CZ20012527A3

CZ20012527A3 - Parní kompresní systém a způsob jeho provozování

Info

Publication number: CZ20012527A3
Application number: CZ20012527A
Authority: CZ
Inventors: David A. Wightman
Original assignee: Xdx, Llc
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 2000-01-10
Publication date: 2002-07-17
Also published as: EP1144923A1; CA2358462A1; JP2002535590A; US20030140644A1; MXPA01007078A; US6751970B2; BR0007808A; BR0007808B1; WO2000042364A1; IL144128A0; EP1144923B1; AU759727B2; CA2358462C; CN1343297A; AU2500200A

Description

Parní kompresní systém a způsob jeho provozování

Oblast techniky

Předložený vynález se týká obecně parních kompresních systémů a konkrétněji parních kompresních chladniček, mrazáků a klimatizačních zařízení. Z tohoto hlediska se důležitý aspekt vynálezu týká zlepšení účinnosti parního kompresního chladicího systému, který je vhodný pro aplikace v komerčních chladničkách/mrazácích pro střední a nízké teploty.

Dosavadní stav techniky

Parní kompresní chladicí systémy zpravidla využívají chladicí médium, které prochází různými fázemi nebo stavy pro dosažení postupných výměn tepla. Tyto systémy obecně využívají kompresor, který přijímá chladivo v parním stavu (zpravidla ve formě přehřáté páry) a stlačuje páru na vyšší tlak při kterém vstupuje do kondenzátoru, přičemž ochlazující prostředí přichází do nepřímého styku se vstupující vysokotlakou parou, odebírá z chladivá latentní teplo a odevzdává kapalné chladivo při teplotě jeho bodu varu, odpovídající kondenzačnímu tlaku, nebo nižší. Toto kapalné chladivo se pak zavádí do expanzního zařízení, například expanzního ventilu nebo kapilární trubice, které způsobuje řízenou redukci tlaku a teploty chladivá a slouží také pro regulaci množství kapaliny vstupující do výparníku tak, aby odpovídalo množství potřebnému pro získání požadovaného chladicího účinku. Jak je naznačeno v dosavadním stavu techniky, například v patentu US 4 888 957, škrcením může nastávat přeměna malé části

-2kapalného chladivá na páru, nicméně v těchto případech je výstup z ventilu ve formě nízkoteplotního kapalného chladivá s malým podílem páry. Nízkoteplotní kapalné chladivo se odpařuje ve výparníku teplem přenášeným do něho z prostředí, které má být chlazeno. Pára chladivá vystupující z kompresoru je pak vracena do kompresoru v kontinuální cirkulaci, jak je popsáno výše.

Pro provoz s vysokou účinností je žádoucí efektivní využití co největší části chladicí spirály výparníku.

Takovýto provoz s vysokou účinností poskytuje maximální využití latentního výparného tepla podél co největší části chladicí spirály.

Typické systémy podle dosavadního stavu techniky, zejména ty, které se používají v komerčních systémech chladnička/mrazák, obvykle používají kondenzátor, který je propojen s expanzním zařízením (např. termostatickým expanzním ventilem) poměrně dlouhým chladicím potrubím, a navíc mají expanzní zařízení v těsné blízkosti výparníku.

V důsledku toho je chladivo přiváděno do výparníku v kapalné formě nebo v podstatě v kapalné formě s jen malým podílem

Páry.

Množství vstupujícího chladivá a tomu odpovídající malé průtoky mají za následek relativně neúčinné chlazení, zejména podél začátku chladicí spirály, což vede k vytváření námrazy nebo ledu v těchto místech, což dále snižuje jeho účinnost při přestupu tepla. V komerčních systémech, například otevřených chlazených výkladních skříních, může vytváření námrazy snižovat rychlost proudění vzduchu natolik, že je zeslabena vzduchová clona, což má za následek zvýšení zatížení v tomto případě. Kromě toho, vzniklá námraza nebo led na chladicí spirále výparníku vyžaduje časté odmrazování, čímž se snižuje doba skladovatelnosti potravinových produktů umístěných v chladicích/mrazicích skříních a zvyšuje se spotřeba energie a provozní náklady.

Podstata vynálezu

Předložený vynález překonává výše uvedené problémy a nevýhody konvenčních parních kompresních chladicích systémů uspořádáním parního kompresního chladicího systému, ve kterém se na vstup výparníku dodává chladivo ve formě směsi kapaliny a páry, přičemž množství páry ve směsi a průtok směsi na vstupu (a podél dráhy chladivá) spolupůsobí pro dosažení a udržení zlepšeného přestupu tepla podél v podstatě celé délky chladicí spirály výparníku.

Cílem vynálezu tedy je poskytnout způsob a zařízení pro parní kompresní chlazení, mající zlepšený přestup tepla podél v podstatě celé délky chladicí spirály výparníku.

Dalším cílem předloženého vynálezu je poskytnout způsob a zařízení pro parní kompresní chlazení, kde je podstatně sníženo vytváření ledu nebo námrazy na povrchu chladící spirály, zejména na tom povrchu chladicí spirály, který je nejblíže vstupu výparníku, čímž je významně minimalizována potřeba jeho odmrazování.

Dalším cílem předloženého vynálezu je poskytnout způsob a zařízení pro parní kompresní chlazení, kde podstatně sníženo, ne-li prakticky eliminováno, vytváření vlhkosti nebo námrazy na povrchu produktů uložených v připojených chladicích skříních a mrazácích.

Dalším cílem předloženého vynálezu je poskytnout způsob a zařízení pro parní kompresní chlazení, charakteristické zvýšenou konzistencí teploty podél celé dílky chladicí spirály.

Dalším cílem předloženého vynálezu je poskytnout způsob a zařízení pro parní kompresní chlazení, charakteristické sníženou spotřebou energie a provozními náklady.

Dalším cílem předloženého vynálezu je poskytnout způsob a zařízení pro parní kompresní chlazení, mající zlepšenou účinnost přestupu tepla a zmenšenou potřebnou náplň chladivá, umožňující v cetnych aplikacích eliminaci tradičních součástí, jako například jímky v chladicím okruhu.

Dalším cílem předloženého vynálezu je poskytnout způsob a zařízení pro parní kompresní chlazení, kde je minimalizována teplotní diference mezi chladicí spirálou a vzduchem cirkulujícím v teplosměnném vztahu s ní, což má za následek podstatně snížené vylučování vody obsažené v tomto vzduchu a udržení stejnoměrnější úrovně vlhkosti v chladicích skříních a oddílech mrazáku s ní spojených.

Dalším cílem předloženého vynálezu je poskytnout komerční chladicí systém, kde kompresor, expanzní zařízení a kondenzátor mohou být umístěny odděleně od chladničky nebo oddílu mrazáku s nimi spojeného, čímž je usnadněna údržba těchto součástí bez zásahu do obsluhy zákazníků a podobně.

Dalším cílem předloženého vynálezu je poskytnout parní kompresní chladicí systém, kde kompresor, expanzní zařízení a kondenzátor, spolu s regulačním zařízením s nimi spojeným, jsou obsaženy jako skupina v kompaktní skříni, která může být snadno instalována v chladicím okruhu.

Přehled obrázků na výkresech

Tyto a další cíle předloženého vynálezu jsou odborníkovi zřejmé z následujícího podrobného popisu přiložených výkresů, kde stejné odpovídáj ící

vztahové značky označují součásti, a na kterých

Obr. 1 jednoho vytvoření vynálezu, je schematický nákres parního kompresního systému uspořádaného podle

Obr. 2 je nárys, v částečném řezu, jedné strany vícefunkčního ventilu či zařízení podle jednoho vytvoření vynálezu,

Obr. 3 je nárys, v částečném řezu, druhé strany vícefunkčního ventilu či znázorněného na obr. 2,

Obr. 4 je rozložené znázornění vícefunkčního ventilu či zařízení znázorněného na obr. 2 a 3,

Obr. 5 je graf znázorňující tlak a teplotu chladivá na vstupu výparníku a teplotu vstupujícího vzduchu a odevzdávaného vzduchu v závislosti na čase v průběhu dvou provozních cyklů v parním kompresním chladicím systému pro střední teplotu vytvořeném podle vynálezu,

Obr. 6 je graf znázorňující objemový průtok chladivá na vstupu do výparníku v závislosti na čase v průběhu týchž dvou provozních cyklů znázorněných na obr. 5,

Obr. 7 je graf znázorňující hustotu chladivá přiváděného na vstup výparníku v závislosti na čase v průběhu týchž dvou provozních cyklů znázorněných na obr. 5,

Obr. 8 je graf znázorňující hmotnostní průtok chladivá přiváděného na vstup výparníku v závislosti na čase v průběhu týchž dvou provozních cyklů znázorněných na obr. 5,

-6• · ···· ·· 4 ····· · ····· · · • · · · · · · • · ·· · · ·· 4 4 4

Obr. 9 je graf znázorňující tlak a teplotu chladivá na vstupu výparníku a teplotu vstupujícího vzduchu a odevzdávaného vzduchu v závislosti na čase v průběhu dvou provozních cyklů v konvenčním parním kompresním chladicím systému pro střední teplotu,

Obr. 10 je graf znázorňující objemový průtok chladivá na vstupu do výparníku v závislosti na čase v průběhu týchž dvou provozních cyklů znázorněných na obr. 9,

Obr. 11 je graf znázorňující hustotu chladivá přiváděného na vstup výparníku v závislosti na čase v průběhu týchž dvou provozních cyklů znázorněných na obr. 9,

Obr. 12 je graf znázorňující hmotnostní průtok chladivá přiváděného na vstup výparníku v závislosti na čase v průběhu týchž dvou provozních cyklů znázorněných na obr. 9,

Obr. 13 je graf znázorňující tlak a teplotu chladivá v různých místech podél chladicí spirály výparníku a teplotu vstupujícího vzduchu a odevzdávaného vzduchu v závislosti na čase v průběhu dvou provozních cyklů v parním kompresním chladicím systému pro nízkou teplotu vytvořeném podle vynálezu,

Obr. 14 je graf znázorňující tlak a teplotu chladivá na podél chladicí spirály výparníku a teplotu vstupujícího vzduchu a odevzdávaného vzduchu v závislosti na čase v průběhu jediného provozního cyklu v parním kompresním chladicím systému pro nízkou teplotu vytvořeném podle vynálezu,

Obr. 15 je graf znázorňující tlak a teplotu chladivá v různých místech podél chladicí spirály výparníku a teplotu vstupujícího vzduchu a odevzdávaného vzduchu v závislosti na čase v průběhu dvou provozních cyklů v konvenčním parním kompresním chladicím systému pro nízkou teplotu,

Obr. 16 je graf znázorňující tlak a teplotu chladivá v různých místech podél chladicí spirály výparniku a teplotu vstupujícího vzduchu a odevzdávaného vzduchu v závislosti na čase v průběhu jediného provozního cyklu v konvenčním parním kompresním chladicím systému pro nízkou teplotu,

Obr. 17 je graf znázorňující tlak a teplotu chladivá na vstupu, ve středu a na výstupu chladicí spirály výparniku a teplotu vstupujícího vzduchu a odevzdávaného vzduchu v závislosti na čase v průběhu dvou provozních cyklů v parním kompresním chladicím systému pro nízkou teplotu podle dalšího vytvoření vynálezu,

Obr. 18 je graf znázorňující teplotu a tlak chladivá na vstupu výparniku v průběhu stejných dvou provozních cyklů jaké jsou znázorněny na obr. 17,

Obr. 19 je graf znázorňující teplotu a tlak chladivá ve středu chladicí spirály výparniku znázorněného na obr. 17,

Obr. 20 je graf znázorňující teplotu a tlak chladivá na výstupu chladicí spirály výparniku v průběhu stejných dvou provozních cyklů jaké jsou znázorněny na obr. 17,

Obr. 21 je půdorysné znázornění, částečně v řezu, ventilového tělesa čí zařízení podle dalšího provedení předloženého vynálezu,

Obr. 22 je nárysné znázornění ventilového tělesa vícefunkčního ventilu znázorněného na obr. 21, a

Obr. 23 je rozložený pohled, částečně v řezu, vícefunkční ventil či zařízení znázorněnému a obr. 21 a 22.

Podrobný popis vynálezu

Parní kompresní systém 10 uspořádaný podle jednoho provedení předloženého vynálezu je znázorněn na obr. 1. Chladicí systém 10 zahrnuje kompresor 12, kondenzátor 14, výparník 16 a vícefunkční ventil či zařízení 18 . V této souvislosti je třeba poznamenat, že ačkoliv na obr. 1 je podrobněji popsán jako výhodná forma expanzního zařízení vícefunkční ventil či zařízení 18, mohou být použita jiná expanzní zařízení, která rovněž spadají do rozsahu vynálezu. Ta zahrnují například termostatické expanzní ventily, kapilární trubice, automatické expanzní ventily, elektronické expanzní ventily a jiná zařízení pro redukci nebo regulaci tlaku a/nebo teploty kapalného chladivá.

Jak je znázorněno na obr. 1, kompresor 12 je výstupním potrubím 20 připojen ke kondenzátoru 14 . Vícefunkční ventil či zařízení 18 je připojeno ke kondenzátoru 14 kapalinovým potrubím 22, připojeným k prvnímu vstupu 24 vícefunkčního ventilu 18 . Kromě toho je vícefunkční ventil druhým vstupem 26 k výstupnímu potrubí 20.

připojen

Potrubí 28 nasycené páry spojuje vícefunkční ventil či zařízení 18 s výparníkem 16, a sací potrubí 30 spojuje výstup výparniku 16 se vstupem kompresoru 12. Na sací potrubí 30 je namontováno teplotní čidlo 32, které je prostřednictvím řídícího vedení 33 funkčně spojeno s vícefunkčním ventilem

18. Podle důležitého aspektu předloženého vynálezu jsou kompresor J-_2, kondenzátor 14, vícefunkční ventil či zařízení (nebo jiné vhodné expanzní zařízení) a teplotní čidlo 32

-9umístěny uvnitř řídicí jednotky 34, která může být vzdálena od chladicí skříně 36, ve které je umístěn výparník 16.

Parní kompresní chladicí systém podle předloženého vynálezu může využívat v podstatě jakékoliv komerčně dostupné chladivo, jako například clorofluorouhlovodíky, například R-12, což je dichlordifluormethan, R-22, což je ·* monochlordifluormethan, sestávající z R-12 a chladivo sestávající azeotropické chladivo ilustrativní chladivá

R-500,

R-152a, z R-23 což je d z. eu trop ické chladivo

R-503, což a R-13, a sestávající z R-22 zahrnují, aniž by na

R-13, R-113, 141b, 123a, 123, je azeotropické

R-502, což je

R-115. Další ně byla omezena,

R-114 a R-ll

Navíc může systém podle vynálezu využívat chlorofluorouhlovodíky, například chladivá jako například

141b, 123a, 123 a 124, a fluorouhlovodíky jako například R-134a, 134, 152, 143a, 125, 32, 23, a azeotropické HFC AZ-20 a AZ-50 (obecně známé jako R-507). Další chladivá jsou směsná chladivá, jako MP-39, HP80, FC-15, R-717 a HP-62 (obecně známé jako R-404a).

V souladu s tím je možno konstatovat, že volba chladivá či kombinace chladiv pro použití podle vynálezu není pokládána za kritickou z hlediska funkce vynálezu, neboť tento vynález pracuje s prakticky všemi chladivý s vyšší účinností systému, než jaká je dosažitelná s jakýmkoliv dříve známým parním kompresním systémem používajícím totéž chladivo.

Při provozu stlačuje kompresor 12 chladivo (páru vystupující z výparníku 16) na poměrně vysoký tlak a teplotu. Teplota a tlak, na který je chladivo stlačováno kompresorem 12, závisí na konkrétní velikosti chladicího systému 10 a požadovaném chladicím výkonu systému. Kompresor 12 čerpá vysokotlakou páru do výstupního potrubí 20 a do kondenzátoru 14. Jak bude podrobněji popsáno dále, při • * • 9

- 10 provozu chlazeni je druhý vstup 2 6 uzavřen a celý výstup kompresoru 12 je čerpán skrze kondenzátor 14.

Přes spirálu v kondenzátoru 14 je hnáno médium jako vzduch a voda, které způsobuje přechod teplonosného média do kapalného stavu. Teplota kapalného chladivá klesá o asi 10 až 40 °F, v závislosti na konkrétním použitém chladivu, které při kondenzačním procesu médium odevzdává své latentní teplo. Z kondenzátoru 14 vystupuje zkapalněné teplosměnné médium do kapalinového potrubí 22 . Jak je znázorněno na obr. 1, kapalinové potrubí 22 ústí bezprostředně do vícefunkčního ventilu či zařízení 18 . Protože kapalinové potrubí 22 je poměrně krátké, teplota ani tlak kapaliny vedené potrubím 22 podstatně nevzrůstá ani neklesá při průchodu od kondenzátoru 14 do vícefunkčního ventilu či zařízení 18.

Při uspořádání chladicího systému 10 s krátkým kapalinovým potrubím chladicí systém 10 s výhodou dodává podstatné množství kapalného chladivá do vícefunkčního ventilu či zařízení 18 při nízké teplotě a vysokém tlaku, přičemž jen malá část schopnosti kapalného chladivá absorbovat teplo je ztracena minimálním ohřátím kapaliny předtím, než vstoupí do vícefunkčního ventilu či zařízení 18, nebo ztrátou tlaku kapaliny.

Teplonosné médium opouštějící kondenzátor vstupuje do vícefunkčního ventilu či zařízení 18 prvním vstupem 24 a je podrobováno objemové expanzi v míře dané teplotou sacího potrubí 30 měřenou teplotním čidlem 32. Vícefunkční ventil či zařízení 18 odevzdává teplonosné médium ve formě směsi kapalného chladivá a páry do vstupního potrubí 28 výparníku. Teplotní čidlo 32 předává informaci o teplotě prostřednictvím ovládacího vedení 33 do vícefunkčního ventilu 18. Odborníkovi je zřejmé, že chladicí systém 10 je

možno použít v nejrůznějšleh aplikacích pro řízení teploty v ohraničeném prostoru, například v chladicí skříni, ve které se skladují potraviny podléhající zkáze.

Odborníkovi je dále zřejmé, že poloha ventilu pro objemovou expanzi chladivá v těsné blízkosti kondenzátoru a poměrně velká délka vstupního potrubí 28 výparníku mezi expanzním zařízením 18 a výparníkem 16 je podstatně odlišná od systémů podle dosavadního stavu techniky. Například, v typickém systému podle dosavadního stavu techniky je expanzní ventil umístěn v bezprostředním sousedství vstupu výparníku, a jestliže je použito zařízení pro snímání teploty, je zpravidla namontováno v těsné blízkosti výstupu výparníku. Jak bylo popsáno výše, takovýto systém může trpět špatnou účinností, neboť výparník je typicky napájen chladivém v kapalné formě nebo v podstatě v kapalné formě s jen malým podílem páry, což je spojeno s malým průtokem a má za následek relativně neúčinné chlazení zejména na začátku chladicí spirály.

Na rozdíl od dosavadního stavu techniky, parní kompresní chladicí systém podle vynálezu používá vstupní potrubí výparníku, které díky svému průměru a délce usnadňuje přeměnu kapaliny na směs kapaliny a páry během její cesty z expanzního zařízení (např. vícefunkčního ventilu či zařízení 18) do výparníku. V důsledku toho se významné množství kapalné složky přeměňuje na páru, což má za následek, že chladivo na vstupu do výparníku 16 obsahuje významné množství páry a v souladu s tím vysokou rychlost toku, což poskytuje podstatně zlepšený přestup tepla podél v podstatě celé délky chladicí spirály.

Tato zlepšená účinnost přestupu tepla výhodami a přednostmi.

může být také doprovázena jinými

Například, vytváření ledu nebo námrazy na povrchu chladicí spirály, zejména na povrchu

- 12chladici spirály nejbližším vstupu výparníku, je podstatně sníženo, čímž je významně minimalizována potřeba jeho odmrazování. Kromě toho je minimalizován teplotní rozdíl mezi chladicí spirálou a vzduchem cirkulujícím v teplosměnném vztahu s ní, čímž je získána stejnoměrnější úroveň vlhkosti v chladicí skříni a připojených oddílech mrazáku, a prakticky eliminováno vytváření vlhkosti nebo námrazy na povrchu produktů uložených v těchto chladicích skříních a mrazácích. Navíc jsou systémy podle vynálezu charakteristické sníženou spotřebou energie a provozními náklady, protože část provozního cyklu po kterou je kompresor v provozu je značně kratší než u konvenčních systémů chladnička/mrazák pracujících se stejným zatížením.

Podle obr. 2, teplonosné médium (vysokotlaká pára chladivá) vstupuje do prvního vstupu 24 a prochází prvním průchodem 38 do společné komory 4 0. Expanzní ventil 4 2 je umístěn v sousedství prvního průchodu 38 v blízkosti prvního vstupu 24 . Expanzní ventil 42 reguluje průtok teplonosného média skrze první průchod 38 pomocí clony (neznázorněné), uzavřené v horním ventilovém pouzdru 4 4 . Ve znázorněném provedení je chladivo podrobováno dvoustupňové expanzi, přičemž první expanze nastávající v expanzním ventilu 42 je modulovaná, kdy například expanzní ventil 42 je termostatický expanzní ventil, a druhá expanze ve společné komoře 40 je kontinuální či nemodulovaná expanze.

Ovládací vedení 33 je připojeno na vstup 62 umístěný na horním ventilovém pouzdru 4 4 . Signály přenášené prostřednicvím ovládacího vedení 33 aktivují clonu v horním ventilovém pouzdru 4 4 . Clona ovládá ventilovou sestavu 54 (znázorněnou na obr. 4) pro řízení množství teplonosného média vstupujícího do expanzní komory 52 (znázorněno na obr. 4) z prvního vstupu 24 . V prvním průchodu 48 v blízkosti » ·

- 13 a* a a a a • •a a

• ·

99··

9 9♦ a a·

9···

9·

99 9

9· • ·9 uzavírací prvek je uzavírací společné komory 40 je umístěn výhodného provedeni vynálezu solenoidový ventil schopný zastavit tok teplonosného média prvním průchodem 38 v odezvě na elektrický signál.

46. Podle prvek 46

Jak je znázorněno na obr. 3, druhý průchod £8 vícefunkčního ventilu či zařízení 18 spojuje druhý vstup 26 se společnou komorou 40. Chladivo je podrobováno objemové expanzi a vstupuje do společné komory 4 0 . Ve druhém průchodu 48 poblíž společné komory 40 je umístěn uzavírací prvek 50. Podle výhodného provedení vynálezu je uzavírací prvek 50 solenoidový ventil schopný při přijetí elektrického signálu zastavit tok teplonosného média skrze druhý průchod 4 8. Společná komora 40 odevzdává chladivo z vícefunkčního ventilu či zařízení 18 skrze výstup 41.

Jak je znázorněno na obr. 4, vicefunkčni ventil £8 zahrnuje expanzní komoru 52 v sousedství prvního vstupu 22, ventilovou sestavu 54 a horní ventilové pouzdro 44. Ventilová sestava 54 je ovládána clonou (neznázorněnou) zabudovanou v horním ventilovém pouzdru 44 . První a druhá trubice 56 a 57 jsou umístěny mezi expanzní komorou 4 0 a ventilovým tělesem 60. Na ventilovém tělese 60 jsou namontovány uzavírací prvky 4 6 a 50.

Podle dalšího aspektu vynálezu může být chladicí systém provozován v odmrazovacím modu uzavřením uzavíracího ·» prvku 46 a otevřením uzavíracího prvku 50. V odmrazovacím modu vstupuje chladivo s vysokou teplotou do druhého vstupu

6 a přechází druhým průchodem 4 8 a vstupuje do společné komory 40. Páry s vysokou teplotou vystupují výstupem 41 a přecházejí vstupním potrubím 28 výparníku přímo na vstup chladicí spirály výparníku 16.

V průběhu odmrazovacího cyklu se jakákoliv ložiska oleje zachyceného v systému ohřejí a jsou strhávána ve směru proudu teplonosného média. Vháněním teplého plynu skrze systém ve směru toku je zachycený olej eventuelně vracen do kompresoru. Teplý plyn prochází skrze systém poměrně vysokou rychlostí, poskytující plynu méně času pro ochlazení, čímž je zlepšena účinnost odmrazování. Způsob odmrazování ve směru toku podle vynálezu nabízí četné výhody proti způsobu odmrazování v reverzním směru.

Například, systémy odmrazování v reverzním směru využívají zpětnou klapku malého průměru v blízkosti vstupu výparníku.

Zpětná klapka omezuje tok horkého v reverzním směru, snižuje jeho rychlost a tím i odmrazovací účinnost. Dále, způsob odmrazování ve směru toku podle vynálezu zamezuje zvýšení tlaku v systému při odmrazování.

směru má sklon vytlačovat olej zachycený v systému zpět do expanzního ventilu. To je nežádoucí, neboť přebytek oleje v expanzním ventilu může způsobit zalepování, které omezuje činnost ventilu.

Při odmrazování ve směru toku také není snížen tlak v kapalinovém potrubí v žádných dalších chladicích okruzích provozovaných vedle odmrazovacího okruhu.

Schopnost odmrazování ve směru toku podle vynálezu také poskytuje četné provozní výhody jako výsledek zlepšené účinnosti odmrazování. Například, vháněním zachyceného oleje zpět do kompresoru je zamezeno zachycování nečinné kapaliny, což má za následek zvýšení životnosti zařízení. Dále, protože pro odmrazování systému je třeba méně času, je dosaženo nižších provozních nákladů. Protože tok teplého plynu může být rychle zastaven, je možno systém rychle vrátit do normálního chladicího provozu. Když je z výparníku 16 odstraněna námraza, teplotní čidlo 32 detekuje nárůst

	fcfc	• fc	9
	•* % fc · fc • fc fc * fc	fc · 9 fc	fc > • fc	9 9 •
15-	fc fcfcfc fc fc fc • fc fc fc 9 9 9 99 99	··· * · · • fc · ·♦	9 9 99 9

teploty teplonosného média v sacim potrubí 30. Když teplota dosáhne stanoveného bodu, uzavře se uzavírací prvek 50 ve vícefunkčním ventilu 18 a systém je připraven k obnovení chladicího provozu.

Odborníkovi je zřejmé, že jsou možné četné modifikace podle určení chladicího systému podle vynálezu pro různá použití. Například chladicí systémy provozované v prodejnách potravin zpravidla zahrnují množství chladicích skříní, které mohou být obsluhovány společným kompresorovým systémem. Při aplikacích vyžadujících chlazení s vysokým tepelným zatížením také může být pro zvýšení chladicí kapacity chladicího systému použito více kompresorů. Takováto uspořádání jsou ilustrována a popsána v současně vedené US patentové přihlášce poř. číslo 09/228 696, na jejíž obsah pokud jde o tyto alternativní systémy se zde odkazuje.

Následující příklady ilustrují provoz a výhody parního kompresního chladicího systému podle vynálezu v porovnání s konvenčními chladicími systémy..

Příklady provedení vynálezu

PŘÍKLAD I

Chladicí okruh 5-stopové (l,52m) mrazicí skříně Tyler byl opatřen vícefunkčním zařízením výše popsaného typu, ventilem v chladicím okruhu, a standardním expanzním ventilem, který byl instalován do obtokového potrubí, takže chladicí okruh bylo možno provozovat jako konvenční chladicí systém a jako XDX chladicí systém uspořádaný podle vynálezu. Chladicí okruh popsaný výše byl opatřen vstupním potrubím výparníku majícím vnější průměr trubky asi 0,375 palce : 2

0 • ·

- 160 • 00 >0

0

0 • 00 * '0

0

000 0 (0,953 cm) a efektivní délku trubky asi (3,048 m) .

kompresorem Copeland.

Chladicí okruh byl poháněn uzavřeným

V modu XDX bylo čidlo připojeno k sacímu potrubí asi 18 palců od kompresoru, zatímco v konvenčním modu bylo čidlo v sousedství výstupu výparniku. Obvod pak byl naplněn asi 28 R-12 dostupného oz (792 g) chladivá od DuPont Company.

Chladicí obvod byl také opatřen obtokovým potrubím rozprostírajícím se od výstupního potrubí kompresoru k vstupnímu potrubí výparniku pro odmrazování ve směru toku (viz obr. 1) .

Všechna měření teploty ochlazeného vzduchu v prostředí byla prováděna za použití datové ústředny (ACPS

Data Logger, model DL 300) pomocí teplotního čidla umístěného ve středu mrazicí skříně asi 4 palce (10 cm) nad podlahou.

XDX systém - provoz při střední teplotě

Jmenovitá provozní teplota výparniku byla 20 °F (-6,7 °C) a jmenovitá provozní teplota kondenzátoru byla 120 °F (48,9 °C). Výparník poskytoval chladicí výkon asi 3000

Btu/hr (21 cal/s). Vícefunkční ventil či zařízení regulovalo chladivo ve formě směsi kapalina/pára do vstupního potrubí výparniku při teplotě asi 20 °F (-6,7 °C) . Čidlo bylo nastaveno na udržování asi 25 °F (°C) přehřátí páry proudící ze sacího potrubí. Kompresor dodával stlačené chladivo asi 2199 ft/min (670 m/min) do výstupního potrubí při kondenzační teplotě asi 120 °F (48,9 °C) a tlaku asi 172 lbs/in².

XDX systém - provoz při nízké teplotě

Jmenovitá provozní teplota výparniku byla -5 °F (-20,5 °C) a jmenovitá provozní teplota kondenzátoru byla 115 °F (46,1 °C). Výparník poskytoval chladicí výkon asi 3000 Btu/hr (21 cal/s). Vícefunkční ventil či zařízení regulovalo

- 17chladivo do vstupního potrubí výparníku při teplotě asi -5 °F (-20,5 °C) . Čidlo bylo nastaveno na udržování asi 20 °F (11,1 °C) přehřátí páry proudící do sacího potrubí.

Kompresor dodával stlačenou páru chladivá do výstupního potrubí při kondenzační teplotě asi 115 °F (46,1 °C) . XDX systém byl provozován v podstatě stejně při nízké teplotě jako při provozu při střední teplotě, s tou výjimkou, že ventilátory v mrazicí skříni Tyler byly o 5 minut zpožděny vzhledem k odmražení pro odvedení tepla ze spirály výparníku a pro umožnění odtečení vody ze spirály.

XDX chladicí systém byl provozován po dobu asi 24 hodin při střední teplotě a asi 18 hodin při nízké teplotě.

Teplota měřena vzduchu v prostředí uvnitř mrazicí skříně Tyler byla každou minutu během 23hodinového období testování.

Teplota vzduchu byla kontinuálně měřena během období testování, přičemž chladicí systém byl provozován v chladicím modu v odmrazovacím modu.

V průběhu odmrazovacího cyklu byl chladicí okruh provozován v odmrazovacím modu dokud čidlo nezjistilo dosažení teploty asi 50 °F (10 °C). Statistické vyhodnocení měření teploty je uvedeno níže v tabulce A.

Konvenční systém - provoz při střední teplotě s elektrickým odmrazováním

Výše popsaná mrazicí skříň Tyler byla opatřena •f obtokovým potrubím mezi výstupním potrubím kompresoru a sacím potrubím pro odmrazování v reverzním toku. Obtokové potrubí bylo opatřeno solenoidovým ventilem pro uzavření toku chladivá s vysokou teplotou do potrubí.

Pro ohřev spirály byl zapnut elektrický odmrazovací prvek.

Standardní expanzní ventil byl instalován v bezprostředním sousedství vstupu výparníku, a čidlo teploty bylo připojeno k sacímu

- 18» 00>> ♦♦ • 0 4 0 Φ · ·♦ • 400440

000 · 4Φ 000 • 0 00 0 ··· 00 00 ^Λ·0 • 4 •Φ • 0Φ

ΦΦ ·· potrubí v bezprostředním sousedství výstupu výparníku. Čidlo bylo nastaveno pro udržování asi 6 °F (3,33 °C) přehřátí páry proudící v sacím potrubí. Před uvedením do provozu byl systém naplněn asi 48 oz (1,36 kg) chladivá R-12.

Konvenční chladicí systém byl provozován po dobu asi 24 hodin při střední teplotě. Teplota vzduchu prostředí uvnitř mrazicí skříně Tyler byla měřena každou minutu během 24hodinového období testování. Teplota vzduchu byla kontinuálně měřena během období testování, přičemž chladicí systém byl provozován v chladicím modu a v modu elektrického odmrazování. V průběhu odmrazovacího cyklu byl chladicí okruh provozován v odmrazovacím modu dokud čidlo nezjistilo dosažení teploty asi 50 °F (10 °C). Statistické vyhodnocení měření teploty je uvedeno níže v tabulce A.

Konvenční systém - provoz při_s_třední teplotě se vzduchovým odmrazováním

Výše popsaná mrazicí skříň Tyler byla opatřena nádobou pro poskytnutí vhodného zdroje kapaliny pro expanzní ventil, a byl instalován vysoušeč kapalinového potrubí pro poskytnutí další rezervy chladivá. Expanzní ventil a čidlo byly umístěny ve stejných místech jako ve výše popsaném systému elektrického odmrazování. Čidlo bylo nastaveno pro udržování asi 8 °F (4,4 °C) přehřátí páry proudící v sacím potrubí. Před uvedením do provozu byl systém naplněn asi 34 oz. (0,966 kg) chladivá R-12.

Konvenčni chladicí systém byl provozován po dobu asi 24 2 hodiny při střední provozní teplotě. Teplota vzduchu prostředí uvnitř mrazicí skříně Tyler byla měřena každou minutu během 24 2 hodinového období testování. Teplota vzduchu byla kontinuálně měřena během období testování, přičemž chladicí systém byl provozován v chladicím modu a

- 194 4* ·» 4 4 • 4 4 • ··· · • 4 • · · · ·

44		44	44
4 4	4	4	4 »
4 4	4	4	4 4
4 4		··»	• 4 4
• 4		4	4 4
• ·		··	• 4

v modu vzduchového odmrazování. V souladu s obvyklou praxí byly programovány čtyři odmrazovací cykly, každý trvající asi 36 až 40 minut. Statistické vyhodnocení měření teploty je uvedeno níže v tabulce A.

Tabulka A

Chladicí teplota (°F/°C)

	vnv 1) /\U/\ střední teplota	XDX ¹⁾nízká teplota	Konvenční²⁾elektrické odmrazování, střední teplota	Konvenční²⁾odmrazování vzduchem, střední teplota
průměr	38,7/3,7	4,7/-15,2	39,7/4,3	39,6/4,2
standardní odchylka	0,8	0,8	4,1	4,5
variace	0,7	0,6	16,9	20,4
rozptyl	7,1	7,1	22,9	26,0
1) jeden testovacího	odmrazovací cyklus období	během 23	hodinového
2) tři odmrazovací období	cyklus během	24 hodinového	testovacího

Jak je ilustrováno výše, XDX chladicí systém uspořádaný podle vynálezu udržuje požadovanou teplotu v mrazicí skříni s nižší variací teploty než konvenční systémy. Standardní odchylka, variace a rozptyl měření teploty dat pro střední teploty jsou podstatně menší u XDX než u konvenčního systému. V souladu s tím, data pro XDX při nízké teplotě jsou příznivá ve srovnání s XDX daty při střední teplotě.

V průběhu odmrazovacího cyklu byl monitorován nárůst teploty v mrazicí skříni pro určení maximální teploty v mrazáku. Tato teplota by měla být co možná nejbližší provozní chladicí teplotě, aby bylo zamezen zkažení výrobků uložených v mrazáku. Maximální odmrazovací teplota pro XDX ♦

	99
•	*	•	•	*	•
*	¥		•		*
		···	• ·	*
	• • 9	•	* ·

systém a pro konvenčni systém je uvedena v následující tabulce B a tabulce C.

Tabulka B

Maximální	odmrazovací	teplota (°F/°C)
XDX	Konvenční	Konvenční
střední teplota	elektrické	odmrazování
	odmrazování	vzduchem

44,4/6,9 55,0/12,8 58,4/14,7

PŘÍKLAD II

Mrazicí skříň

Tyler byla opatřena ele ktrickým odmrazovacím obvodem, test provozu při nízké teplotě byl proveden za použití elektrického odmrazovacího obvodu pro odmražení výparníku.

Doba potřebná pro odmražení

XDX systému pomocí elektrického odmrazovacího provozní teplotu 5 systému a pro návrat je uvedena v následující na tabulce C.

Tabulka C

Doba potřebná pro návrat na chladicí teplotu 5 °F (-15 °C)

XDX

Konvenční systém s elektrickým odmrazováni

Doba odmrazování (min) 10

Doba návratu (min) 24

144

Jak bylo odmrazování ve popsáno výše, XDX systém používající směru toku prostřednictvím vícefunkčního ventilu potřebuje méně času pro úplné odmražení výparníku, a podstatně méně času pro návrat na chladicí teplotu.

-21 ·· • 4 4

PŘÍKLAD III

Tento přiklad porovnává provoz parního kompresního chladicího systému podle předloženého vynálezu (XDX systém) s konvenčním systémem provozovaným v oblasti středních teplot.

Chladicí okruh 8 stopové (2,43m) skříně na maso (IFI, model EM5G-8) byl opatřen vícefunkčním zařízením zde popsaným (které zahrnuje termostatický expanzní ventil s tělesem ze Sporlanu Q). Podobný termostatický expanzní ventil byl instalován do obtokového potrubí, aby bylo možno provozovat chladicí obvod buď jako XDX chladicí systém, nebo jako konvenční chladicí systém.

Chladicí okruh zahrnoval vstupní potrubí výparníku (v XDX modu) mající vnější průměr trubky 0,5 in (1,27 cm) a délku (od kompresoru k výparníku) přibližně 35 ft (10,67 m) . Vstupní potrubí kapaliny (v konvenčním modu) mělo vnější průměr trubky 0,375 in (0,95 cm) a přibližně stejnou délku. V obou provozních modech byl použit stejný kondenzátor, výparník a sací potrubí s vnějším průměrem 0,875 in (2,22 cm) . V obou provozních modech byl chladicí okruh poháněn kompresorem Bitzer, model 2CL-3,2Y.

Čidlo bylo připojeno k sacímu potrubí asi dvě stopy (0,61 m) od kompresoru v XDX modu a bylo připojeno k vícefunkčnímu zařízení popsanému výše ve vztahu k obr. 1. Termostatický expanzní ventilový prvek vícefunkčního zařízení byl nastaven na 20 °F (11,1 °C) přehřátí.

V konvenčním modu byl termostatický expanzní ventil umístěn v sousedství vstupu výparníku a čidlo v sousedství výstupu výparníku. Ventil byl nastaven pro otevření při teplotě přehřátí naměřené čidlem vyšší než 8 °F (4,4 °C).

··

-22·· φ

V obou provozních modech byly okruhy naplněny stejným množstvím chladivá AZ-50 a provozní teplota ve skříni na maso byla 32 až 36 °F (0 až 2,2 °C). Data byla měřena pomocí průtokoměru (model IT-300N) a upraveného průtokoměru páry (model SP1-CB-PH7A-4X) od Sponsler Company, Westminster, S.C. a záznamové ústředny Hyperlogger (model HLI) od Logic Beach, lne., La Mesa, CA.

Obr. 5-8 představují data chladivá shromážděná na vstupu výparníku během dvou reprezentativních po sobě následujících provozních cyklů pro XDX systém podle tohoto příkladu. Na obr. 5 jsou vztahovými značkami 101 resp. 102 označeny tlak (psi) resp. teplota (°F). Příslušné teploty (°F) vstupního vzduchu resp. výstupního vzduchu jsou obdobně označeny vztahovými značkami 103 resp. 104. Objemový průtok (cfm) je znázorněn na obr. 6, hustota (lbs/ft²) na obr. 7 a hmotnostní průtok (lbs/min) na obr. 8, vše pro stejné dva cykly provozu.

Odpovídající data chladivá shromážděná na vstupu výparníku v průběhu dvou reprezentativních po sobě následujících provozních cyklů konvenčního systému jsou znázorněna na obr. 9-12. Konkrétně, obr. 9 je podobný obr. 5 v tom, že představuje vstupní tlak (psi) resp. teplotu (°F), označené vztahovými značkami 105 resp. 106, s příslušnou teplotou (°F) vstupního vzduchu resp výstupního vzduchu označenou vztahovými značkami 107 resp. 108. Objemový průtok (cfm), hustota (lbs/ft²) a hmotnostní průtok (lbs/min) pro konvenční chladicí systém jsou obdobně znázorněny na obr. 11 a 12.

Jak je zřejmé z porovnání obr. 5 a 9, teplotní rozdíl mezi vstupním vzduchem a výstupním vzduchem v XDX systému je značně menší, než teplotní rozdíl mezi vstupním vzduchem a • · «

fr fr fr

-23í :

♦ ·· fr frw ·· * · fr fr fr · • fr fr • fr ··· • • fr fr výstupním vzduchem v konvenčním systému.

Také část každého provozního cyklu, kdy kompresor pracuje, má kratší trvání v XDX systému než v konvenčním systému.

V tabulkách

D a E, uvedených níže, jsou tabelována data průtoku chladivá znázorněná na obr.

6-8 (XDX) a na obr.

1012 (konvenční) průběhu části chladicího cyklu kdy kompresor pracoval.

Tato data byla shromážděna za použití snímacího měřidla páry, které při vytváření směsi pára/kapalina ve vstupuj icím chladivu nemusí být kvantitativně přesná chápat jako odrážející hodnoty aritmetických aktuální hodnoty CFM průměrů nelze nebo lbs/min.

Nicméně předpokládá se, že tyto hodnoty jsou spolehlivé pro ozřejmění závěrů bezprostředně následujících za těmito tabulkami.

Tabulka D

Systém XDX při střední teplotě

Průtok chladivá na vstupu výparniku

Doba (s)	Objem (cfm)	Hustota (lbs/ft³)	Hmotnost (lbs/min)
0	4,20	0, 96	4,04
5	3, 68	0, 92	3, 38
10	1,81	1,16	2, 10
15	1,09	1,30	1,41
20	2,59	1,39	3,59
25	1,07	1,43	1,52
30	1,07	1,47	1,56
35	2, 18	1,51	3,29
40	1,03	1,55	1, 60
45	1,01	1,61	1, 61
50	1,03	1, 65	1, 70
55	1,01	1, 68	1, 69
60	1,03	1,68	1,73

• ·· ·» ·♦ - - -ϊ ·· « · · · · · ♦ · ·· ib· ···· ·· · • ··« · * · ····· · · • · ♦ » ···♦ ··· ·· ·· ·· ·· ·♦·

	65	1,07	1,69	1,80
	70	1,05	1,69	1,77
	75	1,03	1,69	1,74
	80	1, 03	1,70	1,75
	85	2,20	1,70	3,75
	90	1,19	1,70	2,03
	95	1, 06	1,71	1,80
	100	1,12	1,71	1,91
	105	1,04	1,70	1,76
	110	1,06	1,70	1,80
	115	1,08	1,69	1,82
	120	2,42	1,67	4,03
	125	1,06	1,62	1,71
	130	1,04	1,55	1, 61
	135	1,10	1,46	1, 60
	140	1, 08	1,39	1,49
	145	0, 97	1,29	1,25
aritmetický průměr		1,45	1,54	2, 10
standardní odchylka		0,82	0,22	0, 83
aritmetický střed		1, 45	1,53	2,09
medián		1,07	1,64	1,75

Tabulka E
Konvenčni systém	při střední teplotě
Průtok	chladivá	na vstupu	výparníku
Doba (s)	Objem (cfm)	Hustota (lbs/ft³	Hmotnost ) (lbs/min)
0	1,46	1,46	2, 13
5	1, 44	1,54	2,21
10	1, 40	1,48	2,06
15	1,46	1,56	2,28

• ··	99	99	·♦
	• 9 9 ·	9	9	9 · 9	9 9
25-	φ · 9	•	9	9 9 9	•
• 9·9 ·	♦	Φ	999 9 9	9
• 9 • 99 ·9	9 • 9	•	• 9 99	• »9 9

20	1,89
25	1,44
30	1,66
35	1,70
40	1,00
45	1,09
50	1,04
55	1,54
60	1,64
65	1,21
70	1,19
75	1,19
80	1, 18
85	1,08
90	1,06
95	0, 97
100	0,89
105	0,81
110	1,06
115	0,85
120	0, 95
125	1,08
130	1,28
135	1,22
140	1,26
145	1,25
150	2,03
155	1,14
160	0, 96

1, 65

1, 69

1,62

1, 56

1,51

1.50

1,49

1.51

1,55

1,57

1.59

1.60

1,59

1,57

1.54

1,48

1,45

1,43

1,42

1.41

1.45

1.51

1.55

1.57

1.58

1,57

1.52

1.46

1.42

3,11

2.43

2,70

2, 66

1,52

1,63

1,56

2,33

2,55

1,90

1,89

1, 90

1,89

1, 69

1,62

1.44

1,29

1,16

1,50

1,20

1,38

1,63

1,99

1, 92

1,99

1, 96

3, 10

1,67

1,37

	* ·♦	44	*.·	• 4	•
	• f 4 ·	• ♦	• 4	• ·	4 ·
	φ · 4	4 ·	4 4	• 4	4
26-	• 444 4 λ φ	4 t > 4	44« 4	• 4 · • 4	4 •
	• 44 4·	• >	• 4	• 4	• 44

	165	0,82	1,32	1,08
	170	0,43	1, 19	0,51
aritmetický průměr		1,23	1,52	1,88
standardní odchylka		0,33	0, 09	0, 56
aritmetický střed		1,22	1,51	1,86
medián		1,19	1,52	1,89

Tato data naznačuji, že v daném chladicím cyklu pracoval kompresor v XDX systému podle vynálezu přibližně 145 sekund, zatímco v konvenčním systému pracoval 170 sekund (asi o 17,2 % déle). V souladu s tím je spotřeba energie XDX systému v daném chladicím cyklu značně menší než spotřeba energie konvenčního parního kompresního systému poskytujícího stejný chladicí výkon.

V souladu s tím, jak je demonstrováno srovnáním objemového průtoku na vstupu XDX a konvenčního systému, v XDX byl objemový průtok na vstupu výparníku asi o 18 % a hmotnostní průtok asi o 11 % větší než v konvenčním systému. Kromě toho, konzistentnější objemová, hustotní a hmotnostní data konvenčního systému ve srovnání se systémem XDX (projevující se menší standardní odchylkou výpočtů) naznačuje vyšší konzistentnost vstupujícího chladivá a vyšší obsah kapaliny na vstupu v konvenčním systému než v XDX systému. Tato data potvrzují, že v XDX systému je chladivo vstupující do výparníku charakteristické vyšším poměrem páry ke kapalině, než má chladivo vstupující do výparníku v konvenčním parním kompresním chladicím systému pracujícím za týchž požadavků na chladicí výkon a s identickým kondenzátorem, výparníkem a kompresorem.

	• ··	··		··	··	•
	·· · ·	•	•	• ·	• ·	• ·
	• * ·	•	•	• ·	• ·	•
-27-	• ··· « • ·	• •	• •	··· · · · • · ·	• •
	• •9 ··	• 9		··	··

Kromě toho, data shromážděná na výstupu výparníku v příkladem III byla konzistentní s objemovým a hmotnostním průtokem na vstupu (tzn. objemové resp. hmotnostní průtoky u systému XDX byly o 18 resp. 11 % vyšší než objemové resp. hmotnostní průtoky u konvenčního systému) a potvrdila, že chladivo vystupující z výparníku v XDX modu obsahovalo určité množství kapaliny, zatímco chladivo vystupující z výparníku v konvenčním modu bylo zcela v parní fázi. Množství kapaliny v XDX modu opouštějící výparník však bylo dostatečně malé, takže do kompresoru vstupovala v parní fázi. V souladu s tím, v XDX modu bylo po celé délce spirály výparníku využíváno latentní výparné teplo, zatímco v konvenčním modu značná část spirály výparníku nevyužívala latentní výparné teplo chladivá. Jak tato data ukazují, spirála výparníku v XDX systému je účinnější podél celé cesty chladivá ve výparníku, zatímco ve srovnatelném konvenčním systému je méně účinná alespoň v těch částech spirály výparníku, které sousedí se vstupem a výstupem výparníku.

PŘÍKLAD IV

Tento příklad porovnává provoz parního kompresního chladicího systému podle předloženého vynálezu (XDX systém) s konvenčním systémem provozovaným v oblasti nízkých teplot.

Chladicí okruh čtyřdveřového mrazáku IFI (model EPG-4) byl opatřen vícefunkčním zařízením zde popsaným (které zahrnuje termostatický expanzní ventil s tělesem ze Sporlanu Q). Podobný termostatický expanzní ventil byl instalován do obtokového potrubí, aby bylo možno provozovat chladicí obvod buď jako XDX chladicí systém, nebo jako konvenční chladicí systém.

-28Chladicí okruh zahrnoval vstupní potrubí výparníku (v XDX modu) mající vnější průměr trubky 0,5 in (1,27 cm) a délka od tlakové jednotky (sestavy kompresoru, kondenzátoru a jímače) k výparníku přibližně 20 ft (6,10 m) byla stejná v XD i konvenčním modu. Vstupní potrubí kapaliny (v konvenčním modu) mělo vnější průměr trubky 0,375 in (0,95 cm) a přibližně stejnou délku. V obou provozních modech byl použit stejný kondenzátor, výparník a sací potrubí s vnějším průměrem 0,875 in (2,22 cm). V obou provozních modech byl chladicí okruh poháněn kompresorem Bitzer, model 2CL-4,2Y.

Čidlo bylo připojeno k sacímu potrubí asi dvě stopy (0,61 m) od kompresoru v XDX modu a bylo připojeno k vícefunkčnímu zařízení popsanému výše ve vztahu k obr. 1. Termostatický expanzní ventilový prvek vícefunkčního zařízení byl nastaven na 15 °F (8,3 °C) přehřátí.

V konvenčním modu byl termostatický expanzní ventil umístěn v sousedství vstupu výparníku a čidlo v sousedství výstupu výparníku. Ventil byl nastaven pro otevření při teplotě přehřátí naměřené čidlem vyšší než 2 °F (1,1 °C).

V obou provozních modech byly okruhy naplněny stejným množstvím chladivá AZ-50 a provozní teplota v mrazáku byla -15 až -20 °F (-26,1 až -28,9 °C). Data byla měřena pomocí průtokoměru (model IT-300N) a upraveného průtokoměru (model SP1-CB-PH7A-4X) od Sponsler Company, Westminster, S.C. a záznamové ústředny Hyperlogger (model HL1) od Logic Beach, lne., La Mesa, CA.

Obr. 13 představuje data shromážděná během přibližně dvou provozních cyklů XDX systému podle tohoto příkladu. Zejména představuje, ve stupních Fahrenheita, teplotu 110 vstupního vzduchu, teplotu 111 vystupujícího vzduchu, teplotu 112 na vstupu výparníku, teplotu 113 ve středu

výparníku a teplotu 114 na výstupu výparníku, a tlak 115 (psi) chladivá na vstupu výparníku a tlak 116 ve středu výparníku.

V souladu s tím, obr. 15 představuje data shromážděná během stejného počtu provozních cyklů pro konvenční parní chladicí systém podle tohoto příkladu. Zejména představuje, ve stupních Fahrenheita, teplotu 117 vstupního vzduchu, teplotu 118 vystupujícího vzduchu, teplotu 119 chladivá na vstupu výparníku, teplotu 120 chladivá ve středu výparníku a teplotu 121 chladivá na výstupu výparníku. Dále je znázorněn tlak 122 (psi) chladivá na vstupu výparníku a tlak 123 ve středu výparníku.

Tabulky F až I představují srovnání dat uvedených na obr. 13 až 15 v porovnatelných dobách chladicích cyklů XDX systému a konvenčního systému.

Tabulka F

Porovnání teplot a tlaků ve spirále výparníku a teplot vstupního a výstupního vzduchu v XDX systému a konvenčním systému pro nízké teploty (po 30 sekundách části cyklu v chladicím modu)

	XDX	konvenční
Vstupní vzduch (°F)	-19,9668	-19,0645
Výstupní vzduch (°F)	-17,5977	-16,1275
Vstup spirály výparníku
Teplota (°F)	-18,6792	-13,4482
Vstup spirály výparníku
Tlak (psi)	17,9121	24,5381
Střed spirály výparníku
Teplota (°F)	-19,9404	-23,2656
Střed spirály výparníku Tlak (psi)	3,51526	6,42481
Výstup spirály výparníku
Teplota (°F)	-18,1885	-17,9038

-30Data uvedená v tabulce F byla snímána 30 sekund poté, co příslušný kompresor v XDX systému a konvenčním chladicím systému začal pracovat. Jak je zřejmé, teplotní rozdíl podél cesty chladivá ve výparníku je značně větší v konvenčním systému než v XDX systému. Konkrétně, tento teplotní rozdíl pro XDX je +0,49 °F, zatímco pro konvenční systém byl -4,45 °F. Tím je v tomto bodě pracovního cyklu obou systémů demonstrována výhodná stejnoměrnost teploty dosažitelná XDX. Obdobně, v XDX systému je teplotní rozdíl mezi vstupním a výstupním vzduchem přibližně 2,37 °F, zatímco teplotní rozdíl mezi vstupním a výstupním vzduchem je přibližně 2,94 °F. V souladu s tím, teplotní rozdíl mezi chladící spirálou a vzduchem cirkulujícím ve výparníku je značně nižší XDX systému než v konvenčním systému. Například, rozdíl mezi teplotou výstupního vzduchu a výstupem spirály výparníku je přibližně 0,59 °F v XDX systému a asi 1,8 °F v konvenčním systému. Obdobně, teplotní rozdíl mezi vstupem spirály výparníku a vstupním vzduchem XDX systému je přibližně 1,29 °F, zatímco příslušný teplotní rozdíl v konvenčním systému je přibližně 5,6 °F.

* ·

-31 Tabulka G

Porovnání teplot a tlaků ve spirále výparníku a teplot vstupního a výstupního vzduchu v XDX systému a konvenčním systému pro nízké teploty (30 sekund před koncem části cyklu v chladicím modu)

	XDX	konvenční
Vstupní vzduch (°F)	-24,0112	-28,1548
Výstupní vzduch (°F)	-21,6411	-22,4385
Vstup spirály výparníku Teplota (°F)	-16,9004	-25,6831
Vstup spirály výparníku Tlak (psi)	19,437	12,8137
Střed spirály výparníku Teplota (°F)	-35,0381	-34,6953
Střed spirály výparníku Tlak (psi)	6,60681	2,92621
Výstup spirály výparníku Teplota (°F)	-34,0586	-32,9444

Výše uvedená data ukazují, 30 sekund před koncem chladicího modu (předtím, než byl zastaven kompresor), že teplotní rozdíl mezi vstupním vzduchem a výstupním vzduchem je značně menší u XDX systému než u konvenčního systému. Konkrétně, teplotní rozdíl mezi vstupním vzduchem a výstupním vzduchem u XDX systému v tomto bodě je asi 2,4 °F, zatímco v konvenčním systému je tento teplotní rozdíl asi 5,7 °F. Dále, protože byl v XDX systému a konvenčním systému použit stejný výparník, větší tlakoví ztráta (od vstupu do středu) v XDX systému (asi 13 psi) ve srovnání s konvenčními systémy (asi 10 psi) naznačuje, že u XDX systému bylo množství páry v chladivu tvořeném směsí kapalina/pára větší než v konvenčním systému.

Tabulka Η

Porovnáni teplot a tlaků ve spirále výparníku a teplot vstupního a výstupního vzduchu v XDX systému a konvenčním systému pro nízké teploty (na konci části cyklu v chladicím modu)

	XDX	konvenční
Vstupní vzduch (°F)	-25,5801	-29,1123
Výstupní vzduch (°F)	-22,4902	-23,0835
Vstup spirály výparníku Teplota (°F)	-34,2832	-34,2647
Vstup spirály výparníku Tlak (psi)	0,608826	0,062985
Střed spirály výparníku Teplota (°F)	-34,6592	-34,6074
Střed spirály výparníku Tlak (psi)	-0,947449	-1,5661
Výstup spirály výparníku Teplota (°F)	-35,2256	-27,6992

Data uvedená v tabulce H byla snímána v XDX systému a konvenčním chladicím systému v bodě, kdy bylo dosaženo požadované teploty a jednotka čerpání bylo ukončeno. Jak tato data ukazují, je značně stejnoměrnější teplota podél chladicí spirály výparníku v XDX systému než v konvenčním systému. Konkrétně, teplotní rozdíl mezi vstupem a výstupem spirály výparníku v XDX byl -0,95 °F, zatímco teplotní rozdíl v odpovídajícím místě konvenčního systému byl +6,57 °F. Obdobně, teplotní rozdíl mezi vstupním vzduchem a výstupním vzduchem v XDX systému byl přibližně 3,1 °F, zatímco rozdíl mezi teplotou vstupního vzduchu a výstupního vzduchu v konvenčním systému byl přibližně 6,03 °F.

Tabulka F

Porovnáni teplot a tlaků ve spirále výparníku a teplot vstupního a výstupního vzduchu v XDX systému a konvenčním systému pro nízké teploty (na začátku části cyklu v chladicím modu)

	XDX	konvenční
Vstupní vzduch (°F)	-20,4819	-21,8208
Výstupní vzduch (°F)	-18,0098	-18,3189
Vstup spirály výparníku Teplota (°F)	-17,7007	-22,8506
Vstup spirály výparníku Tlak (psi)	10,4963	15,2344
Střed spirály výparníku Teplota (°F)	-19,3223	-20,353
Střed spirály výparníku Tlak (psi)	9,02857	13,5627
Výstup spirály výparníku Teplota (°F)	-19,5283	-20,0435

Tato data byla snímána v bodě, kdy teplota obsahu stoupla na hodnotu, při které dochází k otevření solenoidu, což vyvolává spuštění kompresoru.

Jak je ozřejměno výše, XDX systém vykazuje vyšší stejnoměrnost teploty podél celé délky chladicí spirály, než má konvenční systém. Konkrétně, XDX systém vykazuje teplotní rozdíl -1,83 °F, zatímco teplotní rozdíl mezi vstupem spirály výparníku a výstupem konvenčního systému byl asi +2,81 °F. XDX systém také vykazoval menší teplotní rozdíl mezi vstupním vzduchem a výstupním vzduchem, tento teplotní rozdíl byl 2,47 °F, zatímco konvenční systém vykazoval teplotní rozdíl 3,57 °F. Také teplota chladicího média na výstupu konvenčního systému naznačuje přesycení chladicího média na výstupu, a toto médium bylo zcela ve stavu páry.

-34φ

Kromě toho například teplota na vstupu spirály výparníku u XDX je vyšší (-17,7 °F) , než teplota výstupního vzduchu (-18,0 °F) a teplota vstupního vzduchu (-20,5 °F).

V souladu s tím, nejen že se vlhkost z kondicionovaného vzduchu neukládá na spirále výparníku v tomto místě (kde v konvenčním systému zpravidla dochází ke vzniku námrazy), ale také vlhkost, která se mohla usadit předtím v průběhu jiných částí provozního cyklu, se odpaří a vrátí se do kondicionovaného vzduchu. Tento znak XDX systému umožňuje provoz chladničky/mrazáku po prodlouženou dobu s podstatně zmenšenou potřebou odmrazování.

Obr. 14 znázorňuje data shromážděná v průběhu jediného provozního cyklu XDX systému podle tohoto příkladu. Jako v případě obr. 13, teploty vstupního a výstupního vzduchu jsou označeny vztahovými značkami 110 a 111, teploty chladivá na vstupu, ve středu a na výstupu výparníku jsou označeny vztahovými značkami 112, 113 a 114, a tlaky chladivá na vstupu a ve středu výparníku jsou označeny vztahovými značkami

115 a 116. V souladu s tím, obr. 16 znázorňuje data shromážděná v průběhu jediného provozního cyklu konvenčního parního tlakového chladicího systému podle tohoto příkladu. Měření teploty vstupního vzduchu a výstupního vzduchu jsou označena vztahovými značkami 117 a 118, teploty chladivá na vstupu výparníku mají vztahovou značku 119, ve středu výparníku 120 a na výstupu výparníku 121. Také je znázorněn tlak 122 (psi) chladivá na vstupu výparníku a tlak 123 ve výparníku. V této souvislosti je třeba poznamenat, že celý provozní cyklus XDX systému trval 11 minut a 39 sekund, zatímco provozní cyklus konvenčního systému trval 16 minut a 40 sekund. Tato značně zkrácená doba cyklu je dalším potvrzením zlepšené účinnosti XDX systému podle předloženého vynálezu ve srovnání * · s konvenčními parními kompresními chladicími systémy.

Porovnání dat znázorněných na obr. 14 a 16 je zřejmé z následující tabulky J.

Tabulka J

Porovnání teplot a tlaků ve spirále výparníku v celém cyklu v XDX systému a konvenčním systému pro nízké teploty

	Konvenční průměr minimum	maximum	XDX	maximum
průměr	minimum
Vstupní vzduch (°F)	-23,2 -26,1	-20	-25,5	-29	-21
Výstupní vzduch (°F)	-20,6 -23,3	-17,6	-20,8	-23,8	-17,6
Vstup spirály výparníku Teplota (°F)	-22,6 -35,1	-16, 9	-23	-35,5	-10,5
Vstup spirály výparníku Tlak (psi)	+11 +0,02	+ 19, 7	+12,95	+ 0, 6	+25,8
Střed spirály výparníku Teplota (°F)	-29 -35,8	-18, 9	-30,8	-34,9	-20
Střed spirály výparníku Tlak (psi)	+5,1 -1,2	+ 13,3	+ 5,5	-1,56	+ 13,6
Výstup spirály výparníku Teplota (°F)	-25,8 -35	-17,8	-27	-35	-18
Jak je zřejmé z dat uvedených	v tabulce J,	průměrný
teplotní rozdíl mezi vstupem	a výstupem	výparníku v XDX
systému v tomto příkladu byl	-3,2	°F, zatímco	teplotní
rozdíl v konvenčním systému	byl -4	°F. V	souladu	s tím,
průměrný teplotní rozdíl mezi	vstupním a výstupním	vzduchem
v XDX systému	byl 2,6 °F,	zatímco	v konvenčním	systému

byl 4,7 °F.

PŘÍKLAD V

Tento příklad ilustruje provoz parního kompresního chladicího systému podle předloženého vynálezu (XDX systém) provozovaného v oblasti nízkých teplot, a ukazuje mezi jiným

-36výsledky měření teploty a tlaku střede a na výstupu výparníku

chladivá v průběhu na vstupu, ve dvou úplných provozních cyklů.

Chladicí okruh pětidveřového mrazáku IFI (model °F G-5) byl opatřen vícefunkčním zařízením zde popsaným (které zahrnuje termostatický expanzní ventil s tělesem ze Sporlanu

Q). Chladicí okruh zahrnoval vstupní potrubí výparníku mající vnější průměr trubky 0,5 in (1,27 cm) a délku (od

kompresoru	k výparníku) přibližně 20 ft (	6, 10	m) a	sací
potrubí,	které	mělo vnější průměr 0,875	in	(2,22	cm) .
Chladicí	okruh	byl poháněn kompresorem	Bitzer,	model
2CL-4,2Y.
Čidlo	bylo	připojeno k sacímu potrubí	asi	dvě	stopy
(0,61 m)	od kompresoru v XDX modu a	bylo	připoj eno

k vícefunkčnímu zařízení popsanému výše ve vztahu k obr. 1. Termostatický expanzní ventilový prvek vícefunkčního zařízení byl nastaven na 15 °F (8,3 °C) přehřátí. Okruh byl naplněn chladivém AZ-50 a provozní teplota v mrazáku byla -15 až -20 °F (-26,1 až -28,9 °C).

Obr. 17-19 představují data chladivá shromážděná na vstupu, ve středu a na výstupu výparníku během dvou reprezentativních po sobě následujících provozních cyklů. Na obr. 17 jsou vztahovými značkami 128 resp. 127 označeny tlak (psi) resp. teplota (°F) chladivá na vstupu výparníku. Příslušné teploty (°F) vstupního vzduchu resp. výstupního vzduchu jsou obdobně označeny vztahovými značkami 125 resp. 12 6. Na obr. 18, 19 a 20 je znázorněna teplota a tlak chladivá na vstupu, ve středu a na výstupu výparníku v týchž dvou provozních cyklech.

Porovnání zaznamenaných teplot a tlaků v kterémkoliv časovém bodě s fázovým diagramem tohoto chladivá ukazuje, fc*

-37zda chladivo je ve stavu kapaliny, páry, nebo směsi kapalina/pára. Toto srovnání ukazuje, že v XDX systému je chladivo v celé chladicí spirále ve formě směsi kapaliny a páry během podstatné a účinné části provozního cyklu kdy kompresor pracuje. Naproti tomu, v konvenčních systémech v žádné části provozního cyklu kdy kompresor pracuje není na vstupu, ve středu a na výstupu chladicí spirály současně přítomno chladivo jako směs kapaliny a páry. Tato data tedy potvrzují, že se účinně využívá latentní výparné teplo po celé dráze chladivá ve výparníku, když je kompresor v chodu.

PŘÍKLAD VI

Tento příklad ilustruje provoz parního kompresního chladicího systému (pro střední a nízkou teplotu) podle vynálezu (XDX systému) bez vniku námrazy po dlouhé období, bez nutnosti odmrazovacího cyklu.

Systém pro nízkou teplotu

V systému pro nízkou pětidveřového mrazáku

IFI teplotu, (model °F chladicí

G-5) byl okruh opatřen vícefunkčním zařízením zde popsaným zahrnuje termostatický expanzní ventil s tělesem ze Sporlanu Q).

Vstupní potrubí výparníku mělo vnější průměr trubky 0,5 in (1,27 cm) a délku (od kompresoru k výparníku) přibližně 20 ft (6,10 m) . Sací potrubí mělo přibližně stejnou délku a vnější průměr 0,875 in (2,22 cm). Chladicí okruh byl poháněn kompresorem Bitzer, model 2Q-4,2Y.

Čidlo bylo připojeno k sacímu potrubí asi dvě stopy (0,61 m) od kompresoru a bylo připojeno k vícefunkčnímu zařízeni popsanému výše ve vztahu k obr. 1. Termostatický expanzní ventilový prvek vícefunkčního zařízení byl nastaven na 15 °F (8,3 °C) přehřátí.

-38Okruh byl naplněn chladivém AZ-50 a provozní teplota v mrazáku byla -15 až -20 °F (-26,1 až -28,9 °C).

Systém pro střední teplotu

Chladicí okruh jedenáctidveřového chladicího boxu Russell byl opatřen vícefunkčním zařízením zde popsaným (které zahrnuje termostatický expanzní ventil s tělesem ze Sporlanu Q).

Tento chladicí okruh zahrnoval vstupní potrubí výparníku mající vnější průměr trubky 0,5 in (1,27 cm) a délku (od kompresoru k výparníku) přibližně 20 ft (6,10 m) . Sací potrubí mělo přibližně stejnou délku a vnější průměr 0,625 in (1,59 cm). Systém byl poháněn kompresorem Bitzer, model 2V-3,2Y za použití chladivá R-404A.

Čidlo bylo připojeno k sacímu potrubí asi dvě stopy (0,61 m) od kompresoru a bylo připojeno k vícefunkčnímu zařízení popsanému výše ve vztahu k obr. 1. Termostatický expanzní ventilový prvek vícefunkčního zařízení byl nastaven na 20 °F (11,1 °C) přehřátí. Provozní teplota v chladicím boxu byla 32 až 36 °F (0 až 2,2 °C).

Vyhodnocení praktické zkoušky

Nezávislá zkušební a certifikační agentura provedla výchozí inspekci mrazáku a zaznamenala, že teplota v boxu byla 18 °F (-7,7 °F). Tato jednotka pak byla manuálně uvedena do cyklu odmražení teplým plynem, který trval asi 45 minut do dosažení teploty na sání 55 °F (12,8 °C) , čímž bylo potvrzeno úplné odmražení spirály výparníku. Mrazák pak byl manuálně uveden zpět do normálního chladicího modu a byly odstraněny spínače z odmrazovacího regulátoru, aby bylo zajištěno, že nenastane odmrazovací cyklus. Vizuální

-39kontrola spirály výparníku mrazáku ukázala, že spirála je čistá a bez námrazy.

Současně tato nezávislá zkušební a certifikační agentura provedla vizuální kontrolu chladicího boxu a zaznamenala, že byla udržována teplota v boxu 31 °C (-0,6 °C) . Bylo pozorováno, že spirála byla bez námrazy a z odmrazovacího regulátoru byly vytaženy všechny spínače, aby bylo zajištěno, že nenastane odmrazovací cyklus.

Třicetpět dní po výše uvedených aktivitách byla provedena další inspekce a bylo zaznamenáno, že v mrazáku bylo stále -18 °F (-7,8 °C). Vizuální kontrola spirály výparníku mrazáku ukázala v podstatě stejný výsledek jako před oněmi třicetipěti dny. Vrchní část kondenzátorů pro mrazák nevykazovala nadměrné zaledování. Ačkoliv odmrazování nebylo nutné, byla mrazáková jednotka manuálně uvedena do cyklu odmrazování teplým plynem, který trval méně než jednu hodinu do uvedení teploty na sání na 55 °F (12,8 °C) pro odstranění námrazy. Mrazák pak byl restartován a teplota uvnitř něho byla snížena na jeho normální provozní úroveň. Vizuální inspekce chladicí jednotky potvrdila, že si udržela teplotu 31 °F (-0,6 °C).

Výsledky dosažené nezávislou zkušební a certifikační agenturou dokumentují, že mrazák udržoval teplotu boxu přibližně -18 °F (-27,8 °C) bez nutnosti odmrazovacích cyklů, a jeho spirála nebyla ovlivněna vznikem námrazy nebo ledu. V souladu s tím, inspekce výrobků obsažených v mrazáku

neukázala	vznik vlhkosti ani	námrazy	na	nich.	Pokud	jde o
chladicí	box, tato	agentura	obdobně	po	třicetipěti	dnech,
kdy tato	j ednotka	udržovala	teplotu	boxu 31	°F (-0	,6 °C)

zjistila, že na spirále nevznikla námraza, bez toho, že by nastal v průběhu tohoto třicetipětidenního období

-40odmrazovaci cyklus. Následné inspekce ukázaly, že stejné výsledky byly dosaženy s XDX chladicím boxem v období 200 dní a s XDX mrazákem v období šedesátipěti dní.

PŘÍKLAD VII

V předcházejících příkladech byla ve všech parních kompresních systémech podle vynálezu (XDX systémech) vícefunkční zařízení (včetně expanzního ventilu) umístěna v těsné blízkosti kompresorové a kondenzátoroví jednotky. Ačkoliv je obecně výhodné, zejména v komerčních chladicích systémech, umístit kompresor, expanzní zařízení a kondenzátor vzdáleně od chladicího či mrazicího oddílu s nimi spojeného, byla provedena zkouška při které bylo vícefunkční zařízení umístěno v místech relativně vzdálených od kondenzátoru a výparníku.

V tomto příkladu byl jedenáctidveřový chladicí box (přibližně 30x8 ft) opatřen dvěma výparníky Warren Scherer, model SPA3-139. Tlaková jednotka, která zahrnovala šroubový kompresor Copeland, model ZF13-K4E, kondenzátor a jímku, byla připojena kapalinovým potrubím majícím délku přibližně 30 ft. k tandemové dvojici vícefunkčních zařízení zde popsaných (z nichž každé zahrnuje termostatický expanzní ventil s tělesem ze Sporlanu Q) . Každé z těchto vícefukčních zařízení bylo vstupním potrubím výparníku připojeno k jednomu výparníku. V jenom případě mělo vstupní potrubí výparníku vnější průměr 3/8 in (0,95 cm) a délku přibližně 20 ft (6,10 m) , a ve druhém případě mělo vstupní potrubí výparníku vnější průměr 0,5 in (1,27 cm) a délku přibližně 30 ft (9,14 m) .

Společné sací potrubí mající vnější průměr 0,625 in (1,59 cm) spojovalo oba výparníky s kompresorem. Chladicí zařízení mělo rozmezí provozních teplot 32 až 36 °F (0 až >·

-41.4 · • 99

4«

44 4

4 49

9 99 ·4 4 4 • ♦·

9· 9

4» ♦44 •9

9·

2,2 °C). Chladicí okruh byl naplněn chladivém R-22.

Teplotní čidlo, připojené k sacímu potrubí asi 30 stop (9,14 m) od kompresoru bylo funkčně spojeno s každým z vícefunkčních zařízení, z nichž každé bylo ventilem s tělesem ze expanzním přehřátí 30 °F (16,7 °C).

opatřeno termostatickým

Sporlanu Q, nastaveným na

Kontinuální provoz tohoto systému pro střední teplotu po dobu výparníků více než 65 dní demonstroval, že spirály všech byly charakteristické výše uvedenou zlepšenou účinností přestupu tepla spirály výparníku, absencí vzniku ledu nebo námrazy na jejich povrchu, a jinými výhodami vynálezu.

V souladu s tím, tento příklad demonstruje, že výhody vynálezy mohou být, za vhodných podmínek, získány s vícefunkčním zařízením, které není v těsné blízkosti tlakové jednotky, a dále ilustruje vícefunkčního zařízení s jedinou tlakovou použití jednoho j ednotkou.

Jak je popsáno výše, objemové a hmotnostní rychlosti na vstupu chladicího/mrazákového systému podle vynálezu jsou větší než u konvenčního chladicího/mrazákového systému využívajícího stejné chladivo a chladicím výkonem a teplotními provozovaného se stejným podmínkami výparníku. Na základě shromážděných dat se předpokládá, že obj emové rychlosti chladivá na vstupu do výparníku

XDX jsou přibližně o 10 %, obecně 10 až 25 % větší než obj emové rychlosti chladivá za použití podobných chladiv, podobných chladicích výkonů a teplotních podmínek výparníku.

V souladu s tím se na základě shromážděných dat předpokládá, že hmotnostní rychlost chladivá na vstupu alespoň přibližně o 5 % a obecně o 5 až výparníku v XDX byla % nebo více vyšší než hmotnostní rychlosti chladivá na vstupu výparníku za použití podobných chladiv, podobných chladicích výkonů a teplotních podmínek vypařování.

-42 Μ ·φ· • · Φ · Φ φ φ Φ ·* • · Φ·· • «·»·· · · 4 * « ·*

Φ · Φ Φ · »« ♦·Φ Φ· »· ···»

ΦΦΦ

Lineární rychlost toku chladivá ve formě směsi kapalina/pára v XDX mezi tlakovou jednotkou a odpařením je obdobně větší než rychlost kapalného chladivá v konvenčním systému, která byla typicky 150 až 350 stop za minutu. Na základě provedených zkoušek se předpokládá, že lineární rychlost ve vstupním potrubí výparníku mezi tlakovou jednotkou a výparníkem je obecně alespoň 400 stop za minutu a obecně přibližně 400 až 750 stop za minutu nebo více.

Kromě toho, pro dosažení plného využití celé spirály výparníku je výhodné, když chladivo z něho vystupující (tj. na výstupu výparníku) obsahuje malý podíl kapaliny (např. přibližně 2 % nebo méně) celkového množství směsi páry a kapaliny.

Další vytvoření vícefunkčního ventilu nebo zařízení 125 je znázorněno na obr. 21-23 a je obecně označeno vztahovou značkou 125.

Toto vytvoření je funkčně podobné tomu znázorněnému na obr. 2-4, které bylo obecně označeno vztahovou značkou

18. Jak je zřejmé, toto vytvoření zahrnuje hlavní těleso či pouzdro 126, které je s výhodou konstruováno jako struktura s jednoho kusu mající dvoj ici závitových výstupků

127, 128, které obsahují dvojici uzavíracích prvků a prstencových sestav, znázorněných na obr. 23 označených vztahovou značkou

129.

Tato sestava zahrnuje závitový prstenec

130, těsnění

131 a solenoidem ovládaný uzavírací prvek mající člen

132 s centrálním otvorem 133, který obsahuj e vratně pohyblivý ventilový čep

134 s pružinou 135 a jehlovým ventilovým prvkem

136, který zapadá do otvoru

137 ventilového sedlového členu 138 majícího pružné těsnění 139 takových rozměrů, že těsně zapadá do prohlubně 140 pouzdra 126. Ventilový sedlový člen

141 je volně vložen do vybrání 142 ventilového sedlového členu 138. Ventilový sedlový člen 141 má otvor 143, který

9

-43 9 ·» 4·44

44 4>4· 44

444 4 4 44 44

4 4 4 *4 · 4 · · · 44 • 9 9 9 4 44

444 44 4« 4444 spolupracuje s jehlovým ventilovým prvkem 136 pro regulaci průtoku chladivá.

První vstup 144 (odpovídající prvnímu vstupu 24 ve výše popsaném provedení) přijímá kapalné chladivo vstupující z expanzního zařízení (např. termostatického expanzního ventilu) a druhý vstup 145 (odpovídající druhému vstupu 26 výše popsaného provedení) přijímá teplý plyn z kompresoru v průběhu odmrazovacího cyklu. Ventilové těleso 126 zahrnuje společnou komoru 146 (odpovídající společné komoře 40 ve výše popsaném provedení) . Temostatický expanzní ventil (neznázorněný) přijímá chladivo z kondenzátoru, které pak prochází skrze vstup 144 do půlkruhové prohlubně 147 která pak při otevřeném uzavíracím prvku 129 prochází do společné komory 146 a vystupuje ze zařízení výstupem 148 (odpovídajícím výstupu 41 ve výše popsaném provedení).

Jak je nejlépe zřejmé na obr. 21, ventilové těleso 126 zahrnuje první průchod 14 9 (odpovídající prvnímu průchodu 38 výše popsaného provedení), který propojuje první vstup 144 se společnou komorou 146. Stejným způsobem druhý průchod 150 (odpovídající druhému průchodu 48 výše popsaného provedeni) propojuje druhý vstup 145 se společnou komorou 146.

Pokud jde o

125, odkazuje se funkci vícefunkčního ventilu či zařízení na výše popsané provedení, protože jeho součásti v cyklu chlazení a odmrazování funguj i stejným způsobem.

Odborní kovi je zřejmé, že předložený různé aspekty mohou být vytvořeny v jiných kompresních chladicích systémů, a že jsou možné modifikace a vynález formách a j eho parních variace bez opuštěni myšlenky a rozsahu vynálezu. Vynález je omezen pouze rozsahem nároků.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob provozování parního kompresního chladicího systému, při kterém výparník odebírá teplo z média tvořeného vzduchem cirkulujícího přes uvedený výparník v teplosměnném vztahu se spirálou tohoto výparníku, přičemž spirála zahrnuje vstup, který je průtočně spojen s expanzním zařízením, a výstup, který je průtočně spojen s kompresorem, přičemž zlepšení tohoto způsobu zahrnuje:

přivádění chladivá ve formě směsi páry a kapaliny při daném hmotnostním průtoku a dané objemové rychlosti toku na vstup spirály výparníku, přičemž tato směs zahrnuje významný podíl páry, v podstatě veškerá kapalina se přeměňuje na páru, když uvedená směs prochází spirálou výparníku, přičemž lineární rychlost a relativní množství páry a kapaliny přítomné v uvedené směsi na vstupu spirály výparníku jsou dostatečné pro zajištění účinného přestupu tepla mezi uvedenou směsí a uvedeným médiem v podstatě po celé délce spirály, což podstatně omezuje vznik námrazy na spirále výparníku a umožňuje provoz kompresního chladicího systému bez nutnosti odmrazovacího cyklu v průběhu podstatně vyššího počtu chladicích cyklů oproti konvenčním chladicím systémům pracujícím se stejným chladicím výkonem a za stejných teplotních podmínek vypařování.
2. Způsob podle nároku 1, při kterém přibližně 2 % hmotnosti chladivá ve formě směsi kapaliny a páry je v kapalném stavu na výstupu spirály výparníku v průběhu části každého chladicího cyklu, kdy expanzní zařízení aktivně napájí uvedeným chladivém ve formě směsi páry a kapaliny vstup uvedené spirály výparníku.

··
3. Způsob podle nároku

1,

Při rychlost uvedeného chladivá ve formě směsi na vstupu spirály výparníku je alespoň o objemová rychlost chladivá na parním kompresním chladicím expanzní zařízení umístěno výparníku, provozovaném při • 4··
4 4 44

4 · »·

4 ···· ♦ 44

4 ·· · kterém

Páry

10 % vstupu výparníku v systému v těsné stejném využívajícím spirálu výparníku stejným průtokem média cirkulujícího se

44· •9 • · · obj emová kapaliny větší než konvenčním toho typu, blízkosti chladicím kde j e vstupu výkonu, stejnou velikostí a se přes výparník.

4. Způsob podle nároku 3, při kterém objemová rychlost uvedeného chladivá ve formě směsi páry a kapaliny na vstupu spirály výparníku je přibližně o 10 až 25 % větší než objemová rychlost chladivá na vstupu výparníku v konvenčním parním kompresním chladicím systému.
5. Způsob podle nároku 3, při kterém objemová rychlost uvedeného chladivá ve formě směsi páry a kapaliny na vstupu spirály výparníku je přibližně o 18 % větší než objemová rychlost chladivá na vstupu výparníku v konvenčním parním kompresním chladicím systému.
6. Způsob podle nároku 1, při kterém hmotnostní průtok uvedeného chladivá ve formě směsi páry a kapaliny na vstupu spirály výparníku je alespoň o 5 % větší než objemová rychlost chladivá na vstupu výparníku v konvenčním parním kompresním chladicím systému toho typu, kde je expanzní zařízení umístěno v těsné blízkosti vstupu výparníku, provozovaném při stejném chladicím výkonu, využívajícím spirálu výparníku se stejnou velikostí a se stejným průtokem média cirkulujícího přes výparník.
7. Způsob podle nároku 6, při kterém hmotnostní průtok uvedeného chladivá ve formě směsi páry a kapaliny na • 4

44 ··»4

4 4 4 4 4 44

4 · » 44*

4 4 444 4 44

4 4 -4 44 vstupu spirály výparníku je přibližně o 5 až 20 % větší než hmotnostní průtok chladivá na vstupu výparníku v konvenčním parním kompresním chladicím systému.
8. Způsob podle nároku 6, při kterém hmotnostní průtok uvedeného chladivá ve formě směsi páry a kapaliny na vstupu spirály výparníku je přibližně o 12 % větší než hmotnostní průtok chladivá na vstupu výparníku v konvenčním parním kompresním chladicím systému.
9. Způsob provozování parního kompresního chladicího systému, při kterém je médium mající danou relativní vlhkost odtahováno z chlazeného oddílu, cirkuluje přes výparník v teplosměnném vztahu se spirálou výparníku a je vraceno do uvedeného oddílu, přičemž spirála výparníku zahrnuje vstup, který je průtočně spojen s expanzním zařízením chladivá, a výstup, který je průtočně spojen s kompresorem, přičemž zlepšení tohoto způsobu zahrnuje přivádění chladivá ve formě směsi páry a kapaliny na vstup spirály výparníku, přičemž tato směs zahrnuje významný podíl páry, v podstatě veškerá kapalina se přeměňuje na páru, když uvedená směs prochází spirálou výparníku, přičemž uvedená směs se přivádí do spirály výparníku danou lineární rychlost, měřenou na vstupu výparníku, relativní množství páry a kapaliny přítomné v uvedené směsi na vstupu spirály výparníku je dostatečné pro zajištění účinného přestupu tepla mezi uvedenou směsí a uvedeným médiem v podstatě po celé délce spirály, přičemž teplotní rozdíl mezi uvedenou spirálou a uvedeným médiem v sousedství alespoň vstupu výparníku v průběhu alespoň části chladicího cyklu je dostatečný v podstatě pro udržení dané relativní vlhkosti média, a tím v podstatě pro eliminaci vzniku námrazy v podstatě po celé délce spirály výparníku.

9 ·· ·♦ ·9 99· ·» * · 99······ • ♦ · 9 9 · 9 9 99 • ··· ·9 · 9·9 · 9 ·· • 999 999« • 99 ·· «· ν· »>«99
10. Způsob podle nároku 9, při kterém uvedeným médiem je vzduch.
11. Způsob podle nároku 10, při kterém uvedené médium tvořené vzduchem je cirkulován v protiproudu vzhledem k toku par a kapalných částic chladivá v uvedené spirále výparníku, přičemž teplota vzduchu vstupujícího z uvedeného chlazeného oddílu do výparníku je v průběhu alespoň části chladicího cyklu rovná nebo nižší, než teplota na vstupu spirály výparníku.

12 . Způsob podle nároku 10, při kterém uvedená lineární rychlost je alespoň 400 stop za minutu. 13. Způsob podle nároku 10, při kterém uvedená lineární rychlost je alespoň 400 až 750 stop za minutu.
14. Parní kompresní chladicí systém zahrnující:

kompresor pro zvyšování tlaku a teploty par chladivá, mající vstup a výstup, kondenzátor mající vstup průtočně spojený s výstupem kompresoru pro zkapalňování stlačených par chladivá přicházejících z kompresoru, expanzní zařízení mající první vstup, který je v průběhu chladicího modu provozu chladicího systému průtočně spojen s výstupem kondenzátoru, pro přijímání kapalného chladivá z kondenzátoru a pro odpařování jeho podstatné části, výparník zahrnující spirálu výparníku mající vstup a výstup, přičemž uvedená spirála výparníku je v teplosměnném vztahu s médiem v podstatě po celé délce spirály, vstupní potrubí výparníku zajišťující průtočné spojení uvedeného expanzního zařízení se vstupem spirály výparníku,

48· * 44 »4 4444 ·* > » 4 4 4 44«

4 4 4 * 4 4 444 * 4444* 4 4444 49

4 4 4 4 4 44 • 4444 44 4444 sací potrubí výparníku zajišťující průtočné spojení uvedeného výstupu spirály výparníku vstupem kompresoru, přičemž uvedené expanzní zařízení a vstupní potrubí výparníku je dimenzováno pro zajištění, v průběhu provozu parního kompresního chladicího systému v chladicím modu, přivádění chladivá ve formě směsi kapaliny a páry obsahujícího významný podíl páry na vstupu spirály výparníku, přičemž spirála výparníku je dimenzována pro zajištění dostatečné lineární rychlosti uvedeného chladivá ve formě směsi kapaliny a páry pro zajištění účinného přestupu tepla v podstatě po celé dílce uvedené spirály, a čidlo na uvedeném sacím potrubí, funkčně spojené s uvedeným expanzním zařízením pro regulaci toku chladivá ze vstupu uvedeného expanzního zařízení na vstup uvedené odpařovací komory.
15. Parní kompresní chladicí systém podle nároku 14, kde uvedené expanzní zařízení je vícefunkční ventil zahrnující druhý vstup, přičemž uvedený druhý vstup je průtočně spojen s výstupem kompresoru při provozu uvedeného chladicího systému v odmrazovacím modu, kdy stlačená pára chladivá vystupující z výstupu kompresoru vstupuje do uvedeného vícefunkčního ventilu, skrze vstupní potrubí výparníku a na vstup spirály výparníku.

>
16. Parní kompresní chladicí systém podle nároku 15, kde uvedený vícefunkční ventil zahrnuje druhý vstup, první průchod připojený k prvnímu vstupu, uzavíraný prvním ventilem, druhý průchod připojený ke druhému vstupu uzavíraný druhým ventilem, a regulační ventil umístěný v prvním průchodu aktivovaný čidlem v uvedeném sacím potrubí.
17. Parní kompresní chladicí systém podle nároku 16, ve kterém první a druhý ventil je solenoidový ventil.
18. Parní kompresní chladicí systém podle nároku 14, kde uvedené čidlo je aktivováno teplotou.
19. Parní kompresní chladicí systém podle nároku 14, dále zahrnující skříň jednotky a chladicí skříň, přičemž kompresor, výparník a expanzní zařízení jsou umístěny uvnitř skříně jednotky a výparník je umístěn uvnitř chladicí s kříně.
20. Parní kompresní chladicí systém podle nároku 14, kde uvedené expanzní zařízení zahrnuje termostatický expanzní ventil.
21. Parní kompresní chladicí systém podle nároku 14, kde uvedené expanzní zařízení zahrnuje automatický expanzní ventil.
22. Parní kompresní chladicí systém podle nároku 14, kde uvedené expanzní zařízení zahrnuje kapilární trubici.
23. Parní kompresní chladicí systém podle nároku 14, kde uvedené expanzní zařízení je blíže výstupu kondenzátoru než vstupu spirály výparniku.
24. Parní kompresní chladicí systém podle nároku 14, kde uvedené expanzní zařízení je v sousedství výstupu kondenzátoru.
25. Parní kompresní chladicí systém zahrnující: kompresor pro zvyšování tlaku a teploty par chladivá, mající vstup a výstup, * φ kondenzátor mající vstup průtočně spojený s výstupem kompresoru pro zkapalňování stlačených par chladivá přicházejících z kompresoru, expanzní zařízení, které je v průběhu chladicího modu provozu chladicího systému průtočně spojeno s výstupem kondenzátoru, pro přijímání kapalného chladivá z kondenzátoru a pro odpařování jeho podstatné části, přičemž uvedené expanzní zařízení zahrnuje termostatický expanzní ventil mající vstup a výstup, přičemž výstup termostatického expanzního ventilu je průtočně spojen se vstupem vícefunkčního ventilu zahrnujícího expanzní komoru, takže kapalné chladivo vstupující do uvedeného expanzního zařízení je podrobováno dvoustupňové expanzi, výparník zahrnující spirálu výparníku mající vstup a výstup, přičemž uvedená spirála výparníku je v teplosměnném vztahu s médiem tvořeným vzduchem v podstatě po celé délce spirály, vstupní potrubí výparníku zajišťující průtočné spojení uvedeného expanzního zařízení se vstupem spirály výparníku, sací potrubí výparníku zajišťující průtočné spojení uvedeného výstupu spirály výparníku vstupem kompresoru, přičemž uvedené expanzní zařízení a vstupní potrubí výparníku je dimenzováno pro zajištěni, v průběhu provozu parního kompresního chladicího systému v chladicím modu, přivádění chladivá ve formě směsi kapaliny a páry obsahujícího významný podíl páry na vstup spirály výparníku, přičemž spirála výparníku je dimenzována pro zajištění dostatečné lineární rychlosti uvedeného chladivá ve formě směsi kapaliny a páry pro zajištění účinného přestupu tepla v podstatě po celé dílce uvedené spirály, a čidlo na uvedeném sacím potrubí, funkčně spojené s uvedeným expanzním zařízením pro regulaci toku chladivá ze φφ ♦

ti *0 tt • * · ♦ Φ Φ

Φ Φ ♦ · · · * Φ Φ Φ · * φ φφφ • ΦΦΦΦ

ΦΦΦ ΦΦ ΦΦ φφ vstupu uvedeného expanzního zařízení na vstup uvedené odpařovaci komory.
26. Způsob provozování parního kompresního chladicího systému, při kterém výparník odebírá teplo z média tvořeného vzduchem cirkulujícího přes uvedený výparník v teplosměnném vztahu se spirálou tohoto výparníku, přičemž spirála zahrnuje vstup, který je průtočně spojen s expanzním zařízením, a výstup, který je průtočně spojen s kompresorem, přičemž zlepšení tohoto způsobu zahrnuje:

opatření uvedeného expanzního zařízení expanzním ventilem majícím výstup propojený se vstupem vícefunkčního ventilu, který zahrnuje expanzní komoru, přivádění kapalného chladivá do uvedeného expanzního zařízení, kde je podrobováno dvoustupňové expanzi pro vytvoření chladivá ve formě směsi páry a kapaliny, které se při daném hmotnostním průtoku a dané lineární rychlosti přivádí na vstup spirály výparníku, přičemž tato směs zahrnuje významný podíl páry, v podstatě veškerá kapalina se přeměňuje na páru, když uvedená směs prochází spirálou výparníku, přičemž lineární rychlost a relativní množství páry a kapaliny přítomné v uvedené směsi na vstupu spirály výparníku jsou dostatečné pro zajištění účinného přestupu tepla mezi uvedenou směsí a uvedeným médiem v podstatě po celé délce spirály, což podstatně omezuje vznik námrazy na spirále výparníku a umožňuje provoz kompresního chladicího systému bez nutnosti odmrazovacího cyklu v průběhu podstatně vyššího počtu chladicích cyklů oproti konvenčním chladicím systémům pracujícím se stejným chladicím výkonem a za stejných teplotních podmínek vypařování.
27. Způsob podle nároku 26, při kterém uvedené médium je vzduch.

fc ·· ·· fct fc·· • fc · · · · · · · «·· fc ··· ♦ ♦ · ··· · · ·· • ♦ · ♦ · · ♦· »·· ·· ·· ·· »»···

Způsob podle nároku 27, při kterém hmotnostní průtok uvedeného chladivá ve formě směsi páry a kapaliny na vstupu spirály výparníku je hmotnostní průtok chladivá na alespoň větší než parním kompresním chladicím vstupu výparníku v konvenčním systému toho typu, kde j e expanzní zařízení umístěno v těsné blízkosti vstupu výparníku, provozovaném při stejném chladicím výkonu, využívajícím spirálu výparníku stejným průtokem se média cirkulujícího stejnou velikosti a se přes výparník.
29. Způsob podle nároku 27, při kterém hmotnostní průtok uvedeného chladivá ve formě směsi páry a kapaliny na vstupu spirály výparníku je přibližně o 5 až 20 % větší než hmotnostní průtok chladivá na vstupu výparníku v konvenčním parním kompresním chladicím systému.
30. Způsob podle nároku 27, při kterém hmotnostní průtok uvedeného chladivá ve formě směsi páry a kapaliny na vstupu spirály výparníku je přibližně o 12 % větší než hmotnostní průtok chladivá na vstupu výparníku v konvenčním parním kompresním chladicím systému.
31. Způsob podle nároku 27, při kterém uvedená daná lineární rychlost je alespoň 400 stop za minutu.
32. Způsob podle nároku 31, při kterém uvedená lineární rychlost je alespoň 400 až 750 stop za minutu.
33. Způsob podle nároku 27, při kterém jeden ze stupňů uvedené dvoustupňové expanze je modulovaný.
34. Způsob podle nároku 27, při kterém první ze stupňů uvedené dvoustupňové expanze je modulovaný.
35.

každého v chodu,

Způsob podle nároku 27, z uvedených chladicích při kterém v průběhu části cyklů, je v uvedené směsi na výstupu určité množství kapaliny.
36. Způsob provozování komerčního kdy je kompresor výparníku přítomno nebo průmyslového parního kompresního chladicího systému zahrnujícího kompresor, kondenzátor a expanzní zařízení, navzájem průtočně propojené prostřednictvím okruhu kompresor expanzní výparník kapaliny, a kondenzátor jsou vzdáleny zařízení je blíže kondenzátoru je napájen chladivém ve jehož zlepšení zahrnuje řízení průtoku chladivá ve formě v podstatné části chladicího okruhu výparní kem tak, že

20 % větší, než je do podstatné části výparní kem kompresním chladicím vypařování.

chladivá, přičemž od výparníku než výparníku formě směsi mezi směsi páry páry a kapaliny kondenzátorem a chladivo má lineární rychlost alespoň o lineární rychlost chladivá vstupujícího chladicího okruhu mezi kondenzátorem a v konvenčním chladicím výkonem a
37. Způsob podle zařízení je průtočně komerčním nebo průmyslovém parním systému provozovaným se za stejných teplotních nároku 36, při kterém stejným podmínek expanzní spojené se vstupem prostřednictvím vstupního potrubí výparníku tak, že lineární rychlost chladivá ve výparní ku v podstatné části délky formě směsi páry a kapaliny je vstupního potrubí výparníku alespoň

400 stop za minutu.

Způsob podle nároku 37, při kterém lineární rychlost chladivá ve formě směsi páry a kapaliny je • fr ♦· ·· « fr fr fr fr · • · · ♦ · · • fr ··· · · · fr · · fr fr ·· ·» ·· fr • fr ?

···

9* fr · * Λ *·· • fr • · fr ··· v podstatné části délky vstupního potrubí výparniku alespoň

400 až 750 stop za minutu.