АККУМУЛЯТОР ХОЛОДА Российский патент 2006 года по МПК F25D3/00 

Изобретение относится к холодильной технике и кондиционированию и может быть применено для охлаждения продуктов питания и кондиционирования помещений.

Известен аккумулятор холода, содержащий резервуар с хладоаккумулирующим веществом и теплообменником, выполненным в виде труб, заполненных теплоносителем, верхняя часть которого находится в атмосфере, нижняя опущена в хладоаккумулирующее вещество.

В качестве труб теплообменника используются тепловые трубы. Резервуар выполнен в виде герметичной кассеты небольшого размера. Конструкция теплообменника не обеспечивает первоочередного замораживания хладоаккумулирующего вещества в нижней части и у стенок резервуара. Поэтому для компенсации расширения хладоаккумулирующего вещества при его замерзании стенки резервуара изготавливают гибкими, что трудновыполнимо при относительно больших размерах аккумулятора холода [1].

Известен аккумулятор холода, содержащий резервуар с хладоаккумулирующим веществом и теплообменник, выполненный в виде труб, заполненных теплоносителем, верхняя часть которого находится в атмосфере, нижняя опущена в хладоаккумулирующее вещество, причем теплопередающая способность теплообменника на единицу объема хладоаккумулирующего вещества в нижней части резервуара больше, чем в верхней [2].

Теплоносителем служит воздух. Поэтому эффективный теплообмен (достаточно большой тепловой поток между атмосферным воздухом и хладоаккумулирующим веществом) может быть осуществлен только в случае, если атмосферный воздух в теплообменник подает вентилятор. То есть для эффективного функционирования аккумулятора холода необходим подвод электроэнергии и применение дорогостоящего вентилятора с электроприводом. Теплопередающая способность теплообменника на единицу объема хладоаккумулирующего вещества в нижней части резервуара больше, чем в верхней, из-за большего количества труб в нижней части.

Задача, решаемая данным изобретением, - повышение производительности аккумуляции холода при небольшой стоимости установки.

Сущность изобретения заключается в том, что в резервуаре с хладоаккумулирующим веществом и теплообменником, выполненным в виде труб, заполненных теплоносителем, верхняя часть которого находится в атмосфере, нижняя опущена в хладоаккумулирующее вещество, причем теплопередающая способность теплообменника на единицу объема хладоаккумулирующего вещества в нижней части резервуара больше, чем в верхней, согласно изобретению трубы теплообменника соединены попарно в кольца, причем одна из труб обладает повышенной теплопередающей способностью в верхней части, находящейся в атмосфере, другая в нижней, опущенной в хладоаккумулирующее вещество, внутри одной из труб находится клапан, препятствующий обратному току жидкости, когда температура атмосферного воздуха выше температуры хладоаккумулирующего вещества, а увеличение теплопередающей способности теплообменника в нижней части резервуара по сравнению с верхней достигается за счет конструктивных особенностей труб, например, их оребрения в нижней части или, наоборот, теплоизоляции верхней части участка трубы, опущенного в хладоаккумулирующее вещество, или применения труб переменного диаметра. Кроме того, теплопередающая способность теплообменника на единицу объема хладоаккумулирующего вещества увеличивается от центра к стенкам резервуара. Также в качестве хладоаккумулирующего вещества применяются вещества, температура кристаллизации которых ниже 0°С. И верхняя часть теплообменника находится в строении с отверстиями для прохода воздуха в нижней части и трубой для его выхода в верхней.

При понижении температуры воздуха ниже температуры хладоаккумулирующего вещества теплоноситель в трубе, верхняя часть которой оребрена, охлаждается и начинает движение вниз; во второй же трубе, оребренной в нижней части, теплоноситель нагревается и начинает движение вверх. В результате возникает кольцевое движение теплоносителя и осуществляется теплоперенос от хладоаккумулирующего вещества в атмосферу. В холодное время года, при минусовой температуре, трубы теплообменника способны перенести от хладоаккумулирующего вещества в атмосферный воздух достаточно большой тепловой поток - расчеты показывают, что теплоперенос предложенного теплообменника может быть на порядок выше, чем теплообменника из тепловых труб. Увеличение теплопередающей способности теплообменника в нижней части резервуара за счет большего количества труб часто затруднительно, а если стенки резервуара являются вертикальными, то и невозможно. Поэтому это достигается за счет конструктивных особенностей труб, например, их оребрения в нижней части или, наоборот, теплоизоляции верхней части участка трубы, опущенного в хладоаккумулирующее вещество. Для этих же целей могут применяться трубы переменного диаметра. Увеличение теплопередающей способности теплообменника на единицу объема хладоаккумулирующего вещества от центра к стенкам резервуара способствует тому, что хладоаккумулирующее вещество кристаллизуется вначале у стенок резервуара - а это снижает давление на них.

Применение в качестве хладоаккумулирующего вещества жидкости, температура кристаллизации которой ниже 0°С, позволит использовать аккумулятор холода для снабжения холодом холодильников и морозильников, что расширяет область применения данного изобретения.

Если верхняя часть теплообменника находится в помещении с отверстиями для прохода воздуха в нижней части и трубой для его выхода в верхней, то создается конвекционное движение воздуха, что повышает интенсивность теплообмена.

Техническим результатом применения новых элементов в их взаимосвязи является обеспечение интенсивной аккумуляции холода при упрощении конструкции за счет отказа от применения насосов для перекачки теплоносителя.

На фиг.1 изображен вариант элемента теплобменника; на фиг.2 - вариант аккумулятора холода.

Элемент теплообменника (фиг.1) состоит из труб 1 и 2, соединенных в кольцо. Трубы заполнены теплоносителем 4, представляющим собой незамерзающую жидкость, например, дизельное топливо или антифриз. Труба 1 имеет оребрение в части, находящейся в атмосфере, а труба 2 - в части, опущенной в хладоаккумулирующее вещество. Труба 2 в своей нижней части имеет более развитое оребрение, а также имеет участок с большим диаметром, в котором расположен клапан 3. В верхней части участка трубы 1, опущенного в хладоаккумулирующее вещество, имеется теплоизолирующий патрубок 5. Верхний уровень хладоаккумулирующего вещества показан линией 6. Для предотвращения поломок теплообменника при колебаниях температуры имеется воздушный компенсатор 7, который служит также и для заливки в теплообменник теплоносителя 4.

Аккумулятор холода (фиг.2) состоит из резервуара 1, наполненного хладоаккумулирующим веществом 2, в которое опущены элементы 3 теплообменника. Верхняя часть труб находится в атмосфере. Стенки 4 резервуара 1 изготовлены из малотеплопроводного материала. В хладоаккумулирующее вещество 2 опущен также теплообменник 5 системы охлаждения или кондиционирования. Верхняя часть элементов 3 теплообменника находится в строении 6, верхняя часть которого представляет собой трубу 7, а нижние стенки 8 выполнены с отверстиями для прохода воздуха.

При отрицательной температуре верхняя часть трубы 1 (фиг.1) элемента теплообменника вследствие оребрения охлаждается быстрее верхней части трубы 2. Поэтому теплоноситель 4 начинает опускаться вниз, где нагревается от более теплого хладоаккумулирующего вещества, причем нагревается прежде всего в оребренной части трубы 2. Нагретая жидкость 4 поднимается вверх по трубе 2, открывая клапан 3. Так как труба 1 на верхнем уровне 6 хладоаккумулирующего вещества имеет теплоизолирующий патрубок 5, а труба 2 не имеет оребрения, в то же время как в нижней части она имеет участок с большим диаметром и развитое оребрение, то хладоаккумулирующее вещество будет кристаллизоваться прежде вокруг нижней части элемента теплообменника. Если же температура атмосферного воздуха выше температуры хладоаккумулирующего вещества, то незамерзающая жидкость 4 будет стремиться двигаться в противоположном направлении, однако клапан 3 закроется и обратный перенос тепла станет невозможным.

Аккумулятор холода (фиг.2) работает следующим образом. Когда разница температур между холодным атмосферным воздухом и относительно теплым хладоаккумулирующим веществом 2 достигает определенной величины, элементы 3 теплообменника начнут передачу тепла от хладоаккумулирующего вещества к атмосферному воздуху. Хладоаккумулирующее вещество 2 охлаждается и затем кристаллизуется, накапливая таким образом холод. Конструкция элемента теплообменника обеспечивает первоочередную кристаллизацию в нижней его части, а их количество на единицу объема хладоаккумулирующего вещества 2 больше у стенок 4 резервуара 1. Поэтому кристаллизация будет проходить вначале у нижней и боковых стенок резервуара, что снизит нагрузки на узлы и детали конструкции аккумулятора холода. Внутренняя часть стенок 4 резервуара 1 может быть выполнена из водонепроницаемого, упругого материала, который будет выполнять и роль теплоизоляции и обеспечивать некоторое демпфирование нагрузок на стенки. В теплое время года в работу включается теплообменник 5 системы охлаждения или кондиционирования, с помощью которого производится охлаждение помещений. Перед началом зимнего периода из теплообменника 4 желательно удалить хладоагент (воду), например путем его временного демонтажа.

Аккумулятор холода может также использоваться в цикле холодильной установки, что позволит существенно снизить ее энергопотребление.

Для усиления отъема тепла от верхней части труб 3 теплообменника используется строение 6. Атмосферный воздух проходит через отверстия нижних стенок 8, нагревается от труб 3 и поднимается вверх по трубе 7, которая способствует усилению тяги.

Резервуар 1 аккумулятора холода может быть выполнен с вертикальными стенками, как показано на фиг.2. В целях уменьшения площади, занимаемой аккумулятором на поверхности земли, резервуар может выполняться с наклонными стенками, например, в виде усеченного конуса, нижнее основание которого больше верхнего. С этой же целью резервуар 1 может размещаться под каким-нибудь строением, скажем, овощехранилищем, а верхняя часть теплообменника 3 - снаружи, за стенами данного строения.

Источники информации

1. Патент RU 2023384, А 01 F 25/00, 1994.

2. А.с. SU 565175, F 25 D 31/00, 1977.

Аккумулятор холода содержит резервуар с хладоаккумулирующим веществом и теплообменник, выполненный в виде труб, заполненных хладоносителем, верхняя часть которого находится в атмосфере, а нижняя опущена в хладоаккумулирующее вещество. Трубы теплообменника соединены попарно в кольцо. Одна из труб обладает повышенной теплопередающей способностью в верхней части, находящейся в атмосфере, другая в нижней, опущенной в хладоаккумулирующее вещество. Внутри одной из труб находится клапан, препятствующий обратному току жидкости, когда температура атмосферного воздуха выше температуры хладоаккумулирующего вещества. Увеличение теплопередающей способности теплообменника в нижней части резервуара по сравнению с верхней достигается за счет конструктивных особенностей труб, например, их оребрения в нижней части или теплоизоляции верхней, или применения труб переменного диаметра. Использование изобретения позволит повысить производительность аккумуляции холода при небольшой стоимости установки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Аккумулятор холода, содержащий резервуар с хладоаккумулирующим веществом и теплообменник, выполненный в виде труб, заполненных хладоносителем, верхняя часть которого находится в атмосфере, нижняя опущена в хладоаккумулирующее вещество, причем теплопередающая способность теплообменника на единицу объема хладоаккумулирующего вещества в нижней части резервуара больше, чем в верхней, отличающийся тем, что трубы теплообменника соединены попарно в кольцо, причем одна из труб обладает повышенной теплопередающей способностью в верхней части, находящейся в атмосфере, другая в нижней, опущенной в хладоаккумулирующее вещество, внутри одной из труб находится клапан, препятствующий обратному току жидкости, когда температура атмосферного воздуха выше температуры хладоаккумулирующего вещества, а увеличение теплопередающей способности теплообменника в нижней части резервуара по сравнению с верхней достигается за счет конструктивных особенностей труб, например их оребрения в нижней части или, наоборот, теплоизоляции верхней, или применения труб переменного диаметра.2. Аккумулятор холода по п.1, отличающийся тем, что теплопередающая способность теплообменника на единицу объема хладоаккумулирующего вещества увеличивается от центра к стенкам резервуара.3. Аккумулятор холода по п.1, отличающийся тем, что в качестве хладоаккумулирующего вещества применяются вещества, температура кристаллизации которых ниже 0°С.4. Аккумулятор холода по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что верхняя часть теплообменника находится в строении с отверстиями для прохода воздуха в нижней части и трубой для его выхода в верхней.