UA8410U - Method to obtain cold - Google Patents

Abstract

A method to obtain cold consists in compression of the cold agent vapors, regeneration heat exchange between the vapor-like and the liquid cooling agent, expansion of the liquid obtained and its evaporation. Compression, condensation of cooling agent and regeneration heat exchange are carried out in heat exchange zone through filling the compression zone with heat carrier at provision of circulation of heat and cooling carrier through the zone of heat exchange. Expansion of cooling agent is performed through change of pressure of heat carrier in compression zone. Evaporation of cooling agent is performed in heat exchange zone at circulation there of cooling carrier and simultaneous pressing out of heat carrier from the zone of compression. Temperature of heat carrier in compression zone is kept higher than the temperature of condensation of cooling agent. A substance with small specific volume of vapor in the working interval of temperatures is used as cooling agent.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Запропоноване технічне рішення належить до холодильної техніки, зокрема, до пристроїв і способів роботи 2 машин для одержання штучного холоду й може бути використане в різних галузях народного господарства, наприклад, у гірничій промисловості для охолодження повітря в гірничих виробках.The proposed technical solution belongs to refrigeration equipment, in particular, to the devices and methods of operation of 2 machines for obtaining artificial cold and can be used in various branches of the national economy, for example, in the mining industry for air cooling in mining operations.

Відомі трикамерні трубчасті живильники, що дозволяють за рахунок гідравлічного тиску стовпа води, подаваної в шахту, здійснювати підняття води на поверхню |див. Сп.Кіппе, Р.).СейПег, МУ.Гозег АКегпаїймеThere are well-known three-chamber tubular feeders that allow water to rise to the surface due to the hydraulic pressure of the water column fed into the mine | see Sp. Kippe, R.). SeiPeg, MU. Gozeg AKegpaiime

Мейподеи дез КаГеїгапзрогіез іт 5іеіпкопіеп-бегодбаци Бреї йрегіадід апдеогапевгеп Какетавзспіпеп. Вегараи 12/1990 70 537-542). Живильники декількох модифікацій випускає фірма "ЗИМАГ ТРАНСПЛАН ГМБХ" (Німеччина): а) для гідротранспортування пульпи; б) для систем кондиціонування повітря, щоб знизити тиск холодоносія у вторинній мережі; в) для подачі в шахту льдоводяної суміші з метою охолодження повітря; г) для регенерації гідравлічної енергії. 12 Гідравлічні живильники виконуються з трьох паралельно ввімкнених трубчастих камер. Регулювання подачі тепло- і холодоносія здійснюють клапанами, що приводяться в дію гідроприводом. У другому випадку (б) принцип роботи живильника полягає в навперемінному заповненні камер теплоносієм (тепла вода) і холодоносієм (холодна вода). Теплоносій витісняється на поверхню холодоносієм, який надходить від холодильних машин. У наступному циклі холодоносій з камери живильника витісняється теплоносієм і 20 направляється до повітроохолоджувачів. Живильник з'єднано з підземним контуром низького тиску, по якому холодоносій подають до повітроохолоджувачів, а також контуром високого тиску, по якому рух води забезпечують помпою, установленою на поверхні шахти. Гідравлічний к.к.д. живильника досягає 9695. При проходженні Через живильник холодоносій нагрівається на 0,5-1,0 С. Однак тритрубчаті живильники, використовувані в системах охолодження повітря, не можуть виробляти холод, тобто не мають функції 25 холодильних машин. 8Maypodei des KaGeigapzrogiez it 5ieipkopiep-begodbatsi Brei yregiadid apdeogapevgep Kaketavzspipep. Vegarai 12/1990 70 537-542). Feeders of several modifications are produced by the company "ZYMAG TRANSPLAN GMBH" (Germany): a) for hydraulic transportation of pulp; b) for air conditioning systems to reduce the pressure of the coolant in the secondary network; c) for supplying an ice-water mixture to the mine for the purpose of cooling the air; d) for regeneration of hydraulic energy. 12 Hydraulic feeders are made of three tubular chambers connected in parallel. Regulation of the supply of heat and coolant is carried out by valves actuated by a hydraulic drive. In the second case (b), the principle of operation of the feeder consists in alternately filling the chambers with a coolant (warm water) and a coolant (cold water). The heat carrier is displaced to the surface by the coolant, which comes from refrigerating machines. In the next cycle, the coolant is displaced from the feeder chamber by the coolant and sent to the air coolers. The feeder is connected to an underground low-pressure circuit, through which the coolant is supplied to the air coolers, as well as a high-pressure circuit, through which the movement of water is provided by a pump installed on the surface of the mine. Hydraulic k.k.d. of the feeder reaches 9695. When passing through the feeder, the refrigerant heats up by 0.5-1.0 C. However, three-pipe feeders used in air cooling systems cannot produce cold, that is, they do not have the function of 25 refrigerating machines. 8

Найближчим до запропонованого технічного рішення є "Спосіб одержання холоду і парокомпресійна холодильна машина" див. патент ША Мо18579 С1, Е2581/00, Опубл. 25.12.97р., Бюл.Мобі.The closest to the proposed technical solution is "Method of obtaining cold and vapor compression refrigerating machine" see US patent Mo18579 C1, E2581/00, Publ. 12/25/1997, Moby Blvd.

Відомий спосіб полягає в стискання парів холодоагенту, їх конденсації, транспортуванні рідкого холодоагенту, його розширенні та випаровуванні, причому стискання, конденсацію і випаровування о 30 холодоагенту ведуть у герметичних капсулах перемінного об'єму, розміщених у замкненому об'ємі з рідким (че середовищем шляхом зміни температури і тиску рідкого середовища.The known method consists in compression of refrigerant vapors, their condensation, transportation of liquid refrigerant, its expansion and evaporation, and compression, condensation and evaporation of the refrigerant are carried out in sealed capsules of variable volume, placed in a closed volume with a liquid medium changes in temperature and pressure of the liquid medium.

Відома холодильна машина містить у собі випарно-конденсаторний агрегат, виконаний у вигляді т вертикальної посудини, заповненої рідким середовищем і холодоагентом, поміщеним у герметичні капсули сю перемінного об'єму, до якого у верхній частині приєднано трубопроводи системи теплоносія, а в нижнійThe well-known refrigerating machine contains an evaporative-condensing unit, made in the form of a vertical vessel, filled with a liquid medium and a refrigerant, placed in sealed capsules of variable volume, to which pipelines of the coolant system are connected in the upper part, and in the lower part

Зо -трубопроводи системи холодоносія.Z - pipelines of the coolant system.

Дана машина працює так. Під час знаходження капсул у зоні конденсації, із системи теплоносія під тиском « конденсації подають воду, за рахунок чого стискають і конденсують холодоагент у капсулах. Капсули під дією своєї ваги опускаються в нижню частину посудини - у зону випаровування. Після цього посудину підключаютьдо /-Щ- системи холодоносія, що знаходиться при тиску випаровування. Холодоагент у капсулах починає 70 розширюватися і випаровуватися, охолоджуючи холодоносій у зоні випаровування. У процесі випаровування с холодоагенту капсули за рахунок збільшення в об'ємі підвищують свою плавучість і спливають у зону "з конденсації, після чого процес повторюється.This machine works like this. When the capsules are in the condensation zone, water is supplied from the system of the coolant under pressure "condensation", due to which the refrigerant in the capsules is compressed and condensed. Capsules fall under the influence of their weight into the lower part of the vessel - into the evaporation zone. After that, the vessel is connected to the /-Ш- system of the coolant, which is at the evaporation pressure. The refrigerant in the capsules begins to expand and evaporate, cooling the refrigerant in the evaporation zone. In the process of evaporation from the refrigerant, the capsules due to the increase in volume increase their buoyancy and float to the condensation zone, after which the process is repeated.

До недоліків такої холодильної машини належить складність виготовлення капсул з холодоагентом і низька швидкість переміщення капсул із зони випаровування в зону конденсації і назад під дією сил Архімеда, що знижує ефективність роботи й істотно збільшує масогабаритні показники машини.The disadvantages of such a refrigerating machine include the complexity of manufacturing capsules with a refrigerant and the low speed of movement of capsules from the evaporation zone to the condensation zone and back under the action of Archimedes' forces, which reduces the efficiency of work and significantly increases the machine's weight and size indicators.

Со У основу корисної моделі поставлено завдання зі створення способу одержання холоду, у якому процес т» стискання холодоагенту здійснюють за рахунок використання гідравлічної енергії рідини, подаваної для відводу -3з тепла конденсації, що дозволяє підвищити економічність одержання холоду й забезпечити конструктивну простоту пристрою для реалізації способу. с 50 Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що в способі одержання холоду, який полягає в стисканні парів холодоагенту, їх конденсації, регенеративному теплообміні між пароподібним і рідким холодоагентом, розширенні одержаної рідини і її випаровуванні, відповідно до корисної моделі, стискання, конденсацію холодоагенту і регенеративний теплообмін ведуть у теплообмінній зоні шляхом заповнення зони стискання теплоносієм, при забезпеченні циркуляції тепло- і холодоносія через теплообмінну зону, розширення шо» холодоагенту проводять шляхом зміни тиску теплоносія в зоні стискання, випаровування холодоагенту здійснюють у теплообмінній зоні при циркуляції в ній холодоносія й одночасному витісненні теплоносія з зони стискання, температуру теплоносія в зоні стискання підтримують вище температури конденсації холодоагенту, а за останнього використовують речовину з невеликим питомим об'ємом парів у робочому інтервалі температур.The basis of the useful model is the task of creating a method of obtaining cold, in which the process of compressing the refrigerant is carried out due to the use of hydraulic energy of the liquid supplied for the removal of -3z heat of condensation, which makes it possible to increase the economy of obtaining cold and ensure the structural simplicity of the device for implementing the method . p 50 The task is solved due to the fact that in the method of obtaining cold, which consists in the compression of refrigerant vapors, their condensation, regenerative heat exchange between vaporous and liquid refrigerant, expansion of the resulting liquid and its evaporation, according to a useful model, compression, condensation refrigerant and regenerative heat exchange are carried out in the heat exchange zone by filling the compression zone with the coolant, while ensuring the circulation of the heat and coolant through the heat exchange zone, the expansion of the coolant is carried out by changing the pressure of the coolant in the compression zone, the evaporation of the coolant is carried out in the heat exchange zone during the circulation of the coolant in it and simultaneous displacement of the coolant from the compression zone, the temperature of the coolant in the compression zone is maintained above the condensation temperature of the refrigerant, and for the latter, a substance with a small specific vapor volume in the working temperature range is used.

На Фіг.1 наведено принципову схему холодильної машини; 60 на Фіг.2 - конструктивну схему холодильного елемента машини; на Фіг.З - послідовність операцій роботи холодильної машини; на Фіг.4 - термодинамічний цикл роботи машини.Figure 1 shows the schematic diagram of the refrigerating machine; 60 in Fig. 2 is a structural diagram of the refrigerating element of the machine; in Fig. 3 - the sequence of operations of the refrigerating machine; in Fig. 4 - the thermodynamic cycle of the machine.

Холодильна машина містить холодильні елементи 1, багатоходові вентилі 2, триходові вентилі 3, ємність 4, насос 5, градирню б, трубопроводи 7 системи теплоносія (конденсаторної води), трубопроводи 8 системи бо холодоносія. Датчик температури 9 встановлений у місці з'єднання трубопроводів 7 і 8 систем теплоносія та холодоносія з теплообмінником 10.The refrigerating machine contains refrigerating elements 1, multi-way valves 2, three-way valves 3, tank 4, pump 5, cooling tower b, pipelines 7 of the coolant system (condenser water), pipelines 8 of the coolant system. The temperature sensor 9 is installed at the junction of pipelines 7 and 8 of the coolant and coolant systems with the heat exchanger 10.

Холодильний елемент 1 складається з теплообмінника 10 (див. Фіг.2), теплообмінна поверхня якого виконана у вигляді оребрених трубок 11, газової камери 12, розділеної еластичною мембраною 13 на дві порожнини - парову 14 і гідравлічну 15. Парова порожнина 14 з'єднана каналами 16 з міжтрубним простором теплообмінника 10. Гідравлічну порожнину 15 з'єднано каналами 17 з гідравлічною системою, яку через триходові вентилі З підключено до системи теплоносія. Внутрішня порожнина теплообмінника 10 має теплоізоляцію 18. У каналі 16, у місці його підключення до газової камери 12 розміщено датчик тиску 19.Refrigeration element 1 consists of a heat exchanger 10 (see Fig. 2), the heat exchange surface of which is made in the form of finned tubes 11, a gas chamber 12, divided by an elastic membrane 13 into two cavities - steam 14 and hydraulic 15. Steam cavity 14 is connected by channels 16 with the intertube space of the heat exchanger 10. The hydraulic cavity 15 is connected by channels 17 to the hydraulic system, which is connected to the coolant system through three-way valves C. The inner cavity of the heat exchanger 10 has thermal insulation 18. In the channel 16, at the place of its connection to the gas chamber 12, a pressure sensor 19 is placed.

Холодильна машина має декілька паралельно встановлених холодильних елементів 1, підключених через /о Вентилі 2 1 З до трубопроводів 7 системи теплоносія й трубопроводам 8 системи холодоносія. Як тепло- і холодоносій може бути використана вода. Тиск теплоносія на рівні розміщення холодильних елементів 1 підтримується за рахунок стовпа рідини таким, що дорівнює чи більшим за тиск конденсації Р ун холодоагенту.The refrigerating machine has several refrigerating elements 1 installed in parallel, connected through /o Valve 2 1 Z to pipelines 7 of the coolant system and pipelines 8 of the coolant system. Water can be used as a heat and cold carrier. The pressure of the heat carrier at the level of placement of the refrigerating elements 1 is maintained due to the column of liquid such that it is equal to or greater than the condensation pressure P of the refrigerant.

Холодильний елемент за допомогою трубопроводу з'єднується з ємністю 4, яка встановлюється на висоті, що забезпечує тиск стовпа рідини на рівні розміщення холодильних елементів 1, таким, що дорівнює чи трохи /5 меншим від тиску випаровування Ро холодоагенту.The refrigerating element is connected by means of a pipeline to the container 4, which is set at a height that ensures the pressure of the liquid column at the level of placement of the refrigerating elements 1, which is equal to or slightly lower than the evaporation pressure Ro of the refrigerant.

У трубки 11 теплообмінника 10 періодично подається холодоносій і теплоносій, а в паровій порожнині 14 і міжтрубному просторі теплообмінника 10 знаходиться холодоагент, наприклад, вуглекислота. Внутрішня теплоізоляція 18 теплообмінника 10 виконана, наприклад, із твердого пінополіуретану чи жароміцного матеріалу.Coolant and coolant are periodically supplied to the tubes 11 of the heat exchanger 10, and a refrigerant, for example, carbon dioxide, is located in the vapor cavity 14 and the intertube space of the heat exchanger 10. The internal thermal insulation 18 of the heat exchanger 10 is made, for example, of solid polyurethane foam or heat-resistant material.

Конструктивно машина містить кілька зон, у яких організують різні термодинамічні процеси. Область го теплообмінника являє собою теплообмінну зону, у якій забезпечуються процеси теплообміну між тепло- чи холодоносієм і холодоагентом. Газова камера являє собою зону стискання, у якій за рахунок зміни об'єму здійснюються процеси стискання та витиснення холодоагенту в теплообмінну зону. Процес стискання, у цілому, йде одночасно як у зоні стискання, так і в теплообмінній зоні, тому що вони зв'язані між собою.Structurally, the machine contains several zones in which various thermodynamic processes are organized. The area of the heat exchanger is a heat exchange zone in which the processes of heat exchange between the heat or refrigerant and the refrigerant are ensured. The gas chamber is a compression zone, in which, due to the change in volume, the processes of compression and extrusion of the refrigerant into the heat exchange zone are carried out. The compression process, in general, takes place simultaneously both in the compression zone and in the heat exchange zone, because they are interconnected.

Тепло конденсації відводиться в атмосферне повітря від теплоносія в градирні 6, а холодний холодоносій г подається на повітроохолоджувачі.The heat of condensation is removed from the coolant in the cooling tower 6 into the ambient air, and the cold coolant g is supplied to the air cooler.

Холодильна машина працює так. о,The refrigerator works like this. at,

На першому етапі холодоагент знаходиться в газовій камері й у міжтрубному просторі теплообмінника 10 у пароподібному стані, еластична мембрана 12 займає положення У (Фіг.2). Трубки 11 теплообмінної поверхні заповнено охолодженим холодоносієм. На цьому етапі (операція 1, Фіг.3) закрито лінії А, С, М, М, відкрито о зо ліні В, б ї холодоносій прокачується через трубки 11 теплообмінної поверхні. У холодильному елементі 1 з боку холодоагенту підтримується тиск випаровування Р о (низький тиск), тому що лінія Е відкрита і з'єднує -- гідравлічну порожнину 15 з ємністю 4. «гAt the first stage, the refrigerant is in the gas chamber and in the intertube space of the heat exchanger 10 in a vapor state, the elastic membrane 12 occupies the position U (Fig. 2). Tubes 11 of the heat exchange surface are filled with cooled coolant. At this stage (operation 1, Fig. 3), lines A, C, M, M are closed, line B is opened, and the coolant is pumped through the tubes 11 of the heat exchange surface. In the refrigerating element 1, on the side of the refrigerant, the evaporation pressure Ро (low pressure) is maintained, because the line E is open and connects the hydraulic cavity 15 with the container 4. "g

На другому етапі (операція 2, Фіг.3) відкриваються лінії М, М і закриваються лінії В і О. Вентилі А і С залишаються закритими, а лінію Е включено на низький тиск Ро. Холодний холодоносій із трубок теплообмінної со з5 поверхні витісняється теплим теплоносієм із сусіднього паралельно встановленого холодильного елемента, який працює з даним холодильним елементом у протифазі. У цьому разі температура холодоагенту й всього теплообмінника підвищується за рахунок регенерації тепла шляхом рециркуляції води по замкненому контуру « між двома паралельними холодильними елементами. При цьому вода по замкненому контуру прокачується через трубки обох холодильних елементів, відводячи тепло від одного і підводячи тепло регенерації до другого. о)At the second stage (operation 2, Fig. 3), lines M, M are opened and lines B and O are closed. Valves A and C remain closed, and line E is switched on to low pressure Po. The cold coolant from the heat exchange tubes of the surface is displaced by the warm coolant from the adjacent, parallel-installed refrigerating element, which works with this refrigerating element in antiphase. In this case, the temperature of the refrigerant and the entire heat exchanger increases due to heat regeneration by recirculation of water in a closed circuit between two parallel cooling elements. At the same time, water is pumped in a closed circuit through the tubes of both refrigerating elements, removing heat from one and bringing regeneration heat to the other. at)

Під час підведення тепла регенерації температура та тиск холодоагенту будуть підвищуватися в ізохорному с термодинамічному процесі, у зв'язку з чим наприкінці процесу установиться тиск регенерації Р, що вище тиску випаровування. Еластична перегородка протягом усього етапу займає положення У. ;» На третьому етапі (операція З, Фіг.3) закрито лінії В, ОО, М, М їі відкриваються лінії А, С. Лінія Е включається на тиск конденсації (високий тиск) Р н. Теплоносій високого тиску надходить у гідравлічну порожнину 15, при цьому мембрана 13 піднімається вгору, стискаючи холодоагент. На цьому етапі через трубкиDuring the introduction of regeneration heat, the temperature and pressure of the refrigerant will increase in an isochoric thermodynamic process, due to which at the end of the process, the regeneration pressure P will be established, which is higher than the evaporation pressure. During the entire stage, the elastic partition occupies the position of U. ;" At the third stage (operation Z, Fig. 3), lines B, OO, M, M are closed and lines A, C are opened. Line E is switched on to condensation pressure (high pressure) Р n. The high-pressure coolant enters the hydraulic cavity 15, while the membrane 13 rises up, compressing the refrigerant. At this stage through the tubes

Го! 11 теплообмінника прокачується теплоносій, відводячи тепло стискання та конденсації холодоагенту.Go! 11 of the heat exchanger, the coolant is pumped, removing the heat of compression and condensation of the refrigerant.

Пароподібний холодоагент конденсується на трубках теплообмінної поверхні й переходить у рідкий стан. ве Наприкінці етапу еластична перегородка займе положення Х (Фіг.2). - На четвертому етапі (операція 4, Фіг.3) закриваються лінії А, В, С, О їі відкриваються лінії М, М, а лінія 50р Е залишається включеною на високий тиск Р н. На цьому етапі здійснюється регенеративний теплообмін з ме, холодильним елементом, що працює з даним елементом у протифазі. Теплий теплоносій з теплообмінника витісняється холодним холодоносієм із сусіднього холодильного елемента. При цьому температура холодоагенту й усього теплообмінника знижується. Еластична перегородка протягом всього етапу займає положення Х (Фіг.2).Vapor refrigerant condenses on the tubes of the heat exchange surface and turns into a liquid state. At the end of the stage, the elastic partition will take the X position (Fig. 2). - At the fourth stage (operation 4, Fig. 3), lines A, B, C, O are closed and lines M, M are opened, and line 50r E remains connected to high pressure Р n. At this stage, regenerative heat exchange is carried out with me, a refrigerating element that works with this element in antiphase. The warm coolant from the heat exchanger is displaced by the cold coolant from the adjacent refrigerating element. At the same time, the temperature of the refrigerant and the entire heat exchanger decreases. During the entire stage, the elastic partition occupies the X position (Fig. 2).

Ган На останньому етапі (операція 5, Фіг.3) лінія Е включається на низький тиск Р об, лінії А, С, М, М закриті, лінії В, О відкриті. У зв'язку з витісненням з гідравлічної порожнини 15 частини теплоносія в ємність 4, тиск холодоагенту в холодильному елементі падає до тиску випаровування і холодоагент починає випаровуватися, відводячи тепло від холодоносія, що прокачується в цей момент через трубки 11 холодильного елемента.Han At the last stage (operation 5, Fig. 3), line E is switched on to low pressure Р ob, lines A, C, M, M are closed, lines B, O are open. In connection with the displacement of part of the coolant from the hydraulic cavity 15 into the container 4, the pressure of the refrigerant in the refrigerating element drops to the evaporation pressure and the refrigerant begins to evaporate, removing heat from the refrigerant that is pumped at this moment through the tubes 11 of the refrigerating element.

Пароподібний холодоагент заповнює газову камеру, витісняючи теплоносія з гідравлічної порожнини 15 у ємність во 4.Vapor refrigerant fills the gas chamber, displacing the coolant from the hydraulic cavity 15 into the container 4.

Еластична мембрана 13 наприкінці етапу займає положення У, і надалі етапи роботи машини повторюються.The elastic membrane 13 at the end of the stage takes the position U, and the stages of the machine are repeated in the future.

На Фіг.4 приведено термодинамічний цикл роботи холодильної машини з вуглекислотою як холодоагент.Figure 4 shows the thermodynamic cycle of the refrigerator with carbon dioxide as a refrigerant.

Після випаровування парів холодоагенту надходять з теплообмінника в газову камеру й перегріваються під час регенеративного теплообміну при постійному об'ємі до тиску Ро. Процес характеризується лінією 1-2. 65 Процес стискання (лінія 2-3) йде з відводом теплоти від холодоагенту. У точці З тиск холодоагенту буде дорівнювати тискові конденсації Рн. Тепловідведення з газової камери забезпечують таким, щоб уникнути конденсації холодоагенту на мембрані 13. Для цього, наприклад, у гідравлічну порожнину 15 подають теплоносій з температурою вищою від температури конденсації. Далі процес охолодження і конденсації холодоагенту при тиску Рк характеризується лінією 3-4. У точці 4 холодоагент буде в рідкому вигляді при тиску конденсації.After evaporation, refrigerant vapors enter the gas chamber from the heat exchanger and are overheated during regenerative heat exchange at a constant volume to a pressure of Po. The process is characterized by line 1-2. 65 The compression process (line 2-3) proceeds with heat removal from the refrigerant. At point Z, the pressure of the refrigerant will be equal to the pressure condensation Рn. Heat removal from the gas chamber is provided in such a way as to avoid condensation of the refrigerant on the membrane 13. For this, for example, a coolant with a temperature higher than the condensation temperature is fed into the hydraulic cavity 15. Further, the process of cooling and condensation of the refrigerant at pressure Pk is characterized by line 3-4. At point 4, the refrigerant will be in liquid form at the condensation pressure.

Процес 4-5 характеризує регенеративний теплообмін, у результаті якого температура рідкого холодоагенту знижується. Після скидання тиску в гідравлічній порожнині холодоагент адіабатичне розширюється (лінія 5-6), витісняючи частину теплоносія в ємність 4.Process 4-5 characterizes regenerative heat exchange, as a result of which the temperature of the liquid refrigerant decreases. After releasing the pressure in the hydraulic cavity, the refrigerant expands adiabatically (line 5-6), displacing part of the heat carrier into container 4.

Процес випаровування холодоагенту описує лінія 7-1, після чого термодинамічні процеси повторюються.Line 7-1 describes the refrigerant evaporation process, after which the thermodynamic processes are repeated.

У процесі регенеративного теплообміну частина рідкого холодоагенту випаровується (лінія 6-7), тобто 70 кількість тепла, підведена до холодоагенту в процесах 6-7 і 1-2 дорівнює кількості тепла, відведеного від холодоагенту в процесі 4-5.In the process of regenerative heat exchange, part of the liquid refrigerant evaporates (line 6-7), that is, the amount of heat supplied to the refrigerant in processes 6-7 and 1-2 is equal to the amount of heat removed from the refrigerant in process 4-5.

Визначимо енергетичні параметри холодильної машини.Let's determine the energy parameters of the refrigerating machine.

Приймаємо за холодоагент вуглекислоту і такий режим роботи машини: тиск випаровування Ро-3,3МПа; температура випаровування То-272К; тиск конденсації Рн-б,7МПа; початкова температура конденсаторної води Т4-2939К; температура холодоносія, що приходить після повітроохолоджувачів Тр-2782К.We take carbon dioxide as a refrigerant and the following operating mode of the machine: evaporation pressure Ro-3.3 MPa; evaporation temperature To-272K; condensation pressure Rn-b, 7 MPa; initial temperature of condenser water T4-2939K; the temperature of the refrigerant that comes after the Tr-2782K air coolers.

Приймаємо конструктивні параметри холодильного елемента: діаметр газової камери 40-370мм, довжина -3,5м; зовнішній і внутрішній діаметр холодильного елемента 44-400мм і ад2-ЗООмм; товщина ізоляції 4Омм; довжина теплообмінника І-3,5м. Кількість титанових трубок діаметром 16бмм із стінками завтовшки 2мм - 100шт.We accept the design parameters of the refrigerating element: diameter of the gas chamber 40-370mm, length -3.5m; external and internal diameter of the refrigerating element 44-400mm and 2-ZOOmm; insulation thickness 4 Ohm; the length of the heat exchanger I-3.5 m. The number of titanium tubes with a diameter of 16 mm with walls 2 mm thick - 100 pcs.

Маса теплообмінної поверхні - 140кг, площа теплообмінної поверхні - Ет-15м. Кількість холодоагенту (СО5) у холодильному елементі 5-50ОКг.The mass of the heat exchange surface is 140 kg, the area of the heat exchange surface is Et-15 m. The amount of refrigerant (CO5) in the refrigerating element is 5-50 OKg.

Термодинамічні параметри вуглекислоти в різних точках термодинамічного циклу (фіг.4) представлені в таблиці. з "К о зо - « 6 в вк10ю00011000вво000зж со зе вва та 1777152 17вомз | зав «Thermodynamic parameters of carbon dioxide at different points of the thermodynamic cycle (Fig. 4) are presented in the table. from "K o zo - « 6 in vk10yu00011000vvo000zzh so ze vva and 1777152 17vomz | zav "

Питома робота зворотного термодинамічного циклу С-21,7кКДж/кг; питома холодопродуктивність д0о-130,4кДж/кг. Кількість тепла, відведена у випарнику від холодоносія за один цикл лО0-6520кДж, а віддане в в Конденсаторі конденсаторній воді лОК-7/6б0О5кДж. Кількість тепла регенерації передана в процесі с регенеративного теплообміну, лОр-2300кДж. а Визначимо час одного циклу роботи машини. Час випаровування холодоагенту й охолодження холодоносія » при коефіцієнті теплопередачі від вуглекислоти до холодоносія, який дорівнює Ко-800-1000Вт/м 290, складе 1 ма - я - шани -107с со Ет рев) твою (З5 їх Час регенеративного теплообміну при коефіцієнті теплопередачі від вуглекислоти до холодоносія, який з дорівнює Ку.-400-600 Вт/м22 С і температурному перепаді Дір-1596,Specific work of the reverse thermodynamic cycle C-21.7kKJ/kg; specific cooling capacity d0o-130.4kJ/kg. The amount of heat removed in the evaporator from the coolant in one cycle is lO0-6520kJ, and the heat transferred to the condenser water is lOK-7/6b0O5kJ. The amount of regeneration heat transferred in the process of regenerative heat exchange, lOr-2300kJ. a Let's determine the time of one machine operation cycle. The time of evaporation of the refrigerant and cooling of the refrigerant » with a heat transfer coefficient from carbon dioxide to the refrigerant, which is equal to Ko-800-1000W/m 290, will be 1 ma - i - shany -107s so Et rev) your (С5 them Time of regenerative heat exchange at a heat transfer coefficient from of carbon dioxide to the coolant, which is equal to Ku.-400-600 W/m22 C and the temperature difference Dir-1596,

Аа - Яр 08300000 гас 62 Ет"Кро А 15.500..15Aa - Yar 08300000 gas 62 Et"Kro A 15.500..15

Час стискання і конденсації холодоагенту при коефіцієнті теплопередачі від вуглекислоти до теплоносія, який дорівнює КТ-800-1000Вт/м 2927, складе с по реє я вв ру свт 59 ЕгоктИик тThe time of compression and condensation of the refrigerant with a heat transfer coefficient from carbon dioxide to the coolant, which is equal to KT-800-1000W/m 2927, will be 59

Коефіцієнти Кт, Ко і К, прийняті за даними для аналогічних теплообмінних апаратів, використовуваних під час виробництва вуглекислоти.The coefficients Kt, Ko and K are taken from the data for similar heat exchangers used during the production of carbon dioxide.

Приймаючи загальний час циклу (з 2595 запасом) Дт-(Дт4ЛАтазїЛто)-3253, одержимо холодопродуктивність 60 одного холодильного елемента ОФо2-20квт, теоретичний холодильний коефіцієнт є-6,02.Taking the total cycle time (with 2595 reserve) Dt-(Dt4LAtaziLto)-3253, we obtain a cooling capacity of 60 of one refrigeration element OFo2-20kW, the theoretical cooling coefficient is -6.02.

Потужність, споживана машиною для підйому теплоносія з ємності 4 на поверхню за один цикл, складе щремів оди? (в21-аро)лобпа ові й з25 де М-0,31мЗ - об'єм теплоносія, що витісняється з газової камери холодильного елемента в процесі бо стискання (різниця між об'ємом газової камери й об'ємом рідини, витиснутої з газової камери в процесі 5-6).The power consumed by the machine to raise the heat carrier from container 4 to the surface in one cycle will amount to shremiv od? (v21-aro)lobpa ovi and z25 where M-0.31mZ is the volume of the coolant displaced from the gas chamber of the refrigerating element in the process of compression (the difference between the volume of the gas chamber and the volume of liquid displaced from the gas chamber in process 5-6).

Споживана електрична потужність з урахуванням к.к.д. насоса й електродвигуна - 5,1кВт.Consumed electric power taking into account k.k.d. pump and electric motor - 5.1 kW.

Потужність насоса, затрачувана на подолання гідравлічних опорів, при рециркуляції води в процесі регенеративного теплообміну - Мо-0,9кВт. Споживана потужність з урахуванням к.к.д. електродвигуна - 1,2кВт.The power of the pump spent on overcoming hydraulic resistances during water recirculation in the process of regenerative heat exchange is Mo-0.9 kW. Consumed power taking into account k.k.d. electric motor - 1.2 kW.

Коефіцієнти корисної дії вибиралися з урахуванням реальних насосів і електродвигунів, необхідних для забезпечення відповідних витрат середовищ.The efficiency coefficients were chosen taking into account the real pumps and electric motors needed to ensure the appropriate media consumption.

Сумарна потужність, споживана холодильним елементом складе М-6,3кВт, а дійсний холодильний коефіцієнт дорівнює 3,17.The total power consumed by the refrigerating element will be M-6.3kW, and the effective refrigerating coefficient is 3.17.

Холодильна машина холодопродуктивністю 120ОкВт буде мати З блоки, скомпонованих групами по 2 7/0 Холодильних елементи.A refrigerating machine with a refrigerating capacity of 120 kW will have C blocks arranged in groups of 2 7/0 refrigerating elements.

Для цієї холодильної машини питомий займаний об'єм складе у50-8Ом З/тис.кКВт, питома займана площа може скласти від 5-30 до в-50мо/тис.кВт залежно від компонування холодильних елементів. Фреонові парокомпресійні холодильні машини холодопродуктивністю 100-200кВт у цей час мають такі питомі показники у-25-55м З/тис.кВт і 8-15-3Ом"/гтис.кВт, у зв'язку з чим видно, що запропонована машина може мати 75 близькі питомі показники.For this refrigerating machine, the specific occupied volume will be 50-8 Ohm Z/thousand kW, the specific occupied area can be from 5-30 to 50 mo/thousand kW, depending on the composition of the refrigerating elements. Freon vapor compression refrigerating machines with a cooling capacity of 100-200 kW at this time have the following specific indicators of -25-55m Z/ths.kW and 8-15-3Ω"/hths.kW, in connection with which it is clear that the proposed machine can have 75 close specific indicators.

Фреонові холодильні машин, що існують, при роботі в аналогічному температурному інтервалі мають дійсний холодильний коефіцієнт є-3,0-3,9, а компресорні вуглекислотні холодильні машини можуть мати є не більшим за 1,5-2,0. Крім високої економічності запропонована холодильна машина має також ряд переваг. Слід зазначити відсутність компресора в звичайному розумінні - найскладнішого елемента холодильної машини, простоту конструкції і пов'язану з цим високу надійність роботи. Машина відрізняється використанням екологічно безпечного холодоагенту - вуглекислоти, можливістю забезпечення практично будь-якого ступеня стискання холодоагенту. Запропонована холодильна машина може використовуватися в загальнопромислових холодильних установках, шахтних холодильних машинах і установках опріснення води виморожуванням.Freon refrigerating machines that exist, when operating in a similar temperature range, have an effective refrigerating coefficient of -3.0-3.9, and compressor carbon dioxide refrigerating machines can have no more than 1.5-2.0. In addition to high efficiency, the proposed refrigerating machine also has a number of advantages. It should be noted the absence of a compressor in the usual sense - the most complex element of a refrigerating machine, the simplicity of the design and the associated high reliability of operation. The machine is distinguished by the use of an environmentally safe refrigerant - carbon dioxide, the ability to provide almost any degree of refrigerant compression. The proposed refrigerating machine can be used in general industrial refrigerating plants, mine refrigerating machines and water desalination plants by freezing.

Зазначені переваги дозволять використовувати цей тип холодильних машин у цілому ряді галузей промисловості й сільському господарстві. -The specified advantages will allow the use of this type of refrigerating machines in a number of industries and agriculture. -

У- - 5 6 5 і | | «в) 7 «- чиIn- - 5 6 5 and | | "c) 7 "- whether

Х 4) «ІX 4) "I

З ще ЩО (ее) зв їх 2 ки іч / : « рес а ЗWith more WHAT (ee) zv them 2 ki ich / : « res a Z

Ф. 8 / іF. 8 / i

І А с г» А з яко в пAnd A with g» A with as in p

Го) Фіг. 1 п їз п--19 9 скл Ї сть те Я сир ІЗ ГжУ - Й ооо у ій да Бе шкорооо НЯ й т, а га, з с? 5 Шовоообо в їм -оросоосооод ов да щоовобеоооі щ щуGo) Fig. 1 p yz p--19 9 skl Y est te I cheese FROM GzhU - Y ooo u yy da Be shkorooo NYA y t, a ha, with s? 5 Shovooobo in them -orosoosood ov yes schoovoobeooi sh schu

ХА овосово ду ща М тв 4 ЖК ооооо ххХА овосово дуща M tv 4 ZhK оооо хх

І З-оО су йо МЕ ми тк» я М (5I Z-oO su yo ME mi tk" i M (5

С» і "7 ЕтзC" and "7 Etz

Фіг. 2 60 б5 тсFig. 2 60 b5 ts

С. Рк 9 А 4 о І жест си що до 2S. Rk 9 A 4 o And the gesture is that of 2

А / о 4 : ухA / o 4: uh

ЗкДж/кг.кZkJ/kg.k

Фіг. ЗFig. WITH

ТаблицяTable

Енішср "7 Послідовність операцій Положенння засудок 2 | 11777111 єр н Те мо |Вхларовування -холо | А. С, М, Мезакрито й лоагенту. Охолоджені В, 2 - відкрито в » ня холопоносія Т - включено на чизький тиск Ро, - но Регенеративний -теп- |ТА, В, С, 0 - закритоEnishsr "7 Sequence of operations Position of cells 2 | 11777111 er n Te mo | Chlorination - cold | A. S, M, Mezakryto and loagent. Cooled B, 2 - open in » ny holoponosiia T - included at high pressure Ro, - but Regenerative -tep- |TA, B, C, 0 - closed

А ОАЕ, с . .And UAE, p. .

М І5 мо оглсобмін за рахунок |М, Мі - відкрито. 2 циркуля воли опо|Б - овпклчепо на о зо Е р замкчзєнстму контуру. |низький тиск Ра.M I5 mo oglsobmin at the expense of |M, Mi - open. 2 compasses of the will opo|B - ovpklchepo on o zo E r zmakchzenstmu circuit. |low pressure Ra.

Стиск і конденсація! а С - відкрито -Compression and condensation! and C - open -

А Р. 1; сA R. 1; with

М ЕІ М холодоагенту. Вілве | В, 2, М, М-закрито «І 3 денин о тсила конден Б - включено на в 1. саторною водою високий тиск Рі. соM EI M refrigerant. Vilve | B, 2, M, M-closed "I 3 denin o tsila condense B - included in 1. sator water high pressure Ri. co

Ретенеративний теп-| А, В, С, 0 - закритоRegenerative tep-| A, B, C, 0 - closed

А їх Е тс | | .And their E ts | | .

Го а М пообмін за рахунок |М, М - відкрито. 4 циркуляції плоди оло|Б ос вклювчекюо на « в в замкненому контуру. високий тиск Ру. шщGo and M in exchange at the expense of |M, M - open. 4 circulation fruits olo|B os vklyuvchekyuo on « in a closed circuit. high pressure Ru. shsh

Випаропупання -холо|А, С, М, Мі-закрито до В Е тс " о Мо Глоагенту. Охолоджен І! В, - відкрита с в ня хоподоносья Е - включено па в! з в п низький тиск Ро. пEvaporation - cold|A, C, M, Mi-closed to V E ts " about Mo Gloagent. Cooled I! V, - open s nya hopodonosya E - included pa v! z v p low pressure Ro. p

Фіг. 4 (ее)Fig. 4 (ee)

ЧК»Cheka"

Claims (1)

- Формула винаходу се Спосіб одержання холоду, який полягає в стисканні парів холодоагенту, їх конденсації, регенеративному теплообміні між пароподібним і рідким холодоагентом, розширенні одержаної рідини і її випаровуванні, який відрізняється тим, що стискання, конденсацію холодоагенту і регенеративний теплообмін ведуть у теплообмінній зоні шляхом заповнення зони стискання теплоносієм, при забезпеченні циркуляції тепло- і СХ 55 холодоносія через теплообмінну зону, розширення холодоагенту проводять шляхом зміни тиску теплоносія в зоні стискання, випаровування холодоагенту здійснюють у теплообмінній зоні при циркуляції в ній холодоносія й одночасному витісненні теплоносія з зони стискання, температуру теплоносія в зоні стискання підтримують вищою від температури конденсації холодоагенту, а як холодоагент використовують речовину з невеликим питомим об'ємом парів у робочому інтервалі температур. 60 Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2005, М 8, 15.08.2005. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. б5- The formula of the invention is a method of obtaining cold, which consists in the compression of refrigerant vapors, their condensation, regenerative heat exchange between vaporous and liquid refrigerant, expansion of the resulting liquid and its evaporation, which is characterized by the fact that compression, condensation of the refrigerant and regenerative heat exchange are carried out in the heat exchange zone by filling the compression zone with a coolant, while ensuring the circulation of the heat and СХ 55 coolant through the heat exchange zone, the expansion of the coolant is carried out by changing the pressure of the coolant in the compression zone, the evaporation of the coolant is carried out in the heat exchange zone with the circulation of the coolant in it and the simultaneous displacement of the coolant from the compression zone, the temperature of the coolant in the compression zone, the temperature of the refrigerant is maintained higher than the condensation temperature, and as a refrigerant, a substance with a small specific vapor volume in the working temperature range is used. 60 Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2005, M 8, 15.08.2005. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. b5