоны соединены зоной для транспортирования капсул и последняя отделена от нижней зоны жалюзийными створками. На фиг.1 представлена принципиальная схема блока холодильных машин, подсоединенных параллельно к системам теплоносителя и хладоносителя, каждая из которых находится на одном из этапов рабочего цикла; на фиг.2 приведен теоретический цикл работы предложенной холодильной машины в диаграмме Холодильная машина включает в себя: вертикальный сосуд 1, верхняя зона 2 (зона конденсации хладагента) которого подсоединена посредством вентиля 3 к входящему 4, а посредством вентиля 5 к исходящему 6 трубопроводам системы теплоносителя (конденсаторной воды). Зона транспортирования 7 (зона регенеративного теплообмена) сосуда 1 соединяет его верхнюю зону 2 с нижней зоной 8 (зоной испарения хладагента), подсоединенной посредством вентиля 9 к входящему 10, а посредством вентиля 11 к исходящему 12 трубопроводам системы хладоносителя; на границе зоны транспортирования 7 с нижней зоной 8 установлены жалюзийные решетки 13; емкость 14 для сбора отработанного теплоносителя, насос 15 для подачи теплоносителя на градирню 16, насос 17 - для рециркуляции хладоносителя. Сосуд 1 заполнен жидкой средой, например водой, к герметичными капсулами 18 переменного объема с хладагентом. В. качестве хладагента выбирает углекислоту. Способ работы холодильной машины представлен циклом из шести этапов. На первом этапе (см. фиг.1, машины 1) закрыты вентили 3, 9, 11 и жалюзийные решетки 13, капсулы 18 с жидким хладагентом находятся в зоне испарения 8 с параметрами хладагента, соответствующими точке 5 на диаграмме (см. фиг.2); открывают вентиль 5 и в сосуде устанавливается давление испарения Хладагент в капсула х испаряется, отбирая тепло от хладоносителя, находящегося в зоне 8, в результате чего температура хладоносителя понижается. Линия процесса первого этапа на диаграмме представлена линией 5 - 5 - 1'. В процессе испарения хладагента в капсулах в зоне 8, часть хладоносителя, объем которого равен объему испарившегося хладагента, вытесняется из зоны 8 в зону 7. часть жидкости из зоны 7 вытесняется в зону 2, а оттуда часть отработанного теплоносителя вытесняется в емкость 14. Таким образом, при расширении хладагента в зоне испарения совершается полезная работа. На втором этапе работы машины (машина II) закрывают вентиль 5 и открывают вентили 9 и 11 и под давлением испарения закачивают в зону 8 отепленный хладоноситель из входящего трубопровода хладоносителя 10 и вытесняют охлажденный хладоноситель в исходящий трубопровод 12 хладоносителя. Процесс замены хладоносителя в зоне 8 изображен в диаграмме линией 1 - 2. Хладагент нагревается в зоне 8 за счет отепленного хладоносителя до определенной температуры, охлаждая свежезакачанный в зону 8 хладоноситель. На третьем этапе (см. машина III на фиг.1) закрывают вентили 9 и 11 и открывают жалюзийные решетки 13. Под действием архимедовых сил капсулы перемещаются из зоны 8 через зону 7 в зону 2. В процессе перемещения капсул часть жидкости вытесняется из зоны 7 в зону 8, а часть жидкости из зоны 2 поступает в зону 7. Процесс перемещения капсул с хладагентом изображен в диаграмме линией 2 - 2'. Конечная температура хладагента этапа конца III будет примерно равной температуре теплоносителя зоны 2. На четвертом этапе (машина IV) закрывают жалюзийные решетки 13 и открывают вентиль 3, в сосуде устанавливается давление конденсации и пары хладагента в капсулах начинают конденсироваться, отдавая теплоту конденсации теплоносителю зоны 2. Капсулы уменьшаются в объеме и свежий теплоноситель поступает в зону 2. В количестве, равном объему сконденсировавшегося пара. Процесс сжатия и конденсации паров хладагента в зоне 2 осуществляют при температуре близкой к температуре теплоносителя. На диаграмме этап IV изображен линией 2' - 3 - 4. На пятом этапе (машина V) открывают вентиль 5 на столько, чтобы в сосуде сохранилось давление конденсации и прокачивают через зону 2 теплоноситель, полностью отводя теплоту конденсации. На диаграмме этот этап изображен линией 4 - 4. На шестом этапе (машина VI) закрывают вентили 3 и 5 и открывают жалюзийные решетки 13, капсулы 18 с жидким хладагентом опускаются в нижнюю зону 8 через зону 7, при этом, проходя через транспортную зону капсулы с хладагентом охлаждаются за счет жидкости транспортной зоны, т.е. происходит регенеративный по сравнению с этапом III теплообмен. На диаграмме этап VI изображены линией 4' - 5. После завершения этапа VI машина принимает первоначальное состояние и готова для осуществления этапа 1, т.е. повторения цикла. Предлагаемое изобретение позволяет упростить конструкцию, повысить экономичность и надежность парокомпрессионных машин.