Холодильний агрегат

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано для получения холода в бытовых и промышленных холодильниках, а также в тепловых насосах для систем централизованного и автономного теплоснабжения. Наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков и достигаемому результату является холодильный агрегат [1]. Холодильный агрегат содержит последовательно включенные в замкнутый циркуляционный контур хладагента испаритель, откачной патрубок, вакуумный клапан, вакуумный насос, конденсатор, дроссельный орган. В контуре циркуляции хладагента между конденсатором и испарителем имеется накопительная емкость, которая снабжена источником хладагента (воды) в виде тр убки с затвором, уходящей вглубь емкости, эта трубка снабжена внешней емкостью, непроницаемой по вакууму и небольшим резервуаром с воронкой, обеспечивающим перезарядку воды. При работе известного устройства вакуумный насос через откачной патрубок и вакуумный затвор откачивает пары хладагента из испарителя, понижая в нем давление, при этом хладагент вскипает и интенсивно испаряется. Сжатые насосом пары хладагента поступают в конденсатор где конденсируются, отдавая теплоту. Сниженный хладагент из конденсатора перекачивается в накопительную емкость. Из накопительной емкости жидкий хладагент перекачивается через дроссельный орган в испаритель. Известное устройство в отличие от аналогов, характеризуется тем, что в качестве хладагента могут быть использованы дешевые экологически безопасные вещества, в предпочтительном варианте вода. Недостатком известного холодильного агрегата является невысокий коэффициент преобразования, что обусловлено циклической работой: цикл холодильника с непосредственным восстановлением холода, цикл накопления тепла при дегидратации соли и работой холодильного агрегата с конденсатором, накоплением соли или други х ве ществ, цикл восстановления тепла при гидратации соли. Кроме того перекачка в контуре циркуляции хладагента в виде жидкости снижает коэффициент преобразования из-за затрат энергии на преодоление трения хладагента о стенки трубопроводов контура. Задачей данного изобретения является усовершенствование холодильного агрегата, в котором за счет нового конструктивного исполнения и компоновки элементов, а также за счет использования нетрадиционного хладагента, обеспечивается повышение коэффициента преобразования, что снижает энергопотребление, например, при использовании агрегата в бытовых или промышленных холодильниках. Для этого в известном холодильном агрегате, содержащем последовательно включенные в замкнутый контур циркуляции хладагента, испаритель, откачной патрубок, вакуумный клапан, вакуумный насос, конденсатор и дроссельный орган, согласно изобретений испаритель выполнен в виде вакуумной камеры с развитой поверхностью испарения хладагента, конденсатор через дроссельный орган соединен непосредственно с испарителем, дроссельный орган размещен внутри откачного патрубка, а в качестве хладагента использованы высококипящие (т-ра кип. t>0° при давлении р=1 бар) вещества, в частности этанол или его водные растворы. Эффективность холодильных агрегатов определяется коэффициентом преобразования e - отношением полученного (тепловой насос) или отобранного (холодильник) тепла Q к затраченной работе А (или теплу - в абсорбционных машинах) Это достигается созданием непрерывного режима работы и условий для интенсивного испарения и откачки паров кипящего хладагента. Пары высококипящего хладагента откачиваются вакуумным насосом через откачной патрубок, внутри которого размещен дроссельный орган, понижая давление в испарителе, который имеет развитую поверхность, хладагент вскипает и интенсивно испаряется, отбирая теплоту испарителя и понижая в нем температуру. Теоретически предельное значение e выражается через температуру в испарителе Т1 и температуру в конденсаторе Т2 (абсолютна шкала) При этом eт всегда больше 1, т.к. Т2>Т. В реальных холодильных агрегатах всегда eАр . Причем эта разница в большей степени зависит от конструктивных особенностей агрегата. В заявляемом холодильном агрегате, как и в прототипе, работа затрачивается не только на сжатие паров, но и на циркуляцию рабочего вещества по замкнутому контуру. Но в прототипе на участке "конденсаториспаритель" последовательно расположены накопитель, дроссельный орган и вакуумный клапан, соединенные трубопроводом и для прокачки рабочей жидкости через этот участок требуется некоторая работа DА, определяемая гидравлическим сопротивлением всех эти х элементов. В предлагаемом холодильном агрегате дроссельный орган является по сути конечным элементом конденсатора и расположен непосредственно в откачном патрубке (элемент испарителя), а жидкость после дросселирования поступает в испаритель по сути самотеком. Таким образом работа на циркуляцию хладагента по контуру при прочих равных условиях будет меньше на величину DА. То есть если в Q Qk e= k, e= A то в прототипе A + DA раз. предлагаемом устройстве A + DA A Таким образом предлагаемый холодильный агрегат эффективнее и экономичнее прототипа в раз. На чертеже схематично изображен предлагаемый холодильный агрегат. Холодильный агрегат содержит включенные последовательно в замкнутый контур циркуляции хладагента испаритель 1, выполненный в виде вакуумной камеры с развитой поверхностью испарения хладагента 2. Испаритель снабжен откачным патрубком 3 с большой пропускной способностью. Откачной патрубок 3 через вакуумный клапан 4 соединен с механическим вакуумным насосом 5. К выходу насоса подсоединен конденсатор 6. Выход конденсатора подсоединен к дроссельному органу 7, содержащему, например, последовательно соединенные дроссель-клапан 8 и змеевик 9. Дроссельный орган 7 размещен внутри откачного патрубка 3. Дроссель-клапан, входящий в состав дроссельного органа, выполнен, например, по типу вакуумного игольчатого натекателя (Кучеренко Е.Т. Справочник по физическим основам вакуумной техники. Киев, "Вища школа", 1981, с. 182). Поверхность испарения хладагента 2 испарителя 1 должна быть не менее 5×10-3 м 2 на 1 кВт производительности. В качестве хладагента 2 использованы высококипящие (т-ра кип. t>0°C при давлении р=1 бар) вещества. Наиболее эффективная. работа холодильного агрегата достигается при использовании этанола или его водных растворов. Работает заявляемый холодильный агрегат следующим образом. Вакуумный насос 5 через откачной патрубок 3 и вакуумный клапан 4 откачивает пары хладагента 2 из испарителя 1, понижая в нем давление. При этом хладагент 2 вскипает и интенсивно испаряется, отбирая теплоту из испарителя 1, понижая в нем температуру. Откачка паров хладагента 2 из испарителя 1 происходит с высокой скоростью (3,5 л/с), что обеспечивается развитой поверхностью испарителя 1, большой пропускной способностью откачного патрубка 3 и размещением дроссельного органа 7 внутри откачного патрубка 3. Сжатые вакуумным насосом 5 пары хладагента 2 поступают в конденсатор 6, где охлаждаются естественным образом и конденсируются, отдавая теплоту. Сжиженный хладагент 2 из конденсатора 6 поступает в дроссельный орган 7, где охлаждается при дросселировании, например, в дроссель-клапане 8 и по змеевику 9 попадает обратно в испаритель 1 дополнительно охлаждаясь откачиваемыми парами. При проведении испытаний холодильника, имеющего 1 м полезного объема и использующего предлагаемый холодильный агрегат, поверхность испарения испарителя 1 которого порядка 0,5 м 2, а в качестве хладагента 2 использован этиловый спирт, достигнута температура в испарителе 1-34°С. Такой холодильник потребляет энергии на 25-30% меньше, чем фреоновые с таким же полезным объемом.