УСТАНОВКА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F25D3/00 F25D7/00 

Изобретение относится к холодильной технике, в которой используют естественно холодный воздух.

Известен аккумулятор-охладитель, аккумулирующий холод в зимнее время и охлаждающий жидкость в теплое время, в котором в зимнее время в режиме замораживания холодный наружный воздух, циркулируя по трубам замораживающей установки, намораживает лед на наружных поверхностях открытых вверху для доступа холодного воздуха вертикальных труб и горизонтальных труб, опущенных в воду. В качестве холодопереносящей жидкости используют воду, которая посредством насоса циркулирует через холодильную камеру, теплообменник и аккумулятор холода (авт.св. СССР N 1615497, кл. F 25 D 3/00, 18.05.88).

Недостаток известного устройства заключается в сложности конструкции и в большом потреблении электроэнергии, необходимых для обеспечения циркуляции холодопереносящей жидкости и для обеспечения теплообмена. Кроме того, известное устройство не позволяет получить в холодильной камере отрицательную температуру, так как использует скрытую теплоту плавления льда. При этом продолжительность времени использования аккумулированного холода для заданного объема холодильной камеры определяется только объемом камеры аккумулятора холода, что не всегда позволяет увеличить продолжительность времени использования аккумулированного холода.

Таким образом, известная установка для охлаждения в результате ее осуществления не позволяет достичь технического результата, заключающегося в упрощении конструкции, в снижении количества потребляемой электроэнергии, в увеличении продолжительности времени использования аккумулированного холода.

Наиболее близкой к предлагаемой, является установка для охлаждения, содержащая теплоизолированную камеру, емкость аккумулятора холода, заполненную замерзающей жидкостью, средство для переноса тепла от холодильной камеры к аккумулятору, включающее трубчатые холодоносители, одна часть которых расположена в емкости аккумулятора, а другая в холодильной камере, средство для захолаживания жидкости в аккумуляторе холода. При этом, средство для захолаживания жидкости в аккумуляторе содержит термосифоны, а трубчатые холодоносители средства для переноса тепла от камеры к аккумулятору, выполнены в виде замкнутого контура с установленным в нем насосом. (Авт. свид. СССР N 1763820, кл. F 25 D1/00, F 25 D 7/00, 23.09.92).

Недостаток известной установки заключается в сложности конструкции и в большом потреблении электроэнергии, необходимой для обеспечения принудительной циркуляции холодопереносящей жидкости в теплообменнике. Кроме того, использование термосифонов в качестве средства для захолаживания жидкости в емкости аккумулятора холода обеспечивает захолаживание жидкости путем непосредственного контакта с наружным воздухом. В результате температура замерзающей жидкости емкости находится в непосредственной зависимости от величины и продолжительности существования отрицательной температуры наружного воздуха, что снижает продолжительность времени использования аккумулированного холода. При этом продолжительность времени использования аккумулированного холода определяется объемом емкости аккумулятора холода.

Таким образом, известная установка для охлаждения при ее осуществлении не позволяет достичь технического результата, заключающегося в упрощении устройства, в снижении потребления электроэнергии и в увеличении продолжительности времени использования аккумулированного холода.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания установки для охлаждения, позволяющей при ее осуществлении достичь технического результата, заключающегося в упрощении конструкции устройства, в снижении потребления электроэнергии и в увеличении продолжительности времени использования аккумулированного холода. Кроме того, предлагаемая установка для охлаждения при ее осуществлении позволяет достичь дополнительного технического результата, отсутствовавшего в прототипе, а именно: повышение эффективности теплообмена.

Суть изобретения заключается в том, что в установке для охлаждения, содержащей теплоизолированную холодильную камеру и аккумулятор холода, включающий герметичную емкость, заполненную замерзающей жидкостью, средство для захолаживания жидкости в аккумуляторе холода и средство для переноса тепла от холодильной камеры к аккумулятору, включающее трубчатые холодоносители, одна часть которых расположена в емкости аккумулятора, а другая в холодильной камере, средство для захолаживания жидкости в аккумуляторе холода содержит трубчатые холодоносители, нижняя часть которых расположена в емкости аккумулятора, а верхняя часть вне ее для контакта с естественным атмосферным воздухом, при этом каждый холодоноситель содержит вертикально-протяженный металлический корпус с упругими стенками, заполненный жидкостью с температурой замерзания ниже максимально возможной отрицательной температуры атмосферного воздуха, при чем емкость аккумулятора выполнена теплоизолированной и расположена над холодильной камерой. Кроме того, холодоносители, расположенные в холодильной камере, снабжены регуляторами потока заполняющей их жидкости, а холодоносители, расположенные вне емкости аккумулятора снабжены теплоизолированной крышкой.

Технический результат достигается следующим образом. Благодаря тому, что установка включает в себя простые по выполнению устройства: аккумулятор холода герметичная теплоизолированная емкость, заполненная замерзающей жидкостью; теплоизолированная холодильная камера; однотипные холодоносители, заполненные незамерзающей жидкостью все это позволяет унифицировать устройство в целом и упростить его конструкцию. Выполнение холодильной камеры и емкости аккумулятора холода теплоизолированными исключает теплообмен их внутренних объемов с наружным воздухом, обеспечивает поддержание в них заданного температурного режима и увеличивает продолжительность времени использования аккумулированного холода. Благодаря тому, что верхняя часть холодоносителей средства для захолаживания жидкости в емкости аккумулятора холода расположена вне емкости аккумулятора, холод из наружного воздуха переносится в емкость аккумулятора. При этом, благодаря тому, что холодоносители заполнены незамерзающей жидкостью, обеспечивается аккумуляция в них холода наружного воздуха. Возможность аккумуляции холода, забранного из наружного воздуха, в холодоносителях средства для захолаживания жидкости снижает зависимость температуры замерзающей жидкости емкости аккумулятора от изменений температуры наружного воздуха и увеличивает продолжительность времени использования аккумулированного холода.

При этом использование жидкости в холодоносителях, замораживающих жидкость в емкости аккумулятора, для переноса холода, а не воздуха (как в прототипе), увеличивает эффективность теплообмена при захолаживании, поскольку коэффициент теплопередачи от воздуха к жидкости через металлическую стенку холодоносителя ниже коэффициента теплопередачи от жидкости к жидкости через металлическую стенку хладоносителя. За счет того, что в средстве для переноса тепла от холодильной камеры к аккумулятору холода одна часть холодоносителей расположена в емкости аккумулятора, а другая в холодильной камере, холод, аккумулированный незамерзающей жидкостью, переносится в холодильную камеру.

Поскольку все холодоносители заполнены незамерзающей жидкостью и содержат вертикально-протяженные металлические корпуса, то в них непрерывно происходит конвекция незамерзающей жидкости: холодная жидкость опускается вниз, а более теплая поднимается вверх, что и обеспечивает циркуляцию и теплообмен. Таким образом, в предлагаемой установке для охлаждения циркуляцию холодопереносящей жидкости и теплообмен обеспечивают за счет естественной циркуляции незамерзающей жидкости-конвекции. Это позволяет отказаться от принудительной циркуляции, упростить конструкцию устройства и снизить потребление электроэнергии. При этом, температура внутри холодильной камеры определяется ее объемом и скрытой теплотой плавления замерзающей жидкости в аккумуляторе холода, которую подбирают для каждого конкретного случая. Возможность подбора температуры замерзания замерзающей жидкости, аккумулирующей холод, позволяет получить в камере низкие отрицательные температуры, а также регулировать продолжительность времени использования аккумулированного холода.

Выполнение упругими стенок вертикально-протяженных металлических корпусов холодоносителей позволяет увеличить внутренний объем герметичной емкости аккумулятора холода при полном замерзании заполняющей ее жидкости, путем деформации ею корпусов холодоносителей, что способствует увеличению количества аккумулированного холода и увеличивает продолжительность времени использования аккумулированного холода.

При этом вытесненная из холодоносителей в аккумуляторе холода незамерзающая жидкость переходит соответственно в наружные холодоносители и холодоносители холодильной камеры. Благодаря упругости, стенки их корпусов прогибаются наружу и увеличивают внутренний объем холодоносителей. Поскольку теплообмен в предлагаемой установке обеспечивают за счет конвекции незамерзающей жидкости в холодоносителях, то увеличение или уменьшение количества незамерзающей жидкости в холодоносителях снижает или повышает скорость протекания процесса конвекции, а следовательно, соответственно изменяет режим теплообмена как между холодильной камерой и емкостью аккумулятора холода, так и между емкостью аккумулятора холода и наружным воздухом. В результате, повышается эффективность теплообмена.

Благодаря тому, что в процессе использования аккумулированного тепла замерзающая жидкость оттаивает постепенно, холодоносители в емкости аккумулятора холода также постепенно восстанавливают свою форму, а, следовательно, и первоначальный объем, а одновременно, вытесненная из них жидкость, также постепенно занимает свое прежнее место, количество жидкости в холодоносителях холодильной камеры уменьшается и их корпуса постепенно стремятся восстановить первоначальную форму. В результате деформации корпусов холодоносителей с их поверхностей также постепенно сбрасывается намороженный лед. Таким образом, в устройстве обеспечивается автоматически сезонное сбрасывание льда с холодоносителей, а также саморазмораживание холодильной камеры. При этом режим теплообмена изменяется, отслеживая температурный режим в холодильной камере.

Сбрасывание намороженного льда с холодоносителей холодильной камеры обеспечивает непосредственное соприкосновение поверхностей корпусов холодоносителей с воздухом холодильной камеры. Это увеличивает эффективность теплообмена, а, следовательно, и продолжительность времени использования аккумулированного холода. Кроме того, регулирование количества незамерзающей жидкости в холодоносителях холодильной камеры в зависимости от требуемой температуры регуляторами потока незамерзающей жидкости, также вызывает деформацию корпусов холодоносителей, сбрасывание с них намороженного льда и более быстрому выходу на требуемый температурный режим.

Теплоизолирующая крышка на наружных холодоносителях исключает их теплообмен с естественным атмосферным воздухом в теплое время года и поддерживает стационарный конвекционный режим в наружных холодоносителях и в соединенных с ними соосно холодоносителях аккумулятора холода.

Таким образом, предлагаемое изобретение при его осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции и в снижении потребления электроэнергии, за счет возможности унификации установки и использования естественной циркуляции холодопереносящей жидкости, а именно, явления конвекции незамерзающей жидкости в холодоносителях установки; в возможности увеличения продолжительности времени использования аккумулированного холода. Кроме того, в предлагаемой установке для охлаждения достигается дополнительный технический результат, отсутствовавший в прототипе: повышение эффективности теплообмена.

На фиг. 1 изображена установка для охлаждения; на фиг. 2 - холодоноситель, разрез А-А на фиг. 1.

Установка для охлаждения содержит аккумулятор холода, включающий герметичную емкость 1, и холодильную камеру 2. Стены емкости 1 и холодильной камеры 2 проложены теплоизолятором 3. Емкость 1 заполнена замерзающей жидкостью 4. Кроме того, устройство содержит средство для захолаживания жидкости в емкости 1 аккумулятора холода и средство для переноса тепла от холодильной камеры 2 к аккумулятору холода. Средство для захолаживания жидкости в емкости 1 аккумулятора холода содержит трубчатые холодоносители 5, 6, 7, нижняя часть 7 которых расположена в емкости 1 аккумулятора холода, а верхняя часть 5 вне ее для контакта с естественным атмосферным воздухом. Каждый холодоноситель 5, 6, 7 заполнен жидкостью 8 с температурой замерзания ниже максимально возможной отрицательной температуры естественного атмосферного воздуха. Средство для переноса тепла от холодильной камеры 2 к аккумулятору содержит трубчатые холодоносители 9, 10, 11, одна часть 9 которых расположена в емкости 1 аккумулятора, а другая в холодильной камере 2. Каждый холодоноситель 9, 10, 11 заполнен жидкостью 8 с температурой замерзания ниже максимально возможной отрицательной температуры естественного атмосферного воздуха.

При этом, каждый холодоноситель содержит вертикально-протяженный металлический корпус соответственно 5, 7 и 9, 11 с упругими стенками. Кроме того, холодоносители 11, расположенные в холодильной камере 2, снабжены регуляторами 12 потока заполняющей их жидкости, а холодоносители 5, расположенные вне емкости 1 аккумулятора холода снабжены теплоизолирующей крышкой, которой их накрывают в теплое время года (на фиг. 1 не показана).

Регуляторы 12 потока незамерзающей жидкости могут быть выполнены, например, в виде обычных вентилей, регулирующих поток жидкости вручную.

В качестве замерзающей жидкости 4 могут быть использованы, например, в зависимости от требуемого температурного режима холодильной камеры 2, вода, водные растворы, рассолы, химические вещества со скрытой теплотой плавления от (+10^o) до (-40^o)C.

Устройство работает следующим образом.

В холодный период времени с наружных холодоносителей 5 снимают теплоизоляционную крышку, обеспечивая тем самым непосредственный контакт холодоносителей 5 с естественным атмосферным воздухом. В холодильной камере 2 обеспечивают температурный режим, близкий к температуре естественного атмосферного воздуха. Для этого открывают фрамуги, а при необходимости и входные двери камеры 2. В холодоносителях 5 верхние слои незамерзающей жидкости 8 охлаждаются и, вытесняя теплые слои вверх, опускаются в нижнюю часть холодоносителя 5 и далее через холодоноситель 6 в нижнюю часть холодоносителя 7. В свою очередь, вытесненные вверх теплые слои незамерзающей жидкости 8, охлаждаясь в холодоносителях 5, также опускаются в нижнюю часть холодоносителей 7, вытесняя вверх более теплые слои незамерзающей жидкости 8 и т.д.

Таким образом, в холодоносителях 5, 7 происходит процесс конвекции жидкости 8, что обеспечивает ее циркуляцию и теплообмен естественным путем. В результате, температура замерзающей жидкости 4 постепенно понижается до ее температуры замерзания. Необходимость дополнительного объема, учитывающего расширение жидкости 4 при замерзании, компенсирует конструкция хладоносителей 7, 9, которые, имея упругие стенки, уменьшают свой объем при сжатии их замерзшей жидкостью 4, увеличивая тем самым свободный внутренний объем емкости 1 аккумулятора холода. При этом излишки жидкости 8 переходят в верхние холодоносители 5 и холодоносители 11 холодильной камеры 2. Их стенки при этом выгибаются наружу, увеличивая внутренний объем холодоносителя.

Поскольку в холодное время года холодоносители 11 холодильной камеры 2 практически контактируют с естественным атмосферным воздухом, температура жидкости 8 в них выравнивается значительно быстрее, чем в сообщенных с ними холодоносителях 9 камеры 1. Это препятствует конвекции жидкости 8 из холодоносителей 9 в холодоносители 11. В результате, теплообмен между жидкостью 4, аккумулирующей наружный холод, и внутренним объемом холодильной камеры 2 в холодное время года практически отсутствует. При полном замерзании жидкости 4 процесс конвекции в холодоносителях 5, 6, 7 практически прекращается.

С наступлением теплого времени года наружные холодоносители 5 закрывают теплоизолирующей крышкой, что обеспечивает сохранение установившегося конвекционного режима жидкости 8 в холодоносителях 5, 6, 7 и исключает ее теплообмен с естественным атмосферным воздухом. Закрывают также фрамуги и двери холодильной камеры 2, обеспечивая теплоизоляцию. В этом случае передачу накопленного холода из камеры 1 в холодильную камеру 2 осуществляют холодоносители 9, 10, 11 также естественным путем посредством конвекции в них жидкости 8.

Поддержание требуемого температурного режима в холодильной камере 2 осуществляют с помощью регуляторов 12 потока незамерзающей жидкости в холодоносителях 11. Для понижения температуры в камере 2 увеличивают поток незамерзающей жидкости через холодоносители 11, а для повышения температуры - уменьшают.

Использование: в холодильной технике для охлаждения с использованием естественно холодного воздуха. Сущность: установка содержит изолированную холодильную камеру и аккумулятор холода, включающий герметичную емкость, заполненную замерзающей жидкостью, средство для захолаживания жидкости в аккумуляторе холода и средство для переноса тепла от холодильной камеры к аккумулятору, включающее трубчатые холодоносители, одна часть которых расположена в емкости аккумулятора, а другая - в холодильной камере. Средство для захолаживания жидкости в аккумуляторе содержит трубчатые холодоносители, нижняя часть которых расположена в емкости аккумулятора, а верхняя - вне ее для контакта с естественным атмосферным воздухом. Каждый холодоноситель содержит вертикально-протяженный металлический корпус с упругими стенками, заполненный жидкостью с температурой замерзания ниже максимально возможной отрицательной температуры естественного атмосферного воздуха. Емкость аккумулятора выполнена теплоизолированной и расположена над холодильной камерой. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для охлаждения, содержащая изолированную холодильную камеру и аккумулятор холода, включающий герметичную емкость, заполненную замерзающей жидкостью, средство для захолаживания жидкости в аккумуляторе холода и средство для переноса тепла от холодильной камеры к аккумулятору, включающее трубчатые холодоносители, одна часть которых расположена в емкости аккумулятора, а другая в холодильной камере, отличающаяся тем, что средство для захолаживания жидкости в аккумуляторе холода содержит трубчатые холодоносители, нижняя часть которых расположена в емкости аккумулятора, а верхняя часть вне ее для контакта с естественным атмосферном воздухом, при этом каждый холодоноситель содержит вертикально-протяженный металлический корпус с упругими стенками, заполненный жидкостью с температурой замерзания ниже максимально возможной отрицательной температуры естественного атмосферного воздуха, причем емкость аккумулятора выполнена теплоизолированной и расположена над холодильной камерой. 2. Установка для охлаждения по п.1, отличающаяся тем, что холодоносители, расположенные в холодильной камере, снабжены регуляторами потока заполняющей их жидкости, а холодоносители, расположенные вне емкости аккумулятора, снабжены теплоизолирующей крышкой.