RU2402899C2

RU2402899C2 - Method for cooling of fluid and device for its realisation

Info

Publication number: RU2402899C2
Application number: RU2008146793/12A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Попов (RU); Александр Владимирович Попов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Хладотехника"
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2010-11-10
Also published as: RU2008146793A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to food, chemical industry, refrigerating equipment, agriculture and is intended for cooling of fluid. Method provides for cooled fluid irrigation onto surface of heat exchanger. Fluid is supplied to external surface of heat exchanger, which is cooled from inside by refrigerating agent from freons variety. At the same time area of irrigation is limited down to inner surface of heat exchanger tube plates. Device comprises refrigerating plant, sprinkler, reservoir for fluid collection, heat exchanger consisting of at least one pipe. Additionally tube plates are installed, which limit zone of irrigation. End parts of heat exchanger tubes are pulled tightly in holes of tube plate, through which they are taken out at the distance from 0.1 to 25 of size of external diametre of heat exchanger tube without irrigation, with their further turn by 180 degrees and tight connection of horizontally oriented tubes of heat exchanger in vertical plane. At the same time refrigerating installation may consist of one or cascade of refrigerating machines with various parametres of boiling and general parametres of condensation.

EFFECT: invention provides for reduction of capital and operational costs for fluid cooling.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике и предназначено для охлаждения пищевых и производственных жидкостей.The invention relates to refrigeration and is intended for cooling food and industrial fluids.

Известен способ охлаждения молока, при котором производят наращивание льда на панелях испарителя, размещенных в резервуаре аккумулятора (см. а.с. №1537989). Недостатком данного способа является низкая производительность холодильной установки при высоком энергопотреблении.There is a method of cooling milk, in which ice is built up on the evaporator panels located in the battery reservoir (see AS No. 1537989). The disadvantage of this method is the low productivity of the refrigeration unit with high energy consumption.

Известен способ охлаждения жидкости и устройство для его осуществления (см. патент РФ №2043711). Способ предусматривает подачу в емкость жидкости и размещение в наиболее нагретом ее слое теплообменника. Недостатком этого способа является ограниченная область применения для охлаждаемой жидкости с различными удельными плотностями, а также высокое энергопотребление.A known method of cooling a liquid and a device for its implementation (see RF patent No. 2043711). The method provides for supplying a liquid to the container and placing it in the most heated layer of the heat exchanger. The disadvantage of this method is the limited scope for the cooled fluid with different specific gravities, as well as high energy consumption.

Известен способ охлаждения молока и устройство для его осуществления (см. патент РФ №1794235), принятый за прототип.A known method of cooling milk and a device for its implementation (see RF patent No. 1794235), adopted as a prototype.

К недостаткам данного устройства можно отнести: высокие энергетические затраты на охлаждение, составляющие не менее 25 кВт·ч электроэнергии на тонну охлажденного молока; сложность установки, содержащей два теплообменных аппарата оросительного типа, первый - для охлаждения молока «ледяной» водой, второй - для аккумуляции льда, что приводит к дополнительным капитальным затратам на теплообменную поверхность по сравнению, например, с танками-охладителями молока. Применение водоледяного аккумулятора невозможно без разности температур, влекущей за собой потерю работы, снижая при этом эффективность термодинамического цикла холодильной машины. Теплообмен через стенку между водой (промежуточный теплоноситель) и, например, молоком требует соответствующей разности температур и, следовательно, дополнительной работы термодинамического цикла.The disadvantages of this device include: high energy costs for cooling, comprising at least 25 kWh of electricity per ton of chilled milk; the complexity of the installation, containing two irrigation-type heat exchangers, the first for cooling milk with “ice” water, the second for ice accumulation, which leads to additional capital costs for the heat exchange surface compared to, for example, milk cooling tanks. The use of an ice-water accumulator is impossible without a temperature difference, entailing a loss of work, while reducing the efficiency of the thermodynamic cycle of the refrigeration machine. Heat transfer through the wall between water (intermediate heat transfer medium) and, for example, milk, requires a corresponding temperature difference and, therefore, additional work of the thermodynamic cycle.

Техническая задача - снижение капитальных и эксплуатационных затрат на охлаждение жидкости.The technical problem is the reduction of capital and operating costs for liquid cooling.

Это достигается тем, что охлаждаемую жидкость подают непосредственно на наружную поверхность теплообменника, которую охлаждают изнутри холодильным агентом из ряда хладонов, ограничивая при этом область орошения до внутренней поверхности трубной решетки теплообменника. Под рядом хладонов следует понимать холодильные агенты, используемые в холодильном цикле парокомпрессионных холодильных машин.This is achieved by the fact that the cooled liquid is fed directly to the outer surface of the heat exchanger, which is cooled from the inside by a refrigerant from a number of freons, while limiting the irrigation area to the inner surface of the heat exchanger tube sheet. A number of refrigerants should be understood as refrigerants used in the refrigeration cycle of vapor compression refrigeration machines.

В устройстве, реализующем данный способ, зона орошения ограничена трубной решеткой. Концевые части труб теплообменника выходят из трубных решеток вне зоны орошения на расстояние от 0,1 до 25 размера наружного диаметра трубы теплообменника, имеют герметичное уплотнение как в месте соединения с трубной решеткой, так и в месте соединения с концевой частью следующей трубы, имеющей поворот в вертикальной плоскости на 180°. Установление трубных решеток исключает вероятность попадания хладагента из труб теплообменника в охлаждаемую жидкость. Холодильная установка содержит один или несколько каскадов холодильных машин с различными параметрами кипения и общими параметрами конденсации. Количество каскадов зависит от параметров охлаждаемой жидкости и температуры окружающей среды.In a device that implements this method, the irrigation zone is limited by a tube sheet. The end parts of the tubes of the heat exchanger leave the tube sheets outside the irrigation zone at a distance of 0.1 to 25 of the outer diameter of the tube of the heat exchanger, have a tight seal both at the junction with the tube sheet and at the junction with the end of the next pipe, which has a turn in 180 ° vertical plane. The installation of tube sheets eliminates the possibility of refrigerant entering the pipes of the heat exchanger into the coolant. A refrigeration unit contains one or several stages of refrigeration machines with various boiling parameters and general condensation parameters. The number of cascades depends on the parameters of the liquid being cooled and the ambient temperature.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства, состоящая из двух каскадов, на фиг.2 - теплообменник.Figure 1 presents a schematic diagram of a device consisting of two stages, figure 2 - heat exchanger.

Устройство содержит трубопровод 1, подводящий охлаждаемую жидкость, регулирующий вентиль 2, орошающее устройство 3, теплообменник 4, емкость для сбора жидкости 5, трубы 6, которые имеют концевые части 7, проходящие в трубных решетках 8, и соединительные элементы 9. Холодильная установка включает дроссельное устройство 10, соленоидный вентиль 11, ресивер 12, конденсатор 13, компрессоры 14.The device comprises a pipe 1, which supplies a cooled liquid, a control valve 2, an irrigation device 3, a heat exchanger 4, a container for collecting liquid 5, pipes 6 that have end parts 7 passing in the tube sheets 8, and connecting elements 9. The refrigeration unit includes a throttle device 10, solenoid valve 11, receiver 12, capacitor 13, compressors 14.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Охлаждаемая жидкость с начальной температурой T₁ по трубопроводу 1 через регулирующий вентиль 2 поступает в орошающее устройство 3, через отверстия которого свободные струи жидкости падают на наружную поверхность труб 6 теплообменника 4, стекают последовательно с трубы па трубу до выхода с температурой Т₂ в сборник жидкости 5. Холодильный агент, например хладон 22 или хладон 404А, из ресивера 12 через соленоидный вентиль 11 и дроссельные устройства 10 поступает в трубное пространство теплообменника 4, где выкипает при температурах Т₃ и Т₄, отбирает теплоту от охлаждаемой жидкости и в парообразном состоянии откачивается компрессорами 14, компремируется и поступает в конденсатор 13, где конденсируется за счет отвода теплоты в окружающую среду, имеющую температуру Т₅, после чего поступает в ресивер 12, и цикл замыкается.The cooled liquid with an initial temperature T ₁ through the pipe 1 through the control valve 2 enters the irrigation device 3, through the openings of which free jets of liquid fall on the outer surface of the pipes 6 of the heat exchanger 4, flow sequentially from the pipe to the pipe until the temperature T ₂ exits into the liquid collector 5. The refrigerant, for example Freon 22 or Freon 404A, from the receiver 12 through the solenoid valve 11 and throttle devices 10 enters the tube space of the heat exchanger 4, where it boils off at temperatures T ₃ and T ₄ , selection heat from the cooled liquid and in the vapor state is pumped out by compressors 14, it is compressed and supplied to the condenser 13, where it condenses due to the removal of heat into the environment having a temperature of T ₅ , after which it enters the receiver 12, and the cycle closes.

Применение каскада холодильных машин позволяет существенно снизить как энергетические затраты на охлаждение за счет повышения температуры кипения холодильного агента в верхнем каскаде, что приводит к снижению работы сжатия компрессора верхнего каскада, так и капитальные затраты на холодильное оборудование за счет уменьшения типоразмеров компрессоров и конденсатора холодильной машины. Применение прямого охлаждения и каскада холодильных машин позволяет снизить энергетические затраты до 9 кВт·ч электроэнергии на тонну охлажденного молока, для сравнения - по существующим европейским стандартам нормы потребления электроэнергии на тонну охлажденного молока составляют 14 кВт·ч.The use of the cascade of refrigeration machines can significantly reduce both the energy costs of cooling due to an increase in the boiling point of the refrigerant in the upper cascade, which reduces the compression work of the compressor of the upper cascade, as well as the capital costs of refrigeration equipment by reducing the size of the compressors and condenser of the refrigeration machine. The use of direct cooling and a cascade of chillers allows reducing energy costs up to 9 kWh of electricity per ton of chilled milk, for comparison - according to existing European standards, the energy consumption per ton of chilled milk is 14 kWh.

Claims

1. A method of cooling a liquid, including feeding it by irrigation to the surface of a heat exchanger, characterized in that the liquid is supplied directly to the outer surface of the heat exchanger, which is cooled from the inside by a refrigerant from a number of refrigerants, limiting the irrigation area to the inner surface of the heat exchanger tube sheets.

2. A device for cooling a liquid, comprising a refrigeration unit, a sprinkler, a liquid collection tank and a heat exchanger, consisting of at least one pipe, characterized in that pipe grids are further installed to limit the irrigation zone, the end parts of the pipes of the heat exchanger being passed from tight density in the openings of the tube sheet through which they are led to a distance of 0.1 to 25 of the outer diameter of the heat exchanger pipe without irrigation, followed by 180 ° rotation and hermetic docking horizontally oriented heat exchanger tubes in a vertical plane, while the refrigeration unit consists of one or a cascade of refrigeration machines with different boiling parameters and general condensation parameters.