Система охлаждения и способ питания множества конденсаторных испарительных систем

Система охлаждения и способ питания множества конденсаторных испарительных систем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

В изобретении предлагаются системы охлаждения и способы охлаждения. Системами охлаждения могут быть промышленные системы охлаждения, имеющие централизованную компрессорную установку и множество децентрализованных конденсаторных испарительных систем (CES). Перемещение хладагента из централизованной компрессорной установки во множество децентрализованных конденсаторных испарительных систем и от них может быть осуществлено главным образом в газообразном состоянии, за счет чего снижается количество хладагента, необходимого для работы системы охлаждения, по сравнению с системой охлаждения, в которой жидкий хладагент перемещают в испарители и от них. Система охлаждения может быть названа децентрализованной конденсаторной системой охлаждения (DCRS). Система охлаждения и способ охлаждения являются предпочтительными для любого типа хладагента, но особенно предпочтительными для использования аммиака в качестве хладагента.

Предпосылки к созданию изобретения

В процессе охлаждения используют базовое термодинамическое свойство испарения для удаления теплоты из процесса. Когда хладагент испаряется в теплообменнике, среда, которая находится в контакте с теплообменником (то есть воздух, вода, гликоль, пищевой продукт) передает теплоту от себя через стенку теплообменника, которая поглощается хладагентом, в результате чего хладагент изменяет свое жидкое состояние на газообразное состояние. После перехода хладагента в газообразное состояние, теплота должна быть отведена за счет сжатия газа до высокого давления и затем за счет пропускания газа через конденсатор (теплообменник), где теплоту удаляют из газа при помощи хладагента, что приводит к конденсации газа в жидкость. Средой в конденсаторе, которая поглощает теплоту, часто является вода, воздух или совместно вода и воздух. Хладагент в этом жидком состоянии затем готов для повторного использования в качестве хладагента для поглощения теплоты.

Как правило, промышленные системы охлаждения используют большие мощности и в них часто применяют множество промышленных компрессоров. По этой причине промышленные системы охлаждения типично имеют большие централизованные компрессорные залы и большие централизованные системы конденсации. После того, как компрессоры сжимают газ, газ, который должен быть сконденсирован (который не используют для размораживания), нагнетают в конденсатор в большой централизованной системе конденсации. Множество конденсаторов в большой централизованной системе конденсации часто называют "конденсаторным хозяйством." После того, как хладагент будет сконденсирован, полученный жидкий хладагент собирают в резервуаре, называемом приемником, который представляет собой бак для жидкого хладагента.

Обычно имеются три системы для перемещения жидкости из приемника в испарители, чтобы ее можно было использовать для охлаждения. Этими системами являются система избыточной подачи жидкости, система прямого расширения и система с насосным барабаном. Наиболее известным типом системы является система избыточной подачи жидкости. В системе избыточной подачи жидкости обычно используют жидкостные насосы для подачи жидкого хладагента из больших резервуаров, называемых "насосные аккумуляторы", и иногда из аналогичных резервуаров, называемых "промежуточные охладители", в каждый испаритель. Один насос или множество насосов могут подавать жидкий хладагент в несколько испарителей в данной системе охлаждения. Так как жидкий хладагент имеет тенденцию к испарению, то часто необходимо держать большие количества жидкости в резервуарах (поддерживать высоту столба жидкости под всасывающим патрубком насоса (NPSH)), так чтобы насос был залит и не имел кавитации. Кавитация в насосе возникает тогда, когда жидкость, которую насос пытается нагнетать, поглощает теплоту внутри и вокруг насоса и газифицируется. Когда это происходит, тогда насос больше не может нагнетать жидкость в различные испарители, в которых жидкости не хватает, в результате чего температура процесса повышается. Важно отметить, что системы избыточной подачи жидкости предназначены для подачи избыточной жидкости в испарители. То есть такие системы подают избыточную жидкость в каждый испаритель для того, чтобы испаритель гарантировано имел жидкий хладагент во всем контуре испарителя. Когда это делают, обычно большие количества жидкого хладагента возвращают из испарителя в аккумулятор, откуда жидкий хладагент вновь нагнетают в систему. Как правило, системы типично настраивают на коэффициент избытка около 4:1, что означает, что из каждых 4 галлонов жидкости, подаваемых насосом в испаритель, 1 галлон испаряется и поглощает теплоту, что необходимо для охлаждения, а 3 галлона возвращаются не испаренными. Таким образом, эти системы требуют очень больших количеств ожиженного хладагента для того, чтобы обеспечивать необходимый коэффициент избытка. В результате, эти системы требуют поддержания больших количеств жидкого хладагента, чтобы работать надлежащим образом.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1, на которой показана представительная промышленная двухступенчатая система 10 охлаждения, обеспечивающая избыточную подачу жидкости, причем хладагентом является аммиак. Трубопроводная сеть различных систем охлаждения с избыточной подачей жидкости может быть различной, однако общие принципы их построения являются одинаковыми. Общие принципы построения предусматривают использование централизованного конденсатора или конденсаторного хозяйства 18, приемника 26 высокого давления для сбора сконденсированного хладагента, и передачу жидкого хладагента из приемника 26 высокого давления в различные ступени 12 и 14. Двухступенчатая система 10 охлаждения содержит систему 12 низкого уровня и систему 14 высокого уровня. Компрессорная система 16 приводит в действие как систему 12 низкого уровня, так и систему 14 высокого уровня, причем система 14 высокого уровня подает сжатый газообразный аммиак в конденсатор 18. Компрессорная система 16 содержит компрессор 20 первой ступени, компрессор 22 второй ступени и промежуточный охладитель 24. Промежуточный охладитель 24 также можно назвать аккумулятором высокого уровня. Сконденсированный аммиак из конденсатора 18 подают в приемник 26 высокого давления через дренажную линию 27 конденсатора, в которой жидкий аммиак высокого давления находится под давлением типично ориентировочно от 100 psi до 200 psi. Что касается системы 12 низкого уровня, то жидкий аммиак подают по трубе в аккумулятор 28 низкого уровня через жидкостные линии 30 и 32. Жидкий аммиак из аккумулятора 28 низкого уровня нагнетают при помощи насоса 34 низкого уровня, через жидкостную линию 36 низкого уровня в испаритель 38 низкого уровня. В испарителе 38 низкого уровня, жидкий аммиак входит в контакт с теплотой процесса, за счет чего испаряется ориентировочно от 25% до 33% аммиака (процент испарения может широко варьироваться), а остальной аммиак остается в виде жидкости. Смесь газа с жидкостью возвращают в аккумулятор 28 низкого уровня через линию 40 всасывания низкого уровня. Испарившийся газ всасывают в компрессор 20 низкого уровня через линию 42 всасывания компрессора низкого уровня. Когда газ выходит из системы 12 низкого уровня через компрессор 20 низкого уровня, он поступает в промежуточный охладитель 24 через линию 44. Необходимо пополнять запасы аммиака, который был испарен, поэтому жидкий аммиак перемещают из приемника 26 в промежуточный охладитель 24 через жидкостную линию 30, и затем в аккумулятор 28 низкого уровня через жидкостную линию 32.

Система 14 высокого уровня функционирует аналогично системе 12 низкого уровня. Жидкий аммиак из аккумулятора высокого уровня или промежуточного охладителя 24 подают при помощи насоса 50 высокого уровня, через жидкостную линию 52 высокого уровня в испаритель 54 высокого уровня. В испарителе 54, жидкий аммиак входит в контакт с теплотой процесса, за счет чего испаряется ориентировочно от 25% до 33% аммиака (процент испарения может широко варьироваться), а остальной аммиак остается в виде жидкости. Смесь газа с жидкостью возвращают в аккумулятор высокого уровня или в промежуточный охладитель 24 через линию 56 всасывания высокого уровня. Испарившийся газ затем всасывают в компрессор 22 высокого уровня через линию 58 всасывания компрессора высокого уровня. Так как газ выходит из системы 14 высокого уровня, необходимо пополнять запасы аммиака, который был испарен, поэтому жидкий аммиак перемещают из приемника 26 высокого давления в промежуточный охладитель 24 через жидкостную линию 30.

Система 10 может иметь различную конфигурацию, однако базовая концепция состоит в том, что имеется центральный конденсатор 18, который получает питание от компрессорной системы 16, а сконденсированный жидкий аммиак высокого давления хранится в приемнике 26 высокого давления, пока он необходим, и затем жидкий аммиак протекает в аккумуляторы высокого уровня или в промежуточный охладитель 24, и нагнетается в испаритель 54 высокого уровня. Кроме того, жидкий аммиак под давлением промежуточного охладителя втекает в аккумулятор 28 низкого уровня, через жидкостную линию 32, где он хранится до момента нагнетания в испаритель 38 низкого уровня. Газ из компрессора 20 низкого уровня типично подают через линию 44 выпуска компрессора низкого уровня в промежуточный охладитель 24, где газ охлаждается. Компрессор 22 высокого уровня всасывает газ из промежуточного охладителя 24, сжимает газ до давления конденсации и выпускает газ через линию 60 выпуска высокого уровня в конденсатор 18, где газ опять конденсируется в жидкость. Жидкость выпускают через дренажную линию 27 конденсатора в приемник 26 высокого давления, после чего цикл начинается вновь.

В системе прямого расширения используют жидкость высокого давления или пониженного давления из централизованного резервуара. Жидкость побуждается к движению за счет перепада давлений между централизованным резервуаром и испарителем, так как централизованный резервуар имеет более высокое давление чем испаритель. Специальный клапан, называемый клапаном расширения, используют для дозирования потока хладагента в испаритель. Если хладагента слишком много, то тогда не испарившийся жидкий хладагент может проходить через компрессорную систему. Если хладагента слишком мало, то тогда испаритель не используют на его максимальную мощность, что может приводить к недостаточному охлаждению/замораживанию.

Система с насосным барабаном работает почти аналогично системе с избытком жидкости, причем ее основное отличие заключается в том, что в ней небольшие герметичные баки действуют как насосы. Обычно, жидкий хладагент может заполнять насосный барабан, причем газообразный хладагент более высокого давления затем вводят в верхнюю часть насосного барабана, так что используют перепад давлений для того, чтобы проталкивать жидкость в трубы, идущие к испарителям. Коэффициенты избытка обычно являются такими же, так что большие количества хладагента необходимо использовать в этом типе системы.

Раскрытие изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предлагается система охлаждения. Система охлаждения содержит компрессорную установку, множество конденсаторных испарительных систем, первую линию подачи газообразного хладагента и вторую линию подачи газообразного хладагента. Компрессорная установка служит для сжимания газообразного хладагента от первого давления до второго давления, причем вторым давлением является давление конденсации. Давление конденсации представляет собой давление, при котором хладагент конденсируется, когда от него отбирают теплоту, что обычно происходит в конденсаторе. Предусмотрено множество конденсаторных испарительных систем (CES), каждая из которых содержит конденсатор для приема газообразного хладагента под давлением конденсации и для конденсации хладагента в жидкий хладагент, приемник управляемого давления (CPR) для хранения жидкого хладагента, и испаритель для испарения жидкого хладагента, чтобы образовать газообразный хладагент. Первая линия подачи газообразного хладагента предназначена для подачи газообразного хладагента под давлением конденсации из компрессорной установки во множество конденсаторных испарительных систем. Вторая линия подачи газообразного хладагента предназначена для подачи газообразного хладагента от множества конденсаторных испарительных систем в компрессорную установку.

Согласно одному из предложенных вариантов, компрессорная установка в системе предложенной системе охлаждения содержит компрессор первой ступени и компрессор второй ступени, установленные последовательно. Компрессорная установка также может содержать промежуточный охладитель между компрессором первой ступени и компрессором второй ступени.

Согласно одному из вариантов, в предложенной системе охлаждения по меньшей мере одна из множества конденсаторных испарительных систем представляет собой первую конденсаторную испарительную систему и имеет испаритель, работающий при первой температуре, а по меньшей мере другая одна из множества конденсаторных испарительных систем представляет собой вторую конденсаторную испарительную систему и имеет испаритель, работающий при второй температуре, причем первая температура отличается от второй температуры.

При этом первая температура может быть по меньшей мере на 10°С ниже, чем вторая температура.

Согласно одному из вариантов в предложенной системе охлаждения первая конденсаторная испарительная система выполнена так, чтобы возвращать газообразный хладагент в компрессор первой ступени, а вторая конденсаторная испарительная система выполнена так, чтобы возвращать газообразный хладагент во компрессор второй ступени.

Хладагент в предложенной системе охлаждения может содержать аммиак.

Согласно одному из вариантов давление конденсации в предложенной системе охлаждения больше чем 100 psi.

Согласно одному из вариантов по меньшей мере одна из конденсаторных испарительных систем в предложенной системе охлаждения содержит конденсатор, который представляет собой пластинчатый конденсатор.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также альтернативная система охлаждения. Эта система охлаждения содержит централизованную компрессорную установку и множество конденсаторных испарительных систем. Каждая конденсаторная испарительная система содержит конденсатор для приема газообразного хладагента и конденсации газообразного хладагента в жидкий хладагент, приемник управляемого давления для хранения жидкого хладагента, поступающего из конденсатора, и испаритель для испарения жидкого хладагента, чтобы образовать газообразный хладагент. Система охлаждения сконструирована так, чтобы перемещать газообразный хладагент из централизованной компрессорной установки во множество конденсаторных испарительных систем.

Согласно одному из вариантов, конденсатор по меньшей мере одной из множества конденсаторных испарительных систем содержит пластинчатый теплообменник.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также способ питания множество конденсаторных испарительных систем. Способ включает в себя следующие операции: сжатие газообразного хладагента до давления конденсации, чтобы образовать горячий газообразный хладагент; подача горячего газообразного хладагента во множество конденсаторных испарительных систем; подача газообразного хладагента из множества конденсаторных испарительных систем в компрессорную установку, сконструированную так, чтобы сжимать газообразный хладагент до давления конденсации. Способ может предусматривать обеспечение охлаждения за счет испарения жидкого хладагента в испарителе, и может предусматривать размораживание при помощи горячего газа за счет конденсации газообразного хладагента в испарителе.

Согласно одному из вариантов предложенного способа, конденсатор в конденсаторной испарительной системе содержит пластинчатый теплообменник.

Согласно одному из возможных вариантов, по меньшей мере одна из конденсаторных испарительных систем выполнена так, чтобы обеспечивать охлаждение за счет испарения жидкого хладагента в испарителе.

Согласно одному из возможных вариантов, по меньшей мере одна из конденсаторных испарительных систем работает в цикле размораживания при помощи горячего газа, при этом газообразный хладагент конденсируется в испарителе.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показана известная ранее промышленная, многоступенчатая система охлаждения.

На фиг. 2 схематично показана система охлаждения в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3 схематично показана многоступенчатая система охлаждения в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 4 схематично показана конденсаторная испарительная система, показанная на фиг. 3.

Подробное описание изобретения

Описанная здесь система охлаждения может быть использована в промышленном оборудовании. Вообще говоря, система охлаждения имеет централизованную компрессорную установку и одну или несколько децентрализованных конденсаторных испарительных систем. В результате, перемещение хладагента от централизованной компрессорной установки к одной или нескольким децентрализованным конденсаторным системам может быть осуществлено главным образом (или полностью) как перемещение газообразного хладагента, за счет чего уменьшается количество хладагента, необходимого для работы системы охлаждения, по сравнению с системами охлаждения, в которых производят перемещение жидкого хладагента из централизованного приемного резервуара высокого давления в один или несколько испарителей.

В традиционных системах охлаждения на аммиаке, типично используют централизованную систему конденсации и централизованные баки-накопители или накопительные резервуары, в которых хранятся большие количества жидкого аммиака. В зависимости от типа резервуара и типа системы охлаждения, жидкостные насосы типично могут быть использованы для перекачивания больших количеств жидкого аммиака через систему, чтобы подавать жидкий аммиак в испарители. В результате, известные ранее системы типично требуют наличия больших количеств жидкого аммиака в системе.

Система охлаждения в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнена как одноступенчатая система или как многоступенчатая система. Обычно, одноступенчатая система представляет собой систему, в которой единственный компрессор сжимает хладагент от давления испарения до давления конденсации. Например, в случае хладагента в виде аммиака, давление испарения может быть ориентировочно от 30 psi до 150 psi. Двухступенчатая система использует два или несколько последовательно установленных компрессоров, которые повышают давление от низкого давления (давления испарения) до промежуточного давления, и затем сжимают газ до давления конденсации. Примером этого является первый компрессор, который сжимает газ от давления испарения около 0 psi до промежуточного давления около 30 psi, и второй компрессор, который сжимает газ от промежуточного давления до давления конденсации около 150 psi. Задачей двухступенчатой системы в первую очередь является экономия мощности, а также обход ограничений степени сжатия компрессора, имеющихся в некоторых моделях. Некоторые системы могут иметь два или несколько низких уровней, причем один уровень может быть предназначен для работы морозильных камер, например, при -10°F, а другой уровень может быть предназначен для работы ударных морозильных камер, например, при -40°F. Система охлаждения может иметь одну ступень, две ступени или любое число ступеней с любой конфигурацией. Некоторые системы могут иметь два или несколько высоких уровней, или любую комбинацию низких и высоких уровней.

Вместо использования большой централизованной системы конденсации и резервуаров для жидкого хладагента, в системе охлаждения может быть использована конденсаторная испарительная система (CES. CES можно рассматривать как подсистему в полной системе охлаждения, причем она содержит теплообменник, который действует как конденсатор во время цикла охлаждения (и при необходимости может действовать как испаритель во время цикла размораживания при помощи горячего газа), приемник управляемого давления (CPR), который действует как резервуар хладагента, испаритель, который поглощает теплоту из процесса (и при необходимости может действовать как конденсатор во время цикла размораживания при помощи горячего газа), с соответствующей схемой расположения клапанов. Так как CES содержит конденсатор, резервуар жидкого хладагента и испаритель в одном узле, то система охлаждения, в которой использованы одна или несколько CES, может быть охарактеризована как "децентрализованная" система охлаждения. В результате, перемещение жидкого хладагента через систему охлаждения может быть значительно снижено. За счет значительного снижения количества жидкого хладагента, который перемещают через систему охлаждения, полное количество жидкого хладагента в системе охлаждения может быть значительно снижено. В качестве примера можно указать, что по сравнению с известной ранее системой охлаждения, такой как показанная на фиг. 1, количество хладагента может быть уменьшено ориентировочно на 85% или больше, за счет использования системы охлаждения в соответствии с настоящим изобретением, которая содержит централизованную компрессорную установку и децентрализованные CESs, при поддержании той же самой холодопроизводительности.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 2, на которой показана система 70 охлаждения в соответствии с настоящим изобретением. Система 70 охлаждения содержит компрессорную установку 72 и CES 74. Компрессорная установка может быть выполнена как одноступенчатый или многоступенчатый компрессор. Обычно, газообразный хладагент выходит из компрессорной установки 72 по линии 76 горячего газа. Газообразный хладагент в линии 76 горячего газа может иметь давление конденсации. Давлением конденсации для хладагента является давление, под которым хладагент имеет тенденцию к конденсации в жидкость, когда от него отбирают теплоту. За счет прохода через линию 76 горячего газа, некоторая часть газообразного хладагента может конденсироваться в жидкость. Сконденсированный хладагент может быть отведен из линии 76 горячего газа с использованием схемы 78 автоматической регулировки. Могут быть использованы различные подходящие схемы автоматической регулировки. Вообще говоря, схема автоматической регулировки может обеспечивать снижение температуры или снижение перегрева испаренного хладагента в линии 86 возврата газообразного хладагента. В случае схемы 78 автоматической регулировки, жидкий хладагент может быть введен в линию 86 возврата газообразного хладагента, чтобы уменьшить перегрев в линии 86 возврата газообразного хладагента.

Сжатый газообразный хладагент протекает по линии 76 горячего газа в конденсаторную испарительную систему 74, где он может быть использован для охлаждения или для размораживания. Конденсаторная испарительная система 74 может работать в холодильном цикле или в цикле размораживания при помощи горячего газа. Когда конденсаторная испарительная система 74 работает в холодильном цикле, сжатый газообразный хладагент поступает в конденсатор 80, где он конденсируется в жидкий хладагент. Жидкий хладагент затем втекает в приемник 82 управляемого давления, а затем жидкий хладагент вытекает из приемника 82 управляемого давления в испаритель 84, чтобы обеспечивать охлаждение. За счет прохода через испаритель 84, часть жидкого хладагента испаряется, причем испаренный хладагент отбирают из конденсаторной испарительной системы 74 по линии 86 всасывания. Когда конденсаторная испарительная система 74 работает в цикле размораживания при помощи горячего газа, роли теплообменника 80 и испарителя 84 реверсируются (меняются местами). При этом сжатый хладагент по линии 76 горячего газа втекает в испаритель 84, где он конденсируется в жидкость, а полученная жидкость затем втекает в приемник 82 управляемого давления. Жидкий хладагент из приемника 82 управляемого давления втекает в конденсатор 80, где он испаряется, а испаренный хладагент возвращается в компрессорную установку через линию 86 всасывания.

Приемник 82 управляемого давления может быть назван сокращено как CPR, или может быть назван просто приемником. Вообще говоря, приемником управляемого давления является приемник, который, во время работы, поддерживает давление в приемнике на уровне меньше чем давление конденсации. Более низкое давление в CPR помогает направлять поток, например, из конденсатора 80 в CPR 82, а также из CPR 82 в испаритель 84. Более того, испаритель 84 может работать более эффективно в результате снижения давления за счет наличия CPR 82.

Испаренный хладагент по линии 86 всасывания поступает в компрессорную установку 72 через аккумулятор 90. Аккумулятор 90 защищает компрессорную установку 72 за счет отделения жидкого хладагента от газообразного хладагента. В некоторых конструкциях, аккумулятор может работать как промежуточный охладитель. Когда аккумулятор предусмотрен между ступенями компрессора, тогда аккумулятор между ступенями компрессора может быть назван промежуточным охладителем. Аккумулятором может быть любой аккумулятор, который позволяет отделять жидкий хладагент от газообразного хладагента. Примерные аккумуляторы описаны в патентах США Nos. 6,018,958, 6,349,564 и 6,467,302. Аккумулятор представляет собой резервуар, который действует как разделительное пространство для поступающего газа. Аккумуляторы имеют такие размеры, что скорость поступающего газа существенно снижается. Жидкий хладагент, увлеченный потоком газа, при этом отделяется из газа, так что жидкость не поступает в компрессорную установку 72. Система охлаждения может иметь несколько аккумуляторов. В двухступенчатой системе, второй аккумулятор часто называют как "промежуточный охладитель", потому что он позволяет охлаждать газ, выпущенный из первого компрессора. Аккумулятор 90 имеет датчик 92, который контролирует уровень жидкости, накопленной в резервуаре. Для обеспечения максимальной гибкости, аккумулятор 90 может производить как конденсацию газа, так и испарения жидкости. При этом резервуары могут быть использованы для хранения избытка жидкости в различных ситуациях, в том числе для хранения избытка жидкости, появившегося в результате размораживания, нарушений нормальной работы, потери хладагента, при обычном хранении жидкости и т.п.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 3, на которой показана система 100 охлаждения, в которой использованы множество конденсаторных испарительных систем (CES) в соответствии с настоящим изобретением. Система 100 охлаждения содержит централизованную компрессорную установку 102 и множество конденсаторных испарительных систем 104. В качестве примера многоступенчатой системы охлаждения показана система 100 охлаждения, в которой использованы две конденсаторные испарительные системы 106 и 108. Однако следует иметь в виду, что по желанию могут быть использованы дополнительные конденсаторные испарительные системы. Конденсаторная испарительная система 106 может быть названа как конденсаторная испарительная система низкого уровня, а конденсаторная испарительная система 108 может быть названа как конденсаторная испарительная система высокого уровня. Вообще говоря, CES 106 низкого уровня и CES 108 высокого уровня представлены для того, чтобы показать, как многоступенчатая система 100 охлаждения может работать при различных требованиях к отводу теплоты или к охлаждению. Например, CES 106 низкого уровня может создавать более низкую температуру, чем CES 108 высокого уровня. Например, CES 106 низкого уровня может быть использована для ударного замораживания при температуре около -40°F. CES 108 высокого уровня, например, может создавать область охлаждения до температуры существенно выше чем -40°F, например, ориентировочно от ±10°F до 30°F. Однако следует иметь в виду, что эти значения приведены просто для пояснения. Легко можно понять, что режимы охлаждения для любой промышленной установки могут быть выбраны и обеспечены при помощи многоступенчатой системы в соответствии с настоящим изобретением.

В многоступенчатой системе 100 охлаждения, централизованная компрессорная установка 102 содержит компрессорную установку 110 первой ступени и компрессорную установку 112 второй ступени. Компрессорная установка 110 первой ступени может быть названа как компрессор первого или низкого уровня, а компрессорная установка 112 второй ступени может быть названа как компрессор второго или высокого уровня. Между компрессорной установкой 110 первой ступени и компрессорной установкой 112 второй ступени предусмотрен промежуточный охладитель 114. Вообще говоря, газообразный хладагент подают через впускную линию 109 компрессора первой ступени в компрессорную установку 110 первой ступени, где его сжимают до промежуточного давления, а газообразный хладагент под промежуточным давлением подают через линию 116 подачи газообразного хладагента промежуточного давления в промежуточный охладитель 114. Промежуточный охладитель 114 позволяет охлаждать газообразный хладагент промежуточного давления, а также позволяет отделять любой жидкий хладагент от газообразного хладагента. Хладагент промежуточного давления затем подают в компрессорную установку 112 второй ступени через впускную линию 111 компрессора второй ступени, где этот хладагент сжимают до давления конденсации. В качестве примера укажем, что в случае хладагента в виде аммиака, газообразный хладагент может поступать в компрессорную установку 110 первой ступени под давлением около 0 psi, и может быть сжат до давления около 30 psi. Газообразный хладагент под давлением около 30 psi затем может быть сжат до давления около 150 psi в компрессорной установке 112 второй ступени.

При обычной работе, газообразный хладагент, сжатый при помощи централизованной компрессорной установки 102, протекает через линию 118 горячего газа во множество конденсаторных испарительных систем 104. Газообразный хладагент из компрессорной установки 102, который втекает в линию 118 горячего газа, может быть назван как источник сжатого газообразного хладагента, который используют для питания одной или нескольких конденсаторных испарительных систем 104. Как это показано на фиг. 3, источник сжатого газообразного хладагента обеспечивает питание обеих CES 106 и CES 108. Источник сжатого газообразного хладагента может быть использован для питания не двух, а большего числа конденсаторных испарительных систем. В случае промышленной системы охлаждения на аммиаке, единственный источник сжатого газообразного хладагента может быть использован для питания любого числа конденсаторных испарительных систем, например, по меньшей мере одной, по меньшей мере двух, по меньшей мере трех, по меньшей мере четырех, и т.д., конденсаторных испарительных систем.

Газообразный хладагент из CES 106 низкого уровня рекуперируют через линию 120 всасывания низкого уровня (LSS) и направляют в аккумулятор 122. Газообразный хладагент из CES 108 высокого уровня рекуперируют через линию 124 всасывания высокого уровня (HSS) и направляют в аккумулятор 126. Как уже было указано здесь выше, промежуточный охладитель 114 может быть охарактеризован как аккумулятор 126. Аккумуляторы 122 и 126 могут быть выполнены с возможностью приема газообразного хладагента и разделения газообразного хладагента и жидкого хладагента, так что главным образом только газообразный хладагент направляют в компрессорную установку 110 первой ступени и в компрессорную установку 112 второй ступени.

Газообразный хладагент возвращается в аккумуляторы 122 и 126 через линию 120 всасывания низкого уровня и линию 124 всасывания высокого уровня, соответственно. Желательно обеспечивать возврат газообразного хладагента при температуре, которая не является слишком высокой или слишком низкой. Если возвратный хладагент является слишком горячим, то дополнительная теплота (то есть перегрев) может нежелательно повышать температуру в компрессорных установках 110 и 112. Если возвратный хладагент является слишком холодным, то в аккумуляторах 122 и 126 может накапливаться слишком много жидкого хладагента Различные технологии могут быть использованы для регулирования температуры возвратного газообразного хладагента. В одной из таких технологий, показанной на фиг. 2, используют систему 160 автоматической регулировки. В системе 160 автоматической регулировки вводят жидкий хладагент в возвратный газообразный хладагент через линию 162 жидкого хладагента. Жидкий хладагент, который вводят в возвратный газообразный хладагент в линии 120 всасывания низкого уровня или в линии 124 всасывания высокого уровня, позволяет понизить температуру возвратного газообразного хладагента. Клапан 164 может быть использован для управления потоком жидкого хладагента через линию 162 жидкого хладагента, причем он может работать по сигналу 166 из аккумуляторов 122 и 126. Газообразный хладагент может втекать из линии 118 горячего газа в линию 168 автоматической регулировки газообразного хладагента, в которой потоком управляют при помощи клапана 169. Теплообменник 170 конденсирует газообразный хладагент, так что полученный жидкий хладагент втекает через линию 172 жидкого хладагента в приемник 174 управляемого давления. Линия 176 приемника управляемого давления обеспечивает связь между линией 120 всасывания низкого уровня или линией 124 всасывания высокого уровня и приемником 174 управляемого давления, для того, чтобы усиливать поток жидкого хладагента через линию 162 жидкого хладагента.

Аккумуляторы 122 и 126 могут быть сконструированы так, что они позволяют производить накопление в них жидкого хладагента. Вообще говоря, хладагент, возвращаемый по линии 120 всасывания низкого уровня и линии 124 всасывания высокого уровня, является газообразным. Некоторая часть газообразного хладагента может конденсироваться и накапливаться в аккумуляторах 122 и 126. Аккумуляторы могут быть сконструированы так, что они позволяют производить испарение жидкого хладагента. Кроме того, аккумуляторы могут быть сконструированы так, что жидкий хладагент может быть рекуперирован из них. При некоторых обстоятельствах, аккумуляторы могут быть использованы для хранения жидкого хладагента.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 4, на которой конденсаторная испарительная система 106 показана более подробно. Конденсаторная испарительная система 106 содержит конденсатор 200, приемник 202 управляемого давления и испаритель 204. Вообще говоря, конденсатор 200, приемник 202 управляемого давления и испаритель 204 могут быть выполнены так, что при совместной работе они обеспечивают желательную холодопроизводительность испарителя 204. Вообще говоря, испаритель 204 типично рассчитывают на количество теплоты, которое необходимо абсорбировать из процесса. Таким образом, испаритель 204 типично рассчитывают на основании степени охлаждения, которую необходимо создать в данной установке. Конденсатор 200 может быть рассчитан на конденсацию газообразного хладагента ориентировочно с таким же расходом, с которым испаритель 204 испаряет хладагент во время размораживания, для того, чтобы создать сбалансированный поток внутри CES. Под созданием сбалансированного потока понимают то, что теплота, отводимая из хладагента при помощи конденсатора 200, ориентировочно равна теплоте, поглощаемой хладагентом в испарителе 204. Следует иметь в виду, что сбалансированный поток можно считать потоком в течение промежутка времени, который позволяет испарителю достичь желательного уровня производительности. Другими словами, пока испаритель 204 работает желательным образом, CES можно считать сбалансированной. Это отличается от случая централизованного конденсаторного хозяйства, которое обслуживает несколько испарителей. В случае централизованного конденсаторного хозяйства, которое обслуживает несколько испарителей, конденсаторное хозяйство нельзя считать сбалансированным относительно любого одного специфического испарителя. Вместо этого, конденсаторное хозяйство считают сбалансир