PL186144B1

PL186144B1 - Instalacja chłodnicza z zamkniętym obiegiem cyrkulacyjnym

Info

Publication number: PL186144B1
Application number: PL98334631A
Authority: PL
Inventors: Knut Bakken
Original assignee: Norild As
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 2003-10-31
Also published as: EP0953132B1; ES2206881T3; DE69817151T2; AU5579798A; JP2001507784A; DE69817151D1; RU2188367C2; ATE247263T1; DK0953132T3; US6112532A; WO1998030847A1; EP0953132A1; NO970066D0; AU719149B2; PL334631A1; PT953132E

Abstract

1. Instalacja chlodnicza z zamknietym obiegiem cyrkula- cyjnym wypelnionym czynnikiem chlodniczym przeznaczonym do wymiany ciepla, który to czynnik chlodniczy w tem pe- raturze otoczenia ma cisnienie nasycenia w yzsze niz maksy- malne cisnienie robocze w obiegu cyrkulacyjnym, a instalacja sklada sie co najmniej zjednego lub wielu parowników lub wym ienników ciepla, wyposazenia do cyrkulacji czynnika chlodniczego 1 jednego lub wielu skraplaczy, oraz co najmniej zjednego zbiornika dla czynnika chlodniczego polaczonego z obiegiem chlodniczym, znam ienna tym , ze izolowany zbior- nik (1) polaczony jest z obiegiem czynnika chlodniczego w fazie cieklej 1 w fazie gazowej, którego jedna czesc utworzo- na jest przez rura w ylotow a (4) laczaca zbiornik (1) z parow- nikami (2) i przez rure powrotna (5) laczaca parowniki (2) z tym zbiornikiem, a druga czesc utworzona jest przez rure w ylotow a (8) laczaca zbiornik (1) poprzez sprezarke (6) ze skraplaczem (3) i przez rure w lotow a (7) laczaca skraplacz (3) z tym zbiornikiem, przy czym przewidziany dla cisnienia m zszego, równego lub wyzszego od cisnienia nasycenia czyn- nika chlodniczego w temperaturze otoczenia izolowany zbior- nik (1) jest dostatecznie wypelniony czynnikiem chlodniczym w fazie cieklej, oraz tym, ze izolowany zbiornik (1) polaczony jest co najmniej z jednym nadmiarowym zaworem cisnieniowym (21), który uwalnia czynnik chlodniczy do otoczenia, gdy cisnienie nasycenia przewyzsza maksymalne cisnienie robocze w zbiorniku. Fig.1. PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przzdmibtzm wynalazku jzst instalacja chłodnicza z zamkniętym obizgizm cyrkuhcyjnym wypzSnionym czynziZidm chłodniczym poznaczonym do wymiany cizpła, który to czynnik chłodniczy przy ciśnizniu 8tmbsfzrycznym ma ciśzidnid z8syczzia, którz jzst wyższz od maksymal^go ciśniznia roboczdgo w obizgu cyrkulacyjnym.

Instalacja chłodnicza tzgo typu składa się co najmnizj ZJdandgb lub wizlu parowników lub wymizzniZów ^pła, wypos8żzzia do cyrkulacji czynnika chłoaniczzgo i jzandgo lub wizlu skraplaczy, oraz co najmnizj zjedncgo zbiornika dla czynnika chłoaniczzgo połączozdgo z obizgizm cyrkulacyjnym. '

W ostatnich łatach zaintzrzsowaniz ochroną środowiska doprowadziło do zmian w zaZrdsid czynników chłodniczych używanych w instalacjach chłodniczych czy pompach cizplnych dla, na przykład, szaf chłodniczych w sklzpach spożywczych, urządzzń klimatyzacyjnych, chłodni samochodowych czy magazynów chłodniczych. Zmiany tz główniz dotyczą faktu, żz większość syntdtycznych czynników chłodniczych, którz były używanz wczdśzidj (przykładowo chlorofluorowęglowodory), w przypadku uwolzidnia, prowadziły do uszczuplania warstwy ozonu w strytosfdrzd, a przez to równidż do zwięZszzzia prbmiznibwazia ultrafioldtowdgo. Stosowaniz, i przez, to zmisjz tych czynników chłodniczych, zostały obdczid urdgulowazz przzz międzyz8roaowd porozumiznia, a surowe wymogi Zrajowd i międzynarodowz stanowią, żz większość syztdtycznych czynników chłodniczych (czynniki chłodniczd CFC ) niz będziz mogła być dł^zj używana.

W czlu porównania różnych czynników chłodniczych i ich oddziaływania na środowisko, istotnz jzst zbadasz ich potdncjału uszczuplznia ozonu (ODP) i potzncj8łu pbagrzdw8ni8 cidplarni8zzgo (GWP). Przzgląd czynników chłodniczych, którz są zwyklz używanz w instalacjach chłodniczych, na przykład, w sklzpach spożywczych, jzst następujący:

Czynniki chłoaniczd	Niz aostępjd po roku:	PotdzcjyS uszczup^nia ozonu (ODP) (CFC11=1)	PotdzcjyS poagrzdwyniy cidplarniyzdgo (GWP) (100 lat)(CO₂=l)
CFC-12	1995	1	7100
CFC - 502	1995	0,32	4300
HCFC - 22	2014	0,055	1600

Do zastąpidzia tych czynników chłodniczych mogą być użytz h8lowęglbWΌdory. Niz niszczą onz warstwy ozonu, alz wciąż przyczyniają się do powstawania zfzktu cizplarni8zdgo. Przykładami nizktórych z takich czynników chłodniczych są:

186 144

Czynnik chłodniczy	Zastępuje	Producent	Na bazie (%) (inne uwagi)	Temperatura parowania Wahania temperatury	Potencjał uszczuplenia ozonu (ODP)	Potencjał podgrzewania cieplarnianego (GWP)
HP 62 HCF 404A R-404A	CFC 502 HCFC 22	Du Pont	HFC134a 4% HFC125 44% HFC143a 52%	-46,1°C 0,7	0	2650
Klea 60 R-407B	CFC 502 HCFC 22	1CI	HFC32 20% HFC125 40% HFC134a 40%	-42,2°C 6,6	0	1575
Klea 61 R-407B	CFC 502 HCFC 22	ICI	HFC32 10% HFC125 70% HFC134a 20%	-45,1°C 4,4	0	2290
Genetron AZ-50 R-507	CFC 502 HCFC 22	Allied Signal	HFC125 50% HFC143a 50% (azeotropowy)	-45,8°C	0	2720
HCF 134a R-134A	CFC 12	Wszyscy- producenci		-26,5°C	0	1200

Ponadto, można używać naturalne czynniki chłodnicze takie jak, na przykład, amoniak (NH3), dwutlenek węgla (CO2) i propan (C3H8). Czynniki te faktycznie nie mają potencjału uszczuplającego ozon i, poza dwutlenkiem węgla, prawie nie mają potencjału podgrzewania cieplarnianego. Jednak, użycie CO2 jako czynnika chłodniczego nie może być brane pod uwagę jako przyczyniające się do powstawania efektu cieplarnianego dopóki nie będzie możliwa jego reutylizacja.

Z tych naturalnie występujących czynników chłodniczych, amoniak i dwutlenek węgla uważane są za najbardziej odpowiednie i bezpieczne dla środowiska czynniki chłodnicze jakie mogą być obecnie wykorzystywane. Gdy jako czynnik chłodniczy stosowany jest amoniak, to wykorzystywana jest znana technologia, która przystosowana jest do indywidualnego użycia i instalacji, jednak czynnik ten jest trujący, a w pewnych przypadkach nawet łatwopalny. Oznacza to, że w takim przypadku powinien być użyty czynnik pośredniczący, jako drugi czynnik dla indywidualnego zastosowania w obiegu chłodniczym. To samo dotyczy sytuacji, gdy jako czynnik chłodniczy stosuje się propan.

Użycie dwutlenku węgla jako czynnika chłodniczego znano już poprzednio, jednak gdy wprowadzono syntetyczne czynniki chłodnicze, wykorzystanie dwutlenku węgla w omawianym zakresie zostało znacznie zmniejszone, również przez wzgląd na szereg wad związanych z użyciem go jako czynnika chłodniczego.

Do wad tych należy fakt, że różnica temperatury pomiędzy temperaturą krytyczną i tak zwanym punktem potrójnym jest stosunkowo mała w porównaniu z tradycyjnymi czynnikami chłodniczymi. Oznacza to, że gdy CO2 użyty jest w zwykłym procesie chłodniczym, to dwutlenek węgla użyty jest w przeważającej części w zakresie temperatur od -50°C (odparowanie) do około -5°C (skraplanie) z umiarkowanym współczynnikiem wydajności chłodniczej. Oznacza to, że, dwutlenek węgla jest raczej niepodatny na możliwość różnych zastosowań (poziomy temperatur), i stąd też, każda instalacja musi być specjalnie przystosowana do konkretnego zastosowania.

Dalsza wada wykorzystania CO2 jako czynnika chłodniczego, w porównaniu ze zwykłymi instalacjami chłodniczymi, związana jest ze wzrostem ciśnienia, który występuje, gdy temperatura czynnika chłodniczego zmienia się od temperatury roboczej do temperatury otoczenia. W temperaturze pokojowej ciśnienie nasycenia dwutlenku węgla wynosi od około 50

186 144 do 60 x 10⁵ Pa (50 do 60 barów), i jest znacznie wyższe niż ciśnienie robocze w zwykłej instalacji chłodniczej. Oznacza to, że w przypadku awarii, przy wzroście temperatury wzrasta w obiegu cyrkulacyjnym ciśnienie nasycenia, i jeśli obieg ma wytrzymać ciśnienie nasycenia w temperaturze otoczenia, to poszczególne części składowe obiegu chłodniczego muszą być zaprojektowane z uwzględnieniem tych wysokich ciśnień, co pociąga za sobą znaczny wzrost kosztów wytwarzania w porównaniu ze zwykłymi instalacjami chłodniczymi.

Z opisu patentowego US 5,042,262 znana jest instalacja chłodnicza wykorzystująca dwutlenek węgla jako czynnik chłodniczy, która po wyłączeniu, utrzymuje ciśnienie robocze w obiegu chłodniczym niższe od około 17 x 105 Pa (17 barów) albo przez mechaniczne chłodzenie czynnika chłodniczego w obiegu cyrkulacyjnym albo za pomocą zaworów nadmiarowych, które uwalniają odparowany dwutlenek węgla do otoczenia w celu regulacji ciśnienia. W dużych instalacjach, mechaniczne chłodzenie całego lub części obiegu chłodniczego zmierzające do zmniejszenia ciśnienia, gdy instalacja nie pracuje, powoduje znaczny wzrost kosztów instalacji i konserwacji. Jeśli czynnik chłodniczy uwolniony zostaje przez nadmiarowy zawór ciśnieniowy w celu utrzymania ciśnienia w obiegu chłodniczym poniżej maksymalnego ciśnienia roboczego, zachodzi konieczność dodania nowego czynnika chłodniczego przy ponownym uruchomieniu instalacji, co pociąga za sobą dodatkowe koszty, oprócz kosztu pośredniego instalacji chłodniczej, która nie pracuje podczas ponownego napełnienia instalacji czynnikiem chłodniczym.

Natomiast, z opisu patentowego US 4,693,737 znane jest wykorzystanie dwutlenku węgla jako czynnika pośredniczącego we wtórnym obiegu instalacji chłodniczej. W tym przypadku, czynnik chłodniczy we wtórnym obiegu magazynowany jest w dużym zbiorniku w postaci ciekłej i poszczególne elementy w obiegu chłodzone są przez odparowanie ciekłego CO₂. Zbiornik utrzymywany jest w stanie schłodzonym przez pierwszy obieg, a powracający i odparowany CO₂ we wtórnym obiegu skraplany jest w zbiorniku magazynującym. Jeśli instalacja nie jest w trakcie pracy, odparowany CO₂ zostaje skroplony na powierzchni zawartości w zbiorniku, ale po pewnym czasie skraplanie ulega zmniejszaniu, wraz ze wzrostem ciśnienia, które ograniczone jest przez uwalnianie odparowanego CO 2 z obiegu wtórnego.

Z kolei, opis patentowy US 4,986,086 ujawnia instalację chłodniczą, w której jako czynnik chłodniczy korzystnie użyty jest dwutlenek węgla, i w której zalecane maksymalne ciśnienie robocze wynosi około 35 x 105 Pa (35 barów). Odparowanie, które powoduje dodatkowe ciśnienie, regulowane jest przez uwalnianie CO 2 z instalacji do otoczenia. Tak zwane przewietrzanie zachodzi tu głównie od zbiornika w instalacji, który może dostosować się do wyższego ciśnienia niż ciśnienie robocze występujące w pozostałej części instalacji chłodniczej.

W opisie patentowym GB 2 258 298 opisany jest inny dwuetapowy proces chłodzenia wykorzystujący dwutlenek węgla w obiegu wtórnym. Obieg wtórny w tej instalacji opisany jest jako mający maksymalne ciśnienie robocze wynoszące około 34 x 105 Pa (34 barów), i które to ciśnienie jest wyższe od normalnego ciśnienia występującego w tego rodzaju instalacji chłodniczej. Wymaga to specjalnego zaprojektowania wielu elementów obiegu chłodniczego w celu utrzymania tak wysokiego ciśnienia. W opisie tym, nie jest powiedziane jednak jak, w przypadku awarii łub okresu wyłączenia instalacji, postępować przy dodatkowym wzroście ciśnienia będącego rezultatem oddziaływania temperatury otoczenia.

W celu utrzymania temperatury, a przez to także i ciśnienia, w zbiorniku zawierającym dwutlenek węgla na stosunkowo niskim poziomie, na przykład, przy przewożeniu dwutlenku węgla, znane jest z publikacji WO 88/04007 izolowanie zbiornika do przechowywania dwutlenku węgla. Niezależnie od izolacji, z publikacji WO 93/23117 znane jest rozwiązanie zapewniające oddzielny zespół chłodniczy połączony ze zbiornikiem do przechowywania dwutlenku węgla w celu utrzymania temperatury, a przez to także i ciśnienia na korzystnym poziomie w odniesieniu do maksymalnej temperatury roboczej panującej w zbiorniku magazynującym.

W opisach patentowych US 4,129,432 i US 4,407,144 opisane jest również wykorzystanie dwutlenku węgla w pojedynczym zastosowaniu w połączeniu z zespołem chłodniczym, gdzie dwutlenek węgla przechowywany jest w izolowanym zbiorniku. W instalacjach według tych rozwiązań, dwutlenek węgla uwalniany jest do środowiska dopiero po odparowaniu.

186 144

Z kolei, w publikacji Nordic Refrigeration Journal („Kulde - Skandinavia”) nr 5/96 omówiono na stronach 25 do 28 wady i zalety wynikające z wykorzystania dwutlenku węgla jako czynnika chłodniczego. W publikacji tej zwrócono uwagę, że użycie dwutlenku węgla w instalacjach chłodniczych powoduje konieczność konstruowania takich instalacji, jako specjalnie przewidzianych dla wysokich ciśnień, na przykład, od 120 do 140 x 10⁵ Pa (120 do 140 barów), i nawet do pracy w niskich temperaturach z projektowanym ciśnieniem od 25 do 40 x 105 P_a (25 do 40 barów), oraz, że konieczne jest też zamontowanie dodatkowego wyposażenia wykluczającego problemy w sytuacji nie działania instalacji. Podobne zagadnienia omówione są również na stronach 34 do 37 i na stronie 60 w publikacji Nordic Refrigeration Journal („Kulde - Skandinavia”) nr 4/96, w której specjalna uwaga zwrócona jest na sytuację, która powstaje wówczas, gdy instalacja nie jest w trakcie pracuje, w którym to przypadku ciśnienie nasycenia w czynniku chłodniczym przewyższa maksymalne ciśnienie robocze.

Opis patentowy SE 9202969 przedstawia natomiast instalację chłodniczą, w której zbiornik w obiegu cyrkulacyjnym usytuowany jest pomiędzy pierwszymi i drugimi elementami redukującymi ciśnienie. Celem zbiornika jest gromadzenie czynnika chłodniczego dla jego przepływu do sprężarki śrubowej pomiędzy jej wlotem i wylotem w celu chłodzenia tej sprężarki. Poza tym zainstalowany jest zawór, który reguluje przepływ, przez przewód, gazowego czynnika chłodniczego ze zbiornika do sprężarki śrubowej. Zbiornik usytuowany jest w obiegu chłodniczym, ale ciśnienie w częściach obiegu chłodniczego jest dalej redukowane za zbiornikiem poprzez elementy redukujące ciśnienie, i w przypadku, gdy instalacja przestaje działać, czynnik chłodniczy może przepłynąć z powrotem do zbiornika, gdy osiągnie temperaturę otoczenia, i gdy ewentualnie wzrośnie ciśnienie, po czym gazowy czynnik chłodniczy może skraplać się na powierzchni ciekłego czynnika chłodniczego w zbiorniku. Jednak, sytuacja taka nie nastąpi natychmiast w częściach instalacji gdzie ciśnienie jest niższe, czyli za zaworem redukującym ciśnienie. W opisie tym nie podano charakterystycznych cech wyróżniających dotyczących zbiornika lub usytuowania zaworów regulujących ciśnienie połączonych z tym zbiornikiem, a które pozwalają na to, aby zbiornik był odbieralnikiem odparowanego czynnika chłodniczego zapewniającym jak największe skroplenie go na powierzchni czynnika chłodniczego w zbiorniku, który później jest zbiornikiem magazynującym czynnik chłodniczy w instalacji nie będącej w trakcie pracy.,

W rozwiązaniu według opisu patentowego DK 159894B, jak i według wymienionego powyżej szwedzkiego opisu patentowego SE 9202969, w obiegu chłodniczym również zamontowany jest zbiornik. Zbiornik ten podzielony jest na dwie komory, prawdopodobnie w celu uzyskania współczynnika recyrkulacji większego od 1, w rezultacie czego w obiegu chłodniczym płyn cyrkuluje razem z parą, co daje lepszą wymianę ciepła w parowniku. Dla zbiornika przewidziany jest system zaworów, który pomaga w utrzymaniu poziomu płynu w oddzielnych komorach na żądanym poziomie, i przyczynia się również do wyrównania ciśnienia pomiędzy komorami. Również i w tym opisie patentowym nie ma zbiornika przeznaczonego do odbierania czynnika chłodniczego w postaci pary, aby następnie skroplić go na swobodnej powierzchni czynnika chłodniczego, i przez to zbiornik nie jest wyposażony w elementy, które są niezbędne w przypadku, gdy zbiornik ma spełniać taką funkcję.

Jednym z celów wynalazku jest przezwyciężenie wad, które występują w rozwiązaniach znanych ze stanu techniki.

Zgodnie z wynalazkiem, instalacja chłodnicza z zamkniętym obiegiem cyrkulacyjnym wypełnionym czynnikiem chłodniczym przeznaczonym do wymiany ciepła, który to czynnik chłodniczy w temperaturze otoczenia ma ciśnienie nasycenia wyższe niż maksymalne ciśnienie robocze w obiegu cyrkulacyjnym, a instalacja składa się co najmniej z jednego lub wielu parowników lub wymienników ciepła, wyposażenia do cyrkulacji czynnika chłodniczego i jednego lub wielu skraplaczy, oraz co najmniej z jednego zbiornika dla czynnika chłodniczego połączonego z obiegiem chłodniczym, charakteryzuje się tym, że izolowany zbiornik połączony jest z obiegiem czynnika chłodniczego w fazie ciekłej i w fazie gazowej, którego jedna część utworzona jest przez rurą wylotową łączącą zbiornik z parownikami i przez rurę powrotną łączącą parowniki z tym zbiornikiem, a druga część utworzona jest przez rurę wylotową łączącą zbiornik poprzez sprężarkę ze skraplaczem i przez rurę wlotową łączącą skra186 144 płacz z tym zbiornikiem, przy czym przewidziany dla ciśnienia niższego, równego lub wyższego od ciśnienia nasycenia czynnika chłodniczego w temperaturze otoczenia izolowany zbiornik jest dostatecznie wypełniony czynnikiem chłodniczym w fazie ciekłej, oraz tym, że izolowany zbiornik połączony jest co najmniej zjednym nadmiarowym zaworem ciśnieniowym, który uwalnia czynnik chłodniczy do otoczenia, gdy ciśnienie nasycenia przewyższa maksymalne ciśnienie robocze w zbiorniku.

Korzystnie, obieg czynnika chłodniczego na odcinku rury powrotnej połączonej z izolowanym zbiornikiem zawiera co najmniej jeden nadmiarowy zawór ciśnieniowy, który uwalnia czynnik chłodniczy przy ciśnieniu nasycenia przewyższającym maksymalne ciśnienie robocze w obiegu cyrkulacyjnym.

Korzystnie, pomiędzy izolowanym zbiornikiem i obiegiem czynnika chłodniczego zawierającego zewnętrzne części składowe obiegu cyrkulacyjnego zamontowane są ręczne lub automatyczne zawory zamykające ten obieg, zanim ciśnienie nasycenia przewyższy maksymalne ciśnienie robocze w całym lub w częściach tego obiegu.

Korzystnie, te ręczne lub automatyczne zawory zamykające obieg czynnika chłodniczego połączone są przewodami obejściowymi z zaworami zwrotnymi, przez które odparowany czynnik chłodniczy dopływa do izolowanego zbiornika z innych części składowych tego obiegu.

Korzystnie, izolowany zbiornik stanowi część obiegu cyrkulacyjnego jako zbiornik niskociśnieniowy, lub jeśli zbiornik ten stanowi część obiegu cyrkulacyjnego jako zbiornik płynu, w którym czynnik chłodniczy użyty jest jako czynnik wtórny.

Korzystnie jest, jeśli ponadto pomiędzy izolowanym zbiornikiem a sprężarką zamontowany jest zawór, przez który odparowany czynnik chłodniczy wpływa pod regulowanym ciśnieniem z izolowanego zbiornika do sprężarki dla uzyskania kontrolowanego spadku ciśnienia w izolowanym zbiorniku po wzroście w tym zbiorniku ciśnienia powyżej maksymalnego ciśnienia roboczego w obiegu czynnika chłodniczego.

Korzystnie jest również, jeśli ponadto pomiędzy izolowanym zbiornikiem a skraplaczem zamontowany jest zawór, przez który odparowany czynnik chłodniczy wpływa pod regulowanym ciśnieniem z izolowanego zbiornika do skraplacza dla uzyskania kontrolowanego spadku ciśnienia w izolowanym zbiorniku po wzroście w tym zbiorniku ciśnienia powyżej maksymalnego ciśnienia roboczego w obiegu czynnika chłodniczego.

Korzystnie jest, jeśli instalacja ponadto zawiera dodatkowy zbiornik, który zamontowany jest na odcinku rury wlotowej pomiędzy skraplaczem a izolowanym zbiornikiem, przy czym objętość w zbiorniku lub w skraplaczu albo w rurze wylotowej na odcinku od skraplacza do zbiornika stanowi niezbędną objętość dla akumulacji skroplonego czynnika chłodniczego podczas regulowanego spadku ciśnienia w izolowanym zbiorniku po wzroście ciśnienia w tym samym izolowanym zbiorniku powyżej maksymalnego ciśnienia roboczego w obiegu czynnika chłodniczego.

Niniejszy wynalazek zapewnia rozwiązanie, które umożliwia zbudowanie instalacji chłodniczej przede wszystkim ze zwykłych elementów przewidzianych dla pracy przy maksymalnym ciśnieniu roboczym, które jest niższe od ciśnienia nasycenia czynnika chłodniczego użytego w temperaturze otoczenia. Taka sytuacja występuje, na przykład, w większości przypadków, gdy jako czynnik chłodniczy wykorzystany jest dwutlenek węgla, ponieważ dwutlenek węgla w normalnej temperaturze pokojowej ma ciśnienie nasycenia w zakresie od 50 do 60 x 10⁵ Pa (50 do 60 barów), które jest wyższe niż normalne maksymalne ciśnienie robocze dla instalacji chłodniczej składającej się ze zwykłych elementów.

Ponadto niniejszy wynalazek zapewnia rozwiązanie, w którym odparowany czynnik chłodniczy powodujący zwiększenie ciśnienia w instalacji chłodniczej, nie jest uwalniany poprzez nadmiarowy zawór ciśnieniowy do otoczenia, jeśli instalacja nie jest w trakcie pracy i gdy wystawiona jest na działanie temperatury otoczenia. Zapobiega to konieczności ponownego napełnienia instalacji chłodniczej czynnikiem chłodniczym przed jej ponownym uruchomieniem. Idealną sytuacją w tym przypadku będzie taka, w której czynnik chłodniczy w przypadku awarii instalacji jest praktycznie całkowicie odbierany w zbiorniku bez ciśnienia przewyższającego maksymalne ciśnienie robocze tak, aby instalacja chłodnicza mogła być

186 144 ponownie uruchomiona bez dodawania świeżego czynnika chłodniczego, nawet jeśli podczas awarii czynnik chłodniczy osiągnął temperaturę, która jest znacznie bliższa temperatury otoczenia instalacji niż temperatura pracy czynnika chłodniczego. Rozwiązanie według wynalazku pozwala na ograniczenie wzrostu ciśnienia w przypadku awarii tak, że gdy instalacja zostaje ponownie uruchomiona po stosunkowo krótkim czasie, to odbywa się to bez uwolnienia czynnika chłodniczego do otoczenia, lub bez powstania ciśnienia nasycenia czynnika chłodniczego przewyższającego maksymalne ciśnienie robocze w instalacji.

Ponadto, przez zamontowanie w obiegu chłodniczym izolowanego zbiornika przystosowanego pod względem wielkości, izolacji i współczynnika dostępu czynnika chłodniczego w fazie ciekłej, możliwe jest, w przypadku awarii, utrzymanie temperatury w zbiorniku na takim poziomie, że odparowany czynnik chłodniczy zawrócony do niego może skraplać się na powierzchni fazy ciekłej czynnika chłodniczego zawartego w tym zbiorniku, i przez to zmniejszać wzrost ciśnienia wynikający z parowania w obiegu cyrkulacyjnym. Przez zaprojektowanie zbiornika o odpowiedniej grubości ścianek i izolacji oraz z uwzględnieniem wielkości powierzchni cieczy i wielkości samego zbiornika, co także pomaga w utrzymaniu stabilnej temperatury zbiornika nawet w przypadku awarii, możliwe jest uzyskanie znacznie mniejszego wzrostu ciśnienia w jednostce czasu w obiegu, niż w przypadku stosowania nie izolowanego zbiornika standardowego.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia ponadto, że możliwe jest skonstruowanie zbiornika tak, że cały lub część objętości płynu w obiegu cyrkulacyjnym ulega skropleniu w zbiorniku, zanim ciśnienie nasycenia przewyższy maksymalne ciśnienie robocze w obiegu jeśli instalacja nie jest w trakcie pracy.

Stąd też, instalacja chłodnicza według wynalazku, na przykład, przeznaczona dla sklepów spożywczych, może być zmontowana przy wykorzystaniu zwykłych elementów do utrzymania bardziej umiarkowanego ciśnienia roboczego, które jest znacznie niższe niż ciśnienie nasycenia czynnika chłodniczego w temperaturze otoczenia.

Ponadto, w przypadku awarii, przy wykorzystaniu rozwiązania według wynalazku, możliwe jest skraplanie odparowanego czynnika chłodniczego w izolowanym zbiorniku, utrzymując tym samym ciśnienie w instalacji chłodniczej nie przewyższające maksymalnego ciśnienia roboczego.

Z kolei, dzięki zastosowaniu ręcznych lub automatycznych zaworów dla zamknięcia odcinków rurowych na drodze do/ze zbiornika, wraz z przewodami obejściowymi przewidzianymi dla zaworów zwrotnych, możliwy jest powrót odparowanego czynnika chłodniczego do izolowanego zbiornika, w którym następuje jego skroplenie się, a przez to utrzymanie ciśnienia w obiegu cyrkulacyjnym na poziomie niższym niż maksymalne ciśnienie robocze. Natomiast zaletą przewidzianych zaworów bezpieczeństwa jest możliwość, w przypadku niepożądanego wzrostu ciśnienia w obiegu cyrkulacyjnym, uwolnienia odparowanego czynnika chłodniczego do otoczenia.

Do dalszych zalet proponowanego rozwiązania można zaliczyć to, że w przypadku, gdy zbiornik skonstruowany jest dla ciśnień wyższych, niższych lub równych ciśnieniu nasycenia czynnika chłodniczego, całość lub część tego czynnika chłodniczego może być po skropleniu magazynowana w takim zbiorniku przez różne okresy czasu lub może przebywać w nim przez czas nieokreślony, jak również i to, że uruchomienie instalacji po okresie jej nie działania lub awarii zabezpieczone jest przez zawory, które sprawują kontrolę nad spadkiem ciśnienia, w izolowanym zbiorniku po wzroście ciśnienia w tym samym zbiorniku powyżej maksymalnego ciśnienia roboczego w obiegu.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje zwykłą instalację chłodniczą według wynalazku, w której izolowany zbiornik użyty jest jako zbiornik niskociśnieniowy, fig. 2 przedstawia instalację chłodniczą, w której czynnik chłodniczy cyrkuluje od zbiornika z płynem według niniejszego wynalazku za pomocą pompy lub samocyrkulacji, fig. 3 przedstawia instalację chłodniczą podobną do tej z fig. 2, w której rozwiązanie według wynalazku wykorzystane jest w obiegu wtórnym, a fig. 4 przedstawia instalację podobną do tej z fig. 3, w której rozwiązanie według wynalazku wykorzystane jest w obiegu wtórnym, przy czym parownik lub skraplacz mogą być zaprojekto186 144 wane dla ciśnienia niższego od ciśnienia nasycenia czynnika chłodniczego w temperaturze otoczenia.

Figura 1 przedstawia instalację chłodniczą mającą izolowany zbiornik 1 dla czynnika chłodniczego w fazie ciekłej i w fazie gazowej oraz obieg z rurą wylotową 4 wypełnioną czynnikiem chłodniczym w fazie ciekłej. Czynnik chłodniczy wypływa rurą wylotową 4 do parowników 2, a następnie rurą powrotną 5 do izolowanego zbiornika 1. Z izolowanego zbiornika ł odparowany czynnik chłodniczy przepływa z kolei do sprężarki 6, po czym do skraplacza 3, a następnie z powrotem przez rurę wlotową 7 do rury wylotowej 4 poprzez wymiennik ciepła znajdujący się w izolowanym zbiorniku 1. W każdym z połączeń rurowych, w których czynnik chłodniczy znajduje się w stanie pary, wmontowany jest zawór bezpieczeństwa 20, który w przypadku narastania ciśnienia w rurze powyżej maksymalnego ciśnienia roboczego, uwalnia odparowany czynnik chłodniczy do otoczenia. Zgodnie z wynalazkiem, odparowany czynnik chłodniczy znajdujący się w rurze powrotnej 5 i w rurze wylotowej 8 może być doprowadzony z powrotem do izolowanego zbiornika 1 i, gdy instalacja chłodnicza nie pracuje, ten odparowany czynnik chłodniczy może skraplać się w nim na powierzchni czynnika chłodniczego w postaci cieczy, aby w ten sposób utrzymać ciśnienie nasycenia w czynniku chłodniczym poniżej maksymalnego ciśnienia roboczego w obiegu chłodniczym, bez uwalniania odparowanego czynnika chłodniczego poprzez nadmiarowe zawory ciśnieniowe albo zawory bezpieczeństwa 20, 21, 22. W przypadku awarii instalacji, wmontowane w rurę powrotną 5 zawory 13 mogą być zamknięte ręcznie lub automatycznie, a w przewód obejściowy 14 wmontowany jest zawór zwrotny 15, który umożliwia odparowanemu czynnikowi chłodniczemu wejście do izolowanego zbiornika 1, gdy ciśnienie wzrasta w tych częściach obiegu chłodniczego, w których temperatura czynnika chłodniczego podnosi się na skutek temperatury otoczenia panującej wokół instalacji chłodniczej. Z kolei zawory 40 i 41 umożliwiają regulowane obniżanie ciśnienia w izolowanym zbiorniku 1, po wzroście ciśnienia w tym samym zbiorniku powyżej maksymalnego ciśnienia roboczego w obiegu, będącego skutkiem, na przykład, okresowego nie działania lub awarii instalacji. Spadek ciśnienia spowodowany jest działaniem instalacji chłodniczej lub bezpośrednim skraplaniem się czynnika chłodniczego w skraplaczu. Przy spadku ciśnienia ważne jest, aby zbiornik 50, skraplacz 3 lub łączący te elementy odcinek rury miały wystarczającą objętość do akumulacji skroplonego płynu przy obniżaniu ciśnienia. Ponadto, parowniki 2, którymi przykładowo mogą być zamrażarki w sklepie spożywczym lub tym podobne urządzenia, zaopatrzone są w zawory, jak w normalnych konwencjonalnych obiegach chłodniczych.

Figura 2 przedstawia instalację chłodniczą zasadniczo podobną do tej z fig. 1, jednak rura wlotowa 7 łącząca skraplacz 3 z izolowanym zbiornikiem 1 nie jest połączona w obiegu zamkniętym z rurą wylotową 4 prowadzącą od izolowanego zbiornika 1 do parowników 2. W tym przypadku, również przewidziany jest automatyczny lub ręczny zawór 13 na rurze wylotowej 4, który może być zamknięty w przypadku awarii instalacji chłodniczej. Ponadto celem wymuszenia przepływu ciekłego czynnika chłodniczego, do obiegu może być włączona pompa 9, zaś według alternatywnego rozwiązania, instalacja chłodnicza może działać na zasadzie samocyrkulacji. Ta instalacja chłodnicza również wykonana jest zgodnie z koncepcją według wynalazku, zgodnie z którą zbiornik 1 jest izolowany i przystosowany wymiarowo oraz stopniem zasilania tak, że jeśli instalacja ulegnie awarii, czynnik chłodniczy w obiegu chłodniczym poddany będzie działaniu temperatury otoczenia, po którym nastąpi wzrost ciśnienia i odparowany czynnik chłodniczy będzie mógł powrócić do izolowanego zbiornika 1 poprzez rurę powrotną 5 i rurę wylotową 8. Ponieważ izolowany zbiornik 1 wykonany jest zgodnie z wynalazkiem, odparowany czynnik chłodniczy będzie skraplał się w tym zbiorniku na powierzchni zawartego w nim czynnika chłodniczego w fazie ciekłej, w rezultacie czego wzrost ciśnienia w instalacji chłodniczej ulegnie zahamowaniu.

Na figurze 3 niniejszy wynalazek użyty jest w części wtórnego obiegu chłodniczego. W tym przypadku, obieg chłodniczy pracuje w połączeniu z instalacją chłodniczą 30, poprzez skraplacz 3 / kondensator 31, gdzie wypływ czynnika chłodniczego przez rurę wylotową 8 z izolowanego zbiornika 1 cyrkuluje poprzez skraplacz 3 i wraca rurą wlotową 7 do izolowanego zbiornika 1. Obieg z parownikami 2 jest, z uwagi na inne względy, taki sam jak obiegi

186 144 podstaw^z na fig. 1 i fig. 2, i w takizj instalacji możliwy jzst równidż, w przypadku awarii, powrót odp8rowazdgo czynnika chłodziczzgo do izolowa^go zbiornika 1, w którym zgodniz z wynalazZizm, tzn odparowany czynnik chłodniczy skrapla się na powizrzchni czynnika chłoaniczdgb w faziz oktej, w rdzultycid czzgo wzrost ciśniznia w instalacji chłodniczdj ulzga znacznzmu opóźnidziu.

Na figurzz 4 ninizjszy wyz8lazdZ użyty jzst w części wtór^go obizgu chłodniczdgo jak na fig. 3. W tym przypadku, obizg chłodniczy pracujz w połączzniu z instalacją chłodniczą 30 poprzzz skraplacz 3 / Zozdznsator 31, gdziz wypływ czynnika chłoaniczdgo przzz rurę wylotową 8 z izolow8zzgo zbiornika 1 cyrkU^z poprzzz skraplacz 3 i wraca rurą wlotową 7 do izolow8zzgo zbiornika 1. Zawóry przdwidzi8nd pomiędzy skraplaczzm 3 a rurą wlotową 7 i rurą wylotową 8 oznaczają, żz skraplacz 3 możz być z8projzZtowany na ciśnizniz niższz niż izolowany zbiornik 1. Obizg z parownikami 2 jzst, z uwagi na izzd względy, taki sam jak obizgi podstawio^ na fig. 1, fig. 2 i fig. 3, i w takizj instalacji możliwy jzst równidż, w przypadku awarii, powrót odparowa^go czynnika chłodniczdgo do izolowa^go zbiornika 1, w którym zgodne z wyzalaiZizm, tzn odparowany czynnik chłodniczy skrapla się na powizrzchni czynnika chłodziczdgo w faziz cizZSdj, w rzzultaciz czzgo wzrost ciśniznia w instalacji chłodniczzj ulzga znacz^mu opóźnizziu.

Izolowany zbiornik 1 stanowi w tzn sposób część obizgu cyrZul8cyjndgb jako odbizralnik zisZociśnidziowy, a opcjozalziz jako zbiornik płynu, w którym czynnik chłodniczy wykorzystany jzst jako czynnik wtórny.

Równizż przy skonstruowaniu izolowazdgo zbiornika 1 dla wysokich ciśnizń i wyposażdniu go w zawór 13, powód obdjściowy 14 i zawór zwrotny 15 jak i w zawory bzzpizczzństwa 20, 21, 22 przystosowanz do wizlkości, odpowiddzio, instalacji chłodziczdj, zbiornika i zwdntualzid sprężarki / skraplacza, część lub cały zapas czynnika ^odn^zgo możz być zmagazynowany na różnz okresy czasu lub na czas mdoZreślozy.

Gdy czynnik chłodniczy odparowujd w parownikach 2 i następniz skrapla się na powidrzchzi zimnzgo płynu w izolowanym zbiorniku 1, dzcydujący będziz wzajzmny stosu^k pomiędzy cizpłzm Zonddzsacji i cidpSdm właściwym cizczy, a dzięki odpowiddzidmu izolowaniu zbiornika 1 jak i zypzwnizniu wystarczającej objętości dla cizczy, możliwz będziz uzysZ8nid wzrostu ciśniznia w instalacji chłodziczzj, przykładowo, w zyZresid 2 x 10⁵ Pa (2 barów) na godzinę lub mnizj. Według izzdgo rozwiązania, cała łub część objętości płynu w obizgu cyrkulacyjnym skraplana jzst w zbiorniku lub w szzrzgu izolowanych zbiornikach 1, zanim ciśnidzid ^sycznia w obizgu chłodniczym przzwyższy maksymal^ ciśniznid roboczz, nawzt wówczas, gdy obizg chłodniczy osiągniz w przybliżdniu tdmpzr8turę otoczzzi8. W przypadku wydłużznia okrzsu awarii, tzmpzratura w izolowanym zbiorniku 1 wzrasta tak, żz ciśniznid w nim powyższa maksymalnz ciśzidzid robocze w obizgu chłodniczym, alz z uwagi na zawory 13 i zawory zwrotnz 15, tzn wzrost ciśniznia niz rozszdrzy się na pozostałą instalację chłodniczą. Jzśli jddn8Z ciśnizzid przzwyższy maksymalnz ciśnidnid roboczz izolbw8nzgo zbiornika 1, nadmiarowy zawór ciśnidziowy lub zawór bzzpidczdństwa 21, skojarzony zz zbiomikizm i umizszczony, jak pokazano na fig. 1-4, na wylociz rury wylotowdj 8 z izolowanzgo zbiornika 1, będziz mógł uwolnić odparowany czynnik chłodniczy i w tzn sposób regulować ciśzidnid w tym zbiorniku. Pociąga to za sobą straty czynnika chłbdniczdgo, które przy uruchomizniu instalacji chłodniczdj po usunięciu awarii muszą być wykluczo^ poprzzz dodasz świzżzgo czynnika chłodniczego do instalacji. Jzdnak, powstaniz takizj sytuacji możz być znaczniz opóźnio^ lub całkowi^ wyzlimizow8zd przzz zastosowa^z rozwiązania wzdług wynalazku, a ponadto, insta^^ chłodziczd, dla czynnika chłodniczdgo rozważa^go rodzaju, na przykład, dla dwutldzZu węgla, mogą być zaprojzZtowand i skonstruowazz dla znaczzid niższzgo ciśnidzia roboczdgo niż ciśzidnid ^sycznia odparowa^go czynnika chłodniczdgo w tdmpdr8turzz otoczdni8 instalacji chłodniczdj. Zmnizjszy to znaczniz koszty instalacji chłodniczdj przzz to, żz unika się w dużym stopniu spdcjalniz do tzgo zzlu konstruowanych dlzmdntów, oraz pozidważ zawory i rury przyjmują zasadniczo niższd obciążdnid niż w przypadku, gdyby instalacja była zaprojzZtowana dla ciśniznia ^sycznia czynnika chłodziczzgo w tdmpdraturzd otoczdzia.

Claims

1. Instalacja chłodnicza z zamkniętym obiegiem cyrkulacyjnvm wypełnionym czynnikiem chłodniczym przeznaczonym do wymiany ciepła, który to czynnik chłodniczy w temperaturze otoczenia ma ciśnienie nasycenia wyższe niż maksymalne ciśnienie robocze w obiegu cyrkulacyjnym, a instalacja składa się co najmniej z jednego lub wielu parowników lub wymienników ciepła, wyposażenia do cyrkulacji czynnika chłodniczego i jednego lub wielu skraplaczy, oraz co najmniej z jednego zbiornika dla czynnika chłodniczego połączonego z obiegiem chłodniczym, znamienna tym, że izolowany zbiornik (1) połączony jest z obiegiem czynnika chłodniczego w fazie ciekłej i w fazie gazowej, którego jedna część utworzona jest przez rurą wylotową (4) łączącą zbiornik (1) z parownikami (2) i przez rurę powrotną (5) łączącą parowniki (2) z tym zbiornikiem, a druga część utworzona jest przez rurę wylotową (8) łączącą zbiornik (1) poprzez sprężarkę (6) ze skraplaczem (3) i przez rurę wlotową (7) łączącą skraplacz (3) z tym zbiornikiem, przy czym przewidziany dla ciśnienia niższego, równego lub wyższego od ciśnienia nasycenia czynnika chłodniczego w temperaturze otoczenia izolowany zbiornik (1) jest dostatecznie wypełniony czynnikiem chłodniczym w fazie ciekłej, oraz tym, że izolowany zbiornik (1) połączony jest co najmniej z jednym nadmiarowym zaworem ciśnieniowym (21), który uwalnia czynnik chłodniczy do otoczenia, gdy ciśnienie nasycenia przewyższa maksymalne ciśnienie robocze w zbiorniku.

2. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że obieg czynnika chłodniczego na odcinku rury powrotnej (5) połączonej z izolowanym zbiornikiem (1) zawiera co najmniej jeden nadmiarowy zawór ciśnieniowy (20), który uwalnia czynnik chłodniczy przy ciśnieniu nasycenia przewyższającym maksymalne ciśnienie robocze w obiegu cyrkulacyjnym.

3. Instalacja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że pomiędzy izolowanym zbiornikiem (1) i obiegiem czynnika chłodniczego zawierającego zewnętrzne części składowe obiegu cyrkulacyjnego zamontowane są ręczne lub automatyczne zawory (13) zamykające ten obieg zanim ciśnienie nasycenia przewyższy maksymalne ciśnienie robocze w całym lub w częściach tego obiegu.

4. Instalacja według zastrz. 3, znamienna tym, że ręczne lub automatyczne zawory (13) zamykające obieg czynnika chłodniczego połączone są przewodami obejściowymi (14) z zaworami zwrotnymi (15), przez które odparowany czynnik chłodniczy dopływa do izolowanego zbiornika (1) z innych części składowych tego obiegu.

5. Instalacja według zastrz. 4, znamienna tym, że izolowany zbiornik (1) stanowi część obiegu cyrkulacyjnego jako zbiornik niskociśnieniowy.

6. Instalacja według zastrz. 5, znamienna tym, że izolowany zbiornik (1) stanowi część obiegu cyrkulacyjnego jako zbiornik płynu, w którym czynnik chłodniczy użyty jest jako czynnik wtórny.

7. Instalacja według zastrz. 6, znamienna tym, że ponadto pomiędzy izolowanym zbiornikiem (1) a sprężarką (6) zamontowany jest zawór (40), przez który odparowany czynnik chłodniczy wpływa pod regulowanym ciśnieniem z izolowanego zbiornika (1) do sprężarki (6) dla uzyskania kontrolowanego spadku ciśnienia w izolowanym zbiorniku (1) po wzroście w tym zbiorniku ciśnienia powyżej maksymalnego ciśnienia roboczego w obiegu czynnika chłodniczego.

8. Instalacja według zastrz. 7, znamienna tym, że ponadto pomiędzy izolowanym zbiornikiem (1) a skraplaczem (3) zamontowany jest zawór (41), przez który odparowany czynnik chłodniczy wpływa pod regulowanym ciśnieniem z izolowanego zbiornika (1) do skraplacza (3) dla uzyskania kontrolowanego spadku ciśnienia w izolowanym zbiorniku (1) po wzroście w tym zbiorniku ciśnienia powyżej maksymalnego ciśnienia roboczego w obiegu czynnika chłodniczego.

9. Instalacja według zastrz. 8, zna m ienna tym, żq po nadto zawiera dodatkowy zbiornik (50), który zamontowany jzst za bdcizZu rury wlbtbwzj (7) pomiędzy sZraplaczzm (3) a izolowanym zbibrziZizm (1), przy czym objętość w zbiorniku (50) lub w skraplaczu (3) albo w rurzz wylotowzj (7) za odcinku od skraplacza (3) do zbiornika (50) stanowi zizzbędzą objętość dla akumulacji sZroplozdgo czynnika chSoaziczzgo podczas regulowa^go spadku ciśniznia w izolowanym zbiorniku (1) po wzrościz ciśniznia w tym samym izolowanym zbiorniku (1) powyżzj maksymal^go ciśniznia roboczzgo w obizgu czynnika chSodniczzgo.