RU2547344C2 - Cascade refrigerating unit - Google Patents
Cascade refrigerating unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2547344C2 RU2547344C2 RU2011120843/06A RU2011120843A RU2547344C2 RU 2547344 C2 RU2547344 C2 RU 2547344C2 RU 2011120843/06 A RU2011120843/06 A RU 2011120843/06A RU 2011120843 A RU2011120843 A RU 2011120843A RU 2547344 C2 RU2547344 C2 RU 2547344C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cascade
- water
- condenser
- evaporator
- branch
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в системах кондиционирования, в пищевой и химической промышленности.The invention relates to refrigeration and can be used in air conditioning systems, in the food and chemical industries.
Задачей настоящего изобретения является исключение зависимости функционирования холодильной каскадной установки от температуры внешней природной среды при отводе в нее тепла, существенное уменьшение количества применяемых в ней промышленных хладагентов с одновременным ростом экологичности и термодинамической эффективности работы каскадной холодильной установки, снижение расхода подводимой извне работы для привода установки.The objective of the present invention is to eliminate the dependence of the functioning of the cascade refrigeration unit on the temperature of the external environment when heat is removed therein, to substantially reduce the amount of industrial refrigerants used in it while increasing the environmental friendliness and thermodynamic efficiency of the cascade refrigeration unit, and to reduce the consumption of external work for the unit drive.
Уровень техники.The level of technology.
Известна холодильная каскадная установка с различными рабочими веществами, состоящая из двух одноступенчатых холодильных машин с замкнутыми контурами хладагентов, называемых нижней и верхней ветвью каскада и объединяемых общим конденсатором-испарителем. В нижней ветви каскада используется рабочее вещество низкого давления, которое получает тепло от источника низкой температуры в испарителе своего замкнутого контура и кипит, пар сжимается в компрессоре и направляется в общий конденсатор-испаритель, где конденсируется. Теплота конденсации рабочего вещества нижней ветви каскада отбирается рабочим веществом холодильной машины верхней ветви каскада, как правило, рабочим веществом среднего давления, которое кипит в конденсаторе-испарителе. Пары рабочего вещества верхней ветви каскада сжимаются компрессором с повышением их температурного потенциала выше аналогичных значений во внешней среде, после чего тепло этого каскада передается в окружающее пространство воздуху, или воде посредством теплопередачи (Н.Н.Кошкин, И.А.Сакун, Е.М.Бамбушек и др. Холодильные машины, Л., Машиностроение, 1985 г., с.91-96).Known refrigeration cascade unit with various working substances, consisting of two single-stage refrigerators with closed refrigerant circuits, called the lower and upper branch of the cascade and combined by a common condenser-evaporator. The low pressure working medium is used in the lower branch of the cascade, which receives heat from a low temperature source in the evaporator of its closed circuit and boils, steam is compressed in the compressor and sent to a common condenser-evaporator, where it is condensed. The condensation heat of the working substance of the lower branch of the cascade is taken away by the working substance of the refrigerating machine of the upper branch of the cascade, as a rule, by the medium pressure medium, which boils in a condenser-evaporator. Vapors of the working substance of the upper branch of the cascade are compressed by the compressor with an increase in their temperature potential above similar values in the external environment, after which the heat of this cascade is transferred to the surrounding air to air or water through heat transfer (N.N. Koshkin, I.A. Sakun, E. M. Bambushek and other Refrigerators, L., Mechanical Engineering, 1985, p. 91-96).
Известна холодильная установка, содержащая два контура хладагента, при этом первый и второй контуры одинаково содержат каждый - компрессор, конденсатор, испаритель и отделитель жидкого хладагента. В качестве аккумулятора холода второго - верхнего контура (каскада) используется емкость с жидкостью, аккумулирующей холод (например, водой), через которую пропущен теплообменник второго контура. В зависимости от внешних условий и состояния установки система автоматического регулирования выводит ее на необходимые режимы работы, такие как параллельная работа обоих контуров, кондиционирование с аккумуляцией холода, только аккумуляция холода, работа только первого контура, работа только второго контура (Патент США 5323618).Known refrigeration unit containing two refrigerant circuits, with the first and second circuits equally containing each - compressor, condenser, evaporator and liquid refrigerant separator. As a cold accumulator of the second - upper circuit (cascade), a container with a liquid that accumulates cold (for example, water) is used, through which a heat exchanger of the second circuit is passed. Depending on the external conditions and the state of the installation, the automatic control system displays it for the necessary operating modes, such as parallel operation of both circuits, air conditioning with cold storage, only cold storage, only the primary circuit, only the secondary circuit (US Patent 5323618).
Наиболее близкой по своей сущности является холодильная установка, содержащая замкнутый контур (каскад) хладагента, в котором последовательно установлены компрессор, конденсатор, теплообменник, дроссельный вентиль и три параллельных испарителя, причем второй и третий испарители выполнены в виде технологического и режимного аккумуляторов холода (Патент РФ 2199706, МПК6 F25B 5/02. - Бюл. №6, 27.02.2003).The closest in essence is a refrigeration unit containing a closed circuit (cascade) of refrigerant, in which a compressor, a condenser, a heat exchanger, a throttle valve and three parallel evaporators are installed in series, the second and third evaporators being made in the form of technological and operating cold accumulators (RF Patent 2199706, IPC 6 F25B 5/02. - Bull. No. 6, 02.27.2003).
К недостаткам указанных устройств следует отнести зависимость температуры конденсации хладагента и температуры жидкого хладагента в верхнем каскаде от изменения температурных параметров внешней окружающей среды в течение года до плюс-минус 400% и более по отношению к среднегодовой температуре местности в °С, необходимость регулирования условий работы холодильной установки в столь широком ежегодном диапазоне изменения атмосферных температур, сопровождающихся значительным разбросом давлений в каскаде от 4 до 12 бар для большинства промышленно используемых хладагентов, многоступенчатость преобразования отбираемой тепловой энергии с промежуточным аккумулирующим устройством, которая сопровождается потерями и снижает кпд системы отбора тепла в целом, существенная сложность конструкции по причине заложенной в нее универсальности, обязательный температурный возврат замкнутых участков контуров каждого каскада к определенному диапазону их параметров в начале цикла, что понижает термодинамическую эффективность холодильной установки.The disadvantages of these devices include the dependence of the temperature of condensation of the refrigerant and the temperature of the liquid refrigerant in the upper cascade from changes in the temperature parameters of the external environment during the year to plus or minus 400% or more with respect to the average annual temperature in ° C, the need to regulate the working conditions of the refrigeration installations in such a wide annual range of atmospheric temperatures, accompanied by a significant pressure spread in the cascade from 4 to 12 bar for most of industrially used refrigerants, the multi-stage conversion of the extracted heat energy with an intermediate storage device, which is accompanied by losses and reduces the efficiency of the heat extraction system as a whole, the significant design complexity due to its inherent versatility, the required temperature return of closed sections of the circuits of each cascade to a certain range of their parameters in the beginning of the cycle, which reduces the thermodynamic efficiency of the refrigeration unit.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Предлагаемое устройство основано на преимущественном использовании повсеместно доступных природных веществ - воды и воздуха в качестве экологически чистых хладагентов, поступающих из окружающей природной среды и возвращаемых в нее при реализации в холодильной машине разомкнутых контуров верхнего и нижнего каскадов. Устройство является синергетической системой, будучи по своему составу открытой динамической и неравновесной, которая обменивается энергией с окружающей средой без достижения с ней теплового уравновешивания.The proposed device is based on the predominant use of universally available natural substances - water and air as environmentally friendly refrigerants coming from the natural environment and returned to it when the open circuits of the upper and lower cascades are realized in a refrigerator. The device is a synergistic system, being in its composition open dynamic and nonequilibrium, which exchanges energy with the environment without achieving thermal balance with it.
Отличительные признаки заявленного технического решения от прототипа:Distinctive features of the claimed technical solution from the prototype:
применение разрежения во всем внутреннем пространстве испарителя-конденсатора, полная независимость от температурных параметров окружающей природной среды, повышенная степень экологичности, обусловленная использованием воды и воздуха в качестве хладагентов, увеличение термодинамической эффективности холодильной каскадной установки в целом вследствие использования самого термодинамически выгодного и доступного вещества - воды, исключения промежуточных ступеней теплопередачи и применения разомкнутых каскадов, позволяющих обойтись без создания дополнительных устройств с затратами в них дополнительной энергии на замыкание каждой ветви каскада в обратном холодильном цикле. Определяющими условиями для стабильной работы предлагаемой холодильной каскадной холодильной установки с разомкнутой ветвью каскада (разомкнутым контуром) является атмосферное давление с диапазоном отклонений плюс-минус 2% к его среднегодовой величине и перепадом строго в пределах 1 бар в верхней разомкнутой ветви каскада.the use of rarefaction in the entire internal space of the evaporator-condenser, complete independence from the temperature parameters of the surrounding environment, an increased degree of environmental friendliness due to the use of water and air as refrigerants, an increase in the thermodynamic efficiency of the refrigerating cascade unit as a whole due to the use of the most thermodynamically advantageous and affordable substance - water , exclusions of intermediate heat transfer stages and the use of open cascades allowing Referring without creating additional costs in devices with them additional energy for each circuit branch in the reverse cascade refrigeration cycle. The determining conditions for the stable operation of the proposed refrigeration cascade refrigeration unit with an open cascade branch (open loop) is atmospheric pressure with a deviation range of plus or minus 2% of its average annual value and a difference strictly within 1 bar in the upper open cascade branch.
Синергетический сверхсуммарный эффект в предлагаемом устройстве определяется тем, что небольшая часть массы экологически чистого рабочего тела верхнего каскада (незначительная причина) используется в энергоемком фазовом превращении первого рода посредством самоиспарения малых количеств воды вследствие снижения давления ниже атмосферного до пограничных значений между низким и средним вакуумом. За счет перераспределения давления с понижением в диапазоне от 100 до 0,1 кПа посредством вакуум-насоса, к которому приложена извне механическая работа, помимо массообменного маломасштабного явления (причины) реализуется значительно более интенсивная энергетическая составляющая пространственной неоднородности в одном из объектов каскадной установки (испарителе-конденсаторе), что создает искусственную температурную неоднородность, как движущую силу в других объектах установки - нижних ветвях каскада, системе в целом. Численное соотношение испаренной массы воды 0,1 кг/с (причины) и соответствующей этой величине 250 кВт мощности теплоотбора (следствия), как однонаправленного процесса, без необходимости замыкания цикла с возвратом в исходную точку температурных показателей, подтверждает наличие синергетического эффекта указанной энерготрансформации с закономерно пониженными на 20% энергозатратами извне на ведение процесса.The synergetic super-cumulative effect in the proposed device is determined by the fact that a small part of the mass of the environmentally friendly working fluid of the upper cascade (an insignificant reason) is used in the energy-intensive phase transformation of the first kind by self-evaporation of small amounts of water due to the reduction of pressure below atmospheric to the boundary values between low and medium vacuum. Due to the redistribution of pressure with a decrease in the range from 100 to 0.1 kPa by means of a vacuum pump, to which mechanical work is applied externally, in addition to the mass transfer small-scale phenomenon (causes), a much more intense energy component of spatial inhomogeneity is realized in one of the objects of the cascade installation (evaporator) -capacitor), which creates an artificial temperature inhomogeneity, as a driving force in other objects of the installation - the lower branches of the cascade, the system as a whole. The numerical ratio of the evaporated mass of water 0.1 kg / s (cause) and the corresponding heat output of 250 kW heat removal (effect), as a unidirectional process, without the need to close the cycle with returning to the starting point of temperature indicators, confirms the presence of a synergistic effect of the specified energy transfer with naturally reduced by 20% energy consumption from the outside to the process.
Сущность изобретения поясняется фигурами 1 и 2. На фиг.1. показана принципиальная схема холодильной каскадной установки с аккумулированием резерва холода в верхнем каскаде; на фиг.2 в едином масштабе объединенной T-S диаграммы для воды, воздуха и аммиака (R718 и R717) показано отображение теплоотбора в верхней и нижней ветвях каскадной холодильной установки;The invention is illustrated by figures 1 and 2. In figure 1. shows a schematic diagram of a cascade refrigeration unit with accumulation of a cold reserve in the upper cascade; figure 2 in a single scale combined T-S chart for water, air and ammonia (R718 and R717) shows the display of heat removal in the upper and lower branches of the cascade refrigeration unit;
Согласно принципиальной схеме (фиг.1.), верхний разомкнутый каскад установки содержит вакуум-насос 1, обратный клапан 2, герметичный термоизолированный испаритель-конденсатор 3, в котором размещен конденсатор нижнего разомкнутого пневматического каскада 11 и конденсатор парокомпрессионного цикла 24. Резерв рабочего тела верхнего каскада - воды, или водно-солевого раствора, заполняет термоизолированный бак-аккумулятор 4, сообщающийся с атмосферой, запорно-регулирующий клапан 5 обеспечивает подачу рабочего тела в испаритель-конденсатор 3. Объемный насос 6 с обратным клапаном 7 после него представляют собой линию возврата охлажденного рабочего тела - воды в бак-аккумулятор 4. Подпитывающий патрубок подачи очищенной воды 8 предназначен для восполнения убывающего количества рабочего тела - воды в процессе работы верхнего каскада.According to the circuit diagram (Fig. 1.), the upper open cascade of the installation contains a
Нижний разомкнутый пневматический каскад включает в себя воздушный фильтр 9, пневмокомпрессор 10, конденсатор влаги в сжатом воздухе 11, влагоотделитель 12, предохранительный клапан 13 сброса воздуха свыше предельно заданного значения, конденсатоотводчик 14, обратный клапан 15, запорно-регулирующие клапаны осушенного холодного воздуха 16 и 17, аэродинамическую волновую резонансную трубу статического типа 18, вихревую трубу 19.The lower open pneumatic cascade includes an
Нижняя замкнутая ветвь каскада с парокомпрессионным циклом работы имеет теплообменник-испаритель 22 в технологическом процессе, компрессор 23, конденсатор 24, который размещен внутри испарителя-конденсатора 3, дроссель 25 на линии жидкого хладагента.The lower closed branch of the cascade with a vapor compression cycle has a heat exchanger-evaporator 22 in the process, a compressor 23, a condenser 24, which is located inside the evaporator-
Холодильная каскадная установка работает следующим образом.Cascade refrigeration works as follows.
Верхняя разомкнутая ветвь каскада: включают вакуум-насос 1 и создают разрежение в термоизолированном испарителе-конденсаторе 3 до величины остаточного абсолютного давления в нем от 500 до 100 Па (от 3,8 до 0,8 Торр). Воду из термоизолированного бака-аккумулятора 4 подают в испаритель-конденсатор 3 за счет созданного вакуум-насосом перепада давлений снаружи и внутри него, через запорно-регулирующий клапан 5. Попадая в вакуумируемое пространство испарителя-конденсатора 3, вода вскипает во всем объеме с образованием низкотемпературных водяных паров, чему сопутствует интенсивный отъем тепла от воды в количестве от 2500 до 2540 кДж/кг полученного водяного пара, при этом температура поданного количества воды резко понижается. Водяной пар удаляют вакуум-насосом 1 из испарителя-конденсатора 3 в атмосферу вне зависимости от ее температурных показателей. Тем самым реализуют известное физическое явление - охлаждение воды за счет самоиспарения ее части вплоть до образования мелкокристаллического льда с кристаллами от 10 до 25 мкм и получения текучей льдо-водяной суспензии - бинарного льда. Охлажденную воду и/или льдоводяную суспензию, откачивают из испарителя-конденсатора 3 объемным насосом 6 в бак-аккумулятор 4, чем создают резервный запас холода на покрытие возникающих пиковых потребностей в нем. Израсходованную часть воды восполняют подачей необходимого ее количества в бак-аккумулятор 4 через патрубок 8, причем добавляемую воду предварительно очищают до требуемого пониженного солесодержания.The upper open branch of the cascade: turn on the
Нижняя разомкнутая ветвь каскада. Включают компрессор 10, насос 20 и открывают запорно-регулирующий клапан 21. Воздух, выполняющий функцию рабочего тела в разомкнутом нижнем каскаде, забирают из атмосферы через фильтр 9. Сжатый воздух, имеющий повышенную температуру после сжатия его компрессором, направляют через охладитель-конденсатор 11, размещенный внутри испарителя-конденсатора 3, где осуществляют теплоотбор холодной водой из верхнего каскада, которую подают насосом 20 в количестве, регулируемом запорно-регулирующим клапаном 21. Отепленную воду, выходящую из конденсатора 11 в испаритель-конденсатор 3, частично сразу испаряют, с удалением водяных паров вакуум-насосом 1 верхнего каскада. Сжатый воздух охлаждают в процессе теплоотбора до температуры ниже точки выпадения в нем влаги - конденсата. Охлажденный воздух вместе с конденсатом подают под давлением в отделитель конденсата 12, откуда конденсат удаляют через конденсатоотводчик 14 в бак-аккумулятор 4 за счет повышенного давления воздуха после компрессора 10, превышающего давление атмосферы и столба жидкости в баке-аккумуляторе. Осушенный воздух под давлением расходуют на выработку холода по месту технологической потребности в нем путем расширения этого воздуха до атмосферного давления, чему сопутствует существенное понижение температуры в зоне подачи холодного воздуха. В зависимости от требуемых температурных величин в местах холодообеспечения применяют либо аэродинамическую резонансную волновую трубу статического типа 18, реализующую эффект Гартмана-Шпренгера с отводом избыточного тепла от ее внешних стенок непосредственно в холодную воду бака-аккумулятора 4, либо вихревую трубу 19 с разделением подаваемого воздуха на горячий и холодный потоки, где температуру холодного потока снижают до минус 60°С и ниже. С этой целью на пневмомагистрали открывают соответствующие запорно-регулирующие клапаны 16 и 17.Bottom open branch of the cascade. Turn on the
Нижняя замкнутая ветвь каскада с парокомпрессионным циклом работы. Включают компрессор 23, который всасывает пары хладагента из испарителя 22, установленного в технологической производственной линии. Пары сжимают с одновременным повышением температуры, после чего компримированные пары хладагента направляют в конденсатор 24, который размещают в испарителе-конденсаторе верхнего каскада 3. Для осуществления процесса конденсации холодную воду из термоизолированного бака-аккумулятора 4 нагнетают для отбора тепла от паров хладагента в конденсатор 24 посредством насоса 26 через запорно-регулирующий клапан 27, который пропускает требуемое количество воды. Отепленную воду, выходящую из конденсатора 24 в вакуумируемое пространство испарителя-конденсатора 3 и воспринявшую тепло циркулирующего хладагента, частично испаряют в испарителе-конденсаторе 3, водяные пары удаляют в атмосферу вакуум-насосом 1 верхнего каскада. Хладагент, сжиженный вследствие отвода от него тепла, подают из конденсатора 24 через дроссель 25 в испаритель 22, где хладагент испаряют в процессе поглощения им тепла из потоков обрабатываемого продукта технологической производственной линии.The lower closed branch of the cascade with a vapor compression cycle. They include a compressor 23 that draws in refrigerant vapor from an evaporator 22 installed in the production line. The vapor is compressed with a simultaneous increase in temperature, after which the compressed refrigerant vapor is sent to the condenser 24, which is placed in the evaporator-condenser of the
Согласно рассматриваемого (фиг.2) каскадного режима работы холодильной установки на объединенной T-S диаграмме для воды (R718), воздуха и аммиака (R717), взаимосвязанные процессы реализуют в ней следующим образом. Пары воды в верхней ветви каскада с начальным состоянием (точка 2) откачивают из общего испарителя-конденсатора вакуум-компрессором (процесс 2-1) и сжимают их (процесс 2-3) до величины выше атмосферного давления, что позволяет выпустить водяной пар в атмосферу вне зависимости от ее температуры. За счет откачивания водяных паров, температуру в общем испарителе-конденсаторе понижают до 0°С и поддерживают таковой посредством реализации фазового перехода первого рода, чем обеспечивают также перепад температур между сжатыми парами хладагента нижнего каскада и температурой их конденсации в общем испарителе-конденсаторе. Посредством вакуумирования формируют связанную с этим температурную движущую силу, способствующую отбору тепла из нижнего каскада. Массовый расход воды на испарение и удаление в атмосферу компенсируют добавлением воды в бак-аккумулятор из внешнего источника (процесс 4-1), количество растворенных в ней солей предварительно понижают до требуемой величины.According to the considered (figure 2) cascade mode of operation of the refrigeration unit in the combined T-S diagram for water (R718), air and ammonia (R717), interconnected processes are implemented in it as follows. Water vapor in the upper branch of the cascade with the initial state (point 2) is pumped out of the common evaporator-condenser by a vacuum compressor (process 2-1) and compress them (process 2-3) to a value above atmospheric pressure, which allows water vapor to be released into the atmosphere regardless of its temperature. By pumping out water vapor, the temperature in the common evaporator-condenser is lowered to 0 ° С and maintained by the first-order phase transition, which also ensures the temperature difference between the compressed refrigerant vapor of the lower cascade and the temperature of their condensation in the common evaporator-condenser. By means of evacuation, a temperature-related driving force is generated, which contributes to the removal of heat from the lower cascade. The mass consumption of water for evaporation and removal to the atmosphere is compensated by adding water to the storage tank from an external source (process 4-1), the amount of salts dissolved in it is previously reduced to the required value.
Процессы, осуществляемые в нижней разомкнутой ветви каскада холодильной установки с использованием воздуха отражены на фиг.2 так: забор атмосферного воздуха при плюс 20°С и сжатие его компрессором до плюс 90°С показаны линией 5-6. Охлаждение воздуха водой и/или льдоводяной смесью с конденсацией содержащейся в нем влаги происходит согласно отрезку линии 6-7. Расширение воздуха в аэродинамической резонансной волновой трубе статического типа отражено линией 7-8, а разделение воздуха в вихревой трубе на холодный и горячий потоки показано соответственно линиями 7-9 и 7-10.The processes carried out in the lower open branch of the cascade of the refrigeration unit using air are shown in FIG. 2 as follows: intake of atmospheric air at plus 20 ° C and its compression by the compressor to plus 90 ° C are shown by line 5-6. Air cooling with water and / or an ice-water mixture with condensation of the moisture contained in it occurs according to line segment 6-7. The expansion of air in a static-type aerodynamic resonant wave tube is reflected by line 7-8, and the separation of air in a vortex tube into cold and hot flows is shown by lines 7-9 and 7-10, respectively.
Процессы нижней ветви каскада, работающей по стандартному замкнутому парокомпрессионному циклу, отражены на фиг.2 следующим образом. Пары хладагента нижней ветви каскада (точка 12), полученные при поглощении им тепла технологического процесса от обрабатываемого продукта (линия 11-12), сжимают компрессором, что отражено линией 12-13, ожижают в конденсаторе, размещенном внутри испарителя-конденсатора (процесс по линии 13-14-15) при околонулевой температуре, затем жидкий хладагент дросселируют (процесс 15-11) и направляют на испарение в технологический процесс в точке 11. Тем самым замыкают цикл нижней ветви каскада холодильной установки. Процессы по линии 13-14-15-11 направлены на возвращение параметров хладагента в исходное состояние перед полезным основным рабочим процессом.The processes of the lower branch of the cascade operating in a standard closed vapor compression cycle are shown in FIG. 2 as follows. The refrigerant vapor of the lower branch of the cascade (point 12) obtained when it absorbs process heat from the product being processed (line 11-12) is compressed by a compressor, which is reflected by line 12-13, and liquefied in a condenser located inside the evaporator-condenser (process along the line 13-14-15) at a temperature near zero, then the liquid refrigerant is throttled (process 15-11) and sent for evaporation to the process at
При полностью выключенной нижней ветви каскада холодильной установки, верхняя ветвь каскада обеспечивает аккумулирование холода в виде ледяной воды (ледяной суспензии) в термоизолированном баке-аккумуляторе следующим образом. При включенном вакуум-компрессоре и отсутствии теплопритоков в общем испарителе-конденсаторе от нижней ветви каскада воду в общем испарителе-конденсаторе продолжают охлаждать (линия 2-1) без поступления теплопритоков извне, при этом в ней наблюдается второй фазовый переход первого рода с появлением ледяной мелкокристаллической суспензии (бинарного льда). Эту суспензию непрерывно перекачивают в термоизолированный бак-аккумулятор, чем повышают потенциал резервированного в нем холода, а из бака в таком же объеме непрерывно забирают воду на охлаждение до стадии получения ледяной мелкокристаллической суспензии.When the lower branch of the cascade of the refrigeration unit is completely turned off, the upper branch of the cascade provides accumulation of cold in the form of ice water (ice suspension) in a thermally insulated storage tank as follows. When the vacuum compressor is turned on and there is no heat influx in the common evaporator-condenser from the lower branch of the cascade, the water in the common evaporator-condenser continues to be cooled (line 2-1) without heat influx from the outside, while a second phase transition of the first kind is observed in it with the appearance of ice crystalline suspensions (binary ice). This suspension is continuously pumped into a thermally insulated storage tank, thereby increasing the potential of the cold stored in it, and cooling water is continuously withdrawn from the tank in the same volume to the stage of obtaining an ice-cold crystalline suspension.
Техническим результатом предлагаемого устройства является:The technical result of the proposed device is:
- стабильность работы холодильной каскадной установки вне всякой зависимости от внешних температурных условий окружающей среды вследствие применения разомкнутого холодильного процесса верхней ветви каскада с определяющим показателем ее работы по атмосферному давлению в диапазоне отклонений плюс-минус 2% к среднегодовой величине атмосферного давления в данной местности,- the stability of the refrigeration cascade installation, regardless of the external temperature conditions of the environment due to the use of an open refrigeration process of the upper branch of the cascade with a determining indicator of its work in atmospheric pressure in the deviation range of plus or minus 2% of the average annual atmospheric pressure in the area,
- повышение термодинамической и экономической эффективности отъема тепла вследствие применения воды в качестве рабочего тела верхней ветви каскада с двумя фазовыми превращениями первого рода и отсутствия необходимости возврата параметров рабочего тела к началу цикла,- increasing the thermodynamic and economic efficiency of heat removal due to the use of water as the working fluid of the upper branch of the cascade with two phase transformations of the first kind and the absence of the need to return the parameters of the working fluid to the beginning of the cycle,
- сохранение экологических показателей окружающей среды, главным образом по причине использования экологически чистых воды и воздуха в верхней и нижней ветвях каскада с одновременным существенным снижением наличия в каскадной установке промышленно производимых хладагентов,- the preservation of environmental environmental indicators, mainly due to the use of environmentally friendly water and air in the upper and lower branches of the cascade, while significantly reducing the presence of industrially produced refrigerants in the cascade installation,
- снижение удельных энергозатрат в холодильной каскадной установке в целом вследствие стабилизации температуры конденсации нижней ветви каскада на уровне плюс 5°С плюс-минус 2°С с соответствующей стабилизацией давления конденсации в ней при меньших величинах давления и температур,- reduction of specific energy consumption in the refrigeration cascade installation as a whole due to stabilization of the condensation temperature of the lower branch of the cascade at a level of plus 5 ° C plus or minus 2 ° C with a corresponding stabilization of the condensation pressure in it at lower pressures and temperatures,
- отсутствие потребности верхней ветви каскада установки в применении такого теплообменного сооружения, как градирня, в которой со временем наблюдается биологическое обрастание открытых поверхностей,- the lack of need for the upper branch of the cascade of the installation in the use of such a heat exchange structure as a cooling tower, in which biological fouling of open surfaces is observed over time,
- повышение эксплуатационной безопасности холодильной каскадной установки,- improving the operational safety of the cascade refrigeration unit,
- упрощение автоматизации холодильной каскадной установки за счет уменьшения числа регулируемых параметров теплопередачи и исключения зависимости рабочего процесса в верхней ветви каскада от температурных параметров внешней среды.- simplification of automation of the cascade refrigeration unit by reducing the number of adjustable heat transfer parameters and eliminating the dependence of the working process in the upper branch of the cascade on the temperature parameters of the external environment.
Технический результат достигается за счет того, что в холодильной каскадной установке с различными рабочими веществами каскадов, состоящей из одноступенчатых машин, называемых нижней и верхней ветвями каскада с компрессорами, теплообменниками, термоизолированным аккумулятором холода и объединяемых общим испарителем-конденсатором, верхняя ветвь каскада выполнена разомкнутой с применением в ней пополняемого извне рабочего тела R718 - воды или водных растворов солей в качестве хладоносителя, с испарением незначительной части воды для удаления суммарных теплопритоков, вакуумируемый испаритель-конденсатор соединен с вакуум-насосом для удаления из него паров испаренной воды в окружающую среду, нижняя ветвь каскада выполнена разомкнутой с использованием в ней атмосферного воздуха и/или замкнутой, причем конденсаторы нижней ветви каскада размещены внутри вакуумируемого испарителя-конденсатора верхней ветви каскада.The technical result is achieved due to the fact that in a refrigerating cascade installation with various working substances of cascades, consisting of single-stage machines, called the lower and upper branches of the cascade with compressors, heat exchangers, a thermally insulated cold accumulator and combined by a common evaporator-condenser, the upper branch of the cascade is made open with the use of R718 working fluid replenished from the outside - water or aqueous solutions of salts as a coolant, with the evaporation of a small part of the water for the total heat influx, the evacuated evaporator-condenser is connected to a vacuum pump to remove evaporated water vapor from it into the environment, the lower branch of the cascade is open using atmospheric air and / or closed, and the condensers of the lower branch of the cascade are placed inside the evacuated evaporator - capacitor of the upper branch of the cascade.
Положительный эффект от применения устройства определяется сохранением экологических показателей природной среды, повышением термодинамической и экономической эффективности отъема тепла вследствие применения воды в качестве рабочего тела верхней ветви каскада с двумя фазовыми превращениями первого рода и отсутствия необходимости возврата параметров рабочего тела к началу цикла, снижением удельных энергозатрат на привод в действие холодильной каскадной установки до 25%, исключением внешних температурных ограничений на процесс теплообмена.The positive effect of the use of the device is determined by the preservation of environmental indicators of the environment, the increase in thermodynamic and economic efficiency of heat removal due to the use of water as the working fluid of the upper branch of the cascade with two first-order phase transformations and the absence of the need to return the working fluid parameters to the beginning of the cycle, reducing specific energy costs by drive to the operation of the cascade refrigeration unit up to 25%, excluding external temperature restrictions on the heat process swapping.
Осуществление изобретения возможно с применением промышленно производимого оборудования и других компонентов технических холодильных систем, массово присутствующих на рынке продукции машиностроения.The implementation of the invention is possible with the use of industrially produced equipment and other components of technical refrigeration systems, massively present in the market of engineering products.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011120843/06A RU2547344C2 (en) | 2011-05-25 | 2011-05-25 | Cascade refrigerating unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011120843/06A RU2547344C2 (en) | 2011-05-25 | 2011-05-25 | Cascade refrigerating unit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011120843A RU2011120843A (en) | 2012-11-27 |
RU2547344C2 true RU2547344C2 (en) | 2015-04-10 |
Family
ID=49254576
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011120843/06A RU2547344C2 (en) | 2011-05-25 | 2011-05-25 | Cascade refrigerating unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2547344C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2047058C1 (en) * | 1992-01-09 | 1995-10-27 | Опытно-конструкторское бюро при Волгоградском заводе электронного машиностроения | Cooling plant |
US6494054B1 (en) * | 2001-08-16 | 2002-12-17 | Praxair Technology, Inc. | Multicomponent refrigeration fluid refrigeration system with auxiliary ammonia cascade circuit |
RU2199706C2 (en) * | 2000-03-31 | 2003-02-27 | Шляховецкий Валентин Михайлович | Refrigerating plant |
WO2005072404A2 (en) * | 2004-01-28 | 2005-08-11 | Brooks Automation, Inc. | Refrigeration cycle utilizing a mixed inert component refrigerant |
-
2011
- 2011-05-25 RU RU2011120843/06A patent/RU2547344C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2047058C1 (en) * | 1992-01-09 | 1995-10-27 | Опытно-конструкторское бюро при Волгоградском заводе электронного машиностроения | Cooling plant |
RU2199706C2 (en) * | 2000-03-31 | 2003-02-27 | Шляховецкий Валентин Михайлович | Refrigerating plant |
US6494054B1 (en) * | 2001-08-16 | 2002-12-17 | Praxair Technology, Inc. | Multicomponent refrigeration fluid refrigeration system with auxiliary ammonia cascade circuit |
WO2005072404A2 (en) * | 2004-01-28 | 2005-08-11 | Brooks Automation, Inc. | Refrigeration cycle utilizing a mixed inert component refrigerant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011120843A (en) | 2012-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2013680C (en) | Absorption refrigeration method and apparatus | |
JP6235467B2 (en) | Condenser / evaporator for cooling device and method thereof | |
CN103438598B (en) | Based on folding type cooling system and the method for just inverse circulation coupling | |
US20220128272A1 (en) | Heating and refrigeration system | |
NZ592018A (en) | Method for evaporating and distilling fluids using a heat pump allowing the fluid to evaporate at a low temperature | |
RU2547344C2 (en) | Cascade refrigerating unit | |
RU2659839C1 (en) | Low-temperature refrigeration machine on carbon dioxide | |
CN102997527B (en) | Gas-liquid heat exchange type refrigeration device | |
CN111811156B (en) | System and method for preparing low-temperature water through micropore flash evaporation | |
CN102022825A (en) | A heat pump hot-water unit for recovering food grade residual heat recovery | |
Varghese et al. | Heat Recovery System in Domestic Refrigerator | |
CN104266400B (en) | Ultralow temperature automatic cascade formula refrigeration system and refrigerating method | |
CN211739622U (en) | Quick refrigerating system of freezer | |
CN215113322U (en) | Cascade refrigerating unit with two evaporating temperatures | |
CN201488278U (en) | Food-grade residual heat-recovering heat pump hot water unit | |
CN215176144U (en) | Refrigeration device | |
CN210980422U (en) | Waste heat recycling refrigeration system based on lithium bromide refrigeration | |
KR20120128512A (en) | Rankine cycle system and ship with the same | |
Dhankhar | A study on refrigeration | |
DK178705B1 (en) | A heat pump system using water as the thermal fluid | |
Greene | The elements of refrigeration: a text book for students, engineers and warehousemen | |
CN109099627A (en) | A kind of freezer accumulator is set | |
US20210239367A1 (en) | A method of separation by solidification used in absorption heating cooling systems working with crystallization / freezing / icing methods | |
Verma et al. | Waste Heat Recovery From Refrigeration Plant | |
RU2376535C2 (en) | Cold generation method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150604 |