RU2659839C1 - Low-temperature refrigeration machine on carbon dioxide - Google Patents
Low-temperature refrigeration machine on carbon dioxide Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659839C1 RU2659839C1 RU2017114944A RU2017114944A RU2659839C1 RU 2659839 C1 RU2659839 C1 RU 2659839C1 RU 2017114944 A RU2017114944 A RU 2017114944A RU 2017114944 A RU2017114944 A RU 2017114944A RU 2659839 C1 RU2659839 C1 RU 2659839C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- heat exchanger
- load
- heat
- compressor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/06—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using expanders
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности холодильной технике, конкретно к холодильной технике компрессорного типа, и может быть использовано при замораживании биоматериалов, продуктов питания, низкотемпературной обработки металлов и сплавов, в технологических процессах, где требуется потребление искусственного холода в диапазоне низких температур от минус 60 до минус 130°C.The invention relates to the field of power engineering, in particular refrigeration, specifically to compressor-type refrigeration, and can be used for freezing biomaterials, food, low-temperature processing of metals and alloys, in technological processes that require the consumption of artificial cold in the low temperature range from minus 60 to minus 130 ° C.
Из уровня техники известны парокомпрессионные низкотемпературные холодильные системы, например, низкотемпературная холодильная машина, состоящая из верхнего и нижнего каскадов (RU 122159 U1, 2012 г.), такая установка требует применения синтетических рабочих веществ (хладонов), оказывающих негативное влияние на экологию, отличается высоким расходом электроэнергии и конструктивной усложненностью из-за наличия в каждом каскаде множества оборудования (компрессоры, конденсаторы, маслоотделители, отделители жидкости и т.п.), что удорожает установку. При этом минимальные достигаемые температуры определяются выбранным рабочим веществом для нижнего каскада, так для хладона R-13 минимальная температура составит от минус 80 до минус 100°C.The vapor compression low-temperature refrigeration systems are known from the prior art, for example, a low-temperature refrigeration machine consisting of upper and lower stages (RU 122159 U1, 2012), this installation requires the use of synthetic working substances (chladones) that have a negative impact on the environment, it is distinguished by a high energy consumption and structural complexity due to the presence of many equipment in each cascade (compressors, condensers, oil separators, liquid separators, etc.), which increases the cost of installation at. In this case, the minimum temperatures achieved are determined by the selected working medium for the lower stage, so for R-13 freon the minimum temperature will be from minus 80 to minus 100 ° C.
Интерес представляет схема гибридной низкотемпературной холодильной и морозильной установки (US 20060144073 A1, 2004 г.).Of interest is the scheme of a hybrid low-temperature refrigeration and freezer installation (US 20060144073 A1, 2004).
Холодильная установка по патенту US 20060144073 А1 состоит из термоэлектрического модуля, забирающего тепло из охлаждаемого объема и парокомпрессионного контура, отводящего тепло от нагреваемой части термоэлектрического модуля. Данная установка способна поддерживать температуры в охлаждаемом объеме вплоть до минус 80°C.The refrigeration unit according to patent US 20060144073 A1 consists of a thermoelectric module that takes heat from the cooled volume and a vapor compression circuit that removes heat from the heated part of the thermoelectric module. This unit is able to maintain temperatures in a refrigerated volume up to minus 80 ° C.
Недостаток установки состоит в повышенном потреблении энергии, па сравнению с парокомпрессионными системами, необходимости наличия мощного стабилизированного по току источника питания для энергоснабжения термоэлектрического модуля.The disadvantage of the installation is the increased energy consumption, pa compared with vapor compression systems, the need for a powerful current-stabilized power source for power supply of the thermoelectric module.
В настоящее время продолжается тенденция уменьшения влияния деятельности человека на экологию в холодильной технике, это выражается в переходе на использование природных рабочих веществ: аммиака, углеводородов, диоксида углерода, воды, что подтверждают публикации:Currently, the trend continues to reduce the impact of human activities on the environment in refrigeration, this is reflected in the transition to the use of natural working substances: ammonia, hydrocarbons, carbon dioxide, water, which is confirmed by the publications:
Lorentzen G. «The use of natural refrigerants: a complete solution to the CFC/HCFC predicament», International journal of refrigeration Vol 18, №3 (1995);Lorentzen G. “The use of natural refrigerants: a complete solution to the CFC / HCFC predicament”, International journal of refrigeration Vol 18, No. 3 (1995);
Yamaguchi H, Zhang H-R «A novel CO2 refrigeration system achieved by CO2 solid-gas two-phase fluid and its basic study on system performance)). International journal of refrigeration №32 (2009).Yamaguchi H, Zhang H-R “A novel CO2 refrigeration system achieved by CO2 solid-gas two-phase fluid and its basic study on system performance)). International journal of refrigeration No. 32 (2009).
Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения определена низкотемпературная двухкаскадная холодильная машина компрессорного типа на углеводороде в верхнем каскаде и диоксиде углерода в нижнем каскаде (JP 2001091074 A, 1999 г.), содержащая два независимых гидравлических контура (каскада), объединенных теплообменником-конденсатором, в котором осуществляется кипение рабочего вещества верхнего каскада с поглощением тепла от охлаждаемого объекта и конденсация рабочего вещества нижнего каскада с выделением тепла в окружающую среду. Поглощение тепла в данной установке осуществляется за счет кипения рабочего вещества в нижнем каскаде, при этом минимально достигаемая температура находится на уровне минус 56,6°C, что определяется тройной точкой диоксида углерода.The closest analogue (prototype) of the invention is defined as a low-temperature two-stage compressor-type chiller based on hydrocarbon in the upper cascade and carbon dioxide in the lower cascade (JP 2001091074 A, 1999), containing two independent hydraulic circuits (cascade) connected by a heat exchanger-condenser, in which boils the working substance of the upper cascade with the absorption of heat from the cooled object and the condensation of the working substance of the lower cascade with the release of heat into the environment. Heat absorption in this installation is carried out due to the boiling of the working substance in the lower cascade, while the minimum attainable temperature is minus 56.6 ° C, which is determined by the triple point of carbon dioxide.
Недостатки установки состоят в наличии двух независимых контуров с двумя компрессорами, необходимость заправки двумя рабочими веществами, что удорожает ее обслуживание, ограничение по достигаемой минимальной температуре минус 56,6°C.The disadvantages of the installation are the presence of two independent circuits with two compressors, the need to refuel with two working substances, which makes it more expensive to maintain, and the minimum temperature reached is minus 56.6 ° C.
Задача настоящего изобретения заключается в создании энергоэффективной низкотемпературной холодильной машины на экологически чистом природном рабочем веществе - диоксиде углерода.The objective of the present invention is to provide an energy-efficient low-temperature refrigeration machine using an environmentally friendly natural working substance - carbon dioxide.
Технический результат, получаемый от использования изобретения, заключается в повышении экологичности низкотемпературной холодильной машины, упрощении конструкции низкотемпературной холодильной установки, достижении более низких температур и снижении энергопотребления.The technical result obtained from the use of the invention is to improve the environmental friendliness of the low-temperature refrigeration machine, simplify the design of the low-temperature refrigeration unit, achieve lower temperatures and reduce energy consumption.
Сущность изобретения состоит в том, что низкотемпературная холодильная машина, использующая природное рабочее вещество диоксид углерода, циркулирующее в замкнутом герметичном гидравлическом контуре машины, содержит теплообменник-нагрузку с герметичным внутренним пространством, подключенным к гидравлическому контуру холодильной машины, в котором осуществляется сублимация рабочего вещества с подводом теплоты от охлаждаемого продукта, вакуумный насос, обеспечивающий откачку паров диоксида углерода из теплообменника-нагрузки при пониженном давлении, трехступенчатый малогабаритный компрессор, осуществляющий сжатие паров диоксида углерода, промежуточные сосуды, обеспечивающие отделение жидкого диоксида углерода, конденсатор воздушного охлаждения для отвода тепла от диоксида углерода во внешнюю среду в процессе фазового перехода из парообразного в жидкое состояние, распределительный жидкостный трубопровод, обеспечивающий подачу жидкого диоксида углерода к приборам охлаждения, дроссельные форсунки, расположенные непосредственно на жидкостном трубопроводе, обеспечивающие дросселирование жидкого диоксида углерода и распыление его на внутреннюю теплообменную поверхность теплообменника-нагрузки, в процессе которого происходит фазовое превращение жидкость - твердое вещество, где при подводе теплоты от охлаждаемого продукта, расположенного на внешней поверхности теплообменника-нагрузки, за счет теплопередачи через стенки теплообменника-нагрузки происходит сублимация рабочего вещества.The essence of the invention lies in the fact that the low-temperature refrigeration machine using natural working substance carbon dioxide circulating in a closed sealed hydraulic circuit of the machine contains a heat exchanger-load with a sealed internal space connected to the hydraulic circuit of the refrigeration machine, in which the working substance is sublimated with a supply heat from the cooled product, a vacuum pump that pumps carbon dioxide vapors from the heat exchanger-load at low pressure, a three-stage small-sized compressor that compresses carbon dioxide vapor, intermediate vessels that separate liquid carbon dioxide, an air-cooled condenser to remove heat from carbon dioxide to the environment during the phase transition from vapor to liquid, a liquid distribution pipeline, which supplies liquid carbon dioxide to cooling devices, throttle nozzles located directly on the liquid pipe, providing throttling of liquid carbon dioxide and spraying it onto the internal heat exchanger surface of the heat exchanger-load, during which the phase transformation is liquid-solid, where when heat is supplied from the cooled product located on the external surface of the heat exchanger-load due to heat transfer through the walls of the heat exchanger - load is the sublimation of the working substance.
Для достижения указанного технического результата в низкотемпературной холодильной машине, за счет использования фазового перехода твердое - пар (сублимации), распыляемого на теплообменную поверхность в теплообменнике-нагрузке, диоксида углерода при пониженном давлении, создаваемом вакуумным насосом, возможно достижение низких температур сублимации в диапазоне от минус 60°C до минус 130°C,To achieve the specified technical result in a low-temperature refrigeration machine, through the use of the solid-vapor phase transition (sublimation) sprayed onto the heat exchange surface in the heat exchanger-load, carbon dioxide under reduced pressure created by a vacuum pump, it is possible to achieve low sublimation temperatures in the range from minus 60 ° C to minus 130 ° C,
при этом теплообменник-нагрузка выполнен таким образом, что внутреннее герметичное пространство, присоединенное к гидравлическому контуру холодильной машины, имеет теплообменную поверхность,while the heat exchanger-load is made in such a way that the internal sealed space connected to the hydraulic circuit of the refrigeration machine has a heat exchange surface,
в то же время жидкий диоксид углерода, полученный в результате теплообмена с окружающей средой, подается по жидкостным трубопроводам и распыляется во внутреннюю полость на развитую поверхность теплообменника-нагрузки, с понижением давления, в результате чего диоксид углерода превращается в твердофазное состояние в мелкодисперсном виде.at the same time, liquid carbon dioxide obtained as a result of heat exchange with the environment is supplied through liquid pipelines and sprayed into the internal cavity on the developed surface of the heat exchanger-load, with a decrease in pressure, as a result of which carbon dioxide turns into a solid state in a finely dispersed form.
Предложенная низкотемпературная холодильная машина на диоксиде углерода иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная схема установки, на фиг. 2 приводится конструкция теплообменника-нагрузки с расположенным внутри жидкостным трубопроводом и распылительными дроссельными форсунками для использования в низкотемпературной холодильной машине.The proposed low temperature carbon dioxide chiller is illustrated in the drawings, where in FIG. 1 shows a schematic diagram of the installation, in FIG. Figure 2 shows the design of a heat exchanger-load with an inside liquid pipe and spray throttle nozzles for use in a low-temperature refrigeration machine.
Предложенная низкотемпературная холодильная машина на диоксиде углерода содержит замкнутый гидравлический контур парокомпрессионной холодильной машины, работающий по обратному термодинамическому циклу с диоксидом углерода в качестве рабочего вещества и пониженным давлением в теплообменнике-нагрузке.The proposed low-temperature carbon dioxide refrigeration machine contains a closed hydraulic circuit of a vapor compression refrigeration machine operating in the reverse thermodynamic cycle with carbon dioxide as a working substance and low pressure in the heat exchanger-load.
Контур холодильной машины состоит из теплообменника-нагрузки 1, вакуумного насоса 2, трехступенчатого компактного компрессора 3, конденсатора воздушного 4, дроссельных вентилей 5, промежуточных сосудов 6, дроссельных форсунок 7, соединенных гидравлически системой трубопроводов, на нагнетательных трубопроводах имеются оребренные участки трубопроводов 8.The circuit of the refrigeration machine consists of a heat exchanger-
Теплообменник-нагрузка состоит из герметичного объема 1, оребренной поверхности 2 на которой с наружной стороны размещается охлаждаемый продукт 3, трубопровода для подачи жидкого рабочего вещества 4, дроссельных форсунок 5, штуцера для присоединения вакуумного насоса 6.The heat exchanger-load consists of a sealed
Предложенная низкотемпературная холодильная машина на диоксиде углерода (фиг. 1) функционирует следующим образом. Диоксид углерода в мелкодисперсном твердофазном состоянии сублимирует при подводе тепла от охлаждаемого объекта в теплообменнике-нагрузке 1, при этом переходит в парообразное состояние, затем всасывается в вакуумный насос 2, далее нагнетается в первую ступень трехступенчатого компактного компрессора 3, при прохождении через каждую ступень компрессора к сжимаемому пару подмешиваются насыщенные пары из промежуточных сосудов 6 при промежуточных давлениях, после прохождения третьей ступени компрессора 3, пар поступает в конденсатор 4, где за счет отвода теплоты в окружающую среду конденсируется, переходя из парообразного в жидкое состояние, жидкий диоксид углерода дросселируется последовательно в дроссельных вентилях 5 и отделяется от пара в промежуточных сосудах 6, насыщенная жидкость поступает в теплообменник-нагрузку 1, насыщенные пары всасываются в ступени компрессора при промежуточных давлениях в теплообменнике-нагрузке 1, насыщенная жидкость поступает по жидкостному трубопроводу и распыляется в форсунках 7, цикл замыкается.The proposed low-temperature refrigeration machine on carbon dioxide (Fig. 1) operates as follows. Carbon dioxide in a finely dispersed solid-state state sublimates when heat is supplied from a cooled object in a heat exchanger-
В теплообменнике-нагрузке (фиг. 2) происходят следующие процессы: жидкий диоксид углерода подается по жидкостному трубопроводу 1, распыляется через дроссельные форсунки 2, при этом переходит в твердое состояние в виде снега, равномерно распределяясь по теплообменной поверхности 3, с внешней стороны теплообменника-нагрузки располагается охлаждаемый продукт 4, сублимировавшие пары диоксида углерода отводятся по всасывающей магистрали 5.In the heat exchanger-load (Fig. 2), the following processes occur: liquid carbon dioxide is supplied through the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017114944A RU2659839C1 (en) | 2017-04-27 | 2017-04-27 | Low-temperature refrigeration machine on carbon dioxide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017114944A RU2659839C1 (en) | 2017-04-27 | 2017-04-27 | Low-temperature refrigeration machine on carbon dioxide |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2659839C1 true RU2659839C1 (en) | 2018-07-04 |
Family
ID=62815962
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017114944A RU2659839C1 (en) | 2017-04-27 | 2017-04-27 | Low-temperature refrigeration machine on carbon dioxide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2659839C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2741186C1 (en) * | 2019-10-02 | 2021-01-22 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method of producing gaseous coolant |
RU2757402C1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-10-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина" | Apparatus for indoor cooling and method for cooling |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1774142A1 (en) * | 1988-12-22 | 1992-11-07 | Mo I Khim Mash | Heat-condensation method |
RU2161759C2 (en) * | 1998-06-04 | 2001-01-10 | Самхан Игорь Исаакович | Method and device for transformation of thermal energy |
JP2001091074A (en) * | 1999-09-24 | 2001-04-06 | Sanyo Electric Co Ltd | Cascade-type refrigerating device |
WO2005057095A1 (en) * | 2003-11-20 | 2005-06-23 | Modine Manufacturing Company | Co2 cooling system |
CN1743760A (en) * | 2005-09-30 | 2006-03-08 | 上海交通大学 | CO2 steam-solid particle refrigerating system |
-
2017
- 2017-04-27 RU RU2017114944A patent/RU2659839C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1774142A1 (en) * | 1988-12-22 | 1992-11-07 | Mo I Khim Mash | Heat-condensation method |
RU2161759C2 (en) * | 1998-06-04 | 2001-01-10 | Самхан Игорь Исаакович | Method and device for transformation of thermal energy |
JP2001091074A (en) * | 1999-09-24 | 2001-04-06 | Sanyo Electric Co Ltd | Cascade-type refrigerating device |
WO2005057095A1 (en) * | 2003-11-20 | 2005-06-23 | Modine Manufacturing Company | Co2 cooling system |
CN1743760A (en) * | 2005-09-30 | 2006-03-08 | 上海交通大学 | CO2 steam-solid particle refrigerating system |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2741186C1 (en) * | 2019-10-02 | 2021-01-22 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method of producing gaseous coolant |
RU2757402C1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-10-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина" | Apparatus for indoor cooling and method for cooling |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3299747B1 (en) | Switchable two-stage cascade energy-saving ultralow-temperature refrigeration system for ships | |
KR100337791B1 (en) | cryogenic refrigerating system | |
JP2001304704A (en) | Cooling system | |
JPH06257890A (en) | Heat pump | |
US20200318867A1 (en) | Cycle enhancement methods, systems, and devices | |
CA2989916A1 (en) | System and method for reusing waste heat of a transcritical refrigeration system | |
RU2659839C1 (en) | Low-temperature refrigeration machine on carbon dioxide | |
CN103339449A (en) | System to perform a vapor compression refrigeration cycle using water as the refrigerant | |
CA2989933A1 (en) | System and method for reusing waste heat of a transcritical refrigeration system | |
CN109737622B (en) | Two-stage auto-cascade low-temperature refrigeration cycle system and circulation method for enhancing efficiency of two-stage ejector | |
CN101275790A (en) | Low-temperature refrigerating method using carbon dioxide as circulating working substance and heat pump system thereof | |
JP2004308972A (en) | Co2 refrigerating machine | |
CA2915555C (en) | Method for energy saving | |
CN201637181U (en) | Refrigerating system and ultralow temperature cold trap | |
CN206593361U (en) | A kind of vehicle-mounted energy-saving refrigerator | |
CN206540269U (en) | Mechanical Flash Type air-conditioning refrigeration system | |
CN102997527B (en) | Gas-liquid heat exchange type refrigeration device | |
CN210861778U (en) | Super-cooled CO of non-azeotropic working medium supercharging machinery2Transcritical circulation refrigerating system | |
Varghese et al. | Heat Recovery System in Domestic Refrigerator | |
CN103691145A (en) | Dual-channel condensation oil vapor recovery device | |
CN208567183U (en) | A kind of optimization system of indirect cooling-type refrigeration | |
RU2617039C1 (en) | Low-temperature refrigeration equipment | |
CN204678733U (en) | A kind of refrigeration system of vacuum freeze drier | |
CN104266400B (en) | Ultralow temperature automatic cascade formula refrigeration system and refrigerating method | |
CN114791176B (en) | Fruit and vegetable drying waste heat circulation system based on carbon dioxide as refrigerant |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190428 |