Холодильна установка

Винахід відноситься до холодильної техніки і може бути застосований в усіх галузях народного господарства, переважно в холодильних установках, призначених для охолодження продуктів і кондиціонування повітря, побутовому та торговельному холодильному обладнанні. По авторському свідоцтву №1762087А1, опублікованому в бюл. №34 від 15.09.92, відома холодильна машина, що містить циркуляційний контур, до якого включені компресор і генератор, з'єднані теплопровідним елементом, конденсатор, дросельний пристрій, два випарники, які належать компресійній та абсорбційній частинам агрегату, теплообмінник, абсорбер і систему сполучних трубопроводів. Ця машина працює за суміщеним компресійно-абсорбційним циклом і утилізує тепло, що виділяється при стисненні холодильного агента в компресорі. Недоліком відомої холодильної машини є складна конструкція, а також значне споживання електричної енергії, що витрачається на стиснення робочого тіла. Вказані причини знижують економічність і компактність холодильної машини. По авторському свідоцтву №1749647А1, опублікованому в бюлетені №27 від 23.07.92 відома холодильна машина, що містить циркуляційний контур з компресором, конденсатором, ресивером, терморегулювальним вентилем і трубчастим випарником, обладнана трубчастим теплообмінником-випарником і змійовиком ресивера. Недоліком відомої холодильної машини є низький ККД всієї системи. По авторському свідоцтву №1758366А1, опублікованому в бюл. №32 від 30.08.92, яке є найбільш близьким і прийнятим у якості прототипу, є холодильна установка, що містить випарник, підключений до поршневого компресора, конденсатор з поршневим насосом, поршневу парову машину, яка має трипоясковий золотниковий розподільник, причому поршнева машина своїм поршнем кінематичне зв'язана з компресором, насосом і золотниковим розподільником, а кип'ятильник підключений до порожнини парової машини через цей золотник. Недоліком цієї установки є те, що вона споживає лише тепло низького потенціалу (вода, відхідні гази, пара), що обумовлює низький ККД всієї системи. Крім того, суттєвим недоліком є також мала економічність внаслідок того, що тепло, яке виділяється в процесі стиснення холодильного агента в компресорі, віддається у навколишнє середовище. Метою винаходу є підвищення енергетичної ефективності шляхом використання тепла, що виділяється в процесі стиснення холодильного агента для перетворення теплової енергії в механічну. Вказана мета досягається завдяки тому, що холодильна установка з комбінованим компресійно-паровим агрегатом містить випарник, підключений до поршневого компресора, парову машину з поршнем, конденсатор, причому компресійний паровий контури мають спільну ділянку, в якій додатково встановлений двопорожнинний теплообмінник-випарник, виконаний конструктивно "тр уба в трубі", парова порожнина якого включена в контур між конденсатором і надпоршневою порожниною парової машини, при цьому нагнітальний трубопровід компресора вмонтований у між трубний простір теплообмінника-випарника, а випарна порожнина по рідині поєднана через регулювальний вентиль з виходом конденсатора і через пару сполучається з підпоршневою порожниною парової машини. Крім того, замість насоса установка додатково містить лінійний електродвигун, який передає зворотно-поступальний рух поршням парової машини, холодильного компресора та трипояскового золотника, кінематичне зв'язаними між собою. Досягнення позитивного ефекту при здійсненні даного технічного вирішення обумовлюється тим, що холодильна установка, використовує електричну енергію, яка необхідна для подолання сил тертя в механізмі руху, так і тепло перегріву парів холодильного агента. Це тепло утилізується в теплообміннику-випарнику для перетворення теплової енергії в механічну, при цьому не потребує кип'ятильника. Використання частини роботи розширення пари в паровій машині на подолання механічних втрат дозволяє зменшити потужність привідного двигуна. На кресленні схематично зображена запропонована холодильна установка. Парова машина 1 з поршнем 2 і холодильний компресор 3 з поршнем 4 об'єднані теплообмінником-випарником 5. Нагнітальний трубопровід 6 холодильного компресора 3 вмонтований у міжтрубний простір теплообмінника-випарника 5 і конструктивно виконаний у вигляді форконденсатора 7, конденсатор 8 з’єднаний трубопроводом 9, який приєднаний до кип’ятильника 10 через регулювальний вентиль 11 і до випарника 12 через регулювальний вентиль 13. кипятильник 10 належить паровій частині агрегату, випарник 12 - компресійній. Трипоясковий золотник 14, розміщений у кришці 15, який взаємодіє за допомогою штока 16 і гайки 17 з поршнем 2, кінематичне зв'язані між собою та керуються лінійним електродвигуном 18 зворотно-поступального руху, в якому рухомий якір 19 жорстко з'єднаний з поршнем 4. Золотникова порожнина 20 сполучається через паровий трубопровід 21 з кип’ятильником 10. Порожнини 22 і 23 парової машини, розділені поршнем 2, сполучаються між собою перепускним трубопроводом 24 за допомогою золотника 14. Над поршнева порожнина 22 парової машини 1 сполучається з форконденсатором 7 через канал 25 і трубопровід 26. Трубопровід 27 поєднує випарник 12 з порожниною 28, яка має всмоктувальний клапан 29 і нагнітальний клапан 30. Холодильна установка працює таким чином. Поршневий холодильний компресор 3, який приводиться в рух лінійним електродвигуном 18, всмоктує з випарника низького тиску 12 холодильний агент, наприклад аміак, по трубопроводу 27 через всмоктувальний клапан 29. Стиснені компресором 3 пари нагнітаються по трубопроводу 6 через нагнітальний клапан 30 у теплообмінник-випарник 5, у якому відбувається теплообмін між рухомими назустріч один одному гарячою парою та рідиною, яка кипить при високому тиску. При цьому пара охолоджується і в стані насичення надходить до конденсатора 8, де і конденсується. Після конденсації по рідинному трубопроводу 9 частина холодильного агента через регулювальний вентиль 13 направляється у випарник 12, де випаровується, відводячи тепло від охолоджуваного об'єкта. Інший потік рідини дроселюється в регулювальному вентилі 11 і направляється у випарник 10, де випаровується за рахунок теплоти, що передається гарячою парою, яка надходить до форконденсатора 7. Утворена в результаті випаровування пара високого тиску надходить трубопроводами 21 і 24 до порожнини 23 парової машини 1. Поршень 2 переміщується вгору (по кресленню). Газ, який знаходиться над поршнем 2, перетікає через канал 25 і трубопровід 26 у теплообмінник-випарник 5. Надпоршнева порожнина 22 парової машини 1 сполучається через канал 25 і трубопровід 26 з форконденсатором 7. У верхньому положенні поршень 2 взаємодіє з золотником 14, який перекриває канал 25 і роз'єднує надпоршневу порожнину 22 парової машини 1 з форконденсатором 7. Трубопровід 21, який сполучає випарник 10 з порожниною 23 парової машини 1, перекривається золотником 14. Надпоршнева 22 і підпоршнева 23 порожнини парової машини 1 сполучаються між собою трубопроводом 24. Тиск над поршнем 2 парової машини 1 та під ним - зрівноважуються. Поршень 2 переміщується вниз (по кресленню) за рахунок більшої підпоршневої площини поршня 2 і за рахунок керування лінійним електродвигуном 18. У нижньому положенні поршень 2 взаємодіє з золотником 14 і переміщує його вниз (по кресленню). Підпоршнева порожнина 23 парової машини 1 сполучається з випарником 10, а надпоршнева порожнина 22 - з форконденсатором, після чого цикл повторюється. Завдяки даному те хнічному вирішенню вдалося використати тепло, що виділяється при стисненні холодильного агента в компресорі, що дозволяє підвищити економічність холодильної установки. Робота циклу дорівнює різниці робіт, витраченої в холодильному компресорі та отриманої в паровій машині. l ц = l хк - l пм Отже, економічність холодильної установки буде зростати, так як при цьому зменшується робота витрачається на стиснення холодильного агента в компресорі. lц , яка