RU148545U1 - REFRIGERATING INSTALLATION OF ACCESSING ICE WATER IN A FLOWING EVAPORATOR - Google Patents

Abstract

Холодильная установка получения ледяной воды в проточном испарителе, включающая контур хладагента с компрессором и терморегулирующим вентилем, а также водяной контур с насосом и датчиком температуры, связанные двухконтурным испарителем, отличающаяся тем, что в состав контура хладагента введен датчик давления, установленный на выходе из испарителя, компрессор снабжен регулятором производительности, электрически связанным с указанным датчиком давления, в водяном контуре датчик температуры установлен на выходе из испарителя, насос снабжен регулятором производительности, электрически связанным с указанным датчиком температуры, при этом производительность насоса выбирается выше расчетной производительности при максимальной потребности в ледяной воде, в состав водяного контура введен теплоизолированный накопительный бак и регулятор давления типа "до себя", вход регулятора гидравлически подключен к выходу из испарителя после датчика температуры, а выход регулятора давления типа "до себя" гидравлически связан с входом теплоизолированного накопительного бака, при этом выход бака гидравлически связан с входом насоса.A refrigeration unit for producing ice water in a flow evaporator, including a refrigerant circuit with a compressor and a thermostatic valve, as well as a water circuit with a pump and a temperature sensor connected by a double circuit evaporator, characterized in that a pressure sensor installed at the outlet of the evaporator is included in the refrigerant circuit, the compressor is equipped with a capacity controller electrically connected to the specified pressure sensor, in the water circuit a temperature sensor is installed at the outlet of the evaporator, a sleep pump It is equipped with a capacity regulator electrically connected to the indicated temperature sensor, while the pump performance is selected above the design capacity with the maximum demand for ice water, a heat-insulated storage tank and a pressure regulator of the type “to oneself” are introduced into the water circuit, the input of the regulator is hydraulically connected to the outlet the evaporator after the temperature sensor, and the output of the pressure regulator of the type "to oneself" is hydraulically connected to the input of the heat-insulated storage tank, at m tank outlet hydraulically connected to the pump inlet.

Description

Полезная модель относится к холодильной технике, конкретно, к устройствам получения ледяной воды в проточных испарителях с терморегулирующими вентилем и может быть использовано в различных отраслях промышленности.The utility model relates to refrigeration, in particular, to devices for producing ice water in flowing evaporators with a thermostatic valve and can be used in various industries.

Статистика российского и мирового холодильного рынка показывает, что потребность нашей пищевой промышленности в ледяной воде возрастает с каждым годом, поскольку она наиболее полно отвечает гигиеническим и теплофизическим требованиям, предъявляемым технологами к производственным процессам - максимальная скорость охлаждения продукта и биологическая инертность к нему. Поэтому для интенсивного охлаждения, например, молока после дойки или куриных тушек после забоя, температура ледяной воды должна быть максимально близкой к температуре ее замерзания. Однако с технической точки зрения получение ледяной воды с температурой +0,5°С÷1°C является сложной задачей, учитывая, что охладители воды разрабатывались традиционно для систем кондиционирования с температурой воды на выходе из испарителя не ниже +4÷5°C. Эти установки являются компактными и простыми по конструкции, однако получение в них ледяной воды связано с риском замерзания воды внутри испарителя и его разрушения. Поэтому компактные проточные герметичные кожухотрубные и пластинчатые теплообменники, применяющиеся в водоохлаждающих установках систем кондиционирования, при получении ледяной воды имеют очень ограниченное применение. Поэтому для получения ледяной воды разработаны иные схемы холодильных установок с открытыми теплообменниками.The statistics of the Russian and world refrigeration markets show that the demand of our food industry in ice water is increasing every year, since it most fully meets the hygienic and thermophysical requirements presented by technologists for production processes - the maximum cooling rate of the product and biological inertness to it. Therefore, for intensive cooling, for example, milk after milking or chicken carcasses after slaughter, the temperature of ice water should be as close as possible to its freezing temperature. However, from a technical point of view, obtaining ice water with a temperature of + 0.5 ° C ÷ 1 ° C is a difficult task, given that water coolers were traditionally designed for air conditioning systems with a water temperature at the outlet of the evaporator not lower than + 4 ÷ 5 ° C. These units are compact and simple in design, but the production of ice water in them is associated with the risk of freezing of water inside the evaporator and its destruction. Therefore, compact flow-tight sealed shell-and-tube and plate heat exchangers used in water-cooling installations of air conditioning systems have very limited use in the production of ice water. Therefore, to obtain ice water, other schemes of refrigeration units with open heat exchangers have been developed.

Ледяную воду в настоящее время получают в основном на холодильных установках с льдоаккумуляторами, используя для охлаждения воды испарители открытого типа. Наиболее простой тип открытого теплообменника - испаритель с терморегулирующим вентилем, выполненный в виде конструкции из труб или плоских панелей, внутри которых кипит хладагент. Этот испаритель погружен в теплоизолированный бак, наполненный водой. Кипящий внутри трубок или панелей хладагент с температурой кипения -5÷-3°C охлаждает находящуюся в баке жидкость, при этом на наружной поверхности трубок и панелей образуется лед. Для интенсификации теплообмена жидкость в баке принудительно перемешивают либо с помощью механической мешалки, либо с помощью воздуха, подаваемого в нижнюю часть бака. Вода в этом баке контактирует с льдом и охлаждается до температур, близких к 0°C, после чего поступает к потребителю. Такое устройство для получения ледяной воды в виде льдоаккумулятора панельного типа описано на с. 120-123, рис. V-15 в книге «Различные области применения холода», изд. Агропромиздат, г. Москва, 1986. Оно позволяет также накапливать определенное количество «холода» в виде льда, который намерзает на поверхности испарителя. Известно также охлаждающее устройство для ферм (патент РФ №2081564, БИ №17, 1997). Это устройство содержит подзарядную холодильную машину, блок управления, резервуар-теплообменник для молока, теплоизолированный резервуар хладоносителя с расположенным в нем испарителем, аккумулирующий резервуар хладоносителя, установленный на открытом воздухе, насос для воды, отводную, подающую распылительную и сливную трубы с установленными на них вентилями, датчики температуры. В устройстве для охлаждения молока на фермах Севера (патент RU 2132521) ледяную воду получают в аккумуляторе-теплообменнике льда, где источником холода в теплое время служит лед, накопленный в зимний период, а в холодное время года - атмосферный воздух. Сам теплообменник-аккумулятор выполнен в виде двух полостей, разделенных перегородкой с отверстиями. Верхняя полость предназначена для загрузки льда, нижняя полость - для сбора охлажденной воды, из которой эта вода поступает потребителю. Недостатками этой системы является ее географическая привязанность к северным регионам, поскольку и лед и вода производятся за счет холодных климатических условий. Известна также аккумуляционная установка для охлаждения сельхозпродукции, в частности молока, содержащие холодильную установку, корпус, испаритель, молочную ванну, мешалку, резервуар хладоносителя (Резервуар-охладитель ТОМ-2А. Ковалев Ю.М. Молочное оборудование животноводческих ферм и комплексов. М.: Россельхозиздат, 1987, с. 225).Ice water is currently obtained mainly in refrigeration units with ice accumulators, using open type evaporators for cooling water. The simplest type of open heat exchanger is an evaporator with a thermostatic valve, made in the form of a construction of pipes or flat panels, inside which the refrigerant boils. This evaporator is immersed in a thermally insulated tank filled with water. The refrigerant boiling inside the tubes or panels with a boiling point of -5 ÷ -3 ° C cools the liquid in the tank, and ice forms on the outer surface of the tubes and panels. To intensify heat transfer, the liquid in the tank is forcibly mixed either with a mechanical stirrer or with the help of air supplied to the lower part of the tank. The water in this tank is in contact with ice and cooled to temperatures close to 0 ° C, after which it enters the consumer. Such a device for producing ice water in the form of a panel-type ice accumulator is described on p. 120-123, fig. V-15 in the book "Various Applications of the Cold," ed. Agropromizdat, Moscow, 1986. It also allows you to accumulate a certain amount of "cold" in the form of ice, which freezes on the surface of the evaporator. Also known is a cooling device for farms (RF patent No. 2081564, BI No. 17, 1997). This device contains a rechargeable refrigeration machine, a control unit, a milk heat exchanger tank, a thermally insulated coolant tank with an evaporator located in it, an accumulative coolant tank installed outdoors, a water pump, a discharge, supply spray and drain pipe with valves installed on them temperature sensors. In a device for cooling milk on farms of the North (patent RU 2132521), ice water is obtained in an ice heat exchanger battery, where ice accumulated during the winter season and atmospheric air during the cold season serve as a source of cold. The heat exchanger-accumulator itself is made in the form of two cavities separated by a partition with holes. The upper cavity is for loading ice, the lower cavity is for collecting chilled water from which this water enters the consumer. The disadvantages of this system are its geographical affinity for the northern regions, since both ice and water are produced due to cold climatic conditions. Also known is an accumulation unit for cooling agricultural products, in particular milk, containing a refrigeration unit, a housing, an evaporator, a milk bath, a stirrer, a coolant reservoir (Tank-cooler TOM-2A. Kovalev Yu.M. Dairy equipment of livestock farms and complexes. M: Rosselkhozizdat, 1987, p. 225).

Аналогичные установки получения ледяной воды на льдоаккумуляторах получение широкое распространение вследствие простоты конструкции. Их недостатками является большое удельное энергопотребление на 1 кВт холода. Недостатками этого устройства являются низкая аккумулирующая способность и большой расход электроэнергии.Similar installations for producing ice water on ice storage tanks are widely used due to the simplicity of the design. Their disadvantages are the large specific energy consumption per 1 kW of cold. The disadvantages of this device are low storage capacity and high power consumption.

Известен устройство охлаждения жидкости, в частности, молока, по заявке ФРГ №4134277 МКИ 5 A01J 9/04, заявлено 17.10.1991 г., опубликовано 22.04.1993 г. Охладитель включает в себя холодильный агрегат, два пластинчатых теплообменника и рассольный контур. Молоко собирается в емкость и с помощью насоса подается в первый пластинчатый теплообменник, охлаждение производится рассольным раствором, который, в свою очередь, охлаждается хладагентом холодильного контура. Скорость подачи молока регулируют таким образом, чтобы оно охлаждалось до +2÷4°C.A known device for cooling a liquid, in particular milk, according to the application of Germany No. 4134277 MKI 5 A01J 9/04, is claimed 10/17/1991, published 04/22/1993, the Cooler includes a refrigeration unit, two plate heat exchangers and a brine circuit. Milk is collected in a container and is pumped to the first plate heat exchanger, cooling is carried out with a brine solution, which, in turn, is cooled by the refrigerant of the refrigeration circuit. The milk flow rate is regulated so that it is cooled to + 2 ÷ 4 ° C.

Недостатком этого устройства является относительно высокая температура выходящей жидкости, вследствие опасности замерзания ее в проточном теплообменнике.The disadvantage of this device is the relatively high temperature of the outgoing liquid, due to the danger of freezing it in the flow heat exchanger.

Также известны плоские пленочные или оросительные испарители, в которых охлаждение ледяной воды до температур, близких к 0°C, достигается в процессе стекания тонкого слоя воды, подаваемой сверху на этот испаритель с температурой +5÷6°C. Такие испарители описаны на с. 209 в книге Р.Д. Доссата «Основы холодильной техники», Москва, «Легкая и пищевая промышленность», 1984 г. Вода подается в распределительный бак, расположенный над батареей плоских или трубчатых пленочных испарителей. Из распределительного бака вода равномерно подается на вертикально расположенные панели, имеющие отрицательную температуру за счет кипения внутри панелей хладагента при температуре -3÷-5°C. Тонкий слой воды, стекающей по поверхности панели испарителя в виде водяной пленки, интенсивно охлаждается. Охлажденная вода стекает в бак-аккумулятор для последующей подачи к потребителям. Температура ледяной воды на выходе из пленочного испарителя колеблется в пределах 0,5C÷2,0°C. Наиболее часто пленочные испарители применяются в системах с постоянной нагрузкой в течение всего цикла работы оборудования.Flat film or irrigation evaporators are also known in which cooling of ice water to temperatures close to 0 ° C is achieved by draining a thin layer of water supplied from above to this evaporator with a temperature of + 5 ÷ 6 ° C. Such evaporators are described on p. 209 in the book of R.D. Dossata "Basics of refrigeration", Moscow, "Light and Food Industry", 1984. Water is supplied to a distribution tank located above a battery of flat or tubular film evaporators. From the distribution tank, water is uniformly supplied to vertically located panels having a negative temperature due to boiling inside the refrigerant panels at a temperature of -3 ÷ -5 ° C. A thin layer of water flowing over the surface of the evaporator panel in the form of a water film is intensively cooled. Chilled water flows into the storage tank for subsequent supply to consumers. The temperature of ice water at the outlet of the film evaporator ranges from 0.5C ÷ 2.0 ° C. Most often, film evaporators are used in systems with a constant load during the entire cycle of equipment operation.

Общим недостатком большинства приведенных выше способов получения ледяной с помощью открытых испарителей воды является их высокая металлоемкость и цикличность получения ледяной воды. Кроме того, эти резервуары являются довольно металлоемкими и объемными изделиями, занимая много места в машинном отделении.A common disadvantage of most of the above methods for producing ice water using open water evaporators is their high metal consumption and the cyclical nature of ice water production. In addition, these tanks are quite metal-consuming and voluminous products, taking up a lot of space in the engine room.

В настоящее время при модернизации холодильного оборудования молочной и мясоперерабатывающей промышленности для получения ледяной воды начали применять холодильные установки с кожухотрубными затопленными испарителями (см. статью «Современные чиллеры для молочной промышленности» в журнале «Холодильный бизнес», №6, 2011 г. с. 14-15.). Схема кожухотрубного затопленного испарителя для получения ледяной воды представлена в книге авторов В. Мааке и др. «ПОЛЬМАН - учебник по холодильной технике», Изд. МГУ, 1998 г., с. 742, рис. 3.1.2-9. Такие испарители за счет более высокой температуры кипения хладагента (-1°С … -0,5°C) позволяют получать ледяную воду с температурой на выходе из испарителя +0,5°C÷1°C. В таких испарителях хладагент находится в межтрубном пространстве, а охлаждаемая жидкость течет внутри трубок.Currently, when modernizing the refrigeration equipment of the dairy and meat processing industries for the production of ice water, refrigeration units with shell-and-tube flooded evaporators have begun to be used (see the article “Modern Chillers for the Dairy Industry” in the magazine “Refrigeration Business”, No. 6, 2011, p. 14 -fifteen.). The scheme of the shell-and-tube flooded evaporator for producing ice water is presented in the book of the authors V. Maake et al. “POLMAN - a textbook on refrigeration engineering”, Ed. Moscow State University, 1998, p. 742, fig. 3.1.2-9. Due to the higher boiling point of the refrigerant (-1 ° C ... -0.5 ° C), such evaporators make it possible to obtain ice water with a temperature at the outlet of the evaporator + 0.5 ° C ÷ 1 ° C. In such evaporators, the refrigerant is located in the annulus and the liquid to be cooled flows inside the tubes.

Недостатками холодильных установок с затопленным испарителем являются возможность повреждения испарителя вследствие замерзания воды внутри трубок испарителя и сложность гидравлических схем холодильных установок, поскольку в них обязательно должны быть отделитель жидкости для защиты компрессора от попадания в него жидкого хладагента из испарителя. Кроме того, в схемах с затопленным испарителем в холодильном контуре наряду с компрессором обязательно должны быть циркуляционный ресивер и насос, подающий вместо терморегулирующего вентиля хладагент в испаритель, что ухудшает удельные характеристики по энергопотреблению таких установок.The disadvantages of refrigerated units with a flooded evaporator are the possibility of damage to the evaporator due to freezing of water inside the evaporator tubes and the complexity of the hydraulic circuits of the refrigeration units, since they must necessarily have a liquid separator to protect the compressor from liquid refrigerant from the evaporator. In addition, in schemes with a flooded evaporator in the refrigeration circuit, along with the compressor, there must be a circulation receiver and a pump that supplies refrigerant to the evaporator instead of the thermostatic valve, which degrades the specific energy consumption characteristics of such plants.

Ввиду сложности эксплуатации и риска разрушения испарителя в установках ледяной воды с затопленным испарителем, в последнее время для производства ледяной воды начали использовать недорогие стандартные водоохлаждающие установки, использующие проточные испарители с терморегулирующим вентилем, разработанные, в основном, для систем кондиционирования с температурой воды на выходе +4÷5°C. Чтобы получить при этом нужную температуру ледяной воды (+0,5°C÷1°C) в нее добавляют лед, вырабатываемым отдельно стоящими льдогенегаторами. Такое решение существенно повышает стоимость производства ледяной воды. Поэтому задача расширения нижнего диапазона регулирования температуры воды на выходе из испарителей с терморегулирующим вентилем таких водоохлаждающих установок является актуальной.Due to the complexity of operation and the risk of destruction of the evaporator in ice water installations with a flooded evaporator, recently, inexpensive standard water cooling plants using flow evaporators with a thermostatic valve, mainly developed for conditioning systems with outlet water temperature + 4 ÷ 5 ° C. In order to get the desired temperature of ice water (+ 0.5 ° C ÷ 1 ° C), ice is added to it, produced by separate ice makers. This solution significantly increases the cost of producing ice water. Therefore, the task of expanding the lower range of regulation of water temperature at the outlet of evaporators with a thermostatic valve of such water-cooling plants is relevant.

В качестве прототипа полезной модели выбрана холодильная установка, представленная на рис. 3.1.2-2 с. 739 в книге авторов В. Мааке и др. «ПОЛЬ-МАН - учебник по холодильной технике», Изд. МГУ, 1998 г. Эта установка для охлаждения воды включает в себя контур хладагента с компрессором и терморегулирующим вентилем (ТРВ), а также водяной контур с насосом и датчиком температуры, связанные между собой двухконтурным испарителем, причем датчик температуры установлен в водяном контуре на входе в испаритель. Охлажденная вода водяного контура поступает затем к потребителю в охлаждающие батареи.As a prototype of a utility model, the refrigeration unit shown in Fig. 3.1.2-2 sec. 739 in the book of authors V. Maake et al. “POL-MAN - a textbook on refrigeration engineering”, Ed. Moscow State University, 1998. This installation for cooling water includes a refrigerant circuit with a compressor and a temperature control valve (ТРВ), as well as a water circuit with a pump and a temperature sensor, connected by a double-circuit evaporator, and the temperature sensor is installed in the water circuit at the inlet to evaporator. The cooled water of the water circuit then enters the consumer in cooling batteries.

Наряду с простотой конструкции такой холодильной установки для охлаждения воды в испарителях с ТРВ, по сравнению с приведенными выше аналогами, она обладает недостаточным диапазоном регулирования температуры воды на выходе из испарителя (от +4°C до +12°C) в зоне низких температур, что не позволяет охлаждать воду до температуры +0,5°C÷1°C, а только до +4÷5°C.Along with the simplicity of the design of such a refrigeration unit for cooling water in evaporators with expansion valves, in comparison with the above analogues, it has an insufficient range of regulation of the water temperature at the outlet of the evaporator (from + 4 ° C to + 12 ° C) in the low temperature zone, which does not allow cooling water to a temperature of + 0.5 ° C ÷ 1 ° C, but only to + 4 ÷ 5 ° C.

Целью предлагаемого решения является расширение диапазона регулирования холодильной установки в зоне низких температур для получения ледяной воды с температурой +0,5÷1°C в проточном испарителе с терморегулирующим вентилем.The aim of the proposed solution is to expand the range of regulation of the refrigeration unit in the low temperature zone to produce ice water with a temperature of + 0.5 ÷ 1 ° C in a flow evaporator with a thermostatic valve.

Техническая сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что в холодильной установке с проточным испарителем, включающей контур хладагента с компрессором и терморегулирующим вентилем, а также водяной контур с насосом и датчиком температуры, связанные двухконтурным испарителем, введены признаки полезной модели, отличительные от признаков прототипа.The technical essence of the proposed utility model is that in a refrigeration unit with a flow-through evaporator, including a refrigerant circuit with a compressor and a thermostatic valve, as well as a water circuit with a pump and a temperature sensor connected by a dual-circuit evaporator, features of the utility model are introduced that are distinctive from the prototype.

Первый отличительный признак - в состав контура хладагента введен датчик давления, установленный на выходе из испарителя, второй отличительный признак - компрессор снабжен регулятором производительности, электрически связанным с датчиком давления, установленном на выходе из испарителя. Третий отличительный признак - в водяном контуре датчик температуры установлен на выходе из испарителя. Четвертый отличительный признак - насос снабжен регулятором производительности, электрически связанным с датчиком температуры, установленном в водяном контуре на выходе из испарителя. Пятый отличительный признак - производительность насоса выбирается выше максимальной производительности по ледяной воде. Шестой отличительный признак - в состав водяного контура введен теплоизолированный накопительный бак и регулятор давления типа «до себя», при этом вход регулятора гидравлически подключен к выходу из испарителя после датчика температуры, выход регулятора давления типа «до себя» гидравлически связан с входом теплоизолированного накопительного бака, а выход бака гидравлически связан с входом насоса.The first distinguishing feature is that a pressure sensor installed at the outlet of the evaporator is introduced into the refrigerant circuit; the second distinguishing feature is that the compressor is equipped with a capacity controller electrically connected to the pressure sensor installed at the outlet of the evaporator. The third distinguishing feature - in the water circuit, a temperature sensor is installed at the outlet of the evaporator. The fourth distinguishing feature is that the pump is equipped with a capacity controller electrically connected to a temperature sensor installed in the water circuit at the outlet of the evaporator. The fifth distinguishing feature is that the pump capacity is selected above the maximum ice water capacity. The sixth distinguishing feature is that a thermally insulated storage tank and a pressure regulator of the “up to” type are introduced into the water circuit, while the input of the regulator is hydraulically connected to the outlet of the evaporator after the temperature sensor, the output of the pressure regulator of the “up to” type is hydraulically connected to the input of the insulated storage tank and the tank outlet is hydraulically connected to the pump inlet.

Совокупность всех шести отличительных признаков позволяет достичь поставленного результата, а именно, расширить минимальную границу температуры на выходе из проточного испарителя до значения +0,5°C÷1°C, при этом исключается возможность замерзания воды внутри испарителя.The combination of all six distinctive features allows you to achieve the set result, namely, to expand the minimum temperature border at the outlet of the flowing evaporator to a value of + 0.5 ° C ÷ 1 ° C, while eliminating the possibility of freezing water inside the evaporator.

Испаритель и холодильный контур рассчитываются на максимальное потребление ледяной воды, поэтому компрессор в холодильном контуре в начальный момент работает на максимальной производительности. Насос в водяном контуре рассчитывается с производительностью, выше потребной максимальной производительности, например, на 25%. Регулятор давления «до себя» находится в закрытом положении. Если потребность в ледяной воде с максимального значения начинает уменьшаться, например, у потребителя ледяной воды отключается от водяного контура часть оборудования, то в водяном контуре на выходе из испарителя температура воды снижается, приближаясь к температуре замерзания. В полости испарителя, подключенной к холодильному контуру, в ответ на снижение тепловой нагрузки со стороны водяного контура, испаряется меньше хладагента, при этом компрессор, работающий с максимальной производительностью по всасываемому газу из испарителя, старается откачать больше, чем может испариться в испарителе, поэтому давление хладагента на выходе из него начинает падать. При этом вследствие уменьшения нагрузки на испаритель вместе с давлением хладагента падает температура его кипения (зависимость температуры кипения хладагента от давления для каждого хладагента указаны в термодинамических таблицах холодильных справочников). А при снижении температуры кипения хладагента, наряду со снижением температуры ледяной воды на выходе из испарителя, значительно возрастает вероятность замерзания воды внутри него, что может привести к его разрушению. Чтобы не допустить этого, начинают работать два канала регулирования - в холодильном контуре, при падении давления хладагента на выходе из испарителя датчик давления выдает сигнал через регулятор производительности компрессора на снижение его производительности. При этом холодопроизводительность холодильной установки уменьшается в пропорционально уменьшению тепловой нагрузки на испаритель, давление хладагента на выходе из испарителя достигает заданного значения, соответствующего температуре кипения хладагента (-3°C), гарантирующей отсутствие отрицательных температур на наружных стенках трубок с кипящим хладагентом.The evaporator and the refrigeration circuit are designed for the maximum consumption of ice water, therefore, the compressor in the refrigeration circuit at the initial moment operates at maximum capacity. The pump in the water circuit is calculated with a capacity that is higher than the required maximum capacity, for example, by 25%. The pressure regulator "to yourself" is in the closed position. If the demand for ice water begins to decrease from the maximum value, for example, a part of the equipment is disconnected from the water circuit at the consumer of ice water, then in the water circuit at the outlet of the evaporator the water temperature decreases, approaching the freezing temperature. In the cavity of the evaporator connected to the refrigeration circuit, in response to the reduction of the heat load from the side of the water circuit, less refrigerant is evaporated, while the compressor, which works with the maximum capacity for sucked gas from the evaporator, tries to pump out more than it can evaporate in the evaporator, so the pressure the refrigerant at the outlet of it begins to fall. In this case, due to a decrease in the load on the evaporator, the boiling temperature decreases along with the refrigerant pressure (the dependence of the boiling temperature of the refrigerant on the pressure for each refrigerant is indicated in the thermodynamic tables of refrigeration manuals). And with a decrease in the boiling point of the refrigerant, along with a decrease in the temperature of ice water at the outlet of the evaporator, the likelihood of freezing of the water inside it increases significantly, which can lead to its destruction. To prevent this, two control channels begin to work - in the refrigeration circuit, when the refrigerant pressure drops at the outlet of the evaporator, the pressure sensor generates a signal through the compressor capacity regulator to reduce its performance. In this case, the cooling capacity of the refrigeration unit decreases in proportion to the decrease in the heat load on the evaporator, the refrigerant pressure at the outlet of the evaporator reaches a predetermined value corresponding to the boiling point of the refrigerant (-3 ° C), which guarantees the absence of negative temperatures on the outer walls of the tubes with boiling refrigerant.

В тоже самое время в водяном контуре, чтобы исключить замерзание воды на трубках с кипящим хладагентом в испарителе, и более точно поддерживать заданную температуру ледяной воды (+0,5÷1°C) на выходе из испарителя, при понижении этой температуры датчик температуры выдает сигнал на частотный привод, который увеличивает производительность насоса. При увеличении расхода воды через испаритель, ее температура на выходе из испарителя начинает возрастать за счет подвода к нему дополнительного тепла от потребителей ледяной воды, достигая заданного значения 0,5÷1°C. В результате этого холодильная установка за счет двух контуров регулирования выходит на стационарный режим получения ледяной воды при сниженной потребности в ледяной воде у потребителя. При этом избыток полученной ледяной воды начинает создавать повышенное давление в магистрали перед потребителем ледяной воды. Установленный на входе регулятор давления «до себя» открывается и избыток ледяной воды поступает в теплоизолированный накопительный бак, создавая ее запас на случай увеличения нагрузки.At the same time in the water circuit, in order to prevent freezing of water on the tubes with boiling refrigerant in the evaporator, and more precisely to maintain the set ice water temperature (+ 0.5 ÷ 1 ° C) at the outlet of the evaporator, when this temperature is lowered, the temperature sensor gives out signal to the frequency drive, which increases the performance of the pump. With increasing water flow through the evaporator, its temperature at the outlet of the evaporator begins to increase due to the supply of additional heat to it from consumers of ice water, reaching a predetermined value of 0.5 ÷ 1 ° C. As a result of this, the refrigeration unit, due to two control loops, enters the stationary mode of obtaining ice water with a reduced demand for ice water from the consumer. In this case, the excess of ice water obtained begins to create increased pressure in the line in front of the consumer of ice water. The pressure regulator installed at the inlet “to itself” opens and the excess of ice water enters the heat-insulated storage tank, creating its reserve in case of an increase in load.

Схема холодильной установки получения ледяной воды в проточном испарителе с терморегулирующим вентилем изображена на прилагаемом чертеже, где цифрами обозначено:The scheme of the refrigeration unit for producing ice water in a flow evaporator with a thermostatic valve is shown in the attached drawing, where the numbers indicate:

1 - холодильный контур1 - refrigeration circuit

2 - компрессор2 - compressor

3 - регулятор производительности компрессора3 - compressor capacity regulator

4 - датчик давления4 - pressure sensor

5 - конденсатор5 - capacitor

6 - терморегулирующий вентиль (ТРВ)6 - thermostatic valve (TRV)

7 - испаритель7 - evaporator

8 - водяной контур8 - water circuit

9 - насос9 - pump

10 - частотный привод насоса10 - frequency drive of the pump

11 - датчик температуры11 - temperature sensor

12 - потребитель ледяной воды12 - ice water consumer

13 - теплоизолированный накопительный бак13 - insulated storage tank

14 - регулятор давления «до себя»14 - pressure regulator "to yourself"

Холодильный контур 1 содержит компрессор 2 с регулятором производительности 3, электрически связанным с датчиком давления 4, конденсатор 5, терморегулирующий вентиль 6 и испаритель 7. Датчик давления 4 установлен в холодильном контуре 1 на выходе из испарителя 7. Испаритель 7 одной полостью связан с холодильным контуром 1, второй полостью с водяным контуром 8. В водяном контуре 8 установлен насос 9 с частотным приводом 10, при этом частотный привод электрически связан с датчиком температуры 11, установленном в водяном контуре на выходе из испарителя 7. Потребитель ледяной воды 12 гидравлически связан своим входом с выходом испарителя 7, а своим выходом - с входом насоса 9. К водяному контуру 8 параллельно потребителю ледяной воды 12 гидравлически подключен теплоизолированный накопительный бак 13, при этом вход теплоизолированного накопительного бака через регулятор давления типа «до себя» 14 связан с входом потребителя ледяной воды 12, а выход из теплоизолированного накопительного бака 13 подключен к водяному контуру 8 на входе в насос 9.The refrigeration circuit 1 contains a compressor 2 with a capacity controller 3 electrically connected to the pressure sensor 4, a condenser 5, a thermostatic valve 6 and an evaporator 7. A pressure sensor 4 is installed in the refrigeration circuit 1 at the outlet of the evaporator 7. The evaporator 7 is connected to the refrigeration circuit in one cavity 1, a second cavity with a water circuit 8. A pump 9 with a frequency drive 10 is installed in the water circuit 8, while the frequency drive is electrically connected to a temperature sensor 11 installed in the water circuit at the outlet of the evaporator 7. The ice water consumer 12 is hydraulically connected by its inlet to the outlet of the evaporator 7 and by its outlet to the inlet of the pump 9. A heat-insulated storage tank 13 is hydraulically connected to the water circuit 8 in parallel with the ice water consumer 12, while the input of the heat-insulated storage tank through the pressure regulator The “up to” type 14 is connected to the inlet of the consumer of ice water 12, and the outlet from the heat-insulated storage tank 13 is connected to the water circuit 8 at the inlet to the pump 9.

Работает холодильная установка получения ледяной воды в испарителе с терморегулирующим вентилем следующим образом.The refrigeration unit for producing ice water in the evaporator with a thermostatic valve operates as follows.

Установленный в холодильном контуре 1 компрессор 2 сжимает пары хладагента, после чего в конденсаторе 5 они конденсируются, после прохождения терморегулирующего вентиля 6 жидкий хладагент дросселируется и превращается в парожидкостную смесь с низкой температурой кипения, например, для нашего случая температура кипения хладагента в полости холодильного контура испарителя 7 составлять -2÷-3°C. В зависимости от приходящей тепловой нагрузки на испаритель 7 со стороны водяного контура 2, температура и давление кипящего хладагента в полости испарителя 7 будет изменяться. В испаритель 7 насос 9 подает на охлаждение воду водяного контура 8 от потребителя ледяной воды 12. По сигналу датчика температуры 11 частотный привод 10 насоса 9 регулирует расход воды через испаритель 7, обеспечивая на выходе из испарителя температуру ледяной воды +0,5÷1°C. Холодильный контур 1 рассчитан на максимальную потребность в ледяной воде у потребителя ледяной воды 12. Насос 9 в водяном контуре 8 рассчитан на производительность, выше максимальной, например, на 25%. Регулятор давления «до себя» 14 находится в закрытом положении. Если потребность в ледяной воде начинает уменьшаться, т.е. у потребителя ледяной воды 12 отключаются от водяного контура 8 часть оборудования, то в водяном контуре 8 на выходе из испарителя 7 температура воды снижается, приближаясь к температуре замерзания. При этом в полости испарителя 7, подключенной к холодильному контуру 1, в ответ на снижение тепловой нагрузки со стороны водяного контура 8, испаряется меньше хладагента, при этом компрессор 2, работающий изначально с максимальной производительностью по всасываемому газу из испарителя 7, старается откачать больше, чем может испариться в испарителе 7, поэтому давление хладагента на выходе из него начинает падать. При этом из-за уменьшения нагрузки на испаритель 7 вместе с давлением хладагента падает температура его кипения (зависимость температуры кипения хладагента от давления для каждого хладагента указаны в термодинамических таблицах холодильных справочников). А при снижении температуры кипения хладагента, наряду со снижением температуры ледяной воды на выходе из испарителя 7, вероятность замерзания воды внутри него значительно возрастает. Чтобы не допустить этого, начинают работать два канала регулирования - в холодильном контуре 1 при падении давления хладагента на выходе из испарителя 7 датчик давления 4 выдает сигнал через регулятор производительности компрессора 3 на снижение производительности компрессора 2. При этом холодопроизводительность установки уменьшается в соответствии с уменьшением тепловой нагрузки на испаритель 7, давление хладагента на выходе из испарителя 7 достигает заданного значения, соответствующего температуре кипения хладагента (-3°C), гарантирующей отсутствие отрицательных температур на наружных стенках трубок с кипящим хладагентом.The compressor 2 installed in the refrigeration circuit 1 compresses the refrigerant vapor, after which they condense in the condenser 5, after passing the thermostatic valve 6, the liquid refrigerant is throttled and converted into a vapor-liquid mixture with a low boiling point, for example, in our case, the boiling point of the refrigerant in the cavity of the evaporator refrigerant circuit 7 be -2 ÷ -3 ° C. Depending on the incoming heat load on the evaporator 7 from the side of the water circuit 2, the temperature and pressure of the boiling refrigerant in the cavity of the evaporator 7 will vary. In the evaporator 7, the pump 9 supplies water for cooling the water circuit 8 from the consumer of ice water 12. At the signal of the temperature sensor 11, the frequency drive 10 of the pump 9 regulates the flow of water through the evaporator 7, providing the temperature of the ice water at the outlet of the evaporator + 0.5 ÷ 1 ° C. The refrigeration circuit 1 is designed for the maximum ice water demand of the consumer of ice water 12. The pump 9 in the water circuit 8 is designed for a capacity higher than the maximum, for example, by 25%. The pressure regulator "to yourself" 14 is in the closed position. If the need for ice water begins to decrease, i.e. At the consumer of ice water 12 some of the equipment is disconnected from the water circuit 8, then in the water circuit 8 at the outlet of the evaporator 7, the water temperature decreases, approaching the freezing temperature. Moreover, in the cavity of the evaporator 7 connected to the refrigeration circuit 1, in response to the reduction of the heat load from the side of the water circuit 8, less refrigerant is evaporated, while the compressor 2, which initially works with the maximum suction gas capacity, evaporates from the evaporator 7, than can evaporate in the evaporator 7, so the pressure of the refrigerant at the outlet of it begins to fall. In this case, due to a decrease in the load on the evaporator 7, its boiling temperature drops along with the refrigerant pressure (the dependence of the boiling temperature of the refrigerant on the pressure for each refrigerant is indicated in the thermodynamic tables of refrigeration manuals). And with a decrease in the boiling point of the refrigerant, along with a decrease in the temperature of ice water at the outlet of the evaporator 7, the likelihood of freezing of the water inside it increases significantly. To prevent this, two control channels begin to work - in the refrigeration circuit 1, when the refrigerant pressure drops at the outlet of the evaporator 7, the pressure sensor 4 gives a signal through the compressor capacity regulator 3 to reduce the productivity of compressor 2. At the same time, the cooling capacity of the installation decreases in accordance with the decrease in heat load on the evaporator 7, the pressure of the refrigerant at the outlet of the evaporator 7 reaches a predetermined value corresponding to the boiling point of the refrigerant (-3 ° C), I guarantee her lack of negative temperatures on the outer walls of the tube with a boiling refrigerant.

В тоже самое время в водяном контуре 8, чтобы исключить замерзание воды на трубках с кипящим хладагентом внутри испарителя 7, и более точно поддерживать заданную температуру ледяной воды (+0,5÷1°C) на выходе из испарителя 7 при ее понижении датчик температуры 11 выдает сигнал на частотный привод 10, который увеличивает производительность насоса 9. При увеличении расхода через испаритель 7 в водяном контуре 8, температура ледяной воды на выходе из испарителя 7 начинает возрастать за счет увеличения ее расхода, фактически подвода к испарителю дополнительного тепла от потребителей ледяной воды, достигая заданного значения 1÷2°C, Однако поскольку часть оборудования потребителя ледяной воды 12 отключена после чего холодильная установка за счет двух контуров регулирования выходит на стационарный режим получения ледяной воды при сниженной потребности в ледяной воде у потребителя 12.At the same time, in the water circuit 8, in order to prevent freezing of water on the tubes with boiling refrigerant inside the evaporator 7, and more precisely to maintain the set temperature of ice water (+ 0.5 ÷ 1 ° C) at the outlet of the evaporator 7 when the temperature sensor decreases 11 gives a signal to the frequency drive 10, which increases the capacity of the pump 9. When the flow rate through the evaporator 7 in the water circuit 8 increases, the temperature of the ice water at the outlet of the evaporator 7 begins to increase due to an increase in its flow rate, in fact, additional supply to the evaporator heat from consumers of ice water, reaching a preset value of 1 ÷ 2 ° C, however, since part of the equipment of the consumer of ice water 12 is turned off, after which the refrigeration unit, due to two control loops, goes to the stationary mode of ice water production with a reduced demand for ice water from consumer 12 .

При снижении тепловой нагрузки у потребителя, например ледяной воды надо вдвое меньше, температура хладагента на выходе из теплообменника-испарителя 7 начинает снижаться, например, до -5°C. При этом давление хладагента на выходе из теплообменника-испарителя 7 начинает падать и управляющий датчик давления 4 выдает сигнал на снижение производительности компрессора 2. Холодопроизводительность холодильного контура 1 снижается и температура кипения хладагента в теплообменнике-испарителе 7 начинает повышаться до требуемого диапазона -2÷-3°C. В результате этого холодильная установка за счет двух контуров регулирования выходит на новый стационарный режим получения ледяной воды с температурой 0,5÷1°C при сниженной потребности в ледяной воде у потребителя.With a decrease in the heat load of the consumer, for example, ice water needs to be half as much, the temperature of the refrigerant at the outlet of the heat exchanger-evaporator 7 begins to decrease, for example, to -5 ° C. At the same time, the pressure of the refrigerant at the outlet of the heat exchanger-evaporator 7 starts to drop and the control pressure sensor 4 gives a signal to reduce the performance of the compressor 2. The cooling capacity of the refrigeration circuit 1 decreases and the boiling point of the refrigerant in the heat exchanger-evaporator 7 begins to rise to the required range of -2 ÷ -3 ° C. As a result of this, the refrigeration unit, due to two control loops, enters a new stationary mode for producing ice water with a temperature of 0.5 ÷ 1 ° C with a reduced demand for ice water from the consumer.

Таким образом предлагаемая полезная модель позволяет получать ледяную воду с температурой 0,5÷1°C в проточных испарителях с терморегулирующим вентилем при изготовлении новых и модернизации существующих водоохлаждающих установок.Thus, the proposed utility model allows to obtain ice water with a temperature of 0.5 ÷ 1 ° C in flow-through evaporators with a thermostatic valve in the manufacture of new and modernization of existing water-cooling plants.

Claims (1)

Холодильная установка получения ледяной воды в проточном испарителе, включающая контур хладагента с компрессором и терморегулирующим вентилем, а также водяной контур с насосом и датчиком температуры, связанные двухконтурным испарителем, отличающаяся тем, что в состав контура хладагента введен датчик давления, установленный на выходе из испарителя, компрессор снабжен регулятором производительности, электрически связанным с указанным датчиком давления, в водяном контуре датчик температуры установлен на выходе из испарителя, насос снабжен регулятором производительности, электрически связанным с указанным датчиком температуры, при этом производительность насоса выбирается выше расчетной производительности при максимальной потребности в ледяной воде, в состав водяного контура введен теплоизолированный накопительный бак и регулятор давления типа "до себя", вход регулятора гидравлически подключен к выходу из испарителя после датчика температуры, а выход регулятора давления типа "до себя" гидравлически связан с входом теплоизолированного накопительного бака, при этом выход бака гидравлически связан с входом насоса.

A refrigeration unit for producing ice water in a flow evaporator, including a refrigerant circuit with a compressor and a thermostatic valve, as well as a water circuit with a pump and a temperature sensor connected by a double circuit evaporator, characterized in that a pressure sensor installed at the outlet of the evaporator is included in the refrigerant circuit, the compressor is equipped with a capacity controller electrically connected to the specified pressure sensor, in the water circuit a temperature sensor is installed at the outlet of the evaporator, a sleep pump It is equipped with a capacity regulator electrically connected to the indicated temperature sensor, while the pump performance is selected above the design capacity with the maximum demand for ice water, a heat-insulated storage tank and a pressure regulator of the type “to oneself” are introduced into the water circuit, the input of the regulator is hydraulically connected to the outlet the evaporator after the temperature sensor, and the output of the pressure regulator of the type "to oneself" is hydraulically connected to the input of the heat-insulated storage tank, at m tank outlet hydraulically connected to the pump inlet.

Images