Струйный насос для систем охлаждения или нагрева

Область техники

Настоящее изобретение относится к системам охлаждения или нагрева, содержащим по меньшей мере компрессор, конденсатор, резервуар-накопитель и испаритель. Изобретение также относится к устройствам, используемым в таких системах.

Уровень техники

Известны различные системы циркуляции охлаждающей жидкости (хладагента) в затопленных испарителях систем охлаждения, низкотемпературных систем, теплонасосных установок. Эти системы применяют для охлаждения и нагрева.

Однако используемые циркуляционные установки, как правило, сложны и громоздки, а следовательно, и неоправданно дороги. Размеры и сложность таких систем приводят также к тому, что их применение и эффективность ниже, чем можно предположить. Далее описаны некоторые известные системы и устройства, обладающие вышеупомянутыми недостатками.

В патентах US 2004/0255612 А1 и US 2005/0204771 А1 описаны различные эжекторные системы, способствующие циркуляции охлаждающей жидкости по поверхностям испарения посредством всасывания сжиженной газовой смеси из испарителей с последующей ее сепарацией в резервуаре-накопителе. Циркуляция зависит от поддержания давления в испарителе, причем на производительность струйного насоса оказывает значительное влияние качество засасываемой сжиженной газовой смеси. Системы снабжены смотровыми окнами, позволяющими контролировать количество хладагента в системе. В патенте US 5,247,813 А описаны смотровые окна, расположенные в вытяжном канале, выходящем из резервуара-накопителя.

Патент JP 7043052 описывает смотровое окно, расположенное на резервуаре для охлаждающей жидкости за конденсатором и предназначенное для проверки количества хладагента в системе охлаждения, а также смотровое окно, расположенное на трубопроводе за резервуаром для охлаждающей жидкости и предназначенное для отслеживания содержания хладагента в системе охлаждения.

Недостатком всех вышеупомянутых изобретений является отсутствие в них возможности должного контроля за количеством и качеством хладагента.

Таким образом, существует необходимость разработки системы, обеспечивающей решение указанных выше проблем простым и удобоприменяемым способом.

Ближайшим аналогом настоящего изобретения является система охлаждения согласно патенту US 2,859,596, содержащая компрессор, конденсатор, резервуар-накопитель для хладагента, испаритель, патрубок для отвода конденсатора из конденсата, выполненный на входе в струйный насос, и выходной патрубок для соединения с испарителем, выполненный на выходе из струйного насоса. Недостатком ближайшего аналога является то, что контроль отвода пузырьков от струйного насоса и в результате этого определение развития кавитации и причин ее развития затруднены.

Краткое изложение сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является контроль отвода пузырьков от струйного насоса и в результате этого определение развития кавитации и причин кавитации простыми и эффективными средствами.

Указанная задача решена путем создания системы охлаждения или нагрева, содержащей по меньшей мере компрессор, конденсатор, резервуар-накопитель для хладагента, испаритель и струйный насос для создания циркуляции хладагента через испаритель, патрубок для отвода конденсата из конденсатора, выполненный на входе в струйный насос, выходной патрубок для соединения с испарителем, выполненный на выходе из струйного насоса, и средства визуального контроля струйного насоса, резервуарный патрубок, выполненный на выходе из струйного насоса, сообщающийся с резервуаром-накопителем для обеспечения возможности перемещения хладагента между резервуаром-накопителем и струйным насосом и расположенный с противоположной стороны от средств визуального контроля струйного насоса.

Система охлаждения или нагрева может содержать средства визуального контроля струйного насоса, выполненные в виде смотрового окна.

В системе охлаждения или нагрева струйный насос может быть установлен в нижней части резервуара-накопителя для хладагента или в непосредственной близости к ней.

В системе охлаждения или нагрева струйный насос может содержать распылительное сопло, диффузор и входной канал между распылительным соплом и диффузором.

В системе охлаждения или нагрева между конденсатором и соплом струйного насоса может быть расположено регулирующее устройство.

В системе охлаждения или нагрева патрубок для отвода конденсата из конденсатора может быть соединен с распылительным соплом или регулирующим устройством струйного насоса, а указанное сопло может быть установлено с обеспечением возможности того, чтобы струя сжиженного газа, поступающая во входное отверстие диффузора струйного насоса с большой скоростью, засасывала в себя жидкость из резервуара, поступающую в свою очередь во входное отверстие диффузора через свободный канал между соплом и входным отверстием диффузора, который соединен с резервуаром хладагента.

Изобретение также относится к устройствам для контроля хладагента в системе охлаждения или нагрева, содержащим струйный насос, устройство, обеспечивающее визуальный контроль за ним, трубопровод, предназначенный для всасывания конденсата из конденсатора, и выходной патрубок для соединения с испарителем, резервуарный патрубок, сообщающийся с резервуаром-накопителем для обеспечения возможности перемещения хладагента между резервуаром-накопителем хладагента и струйным насосом и расположенный с противоположной стороны от средств визуального контроля струйного насоса.

В устройстве средства визуального контроля струйного насоса могут быть выполнены в виде смотрового окна.

Струйный насос может содержать распылительное сопло, диффузор струйного насоса и входной канал между распылительным соплом и диффузором.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится описание изобретения с пояснениями, иллюстрированными приложенными чертежами, где

на фиг.1 приведен вид сбоку в разрезе предлагаемого устройства со смотровым окном, в котором струйный насос соединен с резервуаром, а также частей трубопровода в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения;

на фиг.2 приведен вид спереди предлагаемого устройства со смотровым окном, в котором струйный насос соединен с резервуаром, а также частей трубопровода в соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения;

на фиг.3 приведен вид сбоку в разрезе предлагаемого устройства со смотровым окном, в котором соединение струйного насоса с резервуаром выполнено по-другому, а также частей трубопровода в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения;

на фиг.4 приведен вид спереди предлагаемого устройства со смотровым окном, в котором соединение струйного насоса с резервуаром выполнено согласно фиг.3, а также частей трубопровода в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения;

на фиг.5 приведена установленная на резервуаре система подачи хладагента для охлаждения или нагрева, в которой использовано предлагаемое устройство со смотровым окном, оснащенное струйным насосом и средствами отделения пузырьков согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

На фиг.1-5 приведено устройство со смотровым окном, оснащенное видимым струйным насосом с распылительным соплом 1 и диффузором 2 для использования в системах нагрева, охлаждения или заморозки. Струйный насос применяется в системах с затопленным испарителем, предназначенных для охлаждения или нагрева. Под диффузором понимают устройство, в котором происходит замедление потока текучей среды и возрастание давления. При использовании для охлаждения или нагрева летучих и конденсируемых сред струйный насос работает в качестве регулирующего устройства.

Помимо имеющегося смотрового окна 3 и струйного насоса устройство 12 со смотровым окном включает резервуарный патрубок 7 резервуара с хладагентом, расположенный с противоположной стороны от окна 3, для того чтобы резервуар 4 и струйный насос сообщались между собой с возможностью перемещения хладагента, патрубок 8 для подвода хладагента из конденсатора непосредственно или через дроссельное или регулирующее устройство и патрубок 9 для подвода хладагента к испарителю. Резервуарному патрубку 7 между резервуаром 4 и струйным насосом придана такая форма, что хладагент может протекать без затруднения между резервуаром и областью, окружающей насос. Сопло 1 струйного насоса представлено на чертежах в виде регулирующего устройства с пропускным отверстием постоянного сечения без возможности регулирования, но оно может также быть выполнено с регулируемым распылительным соплом для управления количеством хладагента. Управляющим сигналом для сопла струйного насоса может служить, например, управляющий сигнал, описанный в собственной заявке заявителя PCT/SE 2006/000680, причем в этом случае распылительное сопло регулирующего устройства расположено в устройстве со смотровым окном для визуального контроля.

На фиг.5 приведен пример системы охлаждения или нагрева, содержащей компрессор 10, конденсатор 11, резервуар-накопитель 4, устройство со смотровым окном, струйный насос и устройство для отделения газа 12 согласно предпочтительному варианту реализации, испаритель 13, трубопровод для хладагента и хладагент с пузырьками за смотровым окном.

При повышении давления в сопле струйного насоса и протекании через него смеси конденсата хладагента со сжиженным газом из конденсатора 11 смесь проходит через выходное сечение сопла, а затем расширяется в виде высокоскоростной струи. В сопле из смеси конденсата хладагента и сжиженного газа формируется поток, который благодаря конструкции и расположению сопла 1 направлен в диффузор 2. Хладагент 6 из резервуара 4 всасывается в струю и смешивается со струей конденсата хладагента из сопла 1, после чего смесь под давлением поступает в диффузор 2 и происходит смешивание двух газожидкостных смесей. При образовании смеси повышается давление жидкости, засасываемой из резервуара 4. Затем смесь через патрубок 9 поступает в трубопровод или канал, ведущий к испарителю 13, функция которого заключена в отборе тепла из окружающей среды и испарении охлаждающей жидкости. Между конденсатором 11 и соплом 1, где происходит расширение хладагента, может быть установлено регулирующее устройство в качестве дросселирующего устройства в дополнение к соплу струйного насоса.

Согласно изобретению смотровое окно 3 в устройстве 12 обеспечивает хороший контроль охлаждающей жидкости, протекающей к струйному насосу. Пузырьки газа 5, образующиеся вокруг струйного насоса, эффективно отводятся через резервуарный патрубок 7 в резервуар 4. Отвод пузырьков осуществляется под действием гравитации. Поэтому струйный насос предпочтительно установлен в нижней части резервуара 4 или соединен с ней. Испарившуюся жидкость, образовавшуюся в области, окружающей струйный насос, отводят в резервуар 4, в результате чего во впускное отверстие струйного насоса поступает меньшее количество пузырьков газа, а количество жидкости в хладагенте увеличивается, благодаря чему возрастает массовый расход.

Использование смотрового окна создает много преимуществ для системы с точки зрения регулирования или визуального контроля за хладагентом, насосом и/или пузырьками газа. Появление пузырьков газа может быть, например, вызвано нагревом конденсата. Как упомянуто выше, устройство предпочтительно расположено в нижней части резервуара 4 или присоединено к ней, так что пузырьки газа отводятся от впускного отверстия струйного насоса и резервуара, не нарушая всасывания насосом хладагента из резервуара. Этого, безусловно, можно было бы достичь и без использования средств 3 визуального наблюдения. Однако в этом случае необходимость контроля за хладагентом и работой насоса потребовала бы значительных изменений в системе, например необходимости установки датчиков для измерения температуры, давления и пр. Кроме того, благодаря тому что струйный насос размещен в нижней части резервуара 4 в этот насос поступает хладагент с меньшим содержанием газа, чем если бы он был установлен так, что имела бы место кавитация.

Настоящее изобретение позволяет уменьшить ненужные потери мощности путем отделения пузырьков газа в охлаждающей жидкости в струйных насосах при их использовании для создания циркуляции охлаждающей жидкости и в теплообменниках при испарении с отводом влажного пара.

Изобретение также обеспечивает возможность визуальной проверки наличия достаточного количества хладагента в струйном насосе для нормального функционирования насоса, а также проверки степени заполнения хладагентом системы охлаждения. Оно также позволяет наблюдать за потоком жидкости, поступающей в струйный насос, благодаря чему может быть проконтролировано наличие хладагента и газа в струйном насосе, чтобы убедиться в возможности нормальных запуска и работы системы.

Изобретение может использоваться в системах охлаждения и нагрева, где в качестве рабочей среды использованы испаряющиеся или конденсирующиеся хладагенты. Предлагаемое устройство со смотровым окном может быть применено во всех типах систем охлаждения с влажными теплообменниками, например в кондиционерах, тепловых насосах, системах охлаждения по ходу технологического процесса и системах охлаждения устройств с использованием поршневых, винтовых, спиральных, центробежных и других компрессоров, а также всех типов хладагентов для теплообмена испарением или конденсацией.

Разумеется, изобретение не ограничено приведенными вариантами его осуществления, проиллюстрироваными на прилагаемых чертежах. Возможны изменения, особенно с точки зрения характеристик различных деталей или использования сопоставимых методов, не выходящие за рамки объема настоящего изобретения, защищенного формулой изобретения.

Условные обозначения:

1 - сопло струйного насоса

2 - диффузор струйного насоса

3 - смотровое окно

4 - резервуар-накопитель жидкости или газа

5 - пузырьки газа, частично образованные из-за теплового эффекта от расширения смеси, отводимые из насоса в резервуар под действием гравитации

6 - жидкость, рециркулирующая через струйный насос в испаритель

7 - резервуарный патрубок между устройством со смотровым окном и резервуаром

8 - патрубок для подачи в сопло струйного насоса расширяемой конденсатной смеси или конденсата в качестве поступающего под давлением хладагента для работы насоса

9 - патрубок для подачи хладагента в испаритель, выполненный на выходе из струйного насоса

10 - компрессор

11 - конденсатор

12 - устройство со струйным насосом и средствами отделения пузырьков

13 - испаритель

1. Система охлаждения или нагрева, содержащая по меньшей мере компрессор (10), конденсатор (11), резервуар-накопитель (4) для хладагента, испаритель (13) и струйный насос для создания циркуляции хладагента через испаритель (13), отличающаяся тем, что она содержит:
патрубок (8) для отвода конденсата из конденсатора (11), выполненный на входе в струйный насос,
выходной патрубок (9) для соединения с испарителем (13), выполненный на выходе из струйного насоса, и средства (3) визуального контроля струйного насоса,
резервуарный патрубок (7), выполненный на выходе из струйного насоса, сообщающийся с резервуаром-накопителем (4) для обеспечения возможности перемещения хладагента между резервуаром-накопителем (4) и струйным насосом
и расположенный с противоположной стороны от средств (3) визуального контроля струйного насоса.

2. Система охлаждения или нагрева по п.1, отличающаяся тем, что средства (3) визуального контроля струйного насоса выполнены в виде смотрового окна.

3. Система охлаждения или нагрева по п.1 или 2, отличающаяся тем, что струйный насос установлен в нижней части резервуара-накопителя (4) для хладагента или в непосредственной близости к ней.

4. Система охлаждения или нагрева по п.1, отличающаяся тем, что струйный насос содержит распылительное сопло (1), диффузор (2) и входной канал между распылительным соплом (1) и диффузором (2).

5. Система охлаждения или нагрева по п.4, отличающаяся тем, что между конденсатором (11) и соплом (1) струйного насоса расположено регулирующее устройство.

6. Система охлаждения или нагрева по п.5, отличающаяся тем, что патрубок (8) для отвода конденсата из конденсатора (11) соединен с распылительным соплом (1) или регулирующим устройством струйного насоса, а указанное сопло (1) установлено с обеспечением возможности того, чтобы струя сжиженного газа, поступающая во входное отверстие (2) диффузора струйного насоса, засасывала в себя жидкость из резервуара (4), поступающую, в свою очередь, во входное отверстие (2) диффузора через свободный канал между соплом (1) и входным отверстием (2) диффузора, который соединен с резервуаром (4) хладагента.

7. Устройство (12) для контроля хладагента системы охлаждения или нагрева, отличающееся тем, что оно включает:
струйный насос (1, 2), средства (3) визуального контроля струйного насоса, патрубок (8) для отвода конденсата из конденсатора (11), выпускной патрубок (9), сообщающийся с испарителем (13), и
резервуарный патрубок (7), сообщающийся с резервуаром-накопителем (4) для обеспечения возможности перемещения хладагента между резервуаром-накопителем (4) и струйным насосом
и расположенный с противоположной стороны от средств (3) визуального контроля струйного насоса.

8. Устройство (12) по п.7, отличающееся тем, что средства (3) визуального контроля струйного насоса выполнены в виде смотрового окна.

9. Устройство (12) по п.7, отличающееся тем, что струйный насос содержит распылительное сопло (1), диффузор (2) струйного насоса и входной канал между распылительным соплом (1) и диффузором (2).