close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4549

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 4549
(13)
C1
7
(51) F 25B 1/00,
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
(19)
F 25B 1/02,
F 25B 39/04,
F 25D 11/00
КОМПРЕССИОННЫЙ ХОЛОДИЛЬНЫЙ АГРЕГАТ
(21) Номер заявки: a 19990369
(22) 1999.04.16
(46) 2002.06.30
(71) Заявители: Барановичский
станкостроительный завод ЗАО "АТЛАНТ", Белорусский
государственный
университет
информатики и радиоэлектроники (BY)
(72) Авторы: Моргун А.А., Романов В.Г., Кирейчик Д.Г.,
Машара Г.Г., Семенов А.С., Семенов Д.А. (BY)
(73) Патентообладатели: Барановичский
станкостроительный завод ЗАО "Атлант", Белорусский
государственный
университет
информатики и радиоэлектроники (BY)
BY 4549 C1
(57)
1. Компрессионный холодильный агрегат, содержащий последовательно соединенные в замкнутый циркуляционный контур хладагента компрессор с нагнетательным и всасывающим патрубками, теплообменный
конденсатор свободного воздушного охлаждения с фильтром-осушителем, капиллярную трубку и испаритель, отличающийся тем, что конденсатор выполнен в виде полого, открытого, прямоточного воздуховода
круглого или иного поперечного сечения с перфорированной и оребренной боковой поверхностью с каналами для хладагента, размещенного над компрессором соосно его вертикальной осевой линии, при этом размеры воздуховода и высоту установки его над компрессором определяют соответственно по формулам:
А = (1,2 - 1,4)а,
S = (3 - 4)Q/L,
H = (0,3 - 1)h,
где А - минимальный поперечный размер воздуховода в плане;
S - площадь поперечного сечения воздуховода в плане;
L - длина воздуховода;
Н - высота установки воздуховода над компрессором;
Q - количество теплоты, излучаемое нагретой частью компрессора;
а - максимальный размер нагретой части компрессора в плане;
h - максимальная высота нагретой части компрессора в плане.
Фиг. 1
BY 4549 C1
2. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что конденсатор выполнен в виде свернутого в замкнутый рулон
трубчатого оребренного змеевика, при этом трубы змеевика ориентированы поперечно осевой вертикальной
линии конденсатора, верхний вывод змеевика присоединен к нагнетательному патрубку компрессора, нижний вывод через фильтр-осушитель и капиллярную трубку - ко входу испарителя, выходной трубопровод которого присоединен к всасывающему патрубку компрессора.
(56)
SU 437885 A, 1975.
SU 377588 A, 1973.
GB 1400102 A, 1975.
US 3498080 A, 1970.
FR 2271519 A1, 1976.
Изобретение относится к холодильной технике, в частности к малым холодильным машинам, и может
быть использовано в различных технологических установках для охлаждения жидкостей, пищевых продуктов.
Известен компрессионный холодильный агрегат, содержащий соединенные в замкнутый циркуляционный контур хладагента компрессор, испаритель и теплообменный конденсатор водяного охлаждения (Иванов О.П. Конденсаторы и водоохлаждающие устройства. - Л.: Машиностроение, 1980. - С. 164). Такой холодильный агрегат характеризуется высокой интенсивностью теплообмена, однако требует постоянного
расхода воды. Известен компрессионный холодильный агрегат, содержащий соединенные в замкнутый циркуляционный контур хладагента компрессор, испаритель и теплообменный конденсатор принудительного
воздушного охлаждения (Гопин С.P., Шавра В.М. Воздушные конденсаторы малых холодильных машин. М.: ВО Агропромиздат, 1987. - С. 151). Однако такой холодильный агрегат характеризуется дополнительным расходом электроэнергии и повышенным уровнем шума, вызванными работой воздушного вентилятора.
Наиболее близким к заявляемому является компрессионный холодильный агрегат, содержащий последовательно соединенные в замкнутый циркуляционный контур хладагента компрессор, испаритель и теплообменный конденсатор свободного воздушного охлаждения (Холодильная установка - Заявка на изобретение
1693326, МПК F 25 В 1/00, 1991). В таком холодильном агрегате охлаждение нагретого конденсатора происходит путем естественной гравитационной конвекции более холодного окружающего воздуха. Для усиления конвекции воздуха конденсатор выполняют в виде трубчатого оребренного змеевика с различной конфигурацией труб и ребер, а также устанавливают его в горизонтальном или наклонном положениях (Шавра
В.М., Гопин С.P., Клюев В. И. Интенсификация наружного теплообмена в воздушных конденсаторах малых
холодильных машин / Холодильная техника. Легкая и пищевая промышленность. - 1984. - N 6. - С. 32-38).
Однако такой холодильный агрегат обладает недостаточной энергоэффективностью вследствие низкой интенсивности теплообмена в конденсаторе. Это обусловлено тем, что, с одной стороны, площадь теплообменной поверхности конденсатора холодильного агрегата ограничена, с другой стороны, - скорость движения
гравитационного конвективного потока через конденсатор при свободном воздушном охлаждении мала.
Низкая интенсивность теплообмена вызывает повышение температуры и давления конденсации хладагента в
конденсаторе, что требует увеличения мощности и длительности работы компрессора.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение энергоэффективности
компрессионного холодильного агрегата с конденсатором свободного воздушного охлаждения. Это достигается интенсификацией теплообмена в конденсаторе. Для решения указанной задачи в компрессионном холодильном агрегате, содержащем последовательно соединенные в замкнутый циркуляционный контур хладагента компрессор с нагнетательным и всасывающим патрубками, теплообменный конденсатор свободного
воздушного охлаждения с фильтром-осушителем, капиллярную трубку и испаритель, теплообменный конденсатор выполнен в виде полого, открытого, прямоточного воздуховода круглого или иного поперечного сечения
с перфорированной и оребренной боковой поверхностью с каналами для хладагента, размещенного над компрессором соосно его вертикальной осевой линии, при этом размеры воздуховода и высоту установки его над
компрессором определяют соответственно по формулам:
A = (1,2 - 1,4)a,
S = (3 - 4)Q/L,
H = (0,3 - 1)h,
где A - максимальный поперечный размер воздуховода в плане;
S - площадь поперечного сечения воздуховода в плане;
L - длина воздуховода;
H - высота установки воздуховода над компрессором;
Q - количество теплоты, излучаемое нагретой частью компрессора;
a - максимальный размер нагретой части компрессора в плане;
h - максимальная высота нагретой части компрессора.
2
BY 4549 C1
Конденсатор выполнен в виде свернутого в замкнутый рулон трубчатого оребренного змеевика, при этом
трубы змеевика ориентированы поперечно осевой вертикальной линии конденсатора, верхний вывод змеевика присоединен к нагнетательному патрубку компрессора, нижний вывод через фильтр-осушитель и капиллярную трубку - ко входу испарителя, выходной трубопровод которого присоединен к всасывающему
патрубку компрессора.
На фиг. 1 приведено схематичное изображение компрессионного холодильного агрегата, на фиг. 2 - распределение теплового воздушного потока в конденсаторе.
Компрессионный холодильный агрегат (фиг. 1) содержит герметичный компрессор 1 с нагнетательным и
всасывающим патрубками, испаритель 2 с капиллярной трубкой 3 и фильтром-осушителем 4, теплообменный конденсатор 5 свободного воздушного охлаждения. Теплообменный конденсатор 5 выполнен в виде полого, прямоточного воздуховода прямоугольного поперечного сечения. Воздуховод открыт с торцов, а боковая поверхность воздуховода перфорирована, снабжена воздухоохлаждающими ребрами и каналами для
хладагента. Теплообменный конденсатор 5 размещен над компрессором 1 соосно его вертикальной осевой
линии.
Конструктивно теплообменный конденсатор 5 выполнен в виде свернутого в замкнутый рулон прямоугольного поперечного сечения трубчатого оребренного змеевика. При этом трубы змеевика ориентированы
поперечно вертикальной осевой линии конденсатора. Верхний вывод змеевика присоединен к нагнетательному патрубку компрессора 1, нижний вывод через фильтр-осушитель 4 и капиллярную трубку 3 - к входу испарителя 2. Выходной трубопровод испарителя 2 присоединен к всасывающему патрубку компрессора 1.
Компрессионный холодильный агрегат работает следующим образом.
Горячий газообразный хладагент (фреон) высокого давления через нагнетательный патрубок компрессора 1 поступает в верхнюю часть змеевика теплообменного конденсатора 5. Охлаждаясь в конденсаторе 5 в
результате теплообмена труб змеевика с окружающим воздухом, газообразный хладагент конденсируется, и
жидкий хладагент высокого давления через фильтр-осушитель 4 и капиллярную трубку 3 поступает в испаритель 2. В испарителе 2 жидкий хладагент высокого давления испаряется в результате резкого перепада
давлений, охлаждая испаритель, и газообразный хладагент низкого давления через выходной трубопровод
испарителя 2 поступает к всасывающему патрубку компрессора 1. Компрессор 1 обеспечивает циркуляцию
хладагента по замкнутому контуру.
Теплообменный конденсатор 5 является одним из основных элементов холодильного агрегата, определяющим его энергоэффективность. Одним из путей повышения эффективности холодильного агрегата является повышение коэффициентов теплопередачи конденсатора воздушного охлаждения. Основной способ
достижения этой цели - увеличение скорости воздушного потока в конденсаторе в процессе теплообмена. С
ростом скорости воздуха падает тепловое сопротивление конденсатора и снижается температура конденсации хладагента в конденсаторе, поэтому увеличиваются холодопроизводительность и холодильный коэффициент агрегата.
В заявляемом компрессионном холодильном агрегате увеличение скорости движения воздуха в конденсаторе и интенсификация теплообмена достигаются использованием теплового воздушного потока от работающего компрессора. С этой целью тепловому воздушному потоку от компрессора придается направленное
движение с помощью полого, открытого с торцов, прямоточного воздуховода, размещенного над компрессором соосно его вертикальной осевой линии. Для обеспечения наибольшей эффективности действия воздуховода его геометрические размеры связаны с геометрическими размерами компрессора.
Воздуховод одновременно является теплообменным конденсатором. Для этого боковая поверхность воздуховода перфорирована, снабжена воздухоохлаждающими ребрами и каналами для хладагента. Габаритные
размеры воздуховода определяются необходимой площадью теплообменной поверхности конденсатора и
выбираются такими, чтобы боковая поверхность воздуховода полностью или частично размещалась в пограничном слое границы раздела теплого воздушного потока от компрессора и холодного окружающего воздуха - там, где скорость движения холодного воздуха максимальна.
На фиг. 2 приведено схематичное изображение теплового воздушного потока в конденсаторе.
При работе компрессионного холодильного агрегата часть подводимой к компрессору 1 энергии превращается в тепло. В результате компрессор 1 нагревается, нагревая окружающий его воздух. Нагретый воздух
обладает меньшей удельной плотностью и под действием гравитационных сил поднимается вверх. В результате над компрессором 1 формируется устойчивый конвективный тепловой поток Фт нагретого воздуха.
Скорость движения теплового потока зависит от его температуры и тем выше, чем выше температура воздуха в потоке.
Динамическое давление воздуха в движущемся тепловом потоке Фт меньше статического атмосферного
давления окружающего его более холодного воздуха. Разностное давление, называемое гравитационным, зависит от разности удельных плотностей теплого и холодного воздуха и определяется по формуле:
(1)
Pгр = L(Gx-Gт)g,
где Pгр - гравитационное давление, Па;
Gх, Gт - удельная плотность холодного и теплого воздуха соответственно, кг/м;
3
BY 4549 C1
L - высота воздушного столба, м;
g = 9,8 м/с - ускорение свободного падения.
Гравитационное давление тем больше, чем выше температура и скорость движения теплового потока.
Под действием гравитационного давления холодный окружающий воздух перемещается в область теплового потока Фт. В результате этого процесса возникает тяга или всасывание холодного окружающего воздуха конвективной струей нагретого воздуха (Джалурия И. Естественная конвекция: Тепло- и массообмен.
Пер. с англ. - М.: Мир, 1983. - 400 с.). Всасываемый холодный воздух Фх, проникая через перфорированную
боковую поверхность воздуховода, обтекает трубы змеевика теплообменного конденсатора 5, дополнительно охлаждая их.
Всасывающее действие конвективного теплового потока Фт максимально на начальном участке его формирования вблизи нагретой части компрессора 1. На этом участке температура и скорость движения конвективного теплового потока Фт максимальны. Поднимаясь вверх, под действием гравитационных сил, конвективный тепловой поток Фт увеличивается в объеме при одновременном уменьшении температуры и скорости
движения. Это приводит к тому, что всасывающее действие конвективного теплового потока Фт по мере его
подъема уменьшается.
Устранение этого эффекта достигается с помощью теплового воздушного потока от змеевика теплообменного конденсатора. Кроме теплового потока Фт от работающего компрессора в теплообменном конденсаторе 5 формируется восходящий конвективный тепловой поток Фк от нагретых труб змеевика конденсатора. При этом тепловой поток Фк максимален в верхней части змеевика теплообменного конденсатора 5, так
как по этой части труб циркулирует горячий газообразный хладагент. Так как теплообменный конденсатор
5 выполнен в виде полого, замкнутого воздуховода, тепловой поток Фт окружен с боков тепловым потоком
Фк.
В воздуховоде эти два тепловых потока складываются. Тепловой поток Фк не дает остывать тепловому
потоку Фт по мере его подъема. В результате взаимодействия двух тепловых потоков поддерживаются температура и скорость движения конвективного теплового потока Фт и сохраняется его всасывающее действие
на всей длине воздуховода. Вследствие этого всасываемый конвективным тепловым потоком Фт холодный
окружающий воздух обтекает большую часть теплообменной поверхности конденсатора.
Таким образом, в заявляемом компрессионном холодильном агрегате естественное конвективное охлаждение змеевика теплообменного конденсатора дополняется протеканием через конденсатор холодного окружающего воздуха, всасываемого конвективным тепловым потоком от работающего компрессора. Это интенсифицирует процесс теплообмена в конденсаторе.
Интенсивность теплообмена зависит от скорости протекания воздуха в конденсаторе. Наиболее интенсивно воздухообмен происходит на границе раздела теплого и холодного воздушных потоков, что обусловлено наибольшим градиентом температур воздуха в этой области. В пограничном слое границы раздела теплого и холодного воздуха скорость всасываемого холодного воздуха достигает максимального значения
(Джалурия И. Естественная конвекция: Тепло- и массообмен / Пер. с англ. - М.: Мир, 1983. - С. 400). С учетом этого поперечные размеры воздуховода выбираются таким образом, чтобы его боковая поверхность
полностью или частично размещалась в пограничном слое границы раздела теплового конвективного потока
от работающего компрессора и холодного окружающего воздуха. При условии, что толщина боковой поверхности воздуховода много меньше его поперечных размеров, минимальный наружный поперечный размер воздуховода может быть определен по формуле:
A = (1,2 - 1,4)a,
(2)
где А - минимальный поперечный размер воздуховода в плане;
а - максимальный размер нагретой части компрессора в плане.
Эффективность действия воздуховода определяется, с одной стороны, теплотворной способностью источника тепла, с другой стороны, габаритными размерами воздуховода, в частности соотношением площади поперечного сечения к длине воздуховода (Посохин В.Н. Расчет местных отсосов от тепло- и газовыделяющего
оборудования. - М.: Машиностроение, 1984 г. - 160 с.). Так, от корпуса герметичного компрессора отводится
40..….60 % тепла, эквивалентного подведенной к компрессору мощности (Якобсон В.Б. Малые холодильные
машины. - М.: Пищевая промышленность, 1977. - С. 368). Для теплообменного конденсатора свободного
воздушного охлаждения площадь поперечного сечения воздуховода может быть определена по формуле:
S = (3 - 4)Q/L,
(3)
S - площадь поперечного сечения воздуховода в плане, см2;
Q - количество теплоты, излучаемое нагретой частью компрессора, ккал/ч;
L - длина воздуховода, м.
Формулы (2), (3) определяют основные геометрические размеры воздуховода. Корректировку размеров
воздуховода, в частности формы и размеров поперечного сечения, осуществляют с учетом необходимой
площади теплообменной поверхности конденсатора.
Высоту установки воздуховода над компрессором определяют по формуле:
H = (0,3... 1)h,
(4)
4
BY 4549 C1
где H - высота установки воздуховода над компрессором;
h - максимальная высота нагретой части компрессора.
При такой установке всасываемый холодный воздух Фх, проникая через открытый нижний торец воздуховода, обтекает одновременно корпус компрессора 1, дополнительно охлаждая его. При более низкой установке воздуховода ухудшается охлаждение его нижней части. При более высокой установке между воздуховодом и компрессором возникает воздушная прослойка, размывающая тепловой конвективный поток от
компрессора и снижающая его всасывающее действие.
Конструктивно воздуховод может быть выполнен в виде свернутого в замкнутый рулон круглого, прямоугольного или иного поперечного сечения трубчатого оребренного змеевика конденсатора. Для этого могут
использоваться проволочнотрубные или листотрубные щитовые конденсаторы свободного воздушного охлаждения. При использовании листотрубного щитового конденсатора в листе делают перфорацию в виде отверстий или прорезей с отбортовкой по типу жалюзи. Это увеличивает теплопередающую поверхность конденсатора.
Белорусским государственным университетом информатики и радиоэлектроники совместно с БСЗ ЗАО
"Атлант" (г. Барановичи) разработан компрессионный холодильный агрегат с конденсатором свободного
воздуховода. В холодильном агрегате использован герметичный компрессор со встроенным электродвигателем типа С-К0200. Воздуховод выполнен в виде свернутого в замкнутый рулон прямоугольного поперечного сечения проволочнотрубного змеевика конденсатора. Поперечное сечение воздуховода составляет
250 × 300 мм, длина воздуховода 540 мм. Воздуховод размещен над компрессором на высоте 140 мм от основания компрессора.
Выполнение теплообменного конденсатора в виде прямоточного воздуховода позволило снизить температуру наиболее нагретой части труб змеевика примерно на 3 °С. По результатам исследований известно, что
снижение температуры конденсации хладагента на 1 °С приводит к снижению температуры обмотки встроенного электродвигателя компрессора на 1,5...…2 °С и снижает энергопотребление агрегата (Якобсон В.Б. Малые
холодильные машины. - М., 1977. - С. 368).
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
153 Кб
Теги
by4549, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа