RU2119132C1

RU2119132C1 - Method of operation of air refrigerating machine

Info

Publication number: RU2119132C1
Application number: RU96117396A
Authority: RU
Inventors: Л.А. Акулов; С.С. Будневич; В.Э. Мельников; А.А. Петрунин
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Центр ВМ - технологий"
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 1998-09-20

Abstract

FIELD: refrigerating engineering. SUBSTANCE: part of forward flow of air cooled and dehumidified in change-over passages is heated in non-change-over passage and is fed to change-over passages after passing of forward flow for sublimation of part of water steam and carrying it to sections of passages at higher temperature, thus ensuring complete removal of ice from checker and walls of passages from forward flow by reverse flow passing through change-over passages of heat exchanger. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха и в системах, предназначенных для охлаждения и замораживания различных продуктов. The invention relates to refrigeration and can be used in air conditioning systems and in systems designed for cooling and freezing various products.

Известен способ работы холодильной машины, включающей в себя два регенератора, холодильную камеру, турбодетандер и турбокомпрессор (нагнетатель), по которому атмосферный воздух проходит через один из регенераторов, которые работают по двухпериодной схеме, охлаждается с одновременной конденсацией и вымораживанием влаги на насадке регенератора, далее поступает в холодильную камеру, где отнимает теплоту от объекта охлаждения, затем направляется в турбодетандер, где расширяется до давления ниже атмосферного и поступает во второй регенератор, охлаждая его насадку и сублимируя примеси H₂O, выпавшие на насадке из атмосферного воздуха, а по выходе из регенератора поступает в турбокомпрессор (нагнетатель), где сжимается и выбрасывается в атмосферу [1] .A known method of operation of a refrigerating machine, including two regenerators, a refrigerating chamber, a turboexpander and a turbocharger (supercharger), through which atmospheric air passes through one of the regenerators, which operate according to a two-period circuit, is cooled with simultaneous condensation and freezing of moisture on the regenerator nozzle, then enters the refrigeration chamber, where it takes away heat from the cooling object, then goes to the turboexpander, where it expands to below atmospheric pressure and enters the second regenerator Torr, cooling it nozzle and sublimating impurities H ₂ O, the precipitated on the nozzle from the ambient air, and on the exit from the regenerator is supplied to the turbocharger (supercharger) where it is compressed and discharged into the atmosphere [1].

Однако в связи с тем, что прямой и обратный потоки, проходящие через регенераторы, равны, а отношение давлений прямого потока к обратному не превышает двух, то не обеспечивается полный вынос отложений H₂O с насадки регенераторов обратным потоком, что с течением времени приводит к накоплению на насадке отложений H₂O, повышению гидравлического сопротивления регенераторов.However, due to the fact that the forward and reverse flows passing through the regenerators are equal, and the ratio of the forward and reverse pressures does not exceed two, the complete removal of H ₂ O deposits from the regenerator nozzle in the reverse flow is not ensured, which over time leads to accumulation on the nozzle of deposits of H ₂ O, increase the hydraulic resistance of regenerators.

Этого недостатка лишена установка, способ работы которой предложен в [2] . Эта установка содержит турбокомпрессор, три переключающиеся регенератора, работающих по трехпериодной схеме, имеющих встроенные змеевики, холодильную камеру, турбодетандер и дроссель. This disadvantage is deprived of the installation, the method of operation of which was proposed in [2]. This installation contains a turbocompressor, three switching regenerators operating on a three-period scheme, having built-in coils, a cooling chamber, a turboexpander and a throttle.

Атмосферный воздух поступает в первый регенератор, где охлаждается, из него на насадке выпадают примеси H₂O. По выходу из регенератора основная часть потока поступает в холодильную камеру, где отводит теплоту от объекта охлаждения, а меньшая - отводится в змеевики, встроенные в насадку регенератора, проходя которые подогреваются до температуры, близкой к температуре окружающей среды и после дросселирования подается в несколько сечений по высоте второго регенератора, расположенных в зоне вымораживания H₂O, перебрасывая часть отложений H₂O с нижележащих в вышележащие сечения регенератора. В этот период через третий регенератор проходит обратный поток воздуха, давление которого ниже атмосферного и который выносит примеси H₂O, находящиеся на насадке. Прохождение через регенератор перед передачей в него обратного потока потока воздуха, подогретого в змеевиках, позволяет перебросить часть H₂O в более теплую зону регенератора и создать благоприятные условия для выноса обратным потоком конденсата и льда с насадки регенератора, обеспечивая его полную самоочистку от влаги.Atmospheric air enters the first regenerator, where it is cooled, H ₂ O impurities fall out of it on the nozzle. Upon exiting the regenerator, the main part of the flow enters the cooling chamber, where it removes heat from the cooling object, and the smaller part is discharged into the coils built into the regenerator nozzle passing which are heated to a temperature close to the ambient temperature and after throttling is fed into several sections along the height of the second regenerator located in the freezing zone of H ₂ O, transferring part of the deposits of H ₂ O from the underlying to the overlying sections of the regenerator. During this period, a reverse air stream passes through the third regenerator, the pressure of which is below atmospheric and which carries out the H ₂ O impurities located on the nozzle. Passing through the regenerator before transferring the reverse flow of air heated in the coils into it allows transferring part of the H ₂ O to the warmer zone of the regenerator and creating favorable conditions for the return of condensate and ice from the regenerator nozzle, ensuring its complete self-cleaning from moisture.

Недостатком данного способа обеспечения работы турбохолодильной установки является наличие трех регенераторов достаточно сложной конструкции, в насадку которых встроены змеевики и в нижней части которых в нескольких сечениях по высоте должны быть предусмотрены вводы для подачи воздуха, подогретого в змеевиках. Это приводит к необходимости наличия регенераторов достаточно сложной конструкции и усложнению в целом схемы установки. The disadvantage of this method of ensuring the operation of the turbo-refrigeration unit is the presence of three regenerators of a rather complicated design, in the nozzle of which coils are built-in and in the lower part of which inlets must be provided in several sections in height for supplying air heated in the coils. This leads to the necessity of having regenerators of a rather complicated design and complicating the overall installation scheme.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - разработать способ работы воздушной холодильной машины, который обеспечит длительную работу установки, имеющей по сравнению с прототипом повышенную компактность и более простую конструкцию. The problem to which the claimed invention is directed is to develop a method of operating an air-cooled machine that will ensure long-term operation of the installation, which has increased compactness and a simpler construction compared to the prototype.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого способа, заключается в использовании для осуществления процессов охлаждения и осушки атмосферного воздуха, применяемого для охлаждения объекта в холодильной камере, пластинчато-ребристого теплообменника с тремя группами переключающихся каналов, работающих по трехпериодной схеме и одной группой - непереключающихся, в которых процесс теплообмена и массообмена организован так, что обеспечивается полная самоочистка каналов от примесей H₂O, выпавших на насадке и стенках каналов в процессе охлаждения в них атмосферного потока воздуха. Применение пластинчато-ребристого теплообменника вместо нескольких регенераторов со встроенными змеевиками, имеющих достаточно сложную конструкцию, позволяет существенно упростить конструкцию установки и сделать ее более компактной.The technical result that can be obtained by using the proposed method is to use a plate-fin heat exchanger with three groups of switching channels operating in a three-period scheme and one group for cooling and drying the atmospheric air used to cool an object in a refrigerator, Items that can not, in which the process of heat transfer and mass transfer is organized so that the total self-cleaning of the channels provided by the impurities H ₂ O, the separated at NASA Ke and the channel walls in the cooling process in which air flow. The use of a plate-fin heat exchanger instead of several regenerators with built-in coils, having a rather complicated design, can significantly simplify the design of the installation and make it more compact.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе работы воздушной холодильной машины, включающем охлаждение прямого воздуха с конденсацией и вымораживанием влаги на стенках каналов в первой секции переключающихся каналов, последующее разделение потока на две части, одну из которых нагревают в холодильной камере, расширяют в турбодетандере и в виде обратного потока подают в третью переключающуюся секцию, из которой он, подогреваясь, уносит влагу, затем эту часть сжимают в нагнетателе, согласно изобретению теплообмен между прямым и обратным потоками воздуха осуществляют в пластинчато-ребристом теплообменнике с тремя секциями переключающихся каналов и одной секцией непереключающихся каналов, через которую пропускают оставшуюся часть потока после выхода из первой секции переключающихся каналов, затем ее дросселируют и направляют во вторую секцию переключающихся каналов, пропуская с холодного конца до теплового. The specified technical result is achieved by the fact that in the method of operation of an air refrigerating machine, including direct air cooling with condensation and freezing of moisture on the channel walls in the first section of the switching channels, the subsequent separation of the flow into two parts, one of which is heated in the refrigerating chamber, is expanded in a turbine expander and in the form of a reverse flow is fed into the third switching section, from which it, when heated, carries away moisture, then this part is compressed in a blower, according to the invention, heat exchange between direct and reverse air flows are carried out in a plate-fin heat exchanger with three sections of switching channels and one section of non-switching channels, through which the remaining part of the stream is passed after leaving the first section of switching channels, then it is throttled and sent to the second section of switching channels, passing from the cold end to heat.

На чертеже представлена схема установки. Воздушная холодильная установка содержит нагнетатель (вакуум-насос) 1, пластинчато-ребристый теплообменник 2 с тремя секциями переключающихся каналов 3, 4 и 5 и одной секцией непереключающихся каналов 6, дроссель 7, холодильную камеру 8 и турбодетандер 9. The drawing shows the installation diagram. The air refrigeration unit contains a supercharger (vacuum pump) 1, a plate-fin heat exchanger 2 with three sections of switching channels 3, 4 and 5 and one section of non-switching channels 6, a throttle 7, a cooling chamber 8 and a turbine expander 9.

Способ осуществляется следующим образом. Атмосферный воздух поступает в пластинчато-ребристый теплообменник, имеющий три секции переключающихся каналов, работающих по трехпериодной схеме. В первый период воздух поступает в первую секцию переключающихся каналов 3, проходя которые, воздух охлаждается, отдавая теплоту насадке и стенкам каналов. Одновременно с охлаждением воздух очищается от водяных паров, которые выпадают на стенках каналов и насадке в виде конденсата, а затем - в виде льда. Охлажденный и очищенный от влаги воздух после первой секции каналов 3 делят на две части. Основная его часть поступает в холодильную камеру 8, где отводит теплоту от охлаждаемого в камере объекта охлаждения, а меньшая часть поступает в непереключающуюся секцию каналов 6, где подогревается до температуры, близкий температуре окружающей среды. В этот же период работы подогретый поток проходит через дроссель 7, его давление снижается до давления отбросного потока и его подают во вторую секцию каналов 4, по которым в предыдущий период проходил атмосферный воздух и где на стенках каналов и насадке выпали отложения H₂O. В связи с тем, что этот поток имеет температуру, значительно превышающую температуру стенок каналов и насадки, то происходит сублимация льда с поверхности стенок каналов 4 и насадки в этот поток. Однако величина этого потока мала, и он сравнительно быстро охлаждается и насыщается водяными парами, а при дальнейшем охлаждении из него на насадку и стенки каналов 4 начинает выпадать лед. Но выпадение этого льда происходит в вышерасположенных сечениях каналов 4 по отношению к холодному концу, что позволяет часть отложений H₂O с помощью данного потока перебросить с нижележащих в вышележащие сечения каналов 4. Лед, а затем и капельная влага уносятся с насадки и стенок каналов 4 этим потоком, но ввиду его небольшой величины очистка каналов 4 от отложений H₂O незначительна.The method is as follows. Atmospheric air enters a plate-fin heat exchanger having three sections of switching channels operating in a three-period pattern. In the first period, air enters the first section of the switching channels 3, passing through which the air is cooled, giving heat to the nozzle and the walls of the channels. Simultaneously with cooling, the air is cleaned of water vapor that falls on the walls of the channels and the nozzle in the form of condensate, and then in the form of ice. The air cooled and free of moisture after the first section of channels 3 is divided into two parts. Its main part enters the cooling chamber 8, where it removes heat from the cooling object being cooled in the chamber, and the smaller part enters the non-switching section of the channels 6, where it is heated to a temperature close to the ambient temperature. In the same period of operation, the heated stream passes through the throttle 7, its pressure decreases to the pressure of the waste stream and it is fed into the second section of channels 4, through which atmospheric air passed in the previous period and where H ₂ O deposits fell on the channel walls and nozzle. Due to the fact that this stream has a temperature significantly higher than the temperature of the walls of the channels and nozzles, sublimation of ice occurs from the surface of the walls of the channels 4 and nozzles into this stream. However, the magnitude of this flow is small, and it is relatively quickly cooled and saturated with water vapor, and with further cooling, ice begins to fall from it onto the nozzle and the walls of channels 4. But the precipitation of this ice occurs in the upstream sections of the channels 4 with respect to the cold end, which allows part of the H ₂ O deposits to be transferred with the help of this stream from the underlying sections to the overlying sections 4. Ice and then drip moisture are carried away from the nozzle and the walls of the channels 4 by this stream, but due to its small size, the purification of channels 4 from H ₂ O deposits is insignificant.

В этот же период в секцию каналов 5 с холодного конца теплообменника поступает отбросной поток воздуха, который по выходу из холодильной камеры 8 расширился в турбодетандере 9. Этот поток отбросного (вакуумного) воздуха, отсасываемого из теплообменника 2 вместе с потоком, выходящим из секции каналов 4, нагнетателем (вакуум-насосом) 1, охлаждает насадку и стенки каналов 5. Одновременно этот поток выносит из этой секции каналов отложения H₂O, которые остались в каналах, но за счет прохождения в предыдущем периоде подогретого потока были переброшены им с холодного конца каналов в глубину, где температура насадки выше, и где максимально допустимый перепад температур между прямым и отбросным потоком выше, чем действительный перепад температур между ними. Это создает необходимые условия для полного выноса отбросным (вакуумным) потоком отложений H₂O.In the same period, a waste air stream enters the channel section 5 from the cold end of the heat exchanger, which, upon exiting the cooling chamber 8, expands in the turbine expander 9. This waste air (vacuum) stream is sucked out of the heat exchanger 2 along with the stream leaving the channel section 4 , blower (vacuum pump) 1, cools the nozzle and the channel wall 5. at the same time this flow makes this section of H ₂ O deposition channels which have remained in the channels, but by passing a stream of preheated prior period were transferred us them to the cold end of the channel in a depth where temperature is above the nozzle, and wherein the maximum temperature difference between the direct and waste streams is higher than the actual temperature difference therebetween. This creates the necessary conditions for the complete removal of H ₂ O deposits by the waste (vacuum) stream.

Во второй период работы в секцию каналов 3 поступает с холодного конца поток воздуха, подогретый в секции каналов 6, в секцию каналов 4 подается вакуумный поток воздуха после расширения в турбодетандере 9, в секцию каналов 5 поступает для охлаждения и осушки атмосферный воздух. In the second period of operation, the air stream heated in the channel section 6 enters the channel section 3 from the cold end, the vacuum air stream is fed into the channel section 4 after expansion in the turboexpander 9, atmospheric air enters the channel section 5 for cooling and drying.

В третий период работы в секцию каналов 3 подается вакуумный поток воздуха для охлаждения каналов и полного выноса отложений H₂O, в секцию каналов 4 атмосферный воздух для охлаждения и осушки, а в секцию каналов 5 - с холодного конца подается поток воздуха, подогретый в секции непереключающихся каналов 6.In the third period of operation, a vacuum air stream is supplied to the channel section 3 for cooling the channels and the complete removal of H ₂ O deposits, atmospheric air to the channel section 4 for cooling and drying, and the air stream heated in the section is fed from the cold end to the channel section 5 non-switching channels 6.

Источники информации
1. Холодильные машины. Н.Н. Кошкин, А.И.Сакун, Е.М.Бамбушек и др. -Л.: Машиностроение, 1985, с. 366.Sources of information
1. Refrigerators. N.N. Koshkin, A.I. Sakun, E.M. Bambushek, et al. -L.: Mechanical Engineering, 1985, p. 366.

2. А.c. СССР, N 1513346, кл. F 25 B 11/00, 1989. 2. A.c. USSR, N 1513346, class F 25 B 11/00, 1989.

Claims

The method of operation of an air-cooled machine, including cooling a direct air stream with condensation and freezing of moisture on the walls of the channels in the first section of the switching channels, the subsequent separation of the stream into two parts, one of which is heated in the cooling chamber, is expanded in a turboexpander and fed to the expander the third switching section, from which it, when heated, carries away moisture, then this part is compressed in a supercharger, characterized in that the heat exchange between direct and reverse air flows a plate-fin heat exchanger with three sections of switched channels and audio channels none-section through which passes the remaining portion of the stream after exiting the first section of the switching channels, then it is throttled and fed to the second section of the switching channels, flowing from the cold end to the warm.