Устройство для охлаждения теплоносителя и способ работы устройства

 

Использование: в теплотехнике, в установках для аккумулирования холода, для холодоснабжения систем кондиционирования воздуха. Сущность: устройство для охлаждения теплоносителя содержит теплоизолированный корпус, в нижней части которого размещена охлаждаемая емкость для теплоносителя, в которой установлен испаритель холодильной машины. Устройство снабжено средством для дополнительного захолаживания теплоносителя, содержащим расположенный в верхней части корпуса змеевиковый трубопровод, предназначенный для подсоединения к теплообменной системе. Трубопровод коаксиально размещен внутри водораспределителя с калиброванными отверстиями, имеющего в нижней части расположенные под емкостью пластины, установленные с образованием между ними каналов для прохода охлаждающего воздуха, а в верхней части-отражатели для направления теплоносителя на пластины. Корпус разделен на две секции. Участок водораспределителя, размещенный в каждой секции, связан с трубопроводом через вентили. Способ работы устройства для охлаждения теплоносителя предусматривает захолаживание его в емкости и дополнительное захолаживание на расположенных в секциях под емкостью пластинах путем орошения их поступающим из теплообменной системы теплоносителем и подачи холодного атмосферного воздуха между пластинами. При этом на пластинах одной смазки происходит намораживание льда, а в другой секции происходит плавление ранее образованного льда и сброс его в охлаждаемую емкость. Захолаживание теплоносителя в емкости обеспечивают за счет сбора охлажденного теплоносителя из одной секции, плавления сброшенного льда из другой секции и/или отбора теплоты испарителем холодильной машины. Для намораживания льда установлена определенная плотность орошения пластин. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к теплотехнике, к устройствам и способам работы систем холодобеспечения кондиционирования воздуха, а именно к устройствам для охлаждения теплоносителя (термотрансформаторам) и способам работы устройств для охлаждения теплоносителя (термотрансформаторов).

Известна холодильная установка, содержащая циркуляционный контур хладагента с компрессором, конденсатором, дросселем и змеевиковым испарителем, контур циркуляции хладоносителя с насосом и аккумулятором холода с внутренним и наружным кожухом [1] Ее недостатком является малая эффективность использования холода окружающей среды.

Наиболее близкими аналогами по технической сущности и решаемой задаче являются установки для аккумулирования холода и способ ее работы [2] Эта установка и способ ее работы, предназначенные для охлаждения теплоносителя, приняты за прототипы.

Известно устройство для охлаждения теплоносителя, содержащее теплоизолированный корпус, охлаждаемую емкость для теплоносителя, холодильную машину [2] Известен способ работы устройства для охлаждения теплоносителя, предусматривающий захолаживание его в емкости [2] Известные устройство и способ частично лишены недостатков предыдущего аналога, но еще мала эффективность использования холода окружающей среды за счет большой разности температур (15^oC) между холодным воздухом и теплоносителем при передаче теплоты через стенку.

Целью изобретений является расширение температурного диапазона использования холода окружающей среды.

Указанная цель достигается тем, что известное устройство для охлаждения теплоносителя, содержащее теплоизолированный корпус, охлаждаемую емкость для теплоносителя, холодильную машину, снабжено средством для дополнительного захолаживания теплоносителя, содержащим подсоединенный к теплообменной системе и расположенный в верхней части корпуса змеевиковый трубопровод, коаксиально размещенный внутри водораспределителя с калиброванными отверстиями, имеющего в нижней части расположенные над емкостью пластины, установленные с образованием между ними каналов для прохода охлаждающего воздуха, а в верхней части - отражатели для направления теплоносителя на пластины, при этом корпус разделен на две секции и участок водораспределителя, размещенный в каждой из них, связан с трубопроводом через вентили для регулирования подачи теплоносителя на пластины, причем испаритель холодильной машины установлен в охлаждаемой емкости.

Указанная цель достигается тем, что известный способ работы устройства для охлаждения теплоносителя, предусматривающий захолаживание его в емкости, дополнительно снабжен захолаживанием теплоносителя на расположенных над емкостью пластинах путем орошения их теплоносителем и подачи между пластинами холодного атмосферного воздуха, при этом осуществляют параллельно намораживание теплоносителя на пластинах с образованием льда в одной секции корпуса и плавление ранее образованного льда и сброс его в емкость с пластин другой секции, а захолаживание теплоносителя в емкости обеспечивают за счет сбора охлажденного теплоносителя и/или отбора теплоты испарителем холодильной машины, а также тем, что намораживание льда на пластинах производят при плотности орошения их в пределах 0,1 2 кг/м²ч).

На фиг. 1 изображена схема устройства для охлаждения теплоносителя (воды), подключенного к системе кондиционирования воздуха; на фиг. 2 схема трубопроводов, размещенных в верхней части корпуса, в плане.

Устройство для охлаждения теплоносителя (см. фиг. 1 и 2) содержит емкость 1 с теплоносителем и с расположенным в ней испарителем 2, соединенным с холодильной машиной, расположенной снаружи емкости (на фиг. 1 холодильная машина не показана), фильтр 3, подключенный к насосу 4, который через вентиль 5 соединен с входом испарителя-теплообменника 6, выход которого через вентиль 7 соединен со змеевиковым трубопроводом 8, проходящим внутри водораспределителей 9, которые через две пары параллельно включенных вентилей регулирующего 10 и соленоидного 11 подключен, соответственно, к объединителям 12 левой и правой секций устройства для охлаждения теплоносителя, отражатели-отбойники 13 для уменьшения уноса влаги, причем водораспределители 9 имеют ряд калиброванных отверстий в верхней части напротив отражателей 13, расположенных по длине распределителей, а в нижней - насадки-пластины 14, подсоединенные также по длине распределителей 9, используемые в качестве каналов для теплоносителя, трубопровод 15 подачи теплоносителя в испаритель 6, жалюзи 16, вентиляторы 17, вентили 18 и 19, которые создают дополнительный контур при отключении испарителя-теплообменника 6, левая и правая секции устройства для охлаждения теплоносителя отделены перегородкой 20 и обе секции заключены в корпус 21, каналы для прохода холодного воздуха 22.

Средство для дополнительного захолаживания теплоносителя состоит из подсоединенного к теплообменной системе и расположенного в верхней части корпуса змеевикового трубопровода 8, коаксиально размещенного внутри водораспределителей 9 с калиброванными отверстиями, имеющих в нижней части расположенные над емкостью 1 пластины 14, установленные с образованием между ними каналов 22 для прохода охлаждающего воздуха, а в верхней части отражатели 13 для направления теплоносителя на пластины 14, при этом корпус 21 разделен на две секции перегородкой 20 и участок водораспределителей, размещенный в каждой из них, связан с трубопроводом 8 через вентили 10 и 11 для регулирования подачи теплоносителя на пластины 14, причем испаритель 2 холодильной машины установлен в охлаждаемой емкости 1.

Способ работы устройства для охлаждения теплоносителя осуществляется в трех режимах: 1 температура воздуха в охлаждаемом помещении не ниже температуры окружающего воздуха; 2 температура окружающего воздуха находится в пределах от минус 1^oC до температуры воздуха в охлаждаемом помещении; 3 температура окружающего воздуха ниже минус 1^oC.

Режим 1. Вентили 7 и 18 закрыты, вентили 5 и 19 открыты. Работает холодильная машина, и испаритель 2 охлаждает теплоноситель в емкости 1. Вентиляторы 17 выключены. Насос 4 прокачивает теплоноситель через испаритель 6 и емкость 1. Этот режим исключает использование холода окружающей среды.

Режим 2. Вентили 5, 7 и 10 открыты, вентили 18 и 19 закрыты. Работают вентиляторы 17, и холодильная машина охлаждает теплоноситель с помощью испарителя 2. Насос 4 через фильтр 3 забирает холодный теплоноситель из емкости 1 (см. фиг. 1 и 2) и подает его через вентиль 5 в испаритель 6, где теплоноситель нагревается и далее по змеевиковому трубопроводу 8, проходящему внутри распределителей 9, через установленные параллельно регулирующие вентили 10 и соленоидные вентили 11 (оба открыты) в объединители 12, а затем через калиброванные отверстия в верхней части объединителей 12 на отражатели 13 и далее на пластины 14 и в каналы 22 для прохода холодного воздуха. Теплый теплоноситель охлаждается холодным воздухом в змеевиковом трубопроводе 8, в объединителях 12 и распределителях 9, а затем на пластинах 14 и в каналах 22 для холодного воздуха. Отражатели 13 снижают унос теплоносителя потоком воздуха. Обе секции устройства для охлаждения теплоносителя работают непрерывно в одинаковых режимах. Частично охлажденный теплоноситель под действием сил тяжести попадает в емкость 1, где испарителем 2 холодильной машины доохлаждается до заданного температурного уровня теплоносителя, подаваемого в испаритель 6.

В режиме 2 холод окружающего воздуха используется частично, снижая затраты энергии на выработку холода, потребляемого при кондиционировании. Использование контактного теплообмена, обеспеченного отличительными признаками, расширяет на 5-10^oC использование холода окружающего воздуха.

Режим 3. Отличается от режима 2 более низкими температурами окружающего воздуха, управлением соленоидными вентилями 11 с помощью реле времени (на фиг. 1 и 2 не показано) для обеспечения смены расхода воды через распределители 9 секций через заданный период времени. Длительность постоянного расхода воды и плотность орошения пластин 14 устанавливаются экспериментально. Опытами установлена плотность орошения пластин 14 регулированием расхода теплоносителя через вентиль 11 при закрытом соленоидном вентиле 10 в пределах 0,1 2 кг/м²ч. Доохлаждение теплоносителя в емкости 1 с помощью испарителя 2 холодильной машины минимально или отсутствует.

Защита от замерзания теплоносителя в трубопроводах обеспечена размещением змеевикового трубопровода 8 внутри распределителей 9, постоянным расходом теплоносителя через змеевиковый трубопровод 8 и вентили 10, размещением трубопроводов внутри теплоизолированного корпуса 21, регулированием расхода холодного воздуха через жалюзи 16 и отключением вентиляторов 17 при непрерывной циркуляции теплоносителя через испаритель 6.

Устройство для охлаждения теплоносителя работает в режиме 3 следующим образом. Насос 4 забирает охлажденный теплоноситель из емкости 1 и по трубопроводу 15 через вентиль 5 подает в испаритель 6, где теплоноситель нагревается. Затем через вентиль 7, змеевиковый трубопровод 8 и вентили 10 теплоноситель подается в объединители 12 и распределители 9, а затем через калиброванные отверстия на пластины 14. При этом в левой секции соленоидный вентиль 11 закрыт, а в правой открыт. Поэтому в правой секции плотность орошения поддерживается на уровне, обеспечивающем плавление намороженного льда при обдувании пластины 14 холодным воздухом и падение льда с пластин в емкость 1 под действием сил тяжести. В левой секции плотность орошения обеспечивает намораживание льда на пластины 14. После намораживания заданной массы льда или по истечении заданного периода времени реле времени закрывает соленоидный вентиль 11 в левой секции и открывает соленоидный вентиль в правой секции. Процесс повторяется непрерывно в указанной последовательности.

За счет контактного теплообмена жидкого и твердого теплоносителей, а также воздуха с жидким и твердым теплоносителем, обеспеченного отличительными признаками устройства и способа работы, расширяется на 10-15^oC использование холода окружающего воздуха.

Формула изобретения

1. Устройство для охлаждения теплоносителя, содержащее теплоизолированный корпус, охлаждаемую емкость для теплоносителя, холодильную машину, отличающееся тем, что устройство снабжено средством для дополнительного захолаживания теплоносителя, содержащим подсоединенный к теплообменной системе и расположенный в верхней части корпуса змеевиковый трубопровод, коаксиально размещенный внутри водораспределителя с калиброванными отверстиями, имеющего в нижней части расположенные над емкостью пластины, установленные с образованием между ними каналов для прохода охлаждающего воздуха, а в верхней части отражатели для направления теплоносителя на пластины, при этом корпус разделен на две секции и участок водораспределителя, размещенный в каждой из них, связан с трубопроводом через вентили для регулирования подачи теплоносителя на пластины, причем испаритель холодильной машины установлен в охлаждаемой емкости.

2. Способ работы устройства для охлаждения теплоносителя, предусматривающий захолаживание его в емкости, отличающийся тем, что дополнительно производят захолаживание теплоносителя на расположенных в секциях над емкостью пластинах путем орошения их теплоносителем и подачи между пластинами холодного атмосферного воздуха, при этом осуществляют параллельно намораживание теплоносителя на пластины с образованием льда в одной секции корпуса и плавление ранее образованного льда и сброс его в емкости с пластин другой секции, а захолаживание теплоносителя в емкости обеспечивают за счет сбора охлажденного теплоносителя из одной секции, плавления сброшенного льда из другой секции и/или отбора теплоты испарителем холодильной машины.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что намораживание теплоносителя на пластинах с образованием льда производят при плотности орошения их в пределах 0,1 2,0 кг/м²ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2