Установка для отримання тепла або холоду (варіанти)

Реферат: Група винаходів належить до холодильних систем та теплових насосів з багатоступеневими циклами. Варіанти установок для отримання тепла або холоду містять сполучені між собою насос, конденсатор, а також множину випарників, дроселів, ежекторів і сепараторів рідкого холодоагенту. Установки різняться числом сепараторів рідкого холодоагенту, дроселів, ежекторів і випарників, а також схемами сполучення перелічених елементів. При цьому рідку фазу у сепараторах з більш високим тиском використовують для відкачування пари з сепараторів більш низького тиску і конденсованого холодоагенту після конденсаторів за допомогою ежекторів. Багатоступеневе послідовне розширення пари обумовлює більш низький тиск кипіння холодоагенту і ефективне вилучення енергії з нього. Винаходи сприяють підвищенню коефіцієнта корисної дії холодильних циклів. UA 103365 C2 (12) UA 103365 C2 UA 103365 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до установки для отримання тепла або холоду. Відома установка, що містить сполучені між собою компресор, конденсатор, дросель та випарник, а також ежектор, сопло якого сполучене з нагнітальною стороною компресора, а дифузор - зі всмоктувальною стороною компресора, приймальна камера сполучена з випарником (див. Розенфельд Л.М. "Холодильные машины и аппараты", М: Госторгиздат, 1960 г., СС 228-229). Вказаній установці властиві такі недоліки: 1) споживання частки пари високого тиску; 2) низька енергетична ефективність; 3) спроможність давати позитивний ефект лише при значному перепаді найнижчого та найвищого тиску. Відома також установка, що містить сполучені між собою компресор, конденсатор, дросель та випарник, а також ежектор, сопло якого сполучене з виходом з конденсатора, приймальна камера сполучена з випарником, а дифузор - зі всмоктувальною стороною компресора. (див. R2236 International Refrigerating and air Conditioning Conference at Purdue, Juli, 12-15 2010 "Booster Vapor-Compressions Refrigerating System", fig. 9, D. Buyadgie, Wilson Ltd). Найближчою до винаходу, що заявляється, є установка, яка працює за способом, описаним в доповіді (див. R-2236 International Refrigerating and air Conditioning Conference at Purdue, Juli, 12-15 2010"BoosterVapor-Compressions Refrigerating System", fig. 1, D.Buyadgie, Wilson Ltd.) Установка містить сполучені між собою конденсатор, випарник, дросель, ежектор, компресор. Дана установка вибрана прототипом. Прототип і винахід, що заявляється, мають наступні спільні ознаки: - конденсатор; - випарник; - дросель; - ежектор; - компресор. Установки, які працюють за зазначеним способом, мають найвищі енергетичні показники з усіх аналогів, але не до кінця використовують ексергію баластної пари і, як наслідок, мають відносно невеликий коефіцієнт корисної дії. В основу винаходу поставлена задача розробити установку для отримання тепла або холоду, в якій шляхом ежектування пари холодоагенту низького тиску парою проміжного тиску, яка утворюється при дроселюванні або іншому розширенні рідкого холодоагенту до цього тиску та оригінального схемного рішення, забезпечити значне підвищення коефіцієнта корисної дії установки в різних варіантах її виконання. Поставлена задача розв'язана двома варіантами виконання установки для отримання тепла або холоду. В першому варіанті поставлена задача вирішена в установці для отримання тепла або холоду, що містить сполучені між собою конденсатор, випарник, дросель, ежектор і компресор, тим, що вона додатково містить чотири сепаратори рідкого холодоагенту, три дроселі і два ежектори, при цьому вихід конденсатора через перший дросель сполучений з першим сепаратором рідкого холодоагенту, перший вихід першого сепаратора рідкого холодоагенту через другий дросель сполучений з другим сепаратором рідкого холодоагенту, другий вихід першого сепаратора сполучений з першим входом першого ежектора, перший вихід другого сепаратора рідкого холодоагенту через третій дросель сполучений з третім сепаратором рідкого холодоагенту, другий вихід другого сепаратора сполучений з другим входом першого ежектора, перший вихід третього сепаратора рідкого холодоагенту через четвертий дросель сполучений з четвертим сепаратором рідкого холодоагенту, другий вихід третього сепаратора рідкого холодоагенту сполучений з другим входом другого ежектора, перший вхід якого сполучений з виходом першого ежектора, перший вихід четвертого сепаратора рідкого холодоагенту сполучений з випарником, вихід якого сполучений з магістраллю, яка з'єднує другий вихід четвертого сепаратора рідкого холодоагенту з другим входом третього ежектора, перший вхід якого сполучений з виходом другого ежектора, вихід третього ежектора сполучений з входом компресора, вихід якого сполучений з входом конденсатора. В другому варіанті поставлена задача вирішена в установці для отримання тепла або холоду, що містить сполучені між собою конденсатор, випарник, дросель, ежектор і компресор, тим, що вона додатково містить п'ять сепараторів рідкого холодоагенту, п'ять дроселів, три випарники і два ежектори, при цьому вихід конденсатора послідовно через перший, другий, третій, четвертий і п'ятий дроселі сполучений з першим, другим, третім, четвертим і п'ятим сепаратором рідкого холодоагенту, другий вихід першого сепаратора рідкого холодоагенту 1 UA 103365 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 сполучений з другим входом третього ежектора, другий вихід другого сепаратора рідкого холодоагенту сполучений з другим входом другого ежектора, другий вихід третього сепаратора рідкого холодоагенту сполучений з другим входом першого ежектора, вихід п'ятого сепаратора рідкого холодоагенту через шостий дросель сполучений з входом першого випарника, вихід якого сполучений з першим входом першого ежектора, вихід якого сполучений з магістраллю, що з'єднує вихід другого випарника з першим входом другого ежектора, а вхід другого випарника сполучений з магістраллю, що з'єднує вихід п'ятого сепаратора рідкого холодоагенту з шостим дроселем, вихід четвертого сепаратора рідкого холодоагенту також сполучений з входом третього випарника, вихід якого сполучений з першим входом третього ежектора, а вихід другого ежектора сполучений з магістраллю, що з'єднує третій випарник з першим входом третього ежектора, вихід третього сепаратора рідкого холодоагенту також сполучений з входом четвертого випарника, вихід якого сполучений з магістраллю, що з'єднує вихід третього ежектора з компресором, вихід якого сполучений з входом конденсатора. Заявлені установки зберігають властивості способу та мають додаткову перевагу, пов'язану з можливістю підвищення ККД за рахунок повного використання ексергії баластної пари та максимального зниження дросельних витрат, що робить їх найбільш ефективними. Схеми варіантів виконання різних холодильних систем і теплових насосів зображені на кресленні, де: фіг. 1 - схема установки для отримання тепла і холоду (варіант 1); фіг. 2 - схема установки для отримання тепла і холоду (варіант 2); фіг. 3 - схема установки за прототипом; фіг. 4 - схема установки за аналогом. Установка за першим варіантом містить конденсатор 1, випарник 2, перший 3, другий 11, третій 12 і четвертий 13 сепаратори, перший 6, другий 7, третій 9 і четвертий 10 дроселі, перший 4, другий 14 і третій 15 ежектори та компресор 5. Перелічені елементи сполучені між собою за такою схемою. Вихід конденсатора 1 через дросель 6 сполучений з першим сепаратором 3. Перший вихід першого сепаратора 3 сполучений через другий дросель 7 з другим сепаратором рідини 11. Другий вихід першого сепаратора 3 сполучений з першим ежектором 4. Перший вихід другого сепаратора 11 через третій дросель 9 сполучений з третім сепаратором рідини 12. Другий вихід другого сепаратора 11 сполучений з першим ежектором 4, вихід якого сполучений з другим ежектором 14. Другий вихід третього сепаратора 12 сполучений з другим ежектором 14, вихід якого сполучений з третім ежектором 15. Перший вихід третього сепаратора 12 через дросель 10 сполучений з четвертим сепаратором 13. Перший вихід четвертого сепаратора 13 сполучений з випарником 2, вихід якого сполучений з магістраллю, яка з'єднує другий вихід четвертого сепаратора 13 з третім ежектором 15, вихід якого сполучений з конденсатором 1. В роботі установки за першим варіантом ежектори поєднані між собою послідовно, В цьому випадку здійснюється чотири розширення та чотири сепарації холодоагенту, пара з першого сепаратора 3 подається до першого сопла ежектора 4, а пара з другого сепаратора 11 ежектується цим ежектором 4, далі парова суміш розширюється в другому ежекторі 14, та ежектує пару з третього сепаратора 12, нарешті отримана після ежектора 15 парова суміш ежектує парову суміш з четвертого сепаратора 13 та випарника 2 і подає всю пару до компресора 5. Установка за другим варіантом містить конденсатор 1, перший випарник 2, другий випарник 18, третій випарник 19, четвертий випарник 20, перший сепаратор рідкого холодоагенту 3, другий сепаратор 11, третій сепаратор 12, четвертий сепаратор 13, п'ятий сепаратор 21, перший дросель 6, другий дросель 7, третій дросель 9, четвертий дросель 10, п'ятий дросель 16, шостий дросель 17, перший ежектор 4, другий ежектор 14, третій ежектор 15 і компресор 5. Перелічені елементи сполучені між собою за наступною схемою. Вихід конденсатора 1 послідовно сполучений з першим 3, другим 11, третім 12, четвертим 13 і п'ятим 21 сепараторами рідкого холодоагенту. На магістралі, яка сполучає перелічені сепаратори рідкого холодоагенту установлені перший 6, третій 9, четвертий 10, п'ятий 16 і шостий 17 дроселі. Третій сепаратор рідкого холодоагенту 3 сполучений з третім ежектором 15, другий сепаратор рідкого холодоагенту 11 сполучений з другим ежектором 11, а третій сепаратор рідкого холодоагенту 12 сполучений з першим ежектором 4. Третій сепаратор рідкого холодоагенту 3 сполучений з четвертим випарником 20, четвертий сепаратор рідкого холодоагенту 13 сполучений з третім випарником 19 і магістраллю, яка 2 UA 103365 C2 5 10 15 20 сполучає вихід третього випаровувала 19 з третім ежектором 15. П'ятий сепаратор рідкого холодоагенту 21 сполучений з другим випарником 18 і з магістраллю, яка сполучає вихід другого випарника 18 з другим ежектором 14, а також з першим випарником 2. Вихід першого випарника 2 сполучений з першим ежектором 4, який в свою чергу сполучений з магістраллю, яка з'єднує вихід другого випарника 18 з другим ежектором 14. Другий ежектор 14 сполучений з магістраллю, яка з'єднує вихід третього випарника 19 з третім ежектором 15, який сполучений з компресором 5, вихід якого сполучений з входом конденсатора 1. Працює установка за другим варіантом у такий спосіб. Пара холодоагенту високого тиску з компресора 5 надходить до конденсатора 1, де конденсується. Рідкий холодильний агент послідовно дроселюється в дросельних вентилях 6, 7, 9, 13 та 16 та відділяється від пари відповідно в сепараторах 3, 11, 12, 13 та 21.Пара проміжного тиску з сепараторів 3, 11 та 12 спрямовується відповідно на сопла ежекторів 15, 14 та 4. Рідкий холодоагент після сепараторів 12, 13 та 21 частково надходить відповідно до випарників 20, 19 та 18, а решта йде на наступне дроселювання. Після останнього дроселювання рідини в дросельному вентилі 17, холодоагент надходить до випарника 2, де кипить при найнижчій температурі та утворена пара ежектується ежектором 4. Парова фаза з сепаратора 21 разом з парою після випарника 18 ежектується ежектором 14, а парова фаза з сепаратора 13 разом з парою з випарника 19 ежектується ежектором 15. Пара після випарника 20 разом з парою після ежектора 15 всмоктується компресором 5, після чого цикл повторюється. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Установка для отримання тепла або холоду, що містить сполучені між собою конденсатор (1), випарник (2), дросель (6), ежектор (4) і компресор (5), яка відрізняється тим, що вона додатково містить чотири сепаратори (3, 11, 12, 13) рідкого холодоагенту, три дроселі (7, 9, 10) і два ежектори (14, 15), при цьому вихід конденсатора (1) через перший дросель (6) сполучений з першим сепаратором (3) рідкого холодоагенту, перший вихід першого сепаратора (3) рідкого холодоагенту через другий дросель (7) сполучений з другим сепаратором (11) рідкого холодоагенту, другий вихід першого сепаратора (3) сполучений з першим входом першого ежектора (4), перший вихід другого сепаратора (11) рідкого холодоагенту через третій дросель (9) сполучений з третім сепаратором (12) рідкого холодоагенту, другий вихід другого сепаратора (11) сполучений з другим входом першого ежектора (4), перший вихід третього сепаратора (12) рідкого холодоагенту через четвертий дросель (10) сполучений з четвертим сепаратором (13) рідкого холодоагенту, другий вихід третього сепаратора (12) рідкого холодоагенту сполучений з другим входом другого ежектора (14), перший вхід якого сполучений з виходом першого ежектора (4), перший вихід четвертого сепаратора (13) рідкого холодоагенту сполучений з випарником (2), вихід якого сполучений з магістраллю, яка з'єднує другий вихід четвертого сепаратора (13) рідкого холодоагенту з другим входом третього ежектора (15), перший вхід якого сполучений з виходом другого ежектора (14), вихід третього ежектора (15) сполучений зі входом компресора (5), вихід якого сполучений зі входом конденсатора (1). 2. Установка для отримання тепла або холоду, що містить сполучені між собою конденсатор (1), випарник (2), дросель (6), ежектор (4) і компресор (5), яка відрізняється тим, що вона додатково містить п'ять сепараторів (3, 11, 12, 13, 21) рідкого холодоагенту, п'ять дроселів (7, 9, 10, 16, 17), три випарники (18, 19, 20) і два ежектори (14, 15), при цьому вихід конденсатора послідовно через перший (6), другий (7), третій (9), четвертий (10) і п'ятий (16) дроселі сполучений з першим (3), другим (11), третім (12), четвертим (13) і п'ятим (21) сепаратором рідкого холодоагенту, другий вихід першого сепаратора (3) рідкого холодоагенту сполучений з другим входом третього ежектора (15), другий вихід другого сепаратора (11) рідкого холодоагенту сполучений з другим входом другого ежектора (14), другий вихід третього сепаратора (12) рідкого холодоагенту сполучений з другим входом першого ежектора (14), вихід п'ятого сепаратора (21) рідкого холодоагенту через шостий дросель (17) сполучений зі входом першого випарника (2), вихід якого сполучений з першим входом першого ежектора (4), вихід якого сполучений з магістраллю, що з'єднує вихід другого випарника (18) з першим входом другого ежектора (14), а вхід другого випарника (18) сполучений з магістраллю, що з'єднує вихід п'ятого сепаратора (21) рідкого холодоагенту з шостим дроселем (17), вихід четвертого сепаратора (13) рідкого холодоагенту також сполучений зі входом третього випарника (19), вихід якого сполучений з першим входом третього ежектора (15), а вихід другого ежектора (14) сполучений з магістраллю, що з'єднує третій випарник (19) з першим входом третього ежектора (15), вихід третього сепаратора (12) рідкого холодоагенту також сполучений зі входом 3 UA 103365 C2 четвертого випарника (20), вихід якого сполучений з магістраллю, що з'єднує вихід третього ежектора (15) з компресором (5), вихід якого сполучений зі входом конденсатора (1). 4 UA 103365 C2 5 UA 103365 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6