RU2718094C1 - Refrigerating plant for production of ice water in plate evaporator - Google Patents
Refrigerating plant for production of ice water in plate evaporator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2718094C1 RU2718094C1 RU2019110245A RU2019110245A RU2718094C1 RU 2718094 C1 RU2718094 C1 RU 2718094C1 RU 2019110245 A RU2019110245 A RU 2019110245A RU 2019110245 A RU2019110245 A RU 2019110245A RU 2718094 C1 RU2718094 C1 RU 2718094C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- ice water
- circuit
- pump
- tank
- 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
- F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
-
- 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
- F25B39/00—Evaporators; Condensers
- F25B39/02—Evaporators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к холодильной технике, конкретно, к устройствам получения ледяной воды с температурой близкой к 0°С в пластинчатых испарителях и предназначено для использования в различных технологических процессах пищевой, химической и фармацевтической промышленности.The invention relates to refrigeration, in particular, to devices for producing ice water with a temperature close to 0 ° C in plate evaporators and is intended for use in various technological processes of the food, chemical and pharmaceutical industries.
Статистика холодильного рынка показывает, что потребность в ледяной воде возрастает с каждым годом, поскольку она наиболее полно отвечает гигиеническим и теплофизическим требованиям, предъявляемым технологами к производственным процессам - максимальная скорость охлаждения продукта и биологическая инертность к нему. Для интенсивного охлаждения температура ледяной воды должна быть максимально близкой к температуре замерзания. Поэтому температура ледяной воды является важнейшей характеристикой таких холодильных установок. Для птицеперерабатывающих и пищевых производств, чем ниже температура ледяной воды, поступающей в линию охлаждения, тем выше качество продукции и выше производительность труда.Statistics of the refrigeration market show that the demand for ice water is increasing every year, since it most fully meets the hygienic and thermophysical requirements of production processes by technologists - the maximum cooling rate of the product and the biological inertness to it. For intensive cooling, the temperature of ice water should be as close as possible to the freezing temperature. Therefore, the temperature of ice water is the most important characteristic of such refrigeration units. For poultry processing and food production, the lower the temperature of ice water entering the cooling line, the higher the product quality and higher labor productivity.
Ледяную воду получают в холодильных установках, используя для охлаждения воды теплообменники-испарители открытых и закрытых типов. Наиболее простой тип открытого теплообменника - испаритель, выполненный в виде конструкции из труб или плоских панелей, погруженный в теплоизолированный бак, наполненный водой. Кипящий внутри трубок или панелей хладагент с температурой -10÷-8°С охлаждает находящуюся в баке жидкость, при этом на наружной поверхности трубок и панелей образуется лед. Для интенсификации теплообмена жидкость в баке принудительно перемешивают либо с помощью механической мешалки, либо с помощью воздуха, подаваемого в нижнюю часть бака, что вызывает перемешивание. Вода в баке, контактируя с льдом, охлаждается до температуры 1-2°С, после чего поступает к потребителю. Устройство для получения ледяной воды с льдоаккумуляторами панельного типа описано на с. 120-123, рис. V-15 в книге «Различные области применения холода», изд. Агропромиздат, г. Москва, 1986, а также в патенте SU 1794235 МКИ 5 F25D 3/00 под названием «Устройство для охлаждения молока», а.с. 1346923 МКИ 4 F25U 3/00, 7/00 1986, SU и многих других публикациях. Установки получения ледяной воды на льдоаккумуляторах получили распространение вследствие их простоты конструкции. Их недостатками является значительное удельное энергопотребление на 1кВт холода и очень большие габариты и металлоемкость.Ice water is obtained in refrigeration units, using heat exchangers-evaporators of open and closed types for cooling water. The simplest type of open heat exchanger is an evaporator made in the form of a construction of pipes or flat panels, immersed in a thermally insulated tank filled with water. A refrigerant boiling inside the tubes or panels with a temperature of -10 ÷ -8 ° C cools the liquid in the tank, and ice forms on the outer surface of the tubes and panels. To intensify heat transfer, the liquid in the tank is forcedly mixed either with a mechanical stirrer or with air supplied to the lower part of the tank, which causes mixing. The water in the tank, in contact with ice, is cooled to a temperature of 1-2 ° C, after which it enters the consumer. A device for producing ice water with a panel-type ice accumulator is described on p. 120-123, fig. V-15 in the book "Various Applications of the Cold," ed. Agropromizdat, Moscow, 1986, and also in the patent SU 1794235 MKI 5 F25D 3/00 under the name "Device for cooling milk", and.with. 1346923 MKI 4 F25U 3/00, 7/00 1986, SU and many other publications. Installations for the production of ice water on ice accumulators are widespread due to their simplicity of design. Their disadvantages are significant specific energy consumption per 1 kW of cold and very large dimensions and metal consumption.
В устройстве для охлаждения молока на фермах Севера (патент RU 2132521) ледяную воду получают в аккумуляторе - теплообменнике льда, где источником холода в теплое время служит лед, накопленный в зимний период, а в холодное время года - атмосферный воздух. Сам теплообменник - аккумулятор выполнен в виде двух полостей, разделенных перегородкой с отверстиями. Верхняя полость предназначена для загрузки льда, нижняя полость - для сбора охлажденной воды, из которой эта вода поступает потребителю. Хотя при такой схеме удельное энергопотребление холодильной машины заметно уменьшается, главный ее недостаток - географическая привязанность к северным регионам, поскольку и лед и вода производятся за счет холодных климатических условий, поэтому она не получила широкого распространения.In the device for cooling milk on the farms of the North (patent RU 2132521), ice water is obtained in a battery - an ice heat exchanger, where ice accumulated during the winter period and atmospheric air during the cold season serve as a source of cold. The heat exchanger itself - the battery is made in the form of two cavities separated by a partition with holes. The upper cavity is for loading ice, the lower cavity is for collecting chilled water from which this water enters the consumer. Although with this scheme, the specific energy consumption of the chiller is noticeably reduced, its main drawback is its geographic attachment to the northern regions, since both ice and water are produced due to cold climatic conditions, so it is not widespread.
Другим типом холодильных установок для получения ледяной воды являются установки с открытыми испарительными панелями, так называемыми, пленочными испарителями, в которых охлаждение воды до температур, близких к +1÷2°С, достигается в процессе стекания тонкого слоя воды с температурой +5÷6°С, подаваемой сверху на эти испарительные панели. Вода от потребителя подается в бак, расположенный над батареей плоских испарительных панелей. Из бака вода равномерно стекает по вертикально расположенным испарительным панелям, имеющим отрицательную температуру за счет кипения внутри панелей хладагента при температуре -3÷-5°С и поступает в бак ледяной воды для последующей подачи к потребителям. Температура ледяной воды на выходе из бака колеблется в пределах+1÷+2°С.Another type of refrigeration units for producing ice water are units with open evaporation panels, the so-called film evaporators, in which the cooling of water to temperatures close to + 1 ÷ 2 ° C is achieved by draining a thin layer of water with a temperature of + 5 ÷ 6 ° C supplied from above to these evaporative panels. Water from the consumer is supplied to the tank located above the battery of flat evaporation panels. Water flows uniformly from the tank through vertically arranged evaporation panels having a negative temperature due to boiling inside the refrigerant panels at a temperature of -3 ÷ -5 ° C and enters the ice water tank for subsequent supply to consumers. The temperature of ice water at the outlet of the tank varies between + 1 ÷ + 2 ° C.
Недостатком таких холодильных установок получения ледяной воды является их высокая металлоемкость и низкая энергетическая эффективность, хотя она и выше, чем у холодильных установок с льдоаккумуляторами, поскольку у охладителей жидкости с пленочными испарителями температура кипения равна минус 4°С, тогда как у охладителей жидкости с аккумуляторами холода она составляет -8÷-10°С. В пересчете на потребляемую электроэнергию получаем, что у охладителя жидкости с пленочными испарителями на 1 кВт электроэнергии, затрачиваемый компрессором, вырабатывается примерно на 15-20% холода больше.The disadvantage of such ice water refrigeration units is their high metal consumption and low energy efficiency, although it is higher than that of refrigeration units with ice accumulators, since liquid coolers with film evaporators have a boiling point of
Известно устройство охлаждения жидкости, в частности, молока, по заявке ФРГ №4134277 МКИ 5 A01J 9/04, заявлено 17.10.1991 г., опубликовано 22.04.1993 г. Охладитель включает в себя холодильный агрегат, два пластинчатых теплообменника и рассольный контур. Молоко собирается в емкость и с помощью насоса подается в проточный пластинчатый теплообменник, охлаждение производится рассольным раствором, который, в свою очередь, охлаждается в другом теплообменнике хладагентом холодильного контура. Скорость подачи молока регулируют таким образом, чтобы оно охлаждалось до+2÷4°С. Пластинчатые теплообменники, представляющие конструктивно набор тонких профилированных особым образом пластин, собранных в единый пакет, образуют смежные каналы, по которым проходят охлаждаемая жидкость с одной стороны и хладагент с другой стороны, являются наиболее пригодными испарителями для получения ледяной воды, поскольку хладагент и охлаждаемая жидкость разделены очень тонкими пластинами, что снижает термическое сопротивление теплообмену, при этом скорость сред в образованных пакетом каналов намного выше, чем у испарителей других типов.A device for cooling a liquid, in particular milk, is known, according to the application of the Federal Republic of Germany No. 4134277 MKI 5 A01J 9/04, announced on 10/17/1991, published on 04/22/1993, the cooler includes a refrigeration unit, two plate heat exchangers and a brine circuit. Milk is collected in a container and is pumped to a flow-through plate heat exchanger, cooling is carried out with a brine solution, which, in turn, is cooled in another heat exchanger with refrigerant from the refrigeration circuit. The milk flow rate is regulated so that it is cooled to + 2 ÷ 4 ° C. Plate heat exchangers, which are structurally a set of thin specially shaped plates assembled in a single package, form adjacent channels through which the cooled liquid passes on the one hand and the refrigerant on the other hand, are the most suitable evaporators for ice water, since the refrigerant and the cooled liquid are separated very thin plates, which reduces the thermal resistance to heat transfer, while the speed of the media in the channels formed by the package is much higher than that of other evaporators ogih types.
Недостатком этого устройства является относительно высокая температура выходящей ледяной воды, которая объясняется опасностью ее замерзания ее в проточном теплообменнике.The disadvantage of this device is the relatively high temperature of the outgoing ice water, which is explained by the danger of freezing it in a flow heat exchanger.
Наиболее близким решением, выбранным в качестве прототипа, является патент на полезную модель №148545, F25B 39/02 по заявке №2014125879 от 26.06.2014 г. под названием «Холодильная установка получения ледяной воды в проточном испарителе», авторов Велюханова В.И. и Коптелова К.А.The closest solution, selected as a prototype, is a patent for utility model No. 148545, F25B 39/02 according to application No. 2014125879 dated 06/26/2014 under the name "Refrigeration unit for producing ice water in a flow evaporator", authors V. Velyukhanov. and Koptelova K.A.
В данной установке компрессор снабжен регулятором производительности, электрически связанном с датчиком давления, установленном на входе в испаритель, насос снабжен регулятором производительности, электрически связанном с датчиком температуры, установленном в водяном контуре на выходе из испарителя, при этом производительность насоса выбирается выше расчетной производительности при максимальной потребности в ледяной воде. В состав водяного контура введен регулятор давления типа «до себя», вход регулятора подключен к выходу испарителя после датчика температуры, а выход регулятора соединен с входом накопительного бака, при этом выход накопительного бака гидравлически связан с входом насоса.In this installation, the compressor is equipped with a capacity controller electrically connected to a pressure sensor installed at the inlet of the evaporator, the pump is equipped with a capacity controller electrically connected with a temperature sensor installed in the water circuit at the outlet of the evaporator, while the pump performance is selected above the rated capacity at maximum ice water needs. A pressure regulator of the “up to” type is introduced into the water circuit, the regulator input is connected to the evaporator output after the temperature sensor, and the regulator output is connected to the input of the storage tank, while the output of the storage tank is hydraulically connected to the pump inlet.
Основным недостатком схемы прототипа является повышение температуры ледяной воды на выходе испарителя выше заданной при резком увеличении тепловой нагрузки на испаритель, т.е. при одновременном увеличении температуры и расхода воды, поступающей от потребителя в испаритель на охлаждение. При значительном увеличении расхода воды у потребителя давление ледяной воды перед регулятором давления «до себя» снижается и он прекращает перепуск воды в бак. Это приводит к тому, что охлажденная вода из бака не поступает на вход насоса и не подмешивается к теплой воде, поступающей от потребителей. Если при этом температура воды у потребителей значительно увеличивается, то из-за прекращения подмешивания к ней холодной воды из бака температура на входе в проточный испаритель резко возрастает, что приводит к увеличению температуры воды на выходе испарителя выше заданной. Тем самым при резких колебаниях тепловой нагрузки у потребителя холодильная установка не сможет обеспечить потребителю ледяную воду необходимой температуры.The main disadvantage of the prototype circuit is an increase in the temperature of ice water at the outlet of the evaporator above a given value with a sharp increase in the thermal load on the evaporator, i.e. while increasing the temperature and flow rate of water from the consumer to the evaporator for cooling. With a significant increase in water consumption at the consumer, the pressure of ice water in front of the pressure regulator "to yourself" decreases and it stops the bypass of water into the tank. This leads to the fact that chilled water from the tank does not enter the pump inlet and does not mix with the warm water coming from consumers. If, at the same time, the water temperature of consumers significantly increases, then due to the termination of mixing cold water from the tank with it, the temperature at the inlet to the flow evaporator increases sharply, which leads to an increase in the water temperature at the outlet of the evaporator above a predetermined one. Thus, with sharp fluctuations in the heat load of the consumer, the refrigeration unit will not be able to provide the consumer with ice water of the required temperature.
Задачей предлагаемого изобретения, является снижение температуры воды на выходе из пластинчатого испарителя и повышение надежности ее поддержания при любых условиях эксплуатации холодильной установки.The objective of the invention is to reduce the water temperature at the outlet of the plate evaporator and increase the reliability of its maintenance under any operating conditions of the refrigeration unit.
Техническая сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в холодильной установке с пластинчатым испарителем, в состав контура хладагента введен нормально открытый соленоидный вентиль, вход которого соединен трубопроводом с выходом компрессора, а выход соединен трубопроводом с входом хладагента в пластинчатый испаритель, в состав водяного контура введены реле давления, установленное на выходе насоса водяного контура, электрически связанное с нормально открытым соленоидным вентилем контура хладагента, управляющий датчик температуры, установленный в водяном контуре на выходе из пластинчатого испарителя, электрически связанный с регулятором производительности компрессора, теплоизолированный смесительный бак, установленный на одном уровне с теплоизолированным баком ледяной воды и дополнительный водяной насос, водяные полости теплоизолированного бака ледяной воды и теплоизолированного смесительного бака гидравлически связаны между собой теплоизолированным перепускным трубопроводом ниже уровня воды, при этом производительность насоса водяного контура выбирается выше расчетной производительности дополнительного водяного насоса, выход проточного испарителя по водяному контуру соединен с теплоизолированным баком ледяной воды, этот бак гидравлически соединен с входом дополнительного водяного насоса, выход этого насоса соединен с входом потребителя ледяной воды, выход потребителя ледяной воды соединен с теплоизолированным смесительным баком, этот бак гидравлически соединен с входом насоса водяного контура, а выход этого насоса соединен с входом пластинчатого испарителя по водяному контуру, при этом все трубопроводы водяного контура выполнены теплоизолированными.The technical essence of the invention lies in the fact that in a refrigeration unit with a plate evaporator, a normally open solenoid valve is introduced into the composition of the refrigerant circuit, the inlet of which is connected by a pipe to the compressor outlet, and the output is connected by a pipe to the refrigerant inlet to a plate evaporator, water composition is introduced pressure switch installed at the outlet of the water circuit pump, electrically connected to a normally open solenoid valve of the refrigerant circuit, controlling sensors temperature, installed in the water circuit at the outlet of the plate evaporator, electrically connected to the compressor capacity regulator, a heat-insulated mixing tank, installed at the same level as the heat-insulated ice water tank and an additional water pump, the water cavities of the heat-insulated ice water tank and the heat-insulated mixing tank are hydraulically connected between a heat-insulated bypass pipe below the water level, while the performance of the water pump the round is selected above the design capacity of the additional water pump, the outlet of the flow evaporator in the water circuit is connected to the insulated ice water tank, this tank is hydraulically connected to the inlet of the additional water pump, the outlet of this pump is connected to the inlet of the ice water consumer, the outlet of the ice water consumer is connected to the insulated mixing tank, this tank is hydraulically connected to the inlet of the water circuit pump, and the outlet of this pump is connected to the inlet of the plate evaporator through the water Nome contour, with all pipes of the water circuit are made insulated.
Таким образом, в предлагаемое техническое решение введены признаки изобретения, отличительные от прототипа.Thus, in the proposed technical solution introduced features of the invention, distinctive from the prototype.
Первый отличительный признак - в состав контура хладагента введен нормально открытый соленоидный вентиль, вход которого соединен трубопроводом с выходом компрессора, а выход соединен трубопроводом с входом хладагента в пластинчатый испаритель, при этом нормально открытый соленоидный вентиль электрически связан с реле давления, установленным на выходе насоса водяного контура. Второй отличительный признак - управляющий датчик температуры, установленный в водяном контуре на выходе из пластинчатого испарителя, электрически связан с регулятором производительности компрессора. Третий отличительный признак - в состав водяного контура введен теплоизолированный смесительный бак, установленный на одном уровне с теплоизолированным баком ледяной воды и связанный с ним теплоизолированным перепускным трубопроводом ниже возможного уровня воды в любом из этих баков. Четвертый отличительный признак - в состав водяного контура введен дополнительный водяной насос, вход которого гидравлически связан с теплоизолированным баком ледяной воды, а выход соединен трубопроводом с входом потребителя ледяной воды, при этом производительность дополнительного водяного насоса при максимальном расходе ледяной воды выбирается ниже расчетной производительности основного насоса. Пятый отличительный признак - вход насоса водяного контура гидравлически связан с теплоизолированным смесительным баком, а выход этого насоса связан с входом в водяную полость пластинчатого испарителя.The first distinguishing feature is that a normally open solenoid valve is introduced into the refrigerant circuit, the inlet of which is connected by a pipe to the compressor output, and the output is connected by a pipe to the refrigerant inlet to a plate evaporator, while a normally open solenoid valve is electrically connected to a pressure switch installed at the water pump output contour. The second distinguishing feature is the control temperature sensor installed in the water circuit at the outlet of the plate evaporator, electrically connected to the compressor capacity regulator. The third distinguishing feature is that a thermally insulated mixing tank is installed in the water circuit, installed at the same level as the insulated ice water tank and connected with it with a thermally insulated bypass pipe below the possible water level in any of these tanks. The fourth distinguishing feature is that an additional water pump is introduced into the water circuit, the inlet of which is hydraulically connected to the insulated ice water tank, and the outlet is connected by a pipe to the inlet of the ice water consumer, while the capacity of the additional water pump at the maximum ice water flow rate is selected below the design capacity of the main pump . The fifth distinguishing feature is that the inlet of the water circuit pump is hydraulically connected to the heat-insulated mixing tank, and the outlet of this pump is connected to the inlet to the water cavity of the plate evaporator.
Совокупность всех указанных отличительных признаков позволяет достичь поставленного результата, а именно, получить минимально возможную температуру на выходе из пластинчатого испарителя, а именно+0,1÷0,5°С, при этом исключается возможность замерзания воды внутри пластинчатого испарителя.The combination of all these distinguishing features allows you to achieve the set result, namely, to obtain the lowest possible temperature at the outlet of the plate evaporator, namely + 0.1 ÷ 0.5 ° C, while eliminating the possibility of freezing water inside the plate evaporator.
Так, введенный в состав контура хладагента трубопровод с нормально открытым соленоидным вентилем, соединяющий выход из компрессора и вход в полость хладагента пластинчатого испарителя, предназначен для периодического кратковременного перепуска горячего хладагента в газообразной фазе с целью снятия льда со стенок водяной полости пластинчатого испарителя. Нормально открытым соленоидным вентилем в технике приято считать вентиль, который в обесточенном состоянии находится в открытом положении, а при подаче на него напряжения вентиль закрывается. При работе холодильной установки этот электромагнитный вентиль находится под напряжением в закрытом положении. Если напряжение снять, то он автоматически откроется. Это условие нужно для того, чтобы при аварийном отключении компрессора (например, авария в электросетях) соленоид находился в открытом состоянии, и горячий хладагент из работающего по инерции обесточенного компрессора попадал в полость хладагента пластинчатого испарителя, в котором еще продолжают кипеть остатки хладагента, чтобы не допустить замерзания воды в водяной полости испарителя. При намерзании льда на пластинах водяной полости пластинчатого испарителя проходное сечение этой полости уменьшается и начинает расти давление воды на входе в пластинчатый испаритель. Реле давления при росте давления воды выдает управляющий импульс на снятие напряжения питания с находящегося под напряжением в закрытом состоянии соленоидного вентиля, после чего он открывается и горячие (около 90°С) пары сжатого хладагента из компрессора поступают в полость хладагента пластинчатого испарителя и обеспечивают сброс льда с пластин испарителя и унос его потоком воды. Как только давление на входе в водяную полость приходит в норму, реле давления подает напряжение питания на соленоидный вентиль и он закрывается. Управляющий датчик температуры, установленный на выходе ледяной воды из пластинчатого испарителя, электрически связанный с регулятором производительности компрессора обеспечивает регулирование производительности холодильного контура в зависимости от температуры воды на выходе из пластинчатого испарителя. Если температура ледяной воды на выходе из пластинчатого испарителя приближается к 0°С, чтобы избежать образования льда на пластинах испарителя, датчик температуры выдает управляющий сигнал на привод компрессора с целью снижения его производительности. Введение в состав водяного контура теплоизолированного смесительного бака, гидравлически связанного с насосом водяного контура позволяет выравнивать температуру воды, поступающей на вход проточного испарителя, за счет смешивания поступающей более теплой воды от потребителя с более холодной водой, находящейся в теплоизолированном накопительном баке. Теплоизолированный перепускной трубопровод между баками вместе с другим признаком, - объемная производительность водяного насоса, забирающего воду из теплоизолированного смесительного бака должна быть больше производительности дополнительного водяного насоса, подающего ледяную воду потребителю, нужен для того, чтобы в режиме минимальной тепловой нагрузки у потребителя пластинчатый испаритель работал на захолаживание воды в обоих баках, что позволяет накапливать ледяную воду в баках, и потом использовать ее для снятия пиковых тепловых нагрузок, не увеличивая холодопроизводительности установки, а также для подмешивания ледяной воды к воде, поступающей в теплоизолированный смесительный бак от потребителя.Thus, a pipeline introduced into the composition of the refrigerant circuit with a normally open solenoid valve connecting the compressor outlet and the inlet of the plate evaporator refrigerant cavity is intended for periodic short-term transfer of hot refrigerant in the gaseous phase in order to remove ice from the walls of the water cavity of the plate evaporator. In technology, it is customary to consider a valve to be a normally open solenoid valve, which in the de-energized state is in the open position, and when the voltage is applied to it, the valve closes. When the refrigeration unit is operating, this solenoid valve is energized in the closed position. If the voltage is removed, it will automatically open. This condition is necessary so that during an emergency shutdown of the compressor (for example, an accident in the power supply network), the solenoid is in the open state and hot refrigerant from the inertialess deenergized compressor enters the refrigerant cavity of the plate evaporator, in which the remaining refrigerant continues to boil, so as not to allow freezing of water in the water cavity of the evaporator. When ice freezes on the plates of the water cavity of the plate evaporator, the flow area of this cavity decreases and the water pressure at the inlet to the plate evaporator begins to increase. When the pressure of the water increases, the pressure switch gives a control pulse to remove the supply voltage from the solenoid valve energized when it is closed, after which it opens and the hot (about 90 ° С) compressed refrigerant vapor from the compressor enters the refrigerant cavity of the plate evaporator and provides ice discharge from the evaporator plates and carried away by a stream of water. As soon as the pressure at the entrance to the water cavity returns to normal, the pressure switch supplies the supply voltage to the solenoid valve and it closes. A control temperature sensor installed at the outlet of ice water from the plate evaporator, electrically connected to the compressor capacity regulator, controls the capacity of the refrigeration circuit depending on the temperature of the water leaving the plate evaporator. If the temperature of ice water at the outlet of the plate evaporator approaches 0 ° C in order to avoid ice formation on the evaporator plates, the temperature sensor provides a control signal to the compressor drive in order to reduce its performance. The introduction of a thermally insulated mixing tank hydraulically connected to the pump of the water circuit into the water circuit makes it possible to equalize the temperature of the water entering the inlet of the flowing evaporator by mixing the incoming warmer water from the consumer with the colder water located in the insulated storage tank. A heat-insulated bypass pipe between the tanks together with another sign - the volumetric capacity of the water pump taking water from the heat-insulated mixing tank must be greater than the capacity of the additional water pump supplying ice water to the consumer, so that the plate evaporator works in the minimum heat load mode for the consumer to cool the water in both tanks, which allows you to accumulate ice water in the tanks, and then use it to remove peak heat s load without increasing the cooling capacity of the installation, and also for mixing of ice water to the water entering the mixing tank thermally insulated from the consumer.
Предлагаемая схема холодильной установки получения ледяной воды в пластинчатом испарителе изображена на чертеже, где цифрами обозначено:The proposed scheme of the refrigeration unit for producing ice water in a plate evaporator is shown in the drawing, where the numbers indicate:
1 - контур хладагента1 - refrigerant circuit
2 - компрессор2 - compressor
3 - регулятор производительности3 - performance regulator
4 - управляющий датчик температуры водяного контура4 - control sensor for the temperature of the water circuit
5 - конденсатор5 - capacitor
6 - терморегулирующий вентиль (ТРВ)6 - thermostatic valve (TRV)
7 - пластинчатый испаритель7 - plate evaporator
8 - нормально открытый соленоидный вентиль8 - normally open solenoid valve
9 - водяной контур9 - water circuit
10 - насос водяного контура10 - water circuit pump
11 - реле давления водяного контура11 - water pressure switch
12 - теплоизолированный бак ледяной воды12 - insulated ice water tank
13 - теплоизолированный перепускной трубопровод13 - insulated bypass pipe
14 - теплоизолированный смесительный бак14 - thermally insulated mixing tank
15 - дополнительный водяной насос15 - additional water pump
16 - потребитель ледяной воды16 - ice water consumer
В контуре хладагента 1 установлен компрессор 2 с регулятором производительности 3, управляющий датчик температуры водяного контура 4, электрически связанный с регулятором производительности 3, конденсатор 5, терморегулирующий вентиль 6 и пластинчатый испаритель7. В состав контура хладагента 1 введен нормально открытый соленоидный вентиль 8, вход которого гидравлически связан с выходом компрессора 2, а выход этого соленоидного вентиля 8 гидравлически связан с входом в пластинчатый испаритель 7 по контуру хладагента 1. Этот пластинчатый испаритель 7 одной полостью связан с контуром хладагента 1, второй полостью с водяным контуром 9. В водяном контуре 9 установлен насос водяного контура 10, выход которого гидравлически связан с входом в пластинчатый испаритель7 по водяному контуру 9, при этом реле давления водяного контура 11 установлено в водяном контуре 9 на входе в пластинчатый испаритель 7 и электрически связано с нормально открытым соленоидным вентилем 8 контура хладагента 1. Теплоизолированный бак ледяной воды 12 гидравлически соединен теплоизолированным перепускным трубопроводом 13 с теплоизолированным смесительным баком 14, соединен трубопроводом с выходом водяной полости пластинчатого испарителя 7, а также с входом дополнительного водяного насоса 15. Выход этого насоса 15 соединен трубопроводом с входом потребителя ледяной воды 16, а выход потребителя ледяной воды 16 соединен трубопроводом с теплоизолированным смесительным баком 14. Теплоизолированный смесительный бак 14 гидравлически соединен с входом водяного насоса 10, а выход насоса 10 соединен с входом водяной полости пластинчатого испарителя 7, при этом все трубопроводы водяного контура выполнены теплоизолированными. Объемный расход насоса 10 водяного контура выбирается большим, чем объемный расход дополнительного водяного насоса 15 при максимальной тепловой нагрузке на потребителя.A
Работает холодильная установка получения ледяной воды в пластинчатом испарителе следующим образом.A refrigeration unit for producing ice water in a plate evaporator operates as follows.
В контуре хладагента 1 холодильный компрессор 2 сжимает газообразный хладагент, при этом хладагент нагревается и под давлением поступает в конденсатор 5, где за счет охлаждения окружающим воздухом конденсируется, превращаясь в жидкий хладагент. После чего жидкий хладагента под высоким давлением поступает в терморегулирующий вентиль (ТРВ) 6, после которого хладагент превращается в парожидкостную смесь с низкой температурой кипения. Конкретная температура кипения хладагента подбирается расчетом в зависимости от необходимой температуры ледяной воды. Далее хладагент в виде парожидкостной смеси поступает в полость хладагента пластинчатого испарителя 7, где при кипении он отбирает тепло от воды, поступающей в полость водяного контура пластинчатого испарителя 7. Испарившийся хладагент поступает из испарителя 7 на вход компрессора 2 и холодильный цикл повторяется. На нормально открытый соленоидный вентиль 8 при запуске компрессора 2 поступает напряжение питания и он закрывается. В случае, когда давление воды на входе в водяную полость пластинчатого испарителя 7 будет превышать предварительно заданное значение, реле давления 11, отключит электропитание от соленоидного вентиля 8, он автоматически откроется, после чего горячий газообразный хладагент с температурой 90°С поступит в полость хладагента пластинчатого испарителя 7. Эксперименты показали, что исчезновение льда с пластин водяной полости пластинчатого испарителя 7 происходит за несколько десятков секунд (20-30 сек), после этого проходное сечение каналов водяной полости восстанавливается до начального значения и реле-давления 11 подает электропитание на соленоидный вентиля 8. Он закрывается и газообразный горячий хладагент из компрессора 2 поступает в конденсатор 5. Кратковременность процесса оттаивания за счет поступления горячего газа в полость хладагента пластинчатого испарителя 7 и наличие теплоизолированного бака с запасом ледяной воды 12 практически не влияет на температуру ледяной воды в этом баке. Из теплоизолированного бака ледяной воды 12 дополнительным водяным насосом 15 вода с температурой +0,1°÷0,5°С подается к потребителю ледяной воды 16, где она отбирает тепло от охлаждаемой продукции и выходит от этого потребителя 16 с температурой, например, 4°С. Вода с такой температурой поступает в теплоизолированный смесительный бак 14 и из этого бака водяным насосом 10 подается в водяную полость пластинчатого испарителя 7. В нем вода охлаждается до заданной температуры +0,1°÷0,5°С и снова поступает в теплоизолированный бак ледяной воды 12.In the refrigerant circuit 1, the
Если у потребителя ледяной воды 16 резко возрастает тепловая нагрузка, то температура ледяной воды на выходе от потребителя может увеличиться до +7°С и с этой температурой вода поступает в теплоизолированный смесительный бак 14, где смешивается с водой в этом баке, имеющей более низкую температуру, например, 4°С. Предположим, температура в баке 14 станет на 1°С выше, т.е. 5°С. Из теории теплообмена известно, что в пластинчатом испарителе жидкость, в том числе и воду, оптимально можно охладить не более чем на 5°С и этот перепад Δt для испарителя будет постоянным при разных температурах входа жидкости в пластинчатый испаритель. Таким образом, при температуре воды 5°С на входе в водяную полость пластинчатого испарителя 7 ледяная вода на выходе из этого теплообменника будет +0,1°÷0,5°С. Эту температуру контролирует управляющий датчик температуры 4 и если температура воды начнет и дальше понижаться, то от этого датчика 4 пойдет сигнал приводу 3 компрессора 2 на снижение производительности компрессора. При снижении холодопроизводительности компрессора 2 расход хладагента через соответствующую полость теплообменника-испарителя 7 снижается, температура кипения хладагента повышается и дальнейшее охлаждение воды в смежной полости проточного испарителя 7 прекращается, при этом температура ледяной воды на выходе из проточного испарителя близка к 0°С. Если вдруг, по какой то причине, этот канал регулирования температуры ледяной воды дал сбой, то замерзания воды внутри проточного испарителя 7 не допустит реле давления 11, установленное на входе водяного контура в пластинчатый испаритель 7. При возможном пиковом росте тепловой нагрузки температура воды на выходе от потребителя ледяной воды 16 может достигать значений +7÷+8°С. В этом случае вода с такой температурой смешивается в теплоизолированном смесительном баке 14 с ледяной водой с температурой +0,1°÷0,5°С, поступающей в него по теплоизолированному перепускному трубопроводу 13 из теплоизолированного бака ледяной воды 12 за счет разницы расходов дополнительного водяного насоса 15 (Gmax) и насоса водяного контура 10 (G). Если расход насоса водяного контура 10 больше расхода дополнительного водяного насоса 15, то ледяная вода будет всегда перетекать по теплоизолированному перепускному трубопроводу 13 из теплоизолированного бака ледяной воды 12 в теплоизолированный смесительный бак 14 и за счет этого температура в теплоизолированном смесительном баке 14 будет снижаться на 2-4°С. В этом случае вода, подаваемая насосом водяного контура 10 на охлаждение в водяную полость проточного испарителя 7, будет иметь температуру 4÷5°С, что позволяет гарантированно охладить ее до температуры ледяной воды +0,1÷0,5°С.If the consumer of
Если тепловая нагрузка у потребителя снижается, то температура ледяной воды на выходе от потребителя будет повышаться незначительно относительно температуры на входе и за счет разницы расходов (расход насоса водяного контура больше расхода дополнительного водяного насоса) будет происходить захолаживание воды в теплоизолированном смесительном баке 14, за счет поступления ледяной воды из бака 12 по теплоизолированному перепускному трубопроводу 13. Тем самым аккумулируется ледяная вода в двух баках. Поэтому в случае превышения номинальной тепловой нагрузки у потребителя, вода, выходящая от потребителя 16 с температурой, превышающей номинальную, будет смешиваться в баке 14 с ледяной водой, поступающей из теплоизолированного бака ледяной воды, и работа холодильной установки будет осуществляться в номинальном режиме, без увеличения производительности компрессора 1.If the heat load of the consumer decreases, then the temperature of the ice water at the outlet from the consumer will increase slightly relative to the inlet temperature and due to the difference in costs (the flow rate of the water circuit pump is greater than the flow rate of the additional water pump), water cooling in the
Использование данного изобретения позволяет надежно и безопасно для конструкции пластинчатого испарителя получать ледяную воду с температурой +0,1÷0,5°С в пластинчатых испарителях холодильных установок. Это снижает энергетические затраты на получение ледяной воды, поскольку ледяная вода производится при температурах кипения хладагента существенно выше, чем температура кипения хладагента в пленочных испарителях или панельных аккумуляторах. Меньшее энергопотребление данной холодильной установки складываются за счет работы ее пластинчатого испарителя при температуре кипения -2°÷-3°С, что на 2 градуса выше, чем у испарительных панелях и на 8 градусов выше, чем у аккумуляторов холода. Поэтому на 1 кВт электроэнергии, затрачиваемой компрессором холодильной установки, вырабатывается примерно на 5% больше холода, чем у испарительных панелей и на 24-25% больше холода, чем у аккумуляторов холода.The use of this invention allows reliable and safe for the design of a plate evaporator to obtain ice water with a temperature of + 0.1 ÷ 0.5 ° C in plate evaporators of refrigeration units. This reduces the energy cost of producing ice water, since ice water is produced at a boiling point of the refrigerant substantially higher than the boiling point of the refrigerant in film evaporators or panel batteries. The lower energy consumption of this refrigeration unit is due to the operation of its plate evaporator at a boiling point of -2 ° ÷ -3 ° C, which is 2 degrees higher than that of evaporative panels and 8 degrees higher than that of cold storage batteries. Therefore, 1 kW of electricity consumed by the compressor of the refrigeration unit generates about 5% more cold than evaporative panels and 24-25% more cold than cold storage batteries.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019110245A RU2718094C1 (en) | 2019-04-05 | 2019-04-05 | Refrigerating plant for production of ice water in plate evaporator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019110245A RU2718094C1 (en) | 2019-04-05 | 2019-04-05 | Refrigerating plant for production of ice water in plate evaporator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2718094C1 true RU2718094C1 (en) | 2020-03-30 |
Family
ID=70156354
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019110245A RU2718094C1 (en) | 2019-04-05 | 2019-04-05 | Refrigerating plant for production of ice water in plate evaporator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2718094C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101236024A (en) * | 2007-07-06 | 2008-08-06 | 罗桂荣 | Improved steam compression type refrigeration system and uses thereof |
RU148545U1 (en) * | 2014-06-26 | 2014-12-10 | Виктор Иванович Велюханов | REFRIGERATING INSTALLATION OF ACCESSING ICE WATER IN A FLOWING EVAPORATOR |
CN106556176A (en) * | 2015-09-30 | 2017-04-05 | 张清华 | In a kind of beer production, multistage hot water and multistage frozen water are while preparation system |
RU2655732C1 (en) * | 2017-08-03 | 2018-05-29 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Energy-saving refrigeration unit with combined natural and artificial cold accumulator for livestock farms |
CN108800632A (en) * | 2017-05-05 | 2018-11-13 | 云南道精制冷科技有限责任公司 | A kind of ice water station for producing 2 DEG C of ice water |
-
2019
- 2019-04-05 RU RU2019110245A patent/RU2718094C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101236024A (en) * | 2007-07-06 | 2008-08-06 | 罗桂荣 | Improved steam compression type refrigeration system and uses thereof |
RU148545U1 (en) * | 2014-06-26 | 2014-12-10 | Виктор Иванович Велюханов | REFRIGERATING INSTALLATION OF ACCESSING ICE WATER IN A FLOWING EVAPORATOR |
CN106556176A (en) * | 2015-09-30 | 2017-04-05 | 张清华 | In a kind of beer production, multistage hot water and multistage frozen water are while preparation system |
CN108800632A (en) * | 2017-05-05 | 2018-11-13 | 云南道精制冷科技有限责任公司 | A kind of ice water station for producing 2 DEG C of ice water |
RU2655732C1 (en) * | 2017-08-03 | 2018-05-29 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Energy-saving refrigeration unit with combined natural and artificial cold accumulator for livestock farms |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU193062U1 (en) | Heat exchanger for water-ice phase transition energy | |
JPS6222054B2 (en) | ||
Eames et al. | An experimental investigation into the integration of a jet-pump refrigeration cycle and a novel jet-spay thermal ice storage system | |
US11542147B2 (en) | Beverage dispensers with heat exchangers | |
US4294083A (en) | Air conditioning system | |
CN101603752A (en) | A kind of novel ice making method and device | |
CA1145962A (en) | Method of refrigeration and a refrigeration system | |
US5860287A (en) | Coolness storage for fixed capacity refrigeration system | |
RU2486422C2 (en) | Water reuse system with application of cooling towers | |
AU2019385786A1 (en) | Supercooling refrigerator | |
RU2718094C1 (en) | Refrigerating plant for production of ice water in plate evaporator | |
RU194308U1 (en) | Heat exchanger for water-ice phase transition energy | |
CN110171554B (en) | Water cooling system of refrigerated container for ship and working method thereof | |
RU2655732C1 (en) | Energy-saving refrigeration unit with combined natural and artificial cold accumulator for livestock farms | |
CN102003836B (en) | Low-temperature water source heat pump unit | |
US10871318B2 (en) | Ice maker | |
RU2309582C1 (en) | Energy-saving milk cooling system designed for farms and using natural cold | |
RU131465U1 (en) | COLD BATTERY | |
RU2423824C1 (en) | Refrigerating plant for milk cooling using natural and artificial cold | |
RU148545U1 (en) | REFRIGERATING INSTALLATION OF ACCESSING ICE WATER IN A FLOWING EVAPORATOR | |
RU2732603C1 (en) | Apparatus for producing energy of a water-ice phase transition | |
RU2713315C1 (en) | Accumulator for cooling milk on farms using natural cold | |
RU2486750C2 (en) | Energy saving holdover device for cooling milk | |
CN220567553U (en) | Supercooled water ice slurry manufacturing system | |
RU2390124C1 (en) | Combined installation for milk cooling with use of natural cold |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210406 |