регулятор расхода для холодильной машины автономного кондиционера

Формула изобретения

Регулятор расхода для холодильной машины автономного кондиционера, содержащий две капиллярные трубки, отличающийся тем, что трубки последовательно соединены и сориентированы таким образом, что сначала по ходу движения хладагента из конденсатора холодильной машины установлена трубка большего диаметра, а затем меньшего.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано для регулирования расхода холодильного агента.

Известны регуляторы расхода для холодильной машины автономного кондиционера, представляющие собой капиллярную трубку, устанавливаемую между конденсатором и воздухоохладителем по ходу движения хладагента и выполняющей две задачи: понижение давления жидкого хладагента и регулирование его расхода через воздухоохладитель.

Капиллярная трубка - это самый простой регулятор расхода хладагента. Расход жидкости через трубку пропорционален разности между давлениями конденсации и кипения в системе, которая в свою очередь определяет геометрические характеристики капиллярной трубки (диаметр и длину). Для обеспечения оптимальной работы холодильной машины с капиллярной трубкой в режиме охлаждения и в режиме теплового насоса, как правило, используют две капиллярные трубки. Причем сопротивление капиллярной трубки для обеспечения режима теплового насоса больше, чем для режима охлаждения.

Поэтому в автономном кондиционере, для которого режим охлаждения является основным, капиллярная трубка изготавливается такой длины, какая необходима для обеспечения оптимального режима охлаждения. А для обеспечения оптимального режима работы кондиционера в тепловом насосе к этой капиллярной трубке добавляется дополнительная трубка с обратным клапаном. Причем суммарное гидравлическое сопротивление двух трубок является оптимальным для обеспечения работы теплового насоса [1].

Недостатком известных регуляторов расхода является их сложность за счет использования двух капиллярных трубок и обратного клапана, обеспечивающего поток хладагента либо через одну капиллярную трубку, либо через две последовательные капиллярные трубки.

Известны регуляторы расхода хладагента для холодильной машины автономного кондиционера, состоящие из двух капиллярных трубок с двумя байпасирующими клапанами и размещенные как после конденсатора, так и после испарителя [2]. Недостатком таких регуляторов является их сложность.

Известен регулятор расхода хладагента для холодильной машины автономного кондиционера, представляющий собой капиллярную трубку, имеющую разное сопротивление в зависимости от направления движения хладагента [2]. Эта капиллярная трубка, имеющая патрубки подвода жидкого хладагента и отвода парожидкостной смеси, по длине выполнена с равномерно расположенными пережимами и изогнута в виде петли с расположением пережимов с ее внутренней стороны, при этом патрубки подвода жидкого хладагента и отвода парожидкостной смеси установлены с возможностью встречного перемещения.

Недостатком этого технического решения является его сложность.

Известен регулятор расхода хладагента для холодильной машины автономного кондиционера, состоящий из двух капиллярных трубок с двумя байпасирующими клапанами и размещенный как после конденсатора, так и после испарителя [3]. Недостатком такого регулятора является сложность его изготовления и настройки.

Целью изобретения является создание регулятора расхода, обеспечивающего высокую эффективность работы холодильной машины как в режиме охлаждения, так и в режиме теплового насоса при простоте изготовления и расчета.

Поставленная цель достигается тем, что регулятор расхода для холодильной машины автономного кондиционера выполнен из последовательно соединенных двух капиллярных трубок, сориентированных таким образом, что сначала по ходу движения хладагента из конденсатора холодильной машины установлена трубка большего диаметра, а затем меньшего.

На фиг.1 показана схема регулятора расхода для холодильной машины автономного кондиционера.

На фиг.2 показано теоретическое изменение давления жидкости по длине капиллярной трубки на основании результатов, приведенных в (4) и на основании расчетов авторов.

Регулятор расхода состоит из капиллярной трубки 1 диаметром D₁ и длиной l₁, соединенной последовательно (например, с помощью муфты С) с капиллярной трубкой 2 меньшего диаметра D₂ и длиной l₂. А, В - патрубки входа и выхода переохлажденной жидкости. Регулятор расхода устанавливается между конденсатором и испарителем холодильной машины.

Работа предлагаемого регулятора расхода осуществляется следующим образом.

При работе холодильной машины переохлажденная жидкость из конденсатора входит через патрубок А в капиллярную трубку диаметром D₁ и длиной l₁ (направление х), соединенную последовательно, например, с помощью промежуточной муфты С, с капиллярной трубкой диаметром D₂ и длиной l₂. В этих капиллярных трубках происходит снижение давления движущейся жидкости от давления конденсации (р_к ) хладагента в конденсаторе до давления кипения в воздухоохладителе (р₀) на выходе патрубка В. Падение давления при этом в регуляторе расхода составит р _х.

При работе в режиме теплового насоса переохлажденная жидкость поступает в регулятор расхода через патрубок В (направление Т) - сначала в капиллярную трубку диаметром D₂ и длиной l₂, а затем в капиллярную трубку диаметром D₁ и длиной l₁. Падение давления в этом случае составляет р _т. Причем р _т>р _х, что соответствует требованиям к регулятору расхода для обеспечения эффективности работы автономного кондиционера. Рассмотрим несколько подробнее процесс дросселирования жидкости в капиллярной трубке (фиг.2).

На входе в капиллярную трубку происходит незначительное падение давления за счет потерь при внезапном сужении от давления р_к до давления p ₁. Далее до точки С падение давления носит линейный характер до давления р₂, причем давление р₂ - это давление насыщения переохлажденной жидкости. В точке С жидкость находится в состоянии насыщения, и в ней начинают образовываться пузырьки пара. Увеличивается скорость движения парожидкостной смеси. Начиная от точки С до конца трубки В падение давления не имеет линейного характера и резко увеличивается по мере приближения к концу трубки.

Резкое падение давления от р₃ до р₀, на выходе из капиллярной трубки возможно только в случае, когда давление в воздухоохладителе меньше критического (при котором может быть достигнута критическая звуковая скорость).

В ходе многочисленных расчетов длин капиллярных трубок было замечено, что самый длинный участок трубки (А-С) необходим для обеспечения падения давления хладагента до величины, соответствующей состоянию насыщения (давления р₂).

Соответственно длина трубки l₁ рассчитывается исходя из разности давлений от р_к до р₂, а длина трубки l ₂ - исходя из разности давлений от р₂ до требуемого значения р₀. При этом, в режиме охлаждения регулятор расхода сориентирован таким образом, что сначала хладагент попадает в участок с капиллярной трубкой, например диаметром 1,7 мм, а затем в участок с внутренним диаметром 1,6 мм. В режиме теплового насоса соответственно наоборот.

В результате расчета регулятора расхода, использующего две соединенные последовательно капиллярные трубки диаметром 1,7 и 1,6 мм, получены следующие результаты.

Расчетная длина участка с внутренним диаметром 1,7 мм составила 795 мм, а с внутренним диаметром 1,6 мм - 279 мм.

На основании этих расчетов был изготовлен образец регулятора расхода для бытового кондиционера производства "Элемаш" (г. Электросталь) и проведены сравнительные испытания на заводском калориметрическом стенде. В серийном кондиционере регулятор расхода представляет собой основную капиллярную трубку диаметром 1,7 мм, длиной 1070 мм и дополнительную диаметром 1,7 мм, длиной 908 мм. В результате испытаний получено повышение холодопроизводительности с 2,45 кВт до 2,58 кВт, а теплопроизводительности с 2,73 кВТ до 2,77 кВт.

Для подтверждения эффекта от предлагаемого регулятора расхода был подготовлен второй образец, состоящий из двух капиллярных трубок диаметром 1,7 мм, длиной 795 мм и диаметром 1,42 мм, длиной 93 мм.

В результате испытаний кондиционера получено повышение холодопроизводительности до 2,81 кВт и теплопроизводительности до 2,8 кВт.

Анализ результатов эксперимента показывает явное улучшение теплотехнических характеристик холодильной машины автономного кондиционера при значительном упрощении конструкции регулятора расхода за счет исключения из контура холодильной машины обратного клапана и уменьшение общей длины капиллярной трубки.

Литература

1. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. - М., Евроклимат, Изд-во Арина, 2000. - 416 с.

2. А.С. №1267135, Опубликовано 30.10.86. Бюл. №40.

3. Пат. США №5634352, опубл. 03.06.1997 г.

4. Елагин М.Ю. Математическая модель для расчета капиллярных трубок // Холодильная техника. - 1984, №7. - С.39-40.