холодильная система

Формула изобретения

1. Холодильная система, содержащая компрессор с камерой всасывания, по меньшей мере одной камерой сжатия, соединенной с камерой всасывания, и выпускной камерой, соединенный с конденсатором и испарителем в замкнутый контур, а также средство для предотвращения перегрева компрессора, включающее датчик температуры сжатого в компрессоре газа, линию подачи части сконденсированного в конденсаторе газа в компрессор и регулирующее средство для управления подачей сконденсированного газа в компрессор по сигналу датчика температуры, отличающаяся тем, что датчик температуры установлен в выпускной камере компрессора в проходе потока сжатого газа из камеры сжатия.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что рабочий орган регулирующего средства выполнен в виде клапана.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что клапан является двухпозиционным.

4. Система по п. 2, отличающаяся тем, что клапан является импульсным клапаном с регулировкой времени своего открытия и закрытия.

5. Система по п.3, отличающаяся тем, что регулирующее средство выполнено с возможностью открытия клапана при первой заданной температуре и его закрытия при второй заданной температуре, более низкой, чем первая температура.

6. Система по любому из пп.1 5, отличающаяся тем, что линия подачи части сконденсированного в конденсаторе газа в компрессор соединена с камерой всасывания.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что в линии подачи части сконденсированного в конденсаторе газа в компрессор имеется регулирующее устройство, расположенное между клапаном и камерой всасывания и выполненное с возможностью ограничения потока текучей среды через линию.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что параметры регулирующего устройства выбраны с возможностью поддержания температуры, воспринимаемой датчиком температуры в выпускной камере компрессора, ниже заданного максимума.

9. Система по п.7, отличающаяся тем, что компрессор имеет несколько камер сжатия, каждая из которых соединена с выпускной камерой посредством выпускных отверстий, а выход линии подачи части сконденсированного в конденсаторе газа в компрессор размещен по существу в плоскости симметрии расположения камер сжатия.

10. Система по п.7, отличающаяся тем, что параметры регулирующего устройства выбраны с обеспечением падения давления через него, равного или выше падения давления через испаритель.

11. Система по п. 6, отличающаяся тем, что компрессор имеет несколько камер сжатия, каждая из которых соединена с выпускной камерой посредством выпускных отверстий, а датчик температуры установлен по существу в центральной части зоны расположения выпускных отверстий.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что каждая из камер сжатия соединена с камерой всасывания посредством каналов.

13. Система по п. 6, отличающаяся тем, что компрессор имеет несколько камер сжатия, каждая из которых соединена с выпускной камерой посредством выпускных отверстий, а датчик температуры установлен в проходе потока сжатого газа из выпускного отверстия, имеющего наибольшую температуру выходящего через него газа.

14. Система по п.13, отличающаяся тем, что компрессор является компрессором с возвратно-поступательным поршнем.

15. Система по любому из пп.1 3 и 5, отличающаяся тем, что линия подачи части сконденсированного в конденсаторе газа в компрессор соединена с камерой сжатия, имеется датчик заполнения камеры сжатия всасываемого газом, выход которого подсоединен к входу регулирующего средства для открытия клапана при или после завершения заполнения камеры сжатия газом.

16. Система по п. 15, отличающаяся тем, что датчик заполнения камеры сжатия всасываемым газом является датчиком положения поршня в нижней мертвой точке.

17. Система по п. 1, отличающаяся тем, что компрессор имеет несколько камер сжатия, каждая из которых соединена с выпускной камерой, и снабжена своей собственной линией подачи части сконденсированного в конденсаторе газа в камеру сжатия с выполненным в виде клапана рабочим органом регулирующего средства, причем регулирующее средство выполнено с возможностью выборочного открытия и закрытия каждого из рабочих органов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в парокомпрессионных холодильных машинах.

Известна холодильная система, содержащая компрессор с камерой всасывания, по меньшей мере, одной камерой сжатия, соединенной с камерой всасывания, и выпускной камерой, соединенный с конденсатором и испарителем в замкнутый контур, а также средство для предотвращения перегрева компрессора, включающее датчик температуры сжатого в компрессоре газа, установленный на нагнетательном трубопроводе, линию подачи части сконденсированного в конденсаторе газа в компрессор, и регулирующее средство для управления подачей сконденсированного газа во всасывающий патрубок компрессора по сигналу датчика температуры.

При превышении температуры нагнетания выше заданной регулирующее средство увеличивает подачу части сконденсированного в конденсаторе газа (впрыскиваемой жидкости) в компрессор и тем самым усиливает его охлаждение, предотвращая нарушение смазки компрессора.

Недостатком известного устройства является возможность ненадлежащего охлаждения компрессора, так как контролируемая температура может заметно отличаться от фактической температуры газа, выходящего из камеры сжатия, что зависит от ряда факторов, таких как окружающая температура около нагнетательного патрубка, а также скорость потока сжатого газа.

Другим недостатком известного устройства является снижение холодопроизводительности холодильной системы вследствие того, что впрыскиваемая жидкость всасывается вместе с газом из испарителя в камеру сжатия (цилиндр) компрессора, обусловливая тем самым уменьшение количества газа, отсасываемого компрессором из испарителя.

Задачами настоящего изобретения являются обеспечение надлежащего охлаждения компрессора благодаря приближению контролируемой температуры к фактической температуре сжатого газа и увеличение холодопроизводительности холодильной системы благодаря вводу впрыскиваемой жидкости в компрессор без снижения количества газа, отсасываемого компрессором из испарителя.

Решение поставленных задач достигается расположением датчика температуры в выпускной камере компрессора в проходе потока сжатого газа из камеры сжатия и впрыскиванием сконденсированного газа (жидкости) непосредственно в камеру сжатия сразу после закрытия всасывающих окон или клапана.

Другие преимущества и особенности настоящего изобретения поясняются нижеследующим описанием его осуществления и прилагаемыми чертежами.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение холодильной системы, содержащей средство для предотвращения перегрева компрессора в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 изображен вид сбоку компрессора с элементами средства для предотвращения перегрева компрессора.

На фиг. 3 приведен частичный разрез компрессора согласно фиг. 1. Разрез сделан по линии 3-3 на фиг. 2 и 4.

На фиг. 4 изображен вид сверху компрессора согласно фиг. 2 со снятой крышкой.

На фиг. 5 приведен примерный график температуры на выходе как функции времени для компрессора со средством для предотвращения перегрева компрессора.

На фиг. 6 изображен вид в разрезе, подобный виду на фиг. 4, но для другого компрессора.

На фиг. 7 приведено схематическое изображение холодильной системы по другому варианту ее осуществления.

На фиг. 1 показана холодильная система, включающая в себя компрессор 1, имеющий линию всасывания 2 и линию выпуска 3, соединенные с ним. Линия выпуска 3 проходит в конденсатор 4, выход которого соединяется с испарителем 5 через линию 6, сборник 7 и линию 8. Выход испарителя 5 соединен с аккумулятором 9 через линию 10. Аккумулятор 9 соединен с компрессором посредством линии всасывания 2.

Холодильная система также содержит средство 11 для предотвращения перегрева компрессора, включающее в себя датчик температуры 12, размещенный в компрессоре 1 и предназначенный для подачи сигнала в регулирующее средство, каковым является электронный регулятор 13, а также линию подачи части сконденсированного в конденсаторе газа (жидкости) в компрессор, включающую в себя линию 14, берущую начало от линии 6, соленоидный клапан 15, управляемый регулятором 13, регулирующее устройство 16 и линию 17, заканчивающуюся отверстием впрыскивания на компрессоре 1.

Компрессор 1 является компрессором полугерметичного типа с возвратно-поступательным движением поршня (см. фиг. 2, 3, 4) и включает в себя корпус 18, имеющий два компрессорных цилиндра (камеры сжатия) 19, 20, расположенных рядом друг с другом при продольной ориентации. Корпус 18 имеет всасывающий вход 21, расположенный на одном его конце, через который поступает всасываемый газ. Всасываемый газ затем проходит через моторную камеру в корпусе и направляется вверх в камеру всасывания 22 (обозначена на фиг. 4 пунктирной линией), которая проходит вверх, окружая цилиндры 19, 20. Несколько проходов 23 предназначены для проведения всасываемого газа вверх через пластину клапанного узла 24, через который он поступает в соответствующие цилиндры 19, 20 для сжатия. Сжатый в упомянутых цилиндрах газ выходит через пластину клапанного узла 24 в выпускную камеру 25, формируемую лежащей сверху крышкой 26.

Линия подачи части сконденсированного в конденсаторе газа в компрессор посредством линии 17 соединяется с отверстием 27 для впрыскивания в боковой стенке корпуса 18, открывающимся в камеру всасывания 22 в месте, по существу занимающем центральное положение между цилиндрами 19, 20 и сразу под проходом 23. Место для отверстия 27 определяется опытным путем с целью достижения эффективного и равномерного охлаждения каждого из цилиндров. Целесообразно, чтобы это место выбиралось для определенной модели компрессора таким образом, чтобы сжатый газ, выходящий из соответствующей компрессорной камеры, находился в заданных пределах по отношению к газу из другой камеры (т.е. от самого горячего до самого холодного) и целесообразно, чтобы эта температура была приблизительно одинаковой. Следует отметить, что желательно впрыскивать жидкость как можно ближе к цилиндрам.

Кроме того, как видно на фиг. 2 и 3, датчик температуры 12 расположен в отверстии 28 в крышке 26 и вдается в выпускную камеру 25 таким образом, чтобы находиться в непосредственном контакте с выпускаемым газом, выходящим из цилиндров 19, 20. Целесообразно расположить датчик 12 в месте приблизительно в центре между двумя цилиндрами 19, 20 и как можно ближе к выпускному клапанному средству 29 для обеспечения точного восприятия температуры для каждого из цилиндров. В этом месте датчик будет расположен ближе всего к наиболее горячему сжатому газу, выходящему из компрессорных камер.

Целесообразно, чтобы соленоидный клапан 15 был клапаном двухпозиционного типа, имеющим возможность совершать большое число циклов работы, обеспечивая при этом герметическое состояние запора для того, чтобы избежать возможного заливания или заглушения компрессора. В качестве варианта соленоидный клапан можно заменить клапаном, обладающим способностью модулировать поток жидкости в камеру всасывания 22 в зависимости от воспринятой датчиком температуры выпускного газа. Например, можно было бы использовать ступенчатый клапан с моторным приводом, который бы открывался в увеличивающейся степени в результате увеличения температуры выпускаемого газа.

Для того, чтобы ограничить максимальный поток жидкости в камеру всасывания 22 через отверстие 27 для впрыскивания, а также для уменьшения давления жидкости приблизительно до давления всасываемого газа из испарителя, ниже клапана 15 имеется регулирующее устройство 16 в виде дроссельной шайбы (отверстия) или капиллярной трубки или другого известного средства. Целесообразно, чтобы регулирующее устройство имело параметры, обеспечивающие максимальный поток жидкости через него при перепаде давления около 2 МПа, что соответствует температуре испарителя приблизительно 40^oC и температуре конденсатора приблизительно 54^oC, чтобы таким образом обеспечить надлежащую подачу охлаждающей жидкости в компрессор 1 для предотвращения его перегрева. Температура испарителя соответствует температуре насыщения хладагента после расширительного клапана (на фиг. 1 этот клапан находится в линии 8, но не обозначен ссылочной позицией). Температура конденсатора соответствует температуре хладагента, когда он выхолит из конденсатора. Максимальный поток будет меняться в различных компрессорах и он будет достаточным для предотвращения чрезмерного увеличения температуры выпуска компрессора, то есть не таким, чтобы вызвать затопление или заглушение компрессора. Очень важно, чтобы регулирующее устройство 16 имело такие параметры, чтобы обеспечить в нем перепад давления, равный перепаду давления, имеющему место между выходом конденсатора и всасывающим входом компрессора через испаритель, чтобы таким образом предотвратить воздействие на испаритель обратного давления, что может привести к значительной потере эффективности системы.

Во время работы после начального пуска из "холодного" состояния клапан 15 будет находиться в закрытом положении, так как температура компрессора 1, воспринимаемая датчиком 12, будет достаточно низкой, чтобы не требовалось дополнительного охлаждения. Поэтому схема охлаждения будет функционировать в обычном режиме, а хладагент будет циркулировать через конденсатор 4, сборник 7, испаритель 5, аккумулятор 9 и компрессор 1. Однако при увеличении нагрузки на холодильную систему температура выходящего из камеры сжатия газа будет возрастать. Когда эта температура достигнет изначально заданной температуры, как показывают пики на графике, изображенном на фиг. 5, регулятор 13 приведет в действие клапан 15, который займет открытое положение, в результате чего жидкий хладагент под давлением, выходящий из конденсатора 4, сможет пройти через линию 14, клапан 15, регулирующее устройство 16, линию 17 и будет впрыснут в камеру всасывания 22 компрессора 1 через отверстие 27. Следует отметить, что впрыскиваемая жидкость обычно будет частично испаряться при прохождении через регулирующее устройство 16 и, следовательно, хладагент, входящий через отверстие 27, будет обычно двухфазным (часть газа и часть жидкости). Этот холодный жидкий хладагент будет смешиваться со сравнительно теплым всасываемым газом, проходящим через камеру всасывания 22, и поступать в соответствующие цилиндры 19, 20. Испарением этого жидкого хладагента будет охлаждаться как всасываемый газ, так и сам компрессор, что приведет к снижению температуры выходящего из компрессора газа, как это воспринимается датчиком 12 и как показано на фиг. 5. Если температура выходящего из компрессора газа снизится до уровня ниже второй заданной температуры, регулятор 13 закроет клапан 15, тем самым перекрывая поток жидкого хладагента на время, за которое температура выходящего из компрессора газа вновь достигнет уровня первой заданной температуры. Предпочтительно, чтобы первая заданная температура, при которой клапан 15 будет открываться, была ниже температуры, при которой происходит какое-либо ухудшение работы компрессора или уменьшение его срока службы и, в частности, ниже температуры, при которой происходит какое-либо нарушение смазки, применяемой в компрессоре 1. Вторую заданную температуру целесообразно устанавливать значительно ниже первой заданной температуры для того, чтобы избежать чрезмерно быстрого совершения цикла клапаном 15, но чтобы она была достаточно высокой для того, чтобы не произошло затопления компрессора. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первая заданная температура составляет приблизительно 143^oC, а вторая заданная температура составляет приблизительно 138^oC. На графике фиг. 5 показан результат изменения температуры на выходе компрессора, как функция времени для таких заданных температур, как температура кипения 32^oC, температура конденсации 43^oC, температура хладагента из испарителя при входе в компрессор 18^oC.

Как отмечалось выше, расположение датчика 12 и отверстия 27 для впрыскивания имеет очень важное значение для обеспечения надлежащего равномерного охлаждения компрессора и для максимального увеличения эффективности системы. На фиг. 6 показано положение отверстия 30 для впрыскивания и датчика 12 выходящего газа в полугерметичном компрессоре 31, имеющем три компрессорных цилиндра 32, 33, 34. Отверстие 30 открывается в камеру всасывания 35 (изображенную пунктирной линией и проходящую вдоль обеих сторон двух задних цилиндров), расположенную в кожухе компрессора и предпочтительно сцентрированную на среднем цилиндре 33. Датчик 12 проходит во внутрь выпускной камеры через крышку (не показана) и расположен, близко перекрывая центральный цилиндр 33, таким образом, чтобы быть открытым для прямого контакта со сжатым газом, выходящим из каждого из трех цилиндров. Кроме того, вероятно, что при таком расположении датчик находится наиболее близко к наиболее горячему сжатому газу, выходящему из соответствующих компрессорных камер. Работа средства для предотвращения перегрева компрессора для такого варианта осуществления по существу будет идентична работе, описанной выше.

На фиг. 7 показана холодильная система, сходная с той, которая изображена на фиг. 1, включающая в себя такие же элементы, обозначенные такими же ссылочными позициями. Однако эта холодильная система представляет собой альтернативное воплощение настоящего изобретения, в котором холодильная жидкость впрыскивается непосредственно в каждый из цилиндров как только поршень заканчивает свой всасывающий ход (т.е. когда поршень проходит свою нижнюю мертвую точку). В таком варианте осуществления достигается наибольшее повышение рабочей эффективности системы вследствие того, что впрыскиваемая жидкость не всасывается вместе с газом из испарителя в цилиндр компрессора, не обусловливая тем самым уменьшение количества газа из испарителя, вошедшего в цилиндр, а входит в цилиндр уже наполненный газом из испарителя, что приводит к увеличению потока массы хладагента для каждого хода цикла.

Как показано на фиг. 7, компрессор 1 имеет кривошип 36, который работает для обеспечения возвратно-поступательного движения поршней 37, 38 в соответствующих цилиндрах 39, 40. Несколько отметок 41, равных по количеству числу цилиндров компрессора, размещены на поворачивающемся элементе 42, связанном с кривошипом 36. Эти отметки предназначены для прохождения мимо датчика 43 при вращении кривошипа 36. Отметки 41 размещены относительно датчика 43 таким образом, чтобы датчик давал сигнал, указывающий на то, что соответствующий поршень проходит нижнюю мертвую точку. Сигналы с датчика 43 поступают в регулятор 44.

Для того, чтобы охлаждающая жидкость подавалась в каждый из цилиндров 39, 40 линия 14 подачи части сконденсированного в конденсаторе газа в компрессор содержит два (по числу цилиндров) параллельно включенных клапана 45, 46, управляемых регулятором 44, как это более подробно описано ниже. При этом регулирующие устройства 47, 48 соединяются с соответствующим клапаном 45, 46 и осуществляют главным образом такую же функцию, что и регулирующее устройство 16, описанное выше. Однако они предназначаются для того, чтобы осуществлять впрыск жидкости под давлением, которое несколько превышает давление газа, отсасываемого компрессором из испарителя.

Выходы регулирующих устройств 47, 48 подключены к соответствующим цилиндром 39, 40 через линии 49, 50, которые могут соединяться с упомянутыми цилиндрами через любое подходящее средство для прохода, такое как отверстия в боковой стенке соответствующего цилиндра, или через пластину клапана, связанную с ним. Кроме того, можно установить подходящие контрольные клапаны для предотвращения какого-либо обратного потока хладагента во время хода сжатия, если это окажется необходимым.

Подобно тому, как описано выше, в выпускной камере 51 установлен датчик 12 для замера температуры сжатого газа, выходящего из цилиндров 39, 40, и передачи информации об этом в регулятор 44.

При работе, когда датчик 12 указывает регулятору 44 о том, что контролируемая температура превышает заданную температуру, регулятор 44 начинает ожидать сигналы от датчика 43. Когда отметка 41, переносимая кривошипом 36, проходит датчик 43, сигнал, указывающий на то, что один из поршней 37, 38 проходит нижнюю мертвую точку, подается в регулятор 44, который, в свою очередь, приводит в действие один из соответствующих клапанов 45, 46 и откроет его на короткое установленное время, в течение которого жидкий хладагент сможет пройти в соответствующий цилиндр, смешиваясь там со всосанным газом, испаряясь и охлаждая при этом последний. Аналогично будет осуществляться впрыск и в другой цилиндр, когда следующая отметка 41 будет проходить датчик 43 на кривошипе 36.

Фактическое время, на которое клапаны 45, 46 устанавливаются в открытом положении, задается таким образом, чтобы обеспечить достаточное охлаждение с целью предотвратить перегрев компрессора 1, избегая при этом возможности затопления или заглушения цилиндров.

В некоторых случаях желательно изменять продолжительность удержания клапанов 45, 46 в открытом положении в зависимости от величины, на которую температура выходящего газа, воспринимаемая датчиком 12, превышает заданную температуру. В любом случае, если контролируемая температура снижается ниже второй заданной температуры, регулятор 44 прекращает действие клапанов 45, 46 и холодильная система будет функционировать обычным образом без какого-либо впрыскивания жидкости.

Следует отметить, что хотя настоящее изобретение описано выше на примере компрессоров с возвратно-поступательным движением поршней, его в равной мере можно использовать и для других типов компрессоров, таких как ротационные, винтовые, спиральные и другие.

Поскольку в настоящем изобретении датчик температуры омывается непосредственно сжатым газом, выходящим из камеры сжатия или камер сжатия, возможность ошибочных показаний, обусловленных воздействием внешних факторов, в значительной степени устранена.

Кроме того, использование надежных контрольных клапанов будет обеспечивать подачу охлаждающей жидкости в компрессор только тогда, когда это необходимо для предотвращения его перегрева.

Точно выверенное регулирующее устройство ограничивает максимальный поток охлаждающей компрессор жидкости для того, чтобы предотвратить его затопление.

Настоящее изобретение не ограничивается только вышеописанными предпочтительными вариантами его осуществления, поскольку возможны различные изменения, не выходящие за рамки формулы изобретения.