PL241912B1 - Układ chłodniczy z termosyfonowym układem przenoszenia ciepła pracującym z roztworem stałego dwutlenku węgla i sposób przenoszenia ciepła z zastosowaniem takiego układu - Google Patents
Układ chłodniczy z termosyfonowym układem przenoszenia ciepła pracującym z roztworem stałego dwutlenku węgla i sposób przenoszenia ciepła z zastosowaniem takiego układu Download PDFInfo
- Publication number
- PL241912B1 PL241912B1 PL438765A PL43876521A PL241912B1 PL 241912 B1 PL241912 B1 PL 241912B1 PL 438765 A PL438765 A PL 438765A PL 43876521 A PL43876521 A PL 43876521A PL 241912 B1 PL241912 B1 PL 241912B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- thermosyphon
- condenser
- solution
- evaporator
- temperature
- Prior art date
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 125
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 62
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 28
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 11
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- RWRIWBAIICGTTQ-UHFFFAOYSA-N difluoromethane Chemical compound FCF RWRIWBAIICGTTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 6
- NPNPZTNLOVBDOC-UHFFFAOYSA-N 1,1-difluoroethane Chemical compound CC(F)F NPNPZTNLOVBDOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims description 4
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- LVGUZGTVOIAKKC-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,2-tetrafluoroethane Chemical compound FCC(F)(F)F LVGUZGTVOIAKKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PGJHURKAWUJHLJ-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,3-tetrafluoroprop-1-ene Chemical compound FCC(F)=C(F)F PGJHURKAWUJHLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001273 butane Substances 0.000 claims description 2
- 150000008282 halocarbons Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 37
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 27
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 3
- XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N Fluoroform Chemical compound FC(F)F XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- VPAYJEUHKVESSD-UHFFFAOYSA-N trifluoroiodomethane Chemical compound FC(F)(F)I VPAYJEUHKVESSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195735 unsaturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012224 working solution Substances 0.000 description 1
Abstract
Układ chłodniczy przedstawiony na rysunku, zawiera co najmniej jedną sprężarkę, co najmniej jeden skraplacz, co najmniej jeden wymiennik regeneracyjny, zawór rozprężny i parownik, połączony z termosyfonowym układem zawierającym skraplacz termosyfonu, którego króciec wylotowy jest połączony przewodem rurowym cieczowym z króćcem wlotowym położonego niżej parownika termosyfonu, którego króciec wylotowy jest połączony przewodem rurowym parowym z króćcem wlotowym skraplacza termosyfonu, a parownik układu chłodniczego stanowi jednocześnie skraplacz układu termosyfonowego. Układ ten charakteryzuje się tym, że czynnikiem chłodniczym w obiegu termosyfonowym jest roztwór stałego dwutlenku węgla w ciekłym rozpuszczalniku. Kolejnym przedmiotem zgłoszenia jest sposób przenoszenia ciepła z zastosowaniem układu chłodniczego charakteryzujący się tym, że w skraplaczu termosyfonu chłodzi się pary roztworu doprowadzając do krystalizacji CO2 na powierzchni wymiany ciepła skraplacza termosyfonu, a następnie doprowadza się do rozpuszczenia nadmiaru skrystalizowanego CO2 przez parowy film rozpuszczalnika kondensującego na powierzchni wymiany ciepła skraplacza termosyfonu, a roztwór stałego CO2 w rozpuszczalniku odprowadza się ze skraplacza termosyfonu, kierując grawitacyjnie roztwór stałego CO2 do parownika termosyfonu, gdzie doprowadza się do parowania roztworu stałego CO2, uzyskując właściwy efekt chłodniczy doprowadzając do obniżenia temperatury w przestrzeni chłodzonej, a następnie kieruje odpływ nasyconej pary roztworu z parownika termosyfonu i odprowadza się przewodem parowym do skraplacza termosyfonu, doprowadzając do nieizotermicznego skroplenia roztworu w skraplaczu.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest układ chłodniczy z termosyfonowym układem przenoszenia ciepła pracującym z roztworem stałego dwutlenku węgla i sposób przenoszenia ciepła z zastosowaniem takiego układu.
W stanie techniki znane są urządzenia chłodnicze zwane rurką cieplną wykorzystujące efekt kapilarny do transferu ciepła w zamkniętej objętości. W części rozwiązań stosowane są cyrkulacyjne rurki cieplne, zwane termosyfonowymi wymiennikami ciepła.
W opisie patentowym PL 223720 B1 przedstawiono termosyfonowy rurowy wymiennik ciepła, wykorzystujący wodne roztwory alkoholi i nanopłynów jako czynnik roboczy, przeznaczony do odzysku ciepła w układach chłodniczych i klimatyzacyjnych. Z racji zastosowanego czynnika roboczego, rozwiązanie to jest przeznaczone zwłaszcza do układów pracujących w zakresie dodatnich wartości temperatury. Ponadto, ze względu na niedostateczną lotność zastosowanego czynnika roboczego, układ wymaga wykorzystania zewnętrznego urządzenia w postaci pompy próżniowej do obniżania ciśnienia w przestrzeni wymiennika ciepła, co powoduje zwiększenie stopnia złożoności konstrukcji i obniża niezawodność urządzenia.
Z patentu PL 230688 B1 znane jest rozwiązanie wykorzystujące pęczek rurek napełnionyc h czynnikiem roboczym do przenoszenia ciepła w urządzeniach klimatyzacyjnych, zwłaszcza w zakresie dodatniej temperatury. W rozwiązaniu zastosowano czynniki robocze z grupy fluorowanych węglowodorów HFC i HFO, a zatem substancje charakteryzujące się negatywnym wpływem na środowisko.
W patencie PL 192757 B1 przedstawiono termosyfonowy wymiennik ciepła w postaci pęczka rur we wspólnej obudowie zanurzonych w wodzie destylowanej. Rozwiązanie przeznaczone jest do pracy w zakresie wysokiej temperatury czynnika zasilającego układ w ciepło.
W opisie patentowym US20160231063A1 przedstawiono złożony sprężarkowy układ chłodniczy pracujący z dwutlenkiem węgla w obiegu podkrytycznym. Urządzenie wykorzystuje grawitacyjny termosyfonowy obieg cieplny do zasilania części parowników. Ze względu na temperaturę punktu potrójnego CO2, niemożliwe jest uzyskanie temperatury parowania poniżej -56,5°C.
Z opisu EP1493983A1 znany jest termosyfony obieg cieplny współpracujący z silnikiem Stirlinga z zastosowaniem naturalnych czynników roboczych, w zakresie wysokiej temperatury przemian fazowych.
W opisie patentowym WO2020/160079A1 przedstawiono jako korzystny przykład wykonania układ chłodniczy, którego parownik połączony jest z układem termosyfonowym.
W publikacji [Z. Tong i in.: An experimental investigation of an R744 two-phase thermosyphon loop used to cool a data center, Applied Thermal Engineering. 90 (2015) 362-365] opisano dwufazowy układ termosyfonowy z CO2 przeznaczony do chłodzenia serwerów danych, pracujący przy temperaturze rzędu 20°C.
W publikacji [T. Ding, i in.: Boiling heat transfer characteristics of the R744 coolant in the evaporator of the separated heat pipe system, International Journal of Heat and Mass Transfer. 113 (2017) 1254-1264] przedstawiono charakterystykę cieplną układu termosyfonowego pracującego z CO2 przy temperaturze w zakresie 20°C do 30°C, a więc w warunkach zbliżonych do temperatury krytycznej.
W publikacji [H. Wang i in.: Experimental research on heat transfer performance of CO2 low temperature heat pipe, International Journal of Heat and Mass Transfer. 170 (2021), 120987] przedstawiono wyniki prac eksperymentalnych dotyczących rurki ciepła z CO2 w zastosowaniu niskotemperaturowym. Wykazano, działanie obiegu do temperatury nie niższej niż -50°C. Autorzy wskazali temperaturę punktu potrójnego CO2, równą -56,6°C, jako wartość graniczną warunkującą działanie układu.
W technice chłodniczej dla uzyskania niskiej temperatury przestrzeni chłodzonej stosuje się niskowrzące substancje fluorowane takie jak trifluorometan (R23), charakteryzujący się niezwykle wysoką wartością współczynnika tworzenia efektu cieplarnianego na poziomie 14800. Obecnie nie istnieją bezpieczne dla środowiska i użytkowników bezpośrednie zamienniki czynnika R23. Możliwe byłoby stosowanie urządzeń chłodniczych wykorzystujących naturalne, nieszkodliwe dla środowiska substancje takie jak: etan R170 lub etylen R1150. Rozwiąz anie takie okupione jest jednak ryzykiem związanym z palnością tych substancji i nie może być powszechnie stosowane z względu na zakaz prowadzenia instalacji chłodniczych o znacznym napełnieniu czynnikami palnymi wewnątrz pomieszczeń o przeznaczeniu ogólnym.
PL 241 912 B1
W związku z powyższym celem wynalazku było stworzenie układu chłodniczego możliwego do zastosowania również wewnątrz pomieszczeń a także bezpiecznego w kontekście ochrony środowiska, czyli eliminującego użycie fluorowanych węglowodorów jako czynników chłodniczych. Szczególnym celem wynalazku jest rozwiązanie problemu technicznego związanego z przenoszeniem ciepła z użyciem termosyfonowego układu z roztworem dwutlenku węgla a zwłaszcza sposób kontroli takiego układu i parametrów pracy urządzenia zawierającego ten układ.
Układ chłodniczy według wynalazku, zawiera co najmniej jedną sprężarkę, co najmniej jeden skraplacz, co najmniej jeden wymiennik regeneracyjny, zawór rozprężny i parownik, połączony z termosyfonowym układem zawierającym skraplacz termosyfonu, którego króciec wylotowy jest połączony przewodem rurowym cieczowym z króćcem wlotowym położonego niżej parownika termosyfonu, którego króciec wylotowy jest połączony przewodem rurowym parowym z króćcem wlotowym skraplacza termosyfonu, a parownik układu chłodniczego stanowi jednocześnie skraplacz układu termosyfonowego. Układ ten charakteryzuje się tym, że czynnikiem chłodniczym w obiegu termosyfonowym jest roztwór stałego dwutlenku węgla w ciekłym rozpuszczalniku.
Korzystnie na wyjściu z parownika zainstalowany jest zawór regulacji ciśnienia parowania połączony ze sterownikiem i czujnikiem temperatury.
Korzystnie sprężarka jest zasilana prądem elektrycznym poprzez przemiennik częstotliwości, połączony ze sterownikiem i czujnikiem temperatury.
Korzystnie czynnikiem chłodniczym w układzie termosyfonowym jest roztwór stałego dwutlenku węgla o stężeniu molowym w zakresie od 25 do 95% w ciekłym rozpuszczalniku wybranym z grupy obejmującej węglowodory: butan R600, izobutan R600a, propan R290, etan R170, etylen R1150; halogenowane węglowodory: difluoroetan R152a, tetrafluroroetan R134a, tetrafluoropropen R1234, difluorometan R32 oraz trifluorojodometan R13I1; i ich mieszaniny.
Kolejnym przedmiotem wynalazku jest sposób przenoszenia ciepła z zastosowaniem układu chłodniczego według wynalazku charakteryzujący się tym, że w skraplaczu termosyfonu chłodzi się pary roztworu doprowadzając do krystalizacji CO2 na powierzchni wymiany ciepła skraplacza termosyfonu, a następnie doprowadza się do rozpuszczenia nadmiaru skrystalizowanego CO2 przez parowy film rozpuszczalnika kondensuj ącego na powierzchni wymiany ciepła skraplacza termosyfonu, a roztwór stałego CO2 w rozpuszczalniku odprowadza się ze skraplacza termosyfonu, kierując grawitacyjnie roztwór stałego CO2 do parownika termosyfonu, gdzie doprowadza się do parowania roztworu stałego CO2, uzyskując właściwy efekt chłodniczy doprowadzając do obniżenia temperatury w przestrzeni chłodzonej, a następnie kieruje odpływ nasyconej pary roztworu z parownika termosyfonu i odprowadza się przewodem parowym do skraplacza termosyfonu, doprowadzając do nieizotermicznego skroplenia roztworu w skraplaczu.
Korzystnie reguluje się stężenie rozpuszczonego stałego CO2 poprzez zmianę temperatury parowania w układzie chłodniczym przez zmianę ciśnienia lub zmianę prędkości obrotowej sprężarki.
Korzystnie reguluje się temperaturę parowania przez nastawienie za pomocą sterownika odpowiedniego stopnia otwarcia zaworu regulacji ciśnienia parowania na podstawie temperatury roztworu stałego dwutlenku węgla w rozpuszczalniku odpływającego ze skrap lacza termosyfonu zmierzonej za pomocą czujnika temperatury.
Korzystnie reguluje się temperaturę parowania przez nastawienie za pomocą sterownika połączonego z przemiennikiem częstotliwości prędkości obrotowej sprężarki na podstawie temperatury roztworu stałego dwutlenku węgla w rozpuszczalniku odpływającego ze skraplacza termosyfonu zmierzonej za pomocą czujnika temperatury.
Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, iż pozwala ono na przenoszenie ciepła z zastosowaniem obiegu termosyfonowego z dwutlenkiem węgla (R744) jako naturalnym czynnikiem chłodniczym. Powszechnym ograniczeniem zakresu stosowalności dwutlenku węgla (R744) jako czynnika roboczego jest temperatura punktu potrójnego tj. -56,5°C. Poniżej tej temperatury CO2 występuje w stanie stałym jako suchy lód. Dzięki zastosowaniu rozpuszczalnika o niskiej temperaturze krzepnięcia wybranego z grupy węglowodorów nasyconych i nienasyconych oraz ich fluorowanych lub jodowanych pochodnych, możliwe jest uzyskanie temperatury kriogenicznej z wykorzystaniem substancji o niskim wpływie na środowisko.
Dodatkową zaletę stanowi to, iż proponowany obieg termosyfonowy pozwala na transfer ciepła z przestrzeni chłodzonej do zewnętrznego źródła chłodu, którym może być układ chłodniczy z czynnikiem chłodniczym zawierającym substancje z grupy węglowodorów, składający się ze sprężarki, skraplacza, wymiennika regeneracyjnego, zaworu rozprężnego i parownika. Rozwiązanie takie zapewnia
PL 241 912 B1 wysokie bezpieczeństwo użytkowania, wysoką sprawność przenoszenia ciepła przy niewielkim wpływie na środowisko. Ponadto rozwiązanie umożliwia przekazywanie ciepła z przestrzeni chłodzonej dzięki sile wyporu, będącej wynikiem różnicy gęstości czynnika roboczego poddawanego przemianom fazowym.
Szczególną zaletą wynalazku jest sposób kontroli obiegu przenoszenia ciepła wykorzystującego termosyfonowy układ z dwutlenkiem węgla oraz parametrów pracy urządzenia zawierającego ten układ.
Pod pojęciem czynnik roboczy/czynnik chłodniczy rozumie się czynnik termodynamiczny o właściwej do zastosowania lotności, podlegający przemianom cieplnym w zamkniętym układzie. Oba sformułowania mogą być używane zamiennie i należy je traktować jako synonimy.
Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:
Fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu chłodniczego z termosyfonowym układem przenoszenia ciepła pracującym z roztworem stałego dwutlenku węgla, gdzie: 1 - skraplacz termosyfonu, 2 - przewód rurowy cieczowy, 3 - parownik termosyfonu, 4 - przewód rurowy parowy, 5 - parownik, 6 - zawór rozprężny, 7 - wymiennik regeneracyjny, 8 - skraplacz, 9 - sprężarka, 10 - zawór regulacji ciśnienia parowania, 11 - sterownik, 12 - czujnik temperatury, 13 - przemiennik częstotliwości.
Fig. 2 przedstawia wykres przemian fazowych, jakim podlega roztwór dwutlenku węgla w dwufazowym termosyfonowym obiegu cieplnym, gdzie jako A oznaczono roztwór w stanie nasycenia, B - roztwór przesycony, C - roztwór nasycony odpływający ze skraplacza, D - roztwór nienasycony.
Na Fig. 1 przedstawiono układ chłodniczy z termosyfonowym układem przenoszenia ciepła pracującym z roztworem stałego dwutlenku węgla zawierający co najmniej jedną sprężarkę 9, co najmniej jeden skraplacz 8, co najmniej jeden wymiennik regeneracyjny 7, zawór rozprężny 6 i parownik 5, połączony z termosyfonowym układem przenoszenia ciepła zawierającym skraplacz termosyfonu 1, którego króciec wylotowy jest połączony przewodem rurowym cieczowym 2 z króćcem wlotowym położonego niżej parownika termosyfonu 3, którego króciec wylotowy jest połączony przewodem rurowym parowym 4 z króćcem wlotowym skraplacza termosyfonu 1, a parownik 5 układu chłodniczego stanowi jednocześnie skraplacz układu termosyfonowego. Czynnikiem chłodniczym w termosyfonowym układzie przenoszenia ciepła jest roztwór stałego dwutlenku węgla w difluorometanie R32, przy czym stężenie molowe dwutlenku węgla wynosi 0,875. W parowniku 5, następu je wrzenie czynnika chłodniczego zawierającego substancję z grupy węglowodorów, np. etan R170 lub etylen R1150, przy czym jednocześnie na powierzchni skraplacza termosyfonu 1 zachodzi skraplanie roztworu stałego dwutlenku węgla .
Na Fig. 2 przedstawiono wykres przemian fazowych, jakim podlega roztwór dwutlenku węgla o stężeniu molowym równym 0,875 (x2*), w termosyfonowym układzie przenoszenia ciepła. W skraplaczu termosyfonu 1 chłodzi się pary roztworu doprowadzając jednocześnie do krystalizacji CO2 na powierzchni wymiany ciepła skraplacza termosyfonu, którego temperatura ścianki jest niższa od temperatury nasycenia roztworu roboczego. Ze względu na niższą rozpuszczalność stałego w warstwie przyściennej filmu kondensacyjnego wynikającą z lokalnego obniżenia temperatury płynu (B), doprowadza się do krystalizacji CO2 (A) na powierzchni wymiany ciepła skraplacza termosyfonu 1. Następnie doprowadza się do rozpuszczenia nadmiaru skrystalizowanego CO2 przez parowy film rozpuszczalnika kondensującego na powierzchni wymiany ciepła. Maksymalne stężenie rozpuszczonego stałego CO2 jest ściśle zależne od temperatury kondensatu odpływającego ze skraplacza. Nadmiar CO2 w postaci stałej (Δχ2) może osadzać się na powierzchni wymiany ciepła, powodując wzrost oporu cieplnego. Z tego względu istotny jest właściwy dobór stężenia CO2 i temperatury powierzchni wymiany ciepła. Maksymalne stężenie molowe CO2, oznaczone jako X2 wynosi 0,770 przy temperaturze powierzchni wymiany ciepła równej 206 K, tj -67,2°C. Natomiast przy temperaturze powierzchni wymiany ciepła równej 210,2 K, tj. -63,0°C, maksymalne stężenie molowe CO2 wynosi 0,875. Nienasycony lub nasycony roztwór stałego CO2 w rozpuszczalniku (C) odprowadza się ze skraplacza termosyfonu 1 kierując grawitacyjnie do położnego niżej parownika termosyfonu 3, gdzie doprowadza się do parowania roztworu na skutek doprowadzenia zewnętrznego strumienia ciepła z przestrzeni chłodzonej. W parowniku termosyfonu 3 zachodzi właściwy efekt chłodniczy pozwalający na obniżenie temperatury w przestrzeni chłodzonej poniżej temperatury punktu potrójnego czystego CO2, tj. poniżej -56,5°C. Z parownika termosyfonu 3 odprowadza się parę nasyconą roztworu kierując ją przewodem parowym 4 do skraplacza termosyfonu 1, gdzie doprowadza się do nieizotermicznego skroplenia roztworu (D-A-B). Temperaturę parowania czynnika chłodniczego w parowniku 5 układu chłodniczego reguluje się na podstawie temperatury czynnika chłodniczego odpływającego ze skraplacza termosy
PL 241 912 B1 fonu 1, w takim zakresie aby nadmiar CO2 w postaci stałej osadzający się na powierzchni wymiany ciepła (Δχ2), nie przekraczał określonej grubości, tj. w przykładzie wykonania reguluje się w temperaturę parowania czynnika chłodniczego w parowniku 5 w taki sposób aby zawierała się ona w zakresie od (-67 - DT)°C do (-63 - DT)°C, gdzie DT - wymagana różnica temperatury ze względu na opór przenikania ciepła pomiędzy skraplaczem termosyfonu 1 i parownikiem 5 układu chłodniczego wynikająca z sumy oporów cieplnych złożonej wymiany ciepła obejmującej przejmowanie po stronie wrzącego czynnika chłodniczego, przewodzenie przez ściankę wymiennika ciepła, przejmowania po stronie skraplającego się roztworu stałego dwutlenku węgla, i przewodzenia w warstwie stałego C O2 na powierzchni wymiany ciepła. Wymagana różnica temperatury DT wynosi od 3 do 5 K.
W korzystnym przykładzie wykonania, temperaturę parowania czynnika chłodniczego, etanu R170, w parowniku 5 reguluje się za pomocą zaworu regulacji ciśnienia parowania 10 połączonego ze sterownikiem 11, za pomocą którego zadaje się odpowiednie otwarcie zaworu na podstawie temperatury roztworu stałego dwutlenku węgla w rozpuszczalniku odpływającego ze skraplacza termosyfonu 1 zmierzonej za pomocą czujnika temperatury 12. Temperaturę parowania etanu R170 w parowniku 5, przy wymaganej różnicy temperatury 5 K i nadmiarze CO2, Δχ2 równym 0,100 utrzymuje się na poziomie -72°C do -68°C, najkorzystniej na poziomie -70°C, przez regulację stopnia otwarcia zaworu regulacji ciśnienia parowania 10. Pomiar temperatury uzyskany za pomocą czujnika temperatury 12 wskazuje wartość od -67°C do -63°C. Jeżeli wartość temperatury wskazywana przez czujnik temperatury 12, jest niższa niż -65°C, zwiększa się stopień otwarcia zaworu regulacji ciśnienia parowania 10. Jeżeli wartość temperatury wskazywana przez czujnik temperatury 12, jest wyższa niż -65°C, zmniejsza się stopień otwarcia zaworu regulacji ciśnienia parowania 10. Zawór regulacji ciśnienia parowania jest zaworem o charakterystyce wprost proporcjonalnej, o zakresie regulacji od 0 do 100%, utrzymującym ciśnienie parowania w parowniku 5 na poziomie od 1 bar do 7 bar, przy czym nastawa 0% odpowiada ciśnieniu 1 bar, a nastawa 100% odpowiada ciśnieniu 7 bar. Jeżeli temperatura wskazywana przez czujnik temperatury 12 wynosi -65°C, temperatura parowania etanu R170 w parowniku 5 wynosi -70°C, a stopień otwarcia zaworu regulacji ciśnienia 10 wynosi 25%. Jeżeli temperatura wskazywana przez czujnik temperatury 12 wynosi -67°C, stopień otwarcia zaworu regulacji ciśnienia 10 zwiększa się do wartości 28%. Jeżeli temperatura wskazywana przez czujnik temperatury 12 wynosi -63°C, stopień otwarcia zaworu regulacji ciśnienia 10 zmniejsza się do wartości 22%. W innym korzystnym przykładzie wykonania, reguluje się temperaturę parowania przez nastawienie za pomocą sterownika 11 połączonego z przemiennikiem częstotliwości 13 prędkości obrotowej sprężarki 9 na podstawie temperatury roztworu stałego dwutlenku węgla w rozpuszczalniku odpływającego ze skraplacza termosyfonu 1 zmierzonej za pomocą czujnika temperatury 12.
W korzystnych przykładach wykonania sterownik 11 zadaje odpowiedni sygnał wyjściowy do zaworu regulacji ciśnienia parowania 10 lub przemiennikiem częstotliwości 13 na podstawie zmierzonej temperatury roztworu i wprowadzonych do sterownika danych dotyczących przebiegu linii równowagi fazowej i wymaganej różnicy temperatury DT. W korzystnym przykładzie wykonania zastosowano sprężarkę 5 z silnikiem zasilanym prądem przemiennym trójfazowym przez przemiennik częstotliwości. Przy częstotliwości prądu równej 50 Hz, prędkość obrotowa silnika sprężarki 5 wynosi 2900 obr./min. Przemiennik częstotliwości 13 reguluje częstotliwość prądu w zakresie 30 Hz do 70 Hz. Prędkość obrotowa silnika sprężarki 5 odpowiadająca częstotliwości prądu 30 Hz wynosi 1740 obr./min, natomiast odpowiadająca częstotliwości 70 Hz wynosi 4060 obr./min. Temperaturę parowania etanu R170 w parowniku 5, przy wymaganej różnicy temperatury 5 K i nadmiarze C02, AX2 równym 0,100 utrzymuje się na poziomie -72°C do -68°C, najkorzystniej na poziomie -70°C, przez zmianę częstotliwości prądu za pomocą przemiennika częstotliwości 13. Pomiar temperatury uzyskany za pomocą czujnika temperatury 12 wskazuje wartość od -67°C do -63°C. Jeżeli wartość temperatury wskazywana przez czujnik temperatury 12, jest niższa niż -65°C, zmniejsza się częstotliwość prądu. Jeżeli wartość temperatury wskazywana przez czujnik temperatury 12, jest wyższa niż -65°C, zwiększa się częstotliwość prądu. Jeżeli temperatura wskazywana przez czujnik temperatury 12 wynosi 70°C, temperatura parowania etanu R170 w parowniku 5 wynosi -65°C, częstotliwość prądu na wyjściu z przemiennika częstotliwości 13 wynosi 50 Hz, a prędkość obrotowa silnika sprężarki 5 wynosi 2900 obr./min. Jeżeli temperatura wskazywana przez czujnik temperatury 12 wynosi -67°C, częstotliwość prądu na wyjściu z przemiennika częstotliwości 13 zmniejsza się do wartości 30 Hz, a prędkość obrotowa sprężarki 5 zmniejsza się do 1740 obr./min. Jeżeli temperatura wskazywana przez czujnik temperatury 12 wynosi -63°C, częstotliwość prądu zwiększa się do 70 Hz, a prędkość obrotowa sprężarki zwiększa się do 4060 obr./min.
PL 241 912 B1
Wykaz oznaczeń:
- skraplacz termosyfonu
- przewód rurowy cieczowy
- parownik termosyfonu
- przewód rurowy parowy
- parownik
- zawór rozprężny
- wymiennik regeneracyjny
- skraplacz
- sprężarka
- zawór regulacji ciśnienia parowania
- sterownik
- czujnik temperatury
- przemiennik częstotliwości
Claims (8)
1. Układ chłodniczy zawierający co najmniej jedną sprężarkę 9, co najmniej jeden skraplacz 8, co najmniej jeden wymiennik regeneracyjny 7, zawór rozprężny 6 i parownik 5, połączony z termosyfonowym układem przenoszenia ciepła zawierającym skraplacz termosyfonu 1, którego króciec wylotowy jest połączony przewodem rurowym cieczowym 2 z króćcem wlotowym położonego niżej parownika termosyfonu 3, którego króciec wylotowy jest połączony przewodem rurowym parowym 4 z króćcem wlotowym skraplacza termosyfonu 1, a parownik 5 układu chłodniczego stanowi jednocześnie skraplacz układu termosyfonowego, znamienny tym, że czynnikiem chłodniczym w układzie termosyfonowym jest roztwór stałego dwutlenku węgla w ciekłym rozpuszczalniku.
2. Układ chłodniczy według zastrz. 1, znamienny tym, że na wyjściu z parownika (5) zainstalowany jest zawór regulacji ciśnienia parowania (10) połączony ze sterownikiem (11) i czujnikiem temperatury (12).
3. Układ chłodniczy według zastrz. 1, znamienny tym, że sprężarka (9) jest zasilana prądem elektrycznym poprzez przemiennik częstotliwości (13), połączony ze sterownikiem (11) i czujnikiem temperatury (12).
4. Układ chłodniczy według któregokolwiek z zastrz. 1 do 3, znamienny tym, że czynnikiem chłodniczym w układzie termosyfonowym jest roztwór stałego dwutlenku węgla o stężeniu molowym w zakresie od 25 do 95% w ciekłym rozpuszczalniku wybranym z grupy obejmującej węglowodory: butan R600, izobutan R600a, propan R290, etan R170, etylen R1150; halogenowane węglowodory: difluoroetan R152a, tetrafluroroetan R134a, tetrafluoropropen R1234, difluorometan R32 oraz trifluoroj odom etan R13I1; i ich mieszaniny.
5. Sposób przenoszenia ciepła z zastosowaniem układu chłodniczego jak zdefiniowano w którymkolwiek z zastrz. 1 do 4, znamienny tym, że w skraplaczu termosyfonu (1) chłodzi się pary roztworu doprowadzając do krystalizacji CO2 na powierzchni wymiany ciepła skraplacza termosyfonu (1), a następnie doprowadza się do rozpuszczenia nadmiaru skrystalizowanego CO2 przez parowy film rozpuszczalnika kondensującego na powierzchni wymiany ciepła skraplacza termosyfonu (1), a roztwór stałego CO2 w rozpuszczalniku odprowadza się ze skraplacza termosyfonu (1), kierując grawitacyjnie roztwór stałego CO2 do parownika termosyfonu (3), gdzie doprowadza się do parowania roztworu stałego CO2, uzyskując właściwy efekt chłodniczy doprowadzając do obniżenia temperatury w przestrzeni chłodzonej, a następnie kieruje odpływ nasyconej pary roztworu z parownika termosyfonu (3) i odprowadza się przewodem parowym (4) do skraplacza termosyfonu (1), doprowadzając do nieizotermicznego skroplenia roztworu w skraplaczu (1).
6. Sposób według zastrzeżenia 5, znamienny tym, że reguluje się stężenie rozpuszczonego stałego CO2 poprzez zmianę temperatury parowania w układzie chłodniczym przez zmianę ciśnienia lub zmianę prędkości obrotowej sprężarki (9).
7. Sposób według zastrzeżenia 6, znamienny tym, że reguluje się temperaturę parowania przez nastawienie za pomocą sterownika (11) odpowiedniego stopnia otwarcia zaworu regu
PL241 912 Β1 lacji ciśnienia parowania (10) na podstawie temperatury roztworu stałego dwutlenku węgla w rozpuszczalniku odpływającego ze skraplacza termosyfonu (1) zmierzonej za pomocą czujnika temperatury (12).
8. Sposób według zastrzeżenia 6, znamienny tym, że reguluje się temperaturę parowania przez nastawienie za pomocą sterownika (11) połączonego z przemiennikiem częstotliwości (13) prędkości obrotowej sprężarki (9) na podstawie temperatury roztworu stałego dwutlenku węgla w rozpuszczalniku odpływającego ze skraplacza termosyfonu (1) zmierzonej za pomocą czujnika temperatury (12).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PLP.434999 | 2020-08-18 | ||
| PL434999A PL241911B1 (pl) | 2020-08-18 | 2020-08-18 | Dwufazowy termosyfonowy obieg cieplny pracujący z dwutlenkiem węgla, układ chłodniczy zawierający taki dwufazowy termosyfonowy obieg cieplny oraz sposób przenoszenia ciepła z jego zastosowaniem |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL438765A1 PL438765A1 (pl) | 2022-02-21 |
| PL241912B1 true PL241912B1 (pl) | 2022-12-27 |
Family
ID=80492612
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL434999A PL241911B1 (pl) | 2020-08-18 | 2020-08-18 | Dwufazowy termosyfonowy obieg cieplny pracujący z dwutlenkiem węgla, układ chłodniczy zawierający taki dwufazowy termosyfonowy obieg cieplny oraz sposób przenoszenia ciepła z jego zastosowaniem |
| PL438765A PL241912B1 (pl) | 2020-08-18 | 2021-08-18 | Układ chłodniczy z termosyfonowym układem przenoszenia ciepła pracującym z roztworem stałego dwutlenku węgla i sposób przenoszenia ciepła z zastosowaniem takiego układu |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL434999A PL241911B1 (pl) | 2020-08-18 | 2020-08-18 | Dwufazowy termosyfonowy obieg cieplny pracujący z dwutlenkiem węgla, układ chłodniczy zawierający taki dwufazowy termosyfonowy obieg cieplny oraz sposób przenoszenia ciepła z jego zastosowaniem |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (2) | PL241911B1 (pl) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001091173A (ja) * | 1999-09-24 | 2001-04-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 熱搬送装置 |
| PL418198A1 (pl) * | 2016-08-03 | 2018-02-12 | Bti Promocja Polskiego Eksportu Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością | Pompa ciepła z regeneratorem gazowo-cieczowym |
-
2020
- 2020-08-18 PL PL434999A patent/PL241911B1/pl unknown
-
2021
- 2021-08-18 PL PL438765A patent/PL241912B1/pl unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001091173A (ja) * | 1999-09-24 | 2001-04-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 熱搬送装置 |
| PL418198A1 (pl) * | 2016-08-03 | 2018-02-12 | Bti Promocja Polskiego Eksportu Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością | Pompa ciepła z regeneratorem gazowo-cieczowym |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| M. SOBIERAJ ET AL: "Applied Thermal Engineering 161 (2019)", "HIGH PHASE-SEPARATION EFFICIENCY AUTO-CASCADE SYSTEM WORKING WITH A BLEND OF CARBON DIOXIDE FOR LOW-TEMPERATURE ISOTHERMAL REFRIGERATION" * |
| M. SOBIERAJ: "Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja 49/5 (2018), str. 188-195", "MIESZANINY C02 I SYNTETYCZNYCH CZYNNIKÓW CHŁODNICZYCH HFC W OBIEGACH PODKRYTYCZNYCH" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL438765A1 (pl) | 2022-02-21 |
| PL434999A1 (pl) | 2022-02-21 |
| PL241911B1 (pl) | 2022-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9994751B2 (en) | Absorption refrigeration cycles using a LGWP refrigerant | |
| ES2645091T3 (es) | Trans-cloro-3,3,3-trifluoropropeno para uso en aplicaciones enfriadoras | |
| JP4420807B2 (ja) | 冷凍装置 | |
| WO2017145826A1 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
| BR112012005348B1 (pt) | Fluido de transferência de calor em substituição do r-410a | |
| WO2003085345A1 (en) | Loop-type thermosiphon and stirling refrigerator | |
| Sobieraj | Development of novel wet sublimation cascade refrigeration system with binary mixtures of R744/R32 and R744/R290 | |
| JP7081600B2 (ja) | 共沸または共沸様組成物、熱サイクル用作動媒体および熱サイクルシステム | |
| JP2000346466A (ja) | 蒸気圧縮式冷凍サイクル | |
| JP6393895B2 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
| PL241912B1 (pl) | Układ chłodniczy z termosyfonowym układem przenoszenia ciepła pracującym z roztworem stałego dwutlenku węgla i sposób przenoszenia ciepła z zastosowaniem takiego układu | |
| WO1998023703A1 (en) | Method of charging mixed cooling medium | |
| KR101754225B1 (ko) | 탄화수소 혼합 냉매 및 이것의 조성비를 결정하기 위한 시뮬레이션 장치 | |
| CN106566476A (zh) | 一种环境友好型三元非共沸高冷凝温度制冷剂及其充注方法 | |
| Zhang et al. | Flow boiling heat transfer characteristics of the new hydrocarbon blend R487A in a horizontal tube: an experimental study | |
| JP6958769B1 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
| KR20240065296A (ko) | 저 gwp 열 전달 조성물 | |
| Du et al. | Effect of residual non-condensable gases on the performance of a carbon dioxide evaporator and the system performance | |
| JP2000337785A (ja) | 空調冷凍装置 | |
| JPS6356918B2 (pl) | ||
| JP2017020687A (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
| JP2002081798A (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
| JPS6356915B2 (pl) | ||
| JPS6111985B2 (pl) | ||
| JP2007155174A (ja) | 非共沸混合冷媒を使用するヒートポンプシステムまたは空調機若しくは冷凍機システム |