RU55051U1

RU55051U1 - STEAM COMPRESSION AIR COOLING MACHINE

Info

Publication number: RU55051U1
Application number: RU2006101712/22U
Authority: RU
Inventors: Рифкат Абдулбарович Сафин; Ольга Ивановна Логинова
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Воткинский завод"
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2006-07-27

Abstract

Паровая компрессионная воздухоохладительная машина относится к холодильной технике преимущественно к воздухоохладительным машинам рефрижераторных контейнеров. Технической задачей, стоящей перед авторами является - обеспечить максимально возможные значения удельных тепловых потоков с поверхности теплообменных аппаратов (оптимизация параметров обдува). Паровая компрессионная воздухоохладительная машина содержит линию всасывания первой ступени 1, двухступенчатый компрессор 2, линию нагнетания первой ступени 3, конденсатор 4, отделитель жидкости 5, регенеративный теплообменник 6, линию всасывания второй ступени 7, линию нагнетания второй ступени 8, распределитель 9, дроссель 10, испаритель 11. Конденсатор 4 и испаритель 11 снабжены оребренными трубками 12. Внутри трубок 12 установлены спирали 13 из металлической проволоки, причем диаметр проволоки составляет от одного до двух процентов внутреннего диаметра трубок, наружный диаметр спиралей равен внутреннему диаметру трубок, а шаг спирали составляет от одного до двух значений ее внутреннего диаметра.Steam compression air cooler refers to refrigeration mainly to refrigeration containers air coolers. The technical challenge facing the authors is to provide the maximum possible values of specific heat fluxes from the surface of heat exchangers (optimization of blowing parameters). The steam compression air-cooler includes a suction line of the first stage 1, a two-stage compressor 2, a discharge line of the first stage 3, a condenser 4, a liquid separator 5, a regenerative heat exchanger 6, a suction line of the second stage 7, a discharge line of the second stage 8, distributor 9, throttle 10, the evaporator 11. The condenser 4 and the evaporator 11 are equipped with finned tubes 12. Inside the tubes 12, spirals 13 made of metal wire are installed, and the diameter of the wire is from one to two percent of the internal about the diameter of the tubes, the outer diameter of the spirals is equal to the inner diameter of the tubes, and the pitch of the spiral is from one to two values of its inner diameter.

Description

Полезная модель относится к холодильной технике, преимущественно к воздухоохладительным машинам рефрижераторных контейнеров.The utility model relates to refrigeration, mainly to air-cooling machines of refrigerated containers.

Известен ряд холодильных установок, прежде всего для рефрижераторных контейнеров фирм «ТЕРМОКИНГ», «КЭРРИЕР» (США), ряд холодильных машин для рефрижераторных контейнеров производства ФГУП «Воткинский завод» (Россия), таких как УТА-0,8, УТА-2, УТА-5,2.A number of refrigeration units are known, primarily for refrigerated containers by TERMOKING, KERRIER (USA), a number of refrigeration machines for refrigerated containers manufactured by FSUE Votkinskiy Zavod (Russia), such as UTA-0.8, UTA-2, UTA-5.2.

Это холодильные компрессионные машины, в том числе для охлаждения воздуха в замкнутом объеме, состоящие из компрессора с приводным двигателем и теплообменных аппаратов, т.e. конденсатора и испарителя, преимущественно трубчатой конструкции. Работа машин основана на испарении находящегося в жидком состоянии хладоагента (фреона) имеющего низкую температуру кипения, за счет чего отбирается тепло из охлаждаемого объема. Перевод хладоагента снова в жидкое состояние обеспечивается за счет работы компрессора, повышающего давление парообразного хладоагента до давления конденсации и последующего сжижения хладоагента за счет отвода тепла в конденсаторе.These are refrigeration compression machines, including for cooling air in a closed volume, consisting of a compressor with a drive motor and heat exchangers, i.e. condenser and evaporator, mainly tubular construction. The operation of the machines is based on the evaporation of a liquid refrigerant (freon) having a low boiling point, due to which heat is taken from the cooled volume. The conversion of the refrigerant to the liquid state is again ensured by the operation of the compressor, which increases the vapor pressure of the refrigerant to the condensation pressure and the subsequent liquefaction of the refrigerant due to heat removal in the condenser.

Наиболее близким аналогом - прототипом можно считать установку УТА-5,2, производства ФГУП «Воткинским завод», построенную по классической схеме, включающей компрессоры и теплообменные аппараты /свидетельство на полезную модель RU №9888, опубликовано 16.05.99 г./. Особенностью данной машины, вызванной стремлением к унификации модельного ряда холодильных машин и не имеющей в данном случае принципиального значения, является наличие двух идентичных контуров (испаритель - компрессор-конденсатор), обеспечивающих необходимую величину холодопроизводительности. Данная установка представляет собой фактически The closest analogue - a prototype can be considered the UTA-5.2 installation, manufactured by FSUE Votkinskiy Zavod, built according to the classical scheme, including compressors and heat exchangers / utility model certificate RU No. 9888, published on 05.16.99 /. A feature of this machine, caused by the desire to unify the model range of chillers and not having a fundamental value in this case, is the presence of two identical circuits (evaporator - compressor-condenser) that provide the necessary amount of cooling capacity. This installation is actually

две идентичные холодильные машины с общей системой управления, способные работать как параллельно, так и раздельно.two identical chillers with a common control system, capable of working both in parallel and separately.

Для эффективного протекания процесса охлаждения необходимо обеспечение теплопередачи от охлаждаемого объема к хладоагенту в испарителе и от хладоагента в окружающую среду в конденсаторе, для чего поверхности испарителя и конденсатора, а также их коэффициенты теплоотдачи должны иметь достаточно большие значения, например за счет их оребрения.For the cooling process to proceed efficiently, it is necessary to ensure heat transfer from the volume to be cooled to the refrigerant in the evaporator and from the refrigerant to the environment in the condenser, for which the surfaces of the evaporator and condenser, as well as their heat transfer coefficients, must have sufficiently large values, for example, due to their finning.

Теплоотдача конденсатора и испарителя в значительной мере определяются коэффициентами теплоотдачи между хладоагентом и стенками трубок указанных теплообменных аппаратов, что, в свою очередь, определяет геометрические параметры теплообменных аппаратов при заданных требованиях к холодопроизводительности холодильной машины.The heat transfer of the condenser and the evaporator is largely determined by the heat transfer coefficients between the refrigerant and the tube walls of these heat exchangers, which, in turn, determines the geometric parameters of the heat exchangers with the given requirements for the cooling capacity of the refrigeration machine.

Технической задачей, стоящей перед авторами является - обеспечить максимально возможные значения удельных тепловых потоков с поверхности теплообменных аппаратов (оптимизация параметров обдува).The technical challenge facing the authors is to provide the maximum possible values of specific heat fluxes from the surface of heat exchangers (optimization of blowing parameters).

В качестве эффективного средства повышения коэффициента теплоотдачи, а значит и холодопроизводительности при неизменных габаритах, либо снижения габаритов при той же хололопроизводительностит является внутреннее оребрение трубок теплообменных аппаратов, что позволяет повысить коэффициент теплоотдачи в 2 и более раз / Журнал «Холодильный бизнес» №2, 1999 г., статья В.В.Горина «Экспериментальное исследование теплообмена при кипении хладона R22 внутри труб с интенсифицированными поверхностями»As an effective means of increasing the heat transfer coefficient, and hence the cooling capacity with constant dimensions, or reducing the dimensions with the same cooling capacity, is the internal fins of the tubes of heat exchangers, which allows to increase the heat transfer coefficient by 2 or more times / Magazine "Refrigeration business" No. 2, 1999 G., article of V.V. Gorin "An experimental study of heat transfer during boiling of R22 HFC inside pipes with intensified surfaces"

В то же время, возможность применения для этих целей трубок с внутренним оребрением ограничивается их более высокой себестоимостью, а также усложнением технологии изготовления теплообменных аппаратов, в связи с чем подавляющее количество холодильных машин изготавливается с применением гладких трубок (без внутреннего оребрения).At the same time, the possibility of using tubes with internal fins for these purposes is limited by their higher cost, as well as by the complication of the manufacturing technology of heat exchangers, in connection with which the vast majority of chillers are manufactured using smooth tubes (without internal fins).

Технический результат достигается тем, что в известной паровой компрессионной воздухоохладительной машине, содержащей двухступенчатый компрессор, конденсатор и испаритель с оребренными трубками, линии всасывания и нагнетания первой и второй ступеней, внутри трубок конденсатора и испарителя смонтированы спирали из металлической проволоки, причем диаметр проволоки составляет от 1% до 2% внутреннего диаметра трубок, наружный диаметр спиралей равен внутреннему диаметру трубок, а шаг спирали составляет от 1 до 2 значений внутреннего диаметра трубок. Спирали изготавливаются из материала, устойчивого к хладоагенту, например из того же материала, что и материал трубок.The technical result is achieved by the fact that in the known steam compression air-cooling machine containing a two-stage compressor, a condenser and an evaporator with finned tubes, suction and discharge lines of the first and second stages, spirals of metal wire are mounted inside the condenser and evaporator tubes, and the wire diameter is from 1 % to 2% of the inner diameter of the tubes, the outer diameter of the spirals is equal to the inner diameter of the tubes, and the pitch of the spiral is from 1 to 2 values of the inner diameter ra tubes. Spirals are made from a material resistant to the refrigerant, for example from the same material as the material of the tubes.

С целью большего соответствия тепловых характеристик системы «спираль-трубка» характеристикам оребренной трубки, спираль изготавливается с наружным диаметром, несколько большим (на 1...2%) внутреннего диаметра трубки, при этом после монтажа спирали в трубку обеспечивается необходимый тепловой контакт спирали с трубкой за счет упругой деформации спирали.In order to better match the thermal characteristics of the spiral-tube system to the characteristics of the finned tube, the spiral is made with an outer diameter slightly larger (by 1 ... 2%) of the inner diameter of the tube, and after installing the spiral in the tube, the necessary thermal contact of the spiral with tube due to the elastic deformation of the spiral.

На фиг.1 показана предложенная паровая компрессионная воздухоохладительная машина.Figure 1 shows the proposed steam compression air cooler.

На фиг.2 - расположение спирали внутри трубок теплообменных аппаратов холодильной установки.Figure 2 - the location of the spiral inside the tubes of the heat exchangers of the refrigeration unit.

Паровая компрессионная воздухоохладительная машина содержит линию всасывания первой ступени 1, двухступенчатый компрессор 2, линию нагнетания первой ступени 3, конденсатор 4, отделитель жидкости 5, регенеративный теплообменник 6, линию всасывания второй ступени 7, линию нагнетания второй ступени 8, распределитель 9, дроссель 10, испаритель 11. Конденсатор 4 и испаритель 11 снабжены оребренными трубками 12. Внутри трубок 12 установлены спирали 13 из металлической проволоки, причем диаметр проволоки составляет от одного до двух процентов внутреннего диаметра трубок, наружный диаметр спирали равен внутреннему диаметру The steam compression air-cooler includes a suction line of the first stage 1, a two-stage compressor 2, a discharge line of the first stage 3, a condenser 4, a liquid separator 5, a regenerative heat exchanger 6, a suction line of the second stage 7, a discharge line of the second stage 8, distributor 9, throttle 10, the evaporator 11. The condenser 4 and the evaporator 11 are equipped with finned tubes 12. Inside the tubes 12, spirals 13 made of metal wire are installed, and the diameter of the wire is from one to two percent of the internal about the diameter of the tubes, the outer diameter of the spiral is equal to the inner diameter

трубок, а шаг 14 спирали составляет от одного до двух значений ее внутреннего диаметра.tubes, and the step 14 of the spiral is from one to two values of its inner diameter.

Работа паровой компрессионной воздухоохладительной машины происходит следующим образом.The operation of a steam compression air cooler is as follows.

Из линии всасывания первой ступени 1 (фиг.1) хладоагент подается на вход первой ступени компрессора 2, где сжимается до промежуточного давления и через линию нагнетания первой ступени подается в конденсатор 4 в ту его часть, которая предназначена для работы в первой ступени и не имеет соединения с основной частью конденсатора, предназначенной для работы во второй ступени. В этой части конденсатора происходит предварительное охлаждение хладоагента, нагретого после сжатия в первой ступени.From the suction line of the first stage 1 (Fig. 1), the refrigerant is fed to the input of the first stage of the compressor 2, where it is compressed to an intermediate pressure and fed through the discharge line of the first stage to the condenser 4 in that part that is designed to work in the first stage and does not have connection with the main part of the capacitor, designed to work in the second stage. In this part of the condenser, pre-cooling of the refrigerant heated after compression in the first stage takes place.

Далее хладоагент подается в отделитель жидкости 5, служащий для предотвращения попадания жидкой фазы (прежде всего масла) в цилиндр нагнетания второй ступени компрессора. Из отделителя жидкости 5 хладоагент подается в рубашку регенеративного теплообменника 6, где дополнительно охлаждается проходящими по внутренней трубке регенеративного теплообменника парами хладоагента, вышедшими из испарителя 11. Данное дополнительное охлаждение способствует улучшению условий последующего сжатия хладагента во второй ступени компрессора. Вышедший из рубашки регенеративного теплообменника 6 хладоагент поступает в линию всасывания второй ступени и из нее - во вторую ступень компрессора 2, где сжимается до рабочего давления, после чего поступает в основную часть конденсатора 4. В конденсаторе 4 за счет интенсивной теплоотдачи сжатый хладоагент переходит в жидкое состояние, после чего, выйдя из конденсатора поступает в распределитель 9, где делится на четыре параллельных потока. Каждый из потоков поступает в свой дроссель 10, обеспечивающий заданное давление, а следовательно и температуру кипения при необходимом расходе хладоагента, после чего происходит кипение хладоагента в испарителе с отбором тепла, необходимого для кипения Next, the refrigerant is fed into the liquid separator 5, which serves to prevent the liquid phase (primarily oil) from entering the injection cylinder of the second stage of the compressor. From the liquid separator 5, the refrigerant is fed into the jacket of the regenerative heat exchanger 6, where it is additionally cooled by the refrigerant vapor passing through the inner tube of the regenerative heat exchanger leaving the evaporator 11. This additional cooling helps to improve the conditions for the subsequent compression of the refrigerant in the second stage of the compressor. The refrigerant emerging from the jacket of the regenerative heat exchanger 6 enters the suction line of the second stage and from it into the second stage of the compressor 2, where it is compressed to the working pressure, and then enters the main part of the condenser 4. In the condenser 4, due to the intensive heat transfer, the compressed refrigerant goes into liquid state, after which, leaving the capacitor enters the distributor 9, where it is divided into four parallel flows. Each of the flows enters its own choke 10, which provides a predetermined pressure, and hence the boiling point at the required refrigerant flow rate, after which the refrigerant boils in the evaporator with the selection of heat necessary for boiling

от охлаждаемого объема через стенки трубок испарителя 11. Пройдя через испаритель 11 и распределитель 9, пары хладоагента поступают во внутренний канал регенеративного теплообменника 6. В распределителе 9 и регенеративном теплообменнике 6 происходит некоторый перегрев паров хладоагента относительно температуры его кипения в испарителе, что предотвращает попадание жидкого хладоагента на всасывание компрессора и тем самым предотвращает возможность гидравлического удара и поломки компрессора. Пройдя через регенеративный теплообменник 6, пары хладоагента вновь попадают в магистраль всасывания первой ступени 1.from the cooled volume through the walls of the tubes of the evaporator 11. After passing through the evaporator 11 and the distributor 9, the refrigerant vapor enters the internal channel of the regenerative heat exchanger 6. In the distributor 9 and the regenerative heat exchanger 6 there is some overheating of the refrigerant vapor relative to its boiling point in the evaporator, which prevents liquid from entering refrigerant to the compressor suction and thereby prevents the possibility of water hammer and compressor breakdown. After passing through the regenerative heat exchanger 6, the refrigerant vapor again enters the suction line of the first stage 1.

Таким образом, благодаря наличию в трубках конденсатора и испарителя проволочных спиралей изготовленных с шагом от одного до двух значений внутреннего диаметра трубок, при этом спирали изготовлены из проволоки диаметром от одного до двух процентов внутреннего диаметра трубок, процессы теплообмена в этих аппаратах (конденсаторе и испарителе) протекают более интенсивно, в результате чего обеспечиваются максимально возможные значения удельных тепловых потоков с поверхности теплообменных аппаратов.Thus, due to the presence of wire spirals made in the tubes of the condenser and evaporator in increments of one to two values of the inner diameter of the tubes, while the spirals are made of wire with a diameter of one to two percent of the inner diameter of the tubes, the heat exchange processes in these devices (condenser and evaporator) proceed more intensively, as a result of which the maximum possible values of specific heat fluxes from the surface of heat exchangers are provided.

Claims

A steam compression air cooler comprising a two-stage compressor, a condenser and an evaporator with finned tubes, suction and discharge lines of the first and second stages, characterized in that wire spirals are installed inside the condenser and evaporator tubes, the wire diameter being from one to two percent of the inner diameter of the tubes , the outer diameter of the spirals is equal to the inner diameter of the tubes, and the pitch of the spiral is from one to two values of its inner diameter.