PL246608B1

PL246608B1 - Układ chłodzenia oraz urządzenie chłodnicze, zwłaszcza na jednostce morskiej

Info

Publication number: PL246608B1
Application number: PL443973A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Laszkowski; Kacper Strzygocki; Jacek Muttke
Original assignee: Climarem Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2023-03-03
Filing date: 2023-03-03
Publication date: 2025-02-17
Also published as: PL443973A1

Abstract

Układ chłodzenia, zwłaszcza na jednostce morskiej, zawiera zbiornik (1) czynnika chłodniczego w postaci dwutlenku węgla CO2, połączony poprzez zawór rozprężny (5.1) z parownikiem (5.2) w komorze mroźniczej (5) oraz poprzez zawór rozprężny (6.1) z parownikiem (6.2) w komorze chłodniczej (6). Wyjście parownika (5.2) w komorze mroźniczej (5), oraz wyjście parownika (6.2) w komorze chłodniczej (6) połączone są ze sprężarkami pierwszego i drugiego stopnia (7, 8) oraz ze zbiornikiem czynnika chłodniczego (1). Wyjście czynnika chłodniczego w postaci dwutlenku węgla CO2 ze sprężarki (8) drugiego stopnia, połączone jest poprzez odolejacz (11) z wlotem tego czynnika chłodniczego do chłodnicy (13). Wyjście czynnika chłodniczego z chłodnicy (13) jest połączone poprzez zawór rozprężny (4.4) wysokiego ciśnienia z wejściem tego czynnika chłodniczego do zbiornika czynnika chłodniczego (1). Wyjście czynnika chłodniczego ze sprężarki (7) pierwszego stopnia oraz wejście czynnika chłodniczego do sprężarki (8) drugiego stopnia, połączone są, poprzez zawór rozprężny obejściowy (10) ze zbiornikiem (1) czynnika chłodniczego. Wylot czynnika chłodniczego z odolejacza (11) do chłodnicy (13) połączony jest ze zbiornikiem (1) czynnika chłodniczego, poprzez zawór elektromagnetyczny obejściowy (14.1). Wylot czynnika gazowego z chłodnicy (13) do zbiornika (1) czynnika chłodniczego wyposażony jest w zawór zwrotny. Chłodnica (13) zasilana jest czynnikiem chłodniczym w postaci wody morskiej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ chłodzenia przeznaczony zwłaszcza do zastosowania na jednostce morskiej; pływającej, jak również zakotwiczonej na morzu. Przedmiotem wynalazku jest także urządzenie chłodnicze, zwłaszcza na jednostce morskiej. Rozwiązanie dotyczy układu chłodzenia i urządzenia chłodniczego gdzie czynnikiem chłodzącym jest dwutlenek węgla. Przedmiot wynalazku stanowi przede wszystkim chłodnię prowiantową na jednostce morskiej.

Znanych jest szereg rozwiązań urządzeń i układów chłodniczych, przeznaczonych do zastosowań na morzu. Szereg z tych rozwiązań pracuje z wykorzystaniem czynnika chłodniczego w postaci dwutlenku węgla CO2, zarówno na lądzie, jak i w warunkach morskich na jednostkach pływających oraz na jednostkach zakotwiczonych.

W rozwiązaniu znanym z publikacji zgłoszenia międzynarodowego na WO 2021/151392 ujawniono cykliczny układ chłodniczy z przemianą fazową dwutlenku węgla. W skład układu chłodniczego wchodzą: zbiornik na ciekły dwutlenek węgla służący do przechowywania ciekłego CO2; sekcja parowania połączona ze zbiornikiem magazynowym ciekłego dwutlenku węgla i wykorzystywaną do przeprowadzania redukcji ciśnienia i odparowania ciekłego CO2 w celu uzyskania gazowego CO2. Sekcja zwiększająca ciśnienie jest połączona z komorą odparowywania i wykorzystywana do zwiększania ciśnienia i chłodzenia gazowego CO2 o wysokiej temperaturze. Dalej układ zawiera sekcję kondensacji połączoną niezależnie z sekcją wzrostu ciśnienia i zbiornikiem do przechowywania ciekłego dwutlenku węgla. Sekcja kondensacji jest wykorzystywaną do przekształcania gazowego CO2 o wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem w ciekły CO2. Układ według wynalazku zawiera wymiennik ciepła ciecz/powietrze połączony z cieczą sekcji odparowywania dla odbioru niskotemperaturowego wodnego roztworu glikolu etylenowego i wymiany ciepła z krążącym powietrzem. Cykliczny układ chłodniczy z przemianą fazową dwutlenku węgla według niniejszego wynalazku realizuje chłodzenie poprzez zastosowanie przemiany fazowej ciecz-gaz i gaz-ciecz CO2. W tym rozwiązaniu wykorzystano wodny roztwór glikolu etylenowego jako czynnik wymiany ciepła między dwutlenkiem węgla a powietrzem.

W innym rozwiązaniu, ujawnionym w publikacji zgłoszenia międzynarodowego nr WO 2021/089000, przedstawiono układ sprężania pary czynnika chłodniczego z dwutlenkiem węgla oraz sposób działania tego układu. Układ sprężania pary czynnika chłodniczego obejmuje urządzenie sprężające, zbiornik rozprężny umieszczony w obwodzie czynnika chłodniczego, pośredniczący wymiennik ciepła odprowadzający ciepło czynnika chłodniczego i wymiennik ciepła pochłaniający ciepło czynnika chłodniczego. W układzie zawarto także obwód rozładowania sprężarki obejmujący linię czynnika chłodniczego ustanawiającą komunikację przepływu czynnika chłodniczego między jednostką pośrednią stopnia ciśnieniowego urządzenia sprężającego, a obwodem chłodniczym w miejscu poza pochłaniającym ciepło wymiennikiem ciepła czynnika chłodniczego i przed wlotem ssania do urządzenia sprężającego. Układ zawiera także urządzenie kontrolujące przepływ w obwodzie odciążającym umieszczone we wspomnianym przewodzie czynnika chłodniczego. W odpowiedzi na co najmniej jeden parametr roboczy systemu wykryty przez co najmniej jeden czujnik, sterownik selektywnie ustawia urządzenie kontrolujące przepływ odciążania, aby utrzymać działanie systemu sprężania pary czynnika chłodniczego poniżej wstępnie wybranej górnej granicy ciśnienia.

W innym rozwiązaniu według WO 2006/022829, obwód chłodniczy do cyrkulacji czynnika chłodniczego o określonym kierunku przepływu, zawiera w kolejności zgodnej z kierunkiem przepływu czynnika, wymiennik ciepła, zbiornik z fazą ciekłą czynnika chłodniczego i przewód gazu rozprężonego. Za zbiornikiem znajduje się sekcja średniej temperatury i sekcja niskotemperaturowa. Sekcje średniej i niskiej temperatury zawierają w kierunku przepływu urządzenie rozprężne, parownik i sprężarkę. Obwód chłodniczy zawiera ponadto linię cieczy łączącą przewód cieczy ze zbiornika, z co najmniej jedną z sekcji średniej i niskiej temperatury. Obwód posiada wewnętrzny wymiennik ciepła oraz linię gazu rozprężnego łączącą przewód gazu rozprężnego zbiornika, poprzez wewnętrzny wymiennik ciepła z wlotem sprężarki niskotemperaturowej. Wewnętrzny wymiennik ciepła przenosi ciepło użytkowe z cieczy przepływającej przez linię cieczy do gazu rozprężnego przepływającego przez linię gazu rozprężnego.

Kolejne rozwiązanie, znane z dokumentu WO 2022/053503, dotyczy układu chłodniczego zawierającego co najmniej jedną sprężarkę pierwszego stopnia sprężania czynnika chłodniczego w postaci dwutlenku węgla, główny system odprowadzania ciepła do chłodzenia czynnika chłodniczego, jedno lub większą liczbę wysokociśnieniowych urządzeń rozprężnych do redukcji ciśnienia czynnika chłodniczego CO2, zbiornik do przechowywania czynnika chłodniczego CO2 jedno lub więcej wysokociśnieniowych urządzeń rozprężnych, parownik i urządzenie regulujące ciśnienie w zbiorniku. System chłodniczy według tego znanego rozwiązania zawiera ponadto pomocniczy zespół chłodniczy zawierający dodatkową sprężarkę przystosowaną do sprężania przynajmniej części czynnika chłodniczego, a następnie skierowania sprężonego czynnika chłodniczego do systemu odprowadzania ciepła.

W dalszym rozwiązaniu, znanym ze zgłoszenia międzynarodowego nr WO 2021/012725 przedstawiono układ z czynnikiem chłodniczym w postaci dwutlenku węgla i sposób jego działania. Układ chłodniczy, zawiera sprężarkę, skraplacz, urządzenie magazynujące ciecz i parownik. Zespół ssący jest umieszczony między sprężarką, a skraplaczem, zaś drugi zespół ssący jest połączony z urządzeniem magazynującym ciecz i z separatorem gaz-ciecz. Separator gaz-ciecz jest umieszczony między skraplaczem, a urządzeniem magazynującym ciecz. Gazowy dwutlenek węgla w urządzeniu magazynującym ciecz, lub separatorze gaz-ciecz może być zassany z powrotem do rurociągu między sprężarką, a skraplaczem za pomocą zespołu ssącego.

W większości znanych rozwiązań układów chłodzenia i urządzeń chłodniczych przewidziano układ chłodniczy zawierający zbiornik czynnika chłodniczego, gdzie czynnik chłodniczy przekazywany jest pod ciśnieniem do zespołu parownika, gdzie na skutek odparowania następuje obniżenie temperatury tego czynnika. Problemem do rozwiązania jest dodatkowe obniżenie temperatury czynnika chłodniczego na wejściu do zaworu rozprężnego 4.4 wysokiego ciśnienia, przed rurociągiem dopływu tego czynnika roboczego do zbiornika. Wynalazek rozwiązuje także problem niekontrolowanego włączania i wyłączania się sprężarek na skutek wahań ciśnienia czynnika chłodniczego w obiegu.

Według wynalazku, układ chłodzenia, zwłaszcza na jednostce morskiej, zawiera zbiornik czynnika chłodniczego w postaci dwutlenku węgla CO2, połączony poprzez zawór rozprężny z parownikiem w komorze mroźniczej oraz poprzez zawór rozprężny z parownikiem w komorze chłodniczej, gdzie wyjście parownika w komorze mroźniczej, oraz wyjście parownika w komorze chłodniczej połączone są ze sprężarkami pierwszego i drugiego stopnia oraz ze zbiornikiem czynnika chłodniczego. Wyjście czynnika chłodniczego w postaci dwutlenku węgla CO2 ze sprężarki drugiego stopnia, połączone jest poprzez odolejacz z wlotem tego czynnika chłodniczego do chłodnicy gazu, natomiast wyjście czynnika chłodniczego z chłodnicy gazu jest połączone poprzez zawór rozprężny wysokiego ciśnienia z wejściem tego czynnika chłodniczego do zbiornika czynnika chłodniczego. Wyjście czynnika chłodniczego ze sprężarki pierwszego stopnia oraz wejście czynnika chłodniczego do sprężarki drugiego stopnia, połączone są, poprzez zawór rozprężny obejściowy ze zbiornikiem czynnika chłodniczego.

Według wynalazku, układ chłodzenia charakteryzuje się tym, że wylot czynnika chłodniczego z odolejacza do chłodnicy połączony jest ze zbiornikiem czynnika chłodniczego, poprzez zawór elektromagnetyczny obejściowy, zaś wylot czynnika gazowego z chłodnicy gazu do zbiornika czynnika chłodniczego wyposażony jest w zawór zwrotny, przy czym chłodnica gazu zasilana jest czynnikiem chłodniczym w postaci wody morskiej.

W układzie chłodzenia, w korzystnej wersji rozwiązania według wynalazku, zawór elektromagnetyczny obejściowy sterowany jest różnicą ciśnień ssania pomiędzy sprężarką pierwszego stopnia, a sprężarką drugiego stopnia.

Wylot czynnika chłodniczego ciekłego, ze zbiornika czynnika chłodniczego połączony jest z zaworami rozprężnymi komory mroźniczej i komory chłodniczej korzystnie poprzez filtr odwadniający.

Wyjście czynnika chłodniczego z parownika komory mroźniczej przyłączone jest korzystnie do wejścia ssawnego sprężarki pierwszego stopnia, której wyjście tłoczne połączone jest z wyjściem czynnika chłodniczego z parownika komory chłodniczej oraz z wejściem do sprężarki drugiego stopnia sprężania, oraz poprzez odolejacz i chłodnicę z wejściem do zbiornika czynnika chłodniczego.

Według wynalazku, urządzenie chłodnicze, zwłaszcza na jednostce morskiej, zawiera zamocowany w stelażu zbiornik czynnika chłodniczego w postaci dwutlenku węgla CO2, połączony rurociągiem poprzez zawór rozprężny z parownikiem w komorze mroźniczej, oraz poprzez zawór rozprężny z parownikiem w komorze chłodniczej. Rurociąg wyjścia z parownika w komorze mroźniczej, oraz rurociąg wyjścia z parownika w komorze chłodniczej połączone są ze sprężarkami pierwszego i drugiego stopnia, oraz są połączone rurociągiem tłoczno-ssawnym ze zbiornikiem czynnika chłodniczego. Wyjście czynnika chłodniczego ze sprężarki drugiego stopnia połączone jest rurociągiem rozgałęźnym z króćcem wejścia czynnika chłodniczego do chłodnicy gazu, a wyjście czynnika chłodniczego z chłodnicy gazu, jest połączone rurociągiem czynnika chłodniczego, poprzez zawór rozprężny wysokiego ciśnienia z króćcem wlotowym tego czynnika roboczego do zbiornika. Wyjście rurociągu tłoczno ssawnego czynnika chłodniczego ze sprężarki pierwszego stopnia oraz wejście czynnika chłodniczego do sprężarki drugiego stopnia sprężania, połączone są przewodem obejściowym, poprzez zawór rozprężny obejściowy ze zbiornikiem czynnika chłodniczego.

Według wynalazku, urządzenie chłodnicze według wynalazku charakteryzuje się tym, że rurociąg czynnika chłodniczego z odolejacza do chłodnicy gazu połączony jest rurociągiem obejściowym ze zbiornikiem, przy czym rurociąg obejściowy wyposażony jest w zawór elektromagnetyczny, zaś rurociąg powrotu czynnika chłodniczego z chłodnicy gazu do zbiornika czynnika chłodniczego wyposażony jest w zawór zwrotny, przy czym chłodnica gazu zasilana jest czynnikiem chłodniczym w postaci wody morskiej.

W korzystnej wersji rozwiązania według wynalazku zawór elektromagnetyczny sterowany jest różnicą ciśnień ssania pomiędzy sprężarką pierwszego stopnia sprężania, a sprężarką drugiego stopnia sprężania.

Zespół rurek wody morskiej oraz dna sitowe chłodnicy gazu wykonane są korzystnie z tytanu.

Rurociąg wylotu czynnika chłodniczego, ze zbiornika tego czynnika chłodniczego korzystnie połączony jest z zaworami rozprężnymi komory mroźniczej oraz komory chłodniczej, poprzez filtr odwadniający.

W rozwiązaniu według wynalazku wyposażono układ chłodniczy w dodatkowy rurociąg obejściowy łączący rurociąg tłoczny sprężarki z rurociągiem powrotu czynnika chłodniczego do zbiornika poprzez dodatkowy zawór elektromagnetyczny. Rurociąg z chłodnicy gazu do zbiornika zaopatrzono w zawór zwrotny. Zmiany te zabezpieczają przed spadkiem ciśnienia w układzie co było przyczyną wyłączania sprężarek i doprowadzało okresowo do pracy przerywanej, co występowało zarówno przy uruchomieniu jak i w trakcie pracy układu. Praca rurociągu obejściowego wraz z zaworem elektromagnetycznym jest w tym rozwiązaniu uzależniona od pracy komory mroźniczej oraz komory chłodniczej, nastawy ciśnień czynnika chłodniczego różnego dla każdej z komór. Spadek ciśnienia poniżej nastawionych wartości powoduje otwarcie zaworu i rurociągu obejściowego, osiągnięcie nastawionych wartości powoduje zamknięcie zaworu obejściowego. Natomiast zaproponowany zawór zwrotny gwarantuje przepływ czynnika do zbiornika, a więc zabezpiecza układ przed przepływem zwrotnym czynnika chłodniczego przez chłodnicę gazu.

Przedmiot wynalazku pokazany został w przykładzie wykonania na załączonych rysunkach na których kolejne figury rysunku ilustrują:

Fig. 1 - schemat blokowy układu chłodzenia.

Fig. 2 - urządzenie chłodnicze.

Fig. 3 - zbiornik czynnika chłodniczego w półwidoku półprzekroju

Fig. 4 - zbiornik według fig. 3 w przekroju płaszczyzną zgodną z wzdłużną osią syme- trii.

Fig. 5 - chłodnicę czynnika chłodniczego w postaci gazu.

Fig. 6 - chłodnicę według fig. 5 w przekroju zgodnym z wzdłużną osią symetrii.

Fig. 7 - chłodnicę według fig. 5 w przekroju prostopadłym do wzdłużnej osi symetrii, w obrębie pokrywy wlotu wody morskiej.

Fig. 8 - chłodnicę w przekroju według fig. 7 w obrębie rur przepływu czynnika chłodzą- cego.

Fig. 9 - wnętrze chłodnicy według fig. 5.

Fig. 10 - konfiguracje rurek we wnętrzu chłodnicy według fig. 5.

Na rysunku fig. 1 przedstawiono w przykładzie wykonania schemat blokowy układu chłodzenia według wynalazku. W układzie chłodzenia czynnik chłodniczy stanowi dwutlenek węgla CO2, określany w chłodnictwie także symbolem R744. Układ chłodniczy zawiera zbiornik 1 czynnika chłodniczego w postaci mieszaniny dwufazowej gaz-ciecz dwutlenku węgla CO2. Ciśnienie wewnętrzne w zbiorniku 1 w trakcie pracy przewidziano na poziomie od około 40 bar do maksymalnie 80 bar. W tym przykładzie wykonania w zbiorniku 1 panuje ciśnienie pracy 40 bar.

Zbiornik 1, jak to pokazano na rysunku fig. 2, fig. 3 oraz fig. 4, ma postać pionowego walczaka z dennicą górną 2 oraz z dennicą dolną 3. W zbiorniku 1, w dolnej jego części w trakcie pracy układu, znajduje się czynnik chłodniczy w postaci cieczy, zaś w górnej części znajduje się ten sam czynnik chłodniczy ale w postaci gazowej. Ze strefy dolnej dennicy 3 zbiornika 1 odbiera się czynnik chłodzący w postaci cieczy pod ciśnieniem 40 bar, zaś do strefy górnej dennicy 2 zbiornika 1 poprzez przewód 4.2 z zaworem rozprężnym 4.4 powraca czynnik chłodniczy w postaci gazu również pod ciśnieniem 40 bar. Dolna dennica 3 połączona jest przewodem 4.1 ciekłego czynnika chłodzącego, poprzez filtr odwadniający 4.3 z komorą mroźniczą 5 oraz z komorą chłodniczą 6 układu chłodzenia. W komorze mroźniczej utrzymuje się w tym przykładzie wykonania temperaturę -20°C. Wewnątrz parownika temperatura wynosi -28°C, ciśnienie 15 bar. W komorze chłodniczej 6 odpowiednio, w tym przykładzie wykonania parametry wynoszą: +4°C, w parowniku 6.2 temperatura -4°C i ciśnienie 30 bar.

W komorze mroźniczej 5 przewód 4.1 doprowadzony jest poprzez zawór rozprężny 5.1 do parownika 5.2, skąd czynnik chłodniczy w postaci dwutlenku węgla CO2, po odparowaniu doprowadzony jest rurociągiem ssawnym 5.3 do sprężarki 7 oznaczonej na rysunku fig. 1 także symbolem LT. Wyjście parownika 5.2 z komory mroźniczej 5 połączone jest z wejściem do sprężarki 7 gdzie ciśnienie ssania sprężarki 5 w tym przykładzie wykonania wynosi 15 bar.

Natomiast w komorze chłodniczej 6 przewód 4.1 doprowadzony jest poprzez zawór rozprężny 6.1 do parownika 6.2, skąd czynnik chłodniczy po odparowaniu, rurociągiem 6.3 łączącym się z rurociągiem tłocznym 7.1 ze sprężarki 7 doprowadzony jest do sprężarki drugiego stopnia sprężania 8 oznaczonej także symbolem MT na rysunku fig. 1.

Do przewodu 7.1 łączącego wyjście sprężarki 7 pierwszego stopnia z wejściem do sprężarki 8 drugiego stopnia dołączony jest również rurociąg 6.3 czynnika chłodniczego z parownika 6.2 komory chłodniczej 6. Przewód 7.1 połączony jest ponadto ze zbiornikiem 1 czynnika chłodniczego przewodem obejściowym 9, o charakterze by-pasu, którym do przewodu 7.1 dostarczany może być czynnik chłodniczy poprzez zawór rozprężny obejściowy 10, gdzie temperatura czynnika chłodniczego za zaworem obejściowym 10 wynosi w tym przykładzie wykonania -4°C, zaś ciśnienie 30 bar.

Sprężarki pierwszego stopnia 7 oraz drugiego stopnia 8 połączone są szeregowo z odolejaczem 11 o ciśnieniu maksymalnym 120 bar, z którego czynnik chłodniczy w postaci gazowej kierowany jest przewodem 12 do chłodnicy 13, gdzie następuje schłodzenie czynnika chłodniczego w postaci gazu, w zakresie ciśnienia 120 bar i/lub skroplenie przy niższych parametrach ciśnienia i temperatury czynnika chłodniczego wynikających z odpowiednio niższych temperatur chłodziwa chłodnicy gazu 13. Z chłodnicy 13 czynnik chłodniczy gównie w postaci gazu jest przekazywany przewodem 4.2 powrotu czynnika roboczego z zaworem rozprężnym 4.4 do zbiornika 1. Z odolejacza 11 oddzielony olej kierowany jest przewodami olejowymi 11.1 oraz 11.2 do układów smarowania sprężarki pierwszego stopnia sprężania 7 oraz sprężarki drugiego stopnia sprężania 8.

Chłodnica gazu 13 stanowi wymiennik ciepła płaszczowo - rurowy, gdzie medium chłodzącym obiegowy czynnik chłodniczy w postaci dwutlenku węgla CO2 jest woda morska, doprowadzana i odprowadzana do i z chłodnicy 13 przewodami 13.1, zaś czynnik chłodniczy przepływa w przestrzeni międzyrurowej 13.2 w płaszczu chłodnicy 13.

Z rurociągu 12 do zbiornika 1 przewodem obejściowym 14 dostarczany jest czynnik w przypadku zbyt małej ilości czynnika na ssaniu sprężarek 7, 8. Rurociąg obejściowy 14 wyposażony jest w zawór elektromagnetyczny 14.1 sterowany układem automatyki. Zawór 4.5 na rurociągu 4.2 zabezpiecza zawór 4.4 przed uderzeniem czynnika o wyższym ciśnieniu z rurociągu obejściowego 14.

Na rysunku fig. 2 przedstawiono w przykładzie wykonania urządzenie chłodnicze w postaci agregatu z zespołem chłodnicy gazu 13. Jak pokazano na tym rysunku agregat zawiera szereg zespołów stanowiących w połączeniu urządzenie chłodnicze według wynalazku, zabudowanych w tym przykładzie wykonania, w stelażu 15. W stelażu 15 zamocowane są zespoły opisane wyżej przy opisie układu chłodzenia pokazanego na rysunku fig. 1. Na rysunku fig. 2 uwidoczniono zamocowany w stelażu 15 zbiornik 1 czynnika chłodniczego gdzie gromadzi się dwutlenek węgla CO2 oznaczany w technice chłodniczej jako R 744.

Zbiornik 1 stanowi pionowo ustawiony walczak z dennicami 2,3. Zbiornik 1 wyposażony jest w górnej dennicy 2 w co najmniej jeden zawór bezpieczeństwa 16. W tym przykładzie wykonania, na rysunku fig. 2 pokazano dwa zawory bezpieczeństwa 16. Pokazano także zawór rozprężny obejściowy 10 zlokalizowany na rurociągu obejściowym 9, o charakterze by-pasu. Uwidoczniono tu także sprężarki 7 i 8. Poza agregatem w postaci zespołu urządzeń zamocowanych w stelażu 15 na tym rysunku pokazano także chłodnicę 13, wraz z rurociągiem 12 wlotu czynnika chłodniczego i rurociągiem 4.2 powrotu czynnika chłodniczego w postaci gazu, a także króćce 13.1 wlotu i wylotu chłodzącej wody morskiej doprowadzanej do zespołu rurek umieszczonych wewnątrz płaszcza tej chłodnicy gazu 13. Pokazano także przykładową lokalizację filtra czynnika chłodniczego 17.

Na kolejnym rysunku fig. 3 oraz fig. 4 pokazano w przykładzie wykonania zbiornik 1 czynnika chłodniczego odpowiednio w półwidoku półprzekroju na rysunku fig. 3 oraz w przekroju na rysunku fig, 4. W tym przykładzie wykonania pionowy zbiornik 1 ma postać walczaka z blachy stalowej. Walczak zamknięty jest od góry i od dołu dennicami 2, 3. Na rysunku fig. 4 uwidoczniono króciec obejściowy 20 wylotu ze zbiornika 1 czynnika chłodniczego w postaci gazowej do sprężarki 8, oraz króciec 21 odbioru ze zbiornika 1 czynnika chłodniczego w postaci ciekłej do parowników 5.2 i 6.2.

Na rysunku fig. 5 pokazano w widoku chłodnicę gazu 13. Uwidoczniono tu króćce 13.1 rurociągów wlotu oraz wylotu chłodzącej wody morskiej do i z zespołu rurek 13.3 pokazanych na dalszych rysunkach. Chłodnica gazu 13 zamknięta jest z jednej strony zespołem kołnierzy z króćcami 13.1 wlotu i wylotu wody morskiej. Z drugiej strony chłodnica gazu 13 jest zamknięta znormalizowanymi kołnierzami i kołpakiem rewizyjnym 22.

Przekrój chłodnicy gazu 13 płaszczyzną pionową, zgodną z wzdłużną osią symetrii płaszcza 13.2 chłodnicy pokazano na rysunku fig. 6. Pokazano tu zespoły kołnierzy i pokryw zamykających chłodnicę 13 z obu stron. Chłodnica 13, której zadaniem jest chłodzenie gazowego dwutlenku węgla, zawiera wewnątrz płaszcza 13.2 zespół rurek, w których przepływa woda morska. Wewnątrz płaszcza 13.2 przepływa natomiast gazowy czynnik chłodniczy w postaci CO2 oznaczany też w technice chłodniczej jako R 744. Woda morska przepływająca w zespole rurek 13.3 stanowi czynnik chłodzący dwutlenek węgla CO2 przepływający w płaszczu chłodnicy 13.

Na rysunku fig. 8 pokazano przekrój poprzeczny płaszcza 13.2 chłodnicy 13, między kołnierzami zamykającymi ten płaszcz 13.2. Na tym rysunku pokazano przekrój chłodnicy płaszczyzną prostopadłą do głównej osi symetrii płaszcza 13.2, z uwidocznieniem układu rurek 13.3 wewnątrz których przepływa woda morska.

Wnętrze płaszcza 13.2 chłodnicy 13 podzielone jest w tym przykładzie wykonania płaskimi wzdłużnymi półkami bocznymi 13.7 na dwie części połączone ze sobą w części środkowej: komorę górną 13.8 oraz komorę dolną 13.9. Górna komora 13.8 wnętrza płaszcza jest zasilana z króćca wlotowego czynnika chłodniczego, zaś dolna komora 13.9 połączona jest z króćcem odprowadzenia czynnika chłodniczego po jego ochłodzeniu w chodnicy 13.

Wymienione zespoły rurek 13.4, 13.5 przepływu wody morskiej pokazano na załączonym rysunku fig. 8 oraz fig. 10. Określenie górny zespół rurek 13.4, należy rozumieć jako rurki 13.3 ułożone ponad poziomą płaszczyzną C-C, oznaczoną na rysunku fig. 8. Określenie dolny zespół rurek 13.5, należy rozumieć tak, że dotyczy ono dolnego zespołu rurek 13.5 ułożonych pod poziomą płaszczyzną C-C, wyznaczoną na tym rysunku w strefie komory dolnej 13.9 widocznej na rysunku fig. 6.

Liczba i średnica rurek są ze sobą powiązane poprzez kryterium szybkości przepływu wody morskiej w rurkach 13.3. W rozwiązaniu według wynalazku w rurkach przepływa czynnik chodzący w postaci wody morskiej. Wewnątrz płaszcza 13 przepływa czynnik chłodniczy w postaci CO2. Prędkość przepływu jest kluczowa dla rozwinięcia przepływu burzliwego i uzyskania możliwie jak największych współczynników wymiany ciepła w wymienniku płaszczowo rurowym. Oba parametry są powiązane z długością i konfiguracją rurek 13.4, 13.5, co rzutuje na wielkość powierzchni wymiany ciepła. Poprzez dobór tych parametrów w postaci liczby, średnicy oraz konfiguracji rurek 13.4, 13.5 możliwe jest uzyskanie oczekiwanej powierzchni wymiany ciepła. Dla stopnia wymiany ciepła ważna jest także wielkość wolnej powierzchni między rurkami co ma wpływ na sprawność przepływu czynnika chłodzącego CO2 we wnętrzu płaszcza 13. Duża odległość pomiędzy rurkami 13.4, 13.5 zmniejsza burzliwość przepływu CO2, co spowalnia proces chłodzenia. Ułatwia to jednak inspekcję i czyszczenie przestrzeni między rurkami.

Rekomendowany odstęp między rurkami przepływu wody morskiej wewnątrz płaszcza 13.2 chłodnicy, w tym przykładzie wykonania to co najmniej 6 mm oraz dodatkowo 6 mm jeśli występuje konieczność czyszczenia przestrzeni między rurkami. Dane te mogą być inne w innych przykładach wykonania i są zależne od gabarytów poszczególnych elementów składowych chłodnicy 13. W tym przykładzie wykonania rurki 13.3 oraz dna sitowe między którymi są te rurki zamocowane wykonane są z tytanu. Połączenia rurek z płytą sitową są spawane.

W przykładzie wykonania pokazanym na rysunku od fig. 5 do fig. 9, rurki 13.4 oraz 13.5, zamocowane pomiędzy dnami sitowymi 13.6, i ustabilizowane poprzecznymi płytkami sitowymi, pozwalają na prowadzenie czynnika chłodniczego CO2 przez przestrzeń wewnątrz płaszcza 13.2 chłodnicy gazu. Czynnik chłodzący prowadzony zespołami rurek 13.4, 13.5 stanowi w tym przykładzie wykonania woda morska, która jest czerpana w znany sposób z akwenu na którym aktualnie znajduje się statek.

Jak powiedziano wyżej, rurki prowadzenia wody morskiej jako czynnika chłodzącego czynnik chłodniczy są zgrupowane w dwa zespoły widoczne na rysunku fig. 8: górny zespół rurek 13.4 oraz dolny zespół rurek 13.5. W tym przykładzie wykonania te dwa zespoły rurek 13.4 oraz 13.5 są ze sobą połączone przepływowo we wnętrzu płaszcza 13.2. Zespół górny 13.4 znajduje się w strefie wymienionej wyżej komory górnej 13.8 zaś zespół dolny 13.5 znajduje się w strefie wymienionej wyżej komory dolnej 13.9, wydzielonych na rysunku fig. 8 płaszczyzną poziomą C-C. Pokazano to na rysunkach fig. 6 oraz fig. 8 oraz fig. 10. Zespoły rurek 13.4, 13.5 osadzone są w dnach sitowych 13.6. Uwidoczniono to na rysunku fig. 6. W tym samym czasie przestrzeniami 13.8, 13.9 wewnątrz płaszcza 13.2 chłodnicy 13 przepływa w przeciwprądzie czynnik chłodniczy w postaci mieszaniny gazowo-cieczowej dwutlenku węgla CO2. Na skutek ochłodzenia wewnątrz płaszcza 13.2 chłodnicy 13 następuje oziębienie mieszaniny i częściowe wykroplenie fazy cieczowej CO2.

Na rysunku fig. 8, oraz fig. 10 pokazano pogrupowanie rurek przepływu czynnika chłodzącego w postaci wody morskiej, w zespołach rurek: górnym 13.4 oraz dolnym 13.5. W zespole górnym 13.4 cztery rurki są ułożone symetrycznie jedna obok drugiej, jako pierwsza warstwa. Na tej pierwszej warstwie czterech rurek ułożona jest symetrycznie druga warstwa czterech rurek tak, że pomiędzy oboma parami rurek drugiej warstwy znajduje się środkowy odstęp. Na wewnętrznych rurkach drugiej warstwy rurek ułożona jest również symetrycznie, trzecia warstwa w postaci pary rurek. Zespół górny 13.4 rurek prowadzenia czynnika chłodniczego w chłodnicy 13 zawiera więc 10 rurek przepływu czynnika chłodzącego w postaci wody morskiej dostarczanej do tej chłodnicy.

Taki sam dolny zespół 13.5 rurek prowadzenia czynnika chłodzącego w postaci wody morskiej znajduje się pod płaszczyzną C-C pokazaną na rysunku fig. 8 oraz fig. 10 dzielącą teoretycznie wnętrze płaszcza 13.2 chłodnicy 13 na komorę górną 13.8 i komorę dolną 13.9. Rurki 13.3 zasilane są czynnikiem chłodzącym w postaci wody morskiej. Pokazano to na rysunku fig. 6 oraz fig. 10. Tu także, w drugiej komorze 13.9 pokazanej na rysunku fig. 6, na pierwszej warstwie czterech rurek ułożona jest druga, symetryczna warstwa czterech rurek, gdzie pomiędzy dwoma parami rurek jest w tej drugiej warstwie zachowany środkowy odstęp. Podobnie jak w zespole górnym, na tej drugiej warstwie ułożona jest trzecia warstwa w postaci dwóch rurek.

Oba zespoły 13.4, 13.5 rurek prowadzenia czynnika chłodniczego zawierają więc środkowy kanał 23. Pokazano to na rysunku fig. 8. Czynnik chłodzący w postaci dwutlenku węgla CO2 doprowadzany i odprowadzany do i z płaszcza 13.2 chłodnicy, może przepływać zarówno po zewnętrznej stronie danego zespołu rurek, jak i wewnątrz tego zespołu w opisanym kanale 23, chłodząc ten czynnik chłodniczy CO2 przepływający wewnątrz płaszcza 13.2 chłodnicy 13. Opisana organizacja zespołów 13.4, 13.5 rurek chłodzenia czynnika chłodniczego CO2, w przeciwprądzie do przepływu wody morskiej, pozwoliła dodatkowo obniżyć temperaturę czynnika chłodniczego CO2, na wejściu do zaworu rozprężnego wysokiego ciśnienia, a finalnie obniżyć temperaturę czynnika chłodniczego dostarczanego w obiegu do zbiornika 1. Opisana struktura rozstawienia rurek 13.3 przepływu wody morskiej jest przykładowa i nie wyklucza się innej budowy wewnętrznej chłodnicy 13.

W tym przykładzie wykonania płaszcz chłodnicy 13 ma średnicę zewnętrzną 150 mm, natomiast rurki wewnętrzne prowadzenia wody morskiej mają średnicę zewnętrzną 16 mm i są wytworzone z tytanu, podobnie jak dna sitowe 13.6, w których rurki 13.3 są wspawane. Dzięki zastosowaniu tytanu, rurki 13.3 oraz dna sitowe 13.6 są odporne na korozję wywoływaną przez wodę morską. W tym przykładzie 25 wykonania chłodnica 13 ma długość łączną 1738 mm, razem z króćcami wlotu i wylotu wody morskiej oraz kołpakiem rewizyjnym 22.

Czynnik chłodniczy w postaci dwutlenku węgla określany w technice chłodnictwa symbolem R744, w postaci mieszaniny dwufazowej ciecz-gaz gromadzony jest w zbiorniku 1, a następnie poprzez miedziany rurociąg cieczowy 4.1 prowadzony jest do zaworów rozprężnych 5.1 oraz 6.1 znajdujących się w komorach mroźniczej 5 i chłodniczej 6. Na rurociągu cieczowym 4.1 znajduje się również filtr odwadniający 4.3 filtrujący czynnik z zanieczyszczeń i wilgoci. Sterowane elektronicznie zawory rozprężne 5.1, 6.1 w komorze mroźniczej 5 oraz w komorze chłodniczej 6, powodują spadek ciśnienia czynnika chłodniczego co skutkuje obniżeniem temperatury wrzenia czynnika, jego gwałtownym odparowaniem w parownikach komór 5, 6. Na skutek ich działania w komorach 5, 6 następuje spadek temperatury do zadanego poziomu. W tym przykładzie wykonania w komorze mroźniczej do temperatury 20°C, natomiast w komorze chłodniczej do temperatury +4°C.

Sprężarka pierwszego stopnia sprężania 7 oznaczona także na rysunku fig. 1 jako LT, odsysa czynnik z rurociągu wyjściowego 5.3 z komory mroźniczej 5 i parownika 5.2 i spręża go do rurociągu 7.1. Sprężarka drugiego stopnia sprężania 8 oznaczona także na rysunku fig. 1 jako MT, odsysa czynnik tłoczony sprężarką 7 pierwszego stopnia z parownika 5.2, czynnik z rurociągu wyjściowego 6.3 z komory chłodniczej 6 i parownika 6.2 oraz czynnik z rurociągu obejściowego 9. Do rurociągu obejściowego 9 czynnik chłodniczy wtłaczany jest ze zbiornika 1 poprzez zawór rozprężny obejściowy 10 na skutek różnicy ciśnień w zbiorniku 1 i w rurociągu 9. Sprężarka drugiego stopnia sprężania 8 tłoczy czynnik chłodniczy do odolejacza 11 który rozdziela czynnik chłodniczy od oleju, który zawracany jest przewodami 11.1 oraz 11.2 do układu smarowania wymienionych sprężarek 7, 8.

Czynnik chłodniczy R744 w postaci dwutlenku węgla tłoczony jest do chłodnicy 13 poprzez rurociąg 12. W chłodnicy 13 następuje ochłodzenie i/lub skroplenie czynnika chłodniczego. Wymiana ciepła zachodzi pomiędzy gorącym czynnikiem chłodniczym prowadzonym w płaszczu chłodnicy, a wodą morską o niższej temperaturze tłoczoną rurkami przepływu wody morskiej 13.3 w chłodnicy 13. Woda morska dostarczana i oddawana jest w znany sposób rurociągiem poprzez króćce 13.1.

Schłodzony czynnik chłodniczy jest transportowany rurociągiem 4.2 do zbiornika 1. Przed zbiornikiem 1, na rurociągu 4.2 znajduje się zawór rozprężny wysokiego ciśnienia 4.4, który obniża ciśnienie czynnika chłodniczego do ciśnienia wykraplanie w separatorze 1. Ciecz z separatora 1 jest odbierana przewodem 4.3 i odparowywana w parownikach 5.2, 6.2, jak to opisano wyżej.

Rurociągiem obejściowym 14 do zbiornika 1 dostarczany jest czynnik pod wysokim ciśnieniem, w przypadku gdy tego czynnika brakuje na ssaniu sprężarki 7 lub 8. Na rurociągu obejściowym 14 znajduje się zawór obejściowy 14.1 sterowany znanym układem automatyki.

Wykaz oznaczeń na rysunku.

1. Zbiornik czynnika chłodniczego

2. Dennica górna

3. Dennica dolna

4.1. Rurociąg czynnika chłodniczego ciekłego

4.2. Rurociąg czynnika chłodniczego gazowego

4.3. Filtr odwadniający

4.4. Zawór rozprężny wysokiego ciśnienia

4.5. Zawór zwrotny

5. Komora mroźnicza

5.1 Zawór rozprężny

5.2 Parownik komory mroźniczej

5.3 Rurociąg czynnika gazowego z komory mroźniczej

6. Komora chłodnicza

6.1. Zawór rozprężny

6.2. Parownik komory chłodniczej

6.3. Rurociąg czynnika gazowego z komory chłodniczej

7. Sprężarka pierwszego stopnia sprężania

7.1 Rurociąg tłoczno-ssawny pomiędzy sprężarkami

8. Sprężarka drugiego stopnia sprężania

9. Rurociąg obejściowy

10. Zawór rozprężny obejściowy

11. Odolejacz

11.1. Rurociąg olejowy

11.2. Rurociąg olejowy

12. Rurociąg wlotu czynnika chłodniczego

13. Chłodnica gazu

13.1. Rurociąg wody morskiej

13.2. Płaszcz chłodnicy

13.3. Rurki przepływu wody morskiej

13.4. Górny zespół rurek

13.5. Dolny zespół rurek

13.6. Dno sitowe

13.7. Półka boczna

13.8. Górna komora

13.9. Dolna komora

14. Rurociąg obejściowy

14.1. Zawór elektromagnetyczny obejściowy

15. Stelaż

16. Zawór bezpieczeństwa

17. Filtr czynnika chłodniczego

18. Wziernik

19. Podstawa zbiornika

20. Króciec obejściowy

21. Króciec odbioru czynnika chłodniczego w postaci cieczy

22. Kołpak.

23. Kanał wewnętrzny.

Claims

1. Układ chłodzenia, zwłaszcza na jednostce morskiej, zawierający zbiornik (1) czynnika chłodniczego w postaci dwutlenku węgla CO2, połączony poprzez zawór rozprężny (5.1) z parownikiem (5.2) w komorze mroźniczej (5) oraz poprzez zawór rozprężny (6.1) z parownikiem (6.2) w komorze chłodniczej (6), gdzie wyjście parownika (5.2) w komorze mroźniczej (5), oraz wyjście parownika (6.2) w komorze chłodniczej (6) połączone są ze sprężarkami pierwszego i drugiego stopnia (7, 8) oraz ze zbiornikiem czynnika chłodniczego (1), zaś wyjście czynnika chłodniczego w postaci dwutlenku węgla CO2 ze sprężarki (8) drugiego stopnia, połączone jest poprzez odolejacz (11) z wlotem tego czynnika chłodniczego do chłodnicy gazu (13), natomiast wyjście czynnika chłodniczego z chłodnicy gazu (13) jest połączone poprzez zawór rozprężny (4.4) wysokiego ciśnienia z wejściem tego czynnika chłodniczego do zbiornika czynnika chłodniczego (1), przy czym wyjście czynnika chłodniczego ze sprężarki (7) pierwszego stopnia oraz wejście czynnika chłodniczego do sprężarki (8) drugiego stopnia, połączone są, poprzez zawór rozprężny obejściowy (10) ze zbiornikiem (1) czynnika chłodniczego, znamienny tym, że wylot czynnika chłodniczego z odolejacza (11) do chłodnicy gazu (13) połączony jest ze zbiornikiem (1) czynnika chłodniczego, poprzez zawór elektromagnetyczny obejściowy (14.1), zaś wylot czynnika gazowego z chłodnicy gazu (13) do zbiornika (1) czynnika chłodniczego wyposażony jest w zawór zwrotny (4.5), przy czym chłodnica gazu (13) zasilana jest czynnikiem chłodniczym w postaci wody morskiej.

2. Układ chłodzenia według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór elektromagnetyczny obejściowy (14.1) sterowany jest różnicą ciśnień ssania pomiędzy sprężarką (7) pierwszego stopnia sprężania, a sprężarką (8) drugiego stopnia sprężania.

3. Układ chłodzenia według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wylot czynnika chłodniczego ciekłego, ze zbiornika (1) połączony jest z zaworami rozprężnymi (5.1,6.1) komory mroźniczej (5) i komory chłodniczej (6) poprzez filtr odwadniający (4.3).

4. Układ chłodzenia według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wyjście (5.3) czynnika chłodniczego z parownika (5.2) komory mroźniczej (5) przyłączone jest do wejścia ssawnego sprężarki pierwszego stopnia sprężania (7), której wyjście tłoczne połączone jest z wyjściem czynnika chłodniczego z parownika (6.2) komory chłodniczej (6) oraz z wejściem do sprężarki drugiego stopnia sprężania (8) oraz poprzez odolejacz (11) i chłodnicę gazu (13) z wejściem do zbiornika (1) czynnika chłodniczego.

5. Urządzenie chłodnicze, zwłaszcza na jednostce morskiej, zawierające zamocowany w stelażu (15) zbiornik (1) czynnika chłodniczego w postaci dwutlenku węgla CO2, połączony rurociągiem (4.1) poprzez zawór rozprężny (5.1) z parownikiem (5.2) w komorze mroźniczej (5) oraz równolegle poprzez zawór rozprężny (6.1) z parownikiem (6.2) w komorze chłodniczej (6), gdzie rurociąg (5.3) wyjścia z parownika (5.2) w komorze mroźniczej (5), oraz rurociąg (6.3) wyjścia z parownika (6.2) w komorze chłodniczej (6) połączone są ze sprężarkami pierwszego i drugiego stopnia (7, 8) oraz są połączone rurociągiem tłoczno-ssawnym (7.1, 10) ze zbiornikiem czynnika chłodniczego (1), zaś wyjście czynnika chłodniczego ze sprężarki (8) drugiego stopnia sprężania, połączone jest rurociągiem rozgałęźnym (12) z króćcem wejścia czynnika chłodniczego do chłodnicy gazu (13), a wyjście czynnika chłodniczego z chłodnicy (13), jest połączone rurociągiem czynnika chłodniczego (4.2), poprzez zawór rozprężny (4.4) wysokiego ciśnienia z króćcem wlotowym tego czynnika roboczego do zbiornika czynnika chłodniczego (1), przy czym wyjście rurociągu tłoczno ssawnego (7.1) czynnika chłodniczego ze sprężarki (7) pierwszego stopnia oraz wejście czynnika chłodniczego do sprężarki (8) drugiego stopnia sprężania, połączone są przewodem obejściowym (9), poprzez zawór rozprężny obejściowy (10) ze zbiornikiem (1) czynnika chłodniczego,

PL 246608 Β1 znamienne tym, że rurociąg (12) czynnika chłodniczego z odolejacza (11) do chłodnicy gazu (13) połączony jest rurociągiem obejściowym (14) ze zbiornikiem (1) czynnika chłodniczego, przy czym rurociąg obejściowy (14) wyposażony jest w zawór elektromagnetyczny (14.1), zaś rurociąg (4.2) powrotu czynnika gazowego z chłodnicy gazu (13) do zbiornika (1) czynnika chłodniczego wyposażony jest w zawór zwrotny (4.5), przy czym chłodnica gazu (13) zasilana jest czynnikiem chłodniczym w postaci wody morskiej.

6. Urządzenie chłodnicze według zastrz. 5, znamienne tym, że zawór elektromagnetyczny (14.1) sterowany jest różnicą ciśnień ssania pomiędzy sprężarką (7) pierwszego stopnia sprężania, a sprężarką drugiego stopnia sprężania (8).

7. Urządzenie chłodnicze według zastrz. 4, znamienne tym, że zespół rurek (13.3) wody morskiej oraz dna sitowe (13.6) chłodnicy gazu (13) wykonane są z tytanu.

8. Urządzenie chłodnicze według zastrz. 3, znamienne tym, że rurociąg (4.1) wylotu czynnika chłodniczego ciekłego, ze zbiornika (1) połączony jest z zaworami rozprężnymi (5.1) komory mroźniczej (5) i (6.1) komory chłodniczej (6) poprzez filtr odwadniający (4.3).