СИСТЕМА ЛУЧИСТО-КОНВЕКТИВНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ Российский патент 2009 года по МПК F24F5/00 

Изобретение относится к области систем охлаждения помещений и может быть использовано для поддержания температурного режима в жилых и производственных помещениях в летний период.

Известна система лучисто-конвективного охлаждения в виде подвесных, настенных (внутристенных) или напольных (внутрипольных) панелей или других ограждающих конструкций, в которые запрессовываются, привариваются или приклеиваются трубы, по которым пропускается теплоноситель - охлажденная вода. Охлаждение подаваемой в панели воды осуществляют при помощи холодильного устройства. Проходящая по трубам панелей охлажденная вода, за счет теплового контакта между трубами и тепловоспринимающей поверхностью панелей, отбирает теплоту от жилых или производственных помещений за счет конвекции и теплового излучения. При этом вода нагревается, изменяя свою температуру. Благодаря обширной тепловоспринимающей поверхности панелей необходимая температура в помещении устанавливается при малой разнице температур между помещением и панелью, что создает благоприятный микроклимат в помещении и позволяет использовать для охлаждения помещений низкопотенциальные источники холода.

(АВОК №8, 2003 г., с.42-44, «Потолочная панельная система Giacoklima»; ABOK №6, 2003 г., «Системы лучистого отопления и охлаждения»)

Это техническое решение по выполняемой функции и достигаемому результату является наиболее близким к заявленному. Оно принято в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Недостатком прототипа является значительная масса теплоносителя (рабочего тела) в системе и существенный перепад температур на разных участках охлаждающих панелей, связанный с изменением температуры теплоносителя на входе и на выходе из панели. При этом повышается риск обширных разливов теплоносителя при разгерметизации системы охлаждения. Также повышается вероятность конденсации влаги из атмосферы охлаждаемого помещения на наиболее холодных участках охлаждающих панелей и снижается эффективность отвода теплоты на более теплых участках охлаждающих панелей.

Настоящее изобретение направлено на устранение этого недостатка и решает техническую задачу обеспечения равномерной температуры охлаждающих панелей и снижение количества теплоносителя, циркулирующего по системе охлаждения.

Для решения поставленной технической задачи система охлаждения содержит подающий трубопровод, испарительный охлаждающий прибор, отводящий трубопровод, конденсатор, сопряженный по тепловому потоку с приемником тепловой энергии, компрессор и эжектор; диффузор эжектора присоединен к подающему трубопроводу, приемная камера эжектора соединена трубопроводом с нижней зоной конденсатора, всасывающий патрубок компрессора соединен трубопроводом с верхней зоной конденсатора, а нагнетательный патрубок компрессора соединен трубопроводом с рабочим соплом эжектора; на трубопроводе, соединяющем нагнетательный патрубок компрессора с рабочим соплом эжектора, установлен воздухоотделитель.

Система охлаждения заполнена рабочим телом в виде жидкости и ее паров с небольшой примесью неконденсирующихся газов; в качестве рабочего тела теплоотводящего контура предпочтительно применена вода или легкокипящая жидкость.

Охлаждающий испарительный прибор предпочтительно выполнен в виде трубопровода, расположенного внутри или на поверхности ограждающей панельной конструкции, закрепленной на потолке, стенах или полу охлаждаемого помещения.

Восходящие участки подающего трубопровода имеют округлое сечение и небольшой внутренний диаметр, в результате чего парожидкостная смесь перемещается по ним в режиме «снарядного кипения», при котором порции жидкости передвигаются по трубопроводу вместе с паровыми пробками без расслоения на отдельные паровые и жидкостные потоки, при этом перемещение рабочего тела осуществляется под действием перепадов давления независимо от направления силы тяжести.

Воздухоотделитель содержит конденсатор, испаритель и обратный клапан; воздухоотделитель предпочтительно включает в себя компрессор или форвакуумный насос, поддерживающий в конденсаторе воздухоотделителя разрежение.

В качестве приемника тепловой энергии предпочтительно применен испаритель холодильной установки.

Система охлаждения предпочтительно содержит несколько теплоотводящих контуров, каждый из которых включает в себя эжектор, подающий трубопровод, испарительный охлаждающий прибор и отводящий трубопровод.

Использование заявленного изобретения позволит получить следующий технический результат.

Система охлаждения позволит передавать теплоту от испарительного охлаждающего прибора, закрепленного в теле охлаждающей панели, внешнему приемнику тепловой энергии при помощи чрезвычайно малого количества теплоносителя, циркулирующего по системе, что предотвратит возможность обширных разливов теплоносителя при разгерметизации системы. Система охлаждения позволит использовать в качестве рабочего тела воду или экологически безвредную легкокипящую жидкость, например этиловый спирт. Система охлаждения позволит поддерживать температуру всех зон охлаждающего прибора на одном и том же уровне, что существенно расширит температурный диапазон работы охлаждающего прибора и снизит риск конденсации влаги из атмосферы охлаждаемого помещения на отдельных участках охлаждающего прибора.

Конструкция системы охлаждения позволит обеспечить циркуляцию рабочего тела по системе при помощи герметичного компрессора исключительно малой мощности.

Применение воздухоотделителя позволит регулировать содержание неконденсирующихся газов в циркуляционном контуре системы, что, с одной стороны, позволит повысить эффективность работы испарительного охлаждающего прибора и конденсатора системы охлаждения, с другой стороны, позволит перемещать жидкое рабочее тело из конденсатора в испарительный охлаждающий прибор независимо от их взаиморасположения в поле силы тяжести, даже при низком парциальном давлении паров рабочего тела и высоком разрежении в этих приборах.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема системы охлаждения помещения, содержащая теплоотводящий и холодильный контуры; на фиг.2 показан вариант конструкции воздухоотделителя.

Конструкция системы охлаждения состоит из конденсатора-испарителя 1, эжектора 2, подающего трубопровода 3, входящего в состав охлаждающей панели испарительного трубопровода 4, отводящего трубопровода 5, компрессора 6 теплоотводящего контура, компрессора 7 холодильного контура, конденсатора 8, дроссельного вентиля 9, воздухоотделителя 10, обратного клапана 11, компрессора 12 воздухоотделителя, атмосферного патрубка 13, байпасного клапана 14. Конденсатор 8 охлаждается теплоносителем 15. В качестве рабочего тела теплоотводящего контура применена вода, в качестве рабочего тела холодильного контура применен хладагент.

Конструкция воздухоотделителя содержит конденсационную колонну 16, испарительный трубопровод 17 с дроссельным отверстием 18, подающий трубопровод 19 и выпускные трубопроводы 20 и 21.

Работа холодильного контура системы охлаждения осуществлена следующим образом. Пары хладагента конденсируются в конденсаторе 8, отдавая теплоту конденсации теплоносителю 15. Жидкий хладагент из конденсатора 8 через дроссельный вентиль 9 поступает в испаритель конденсатора-испарителя 1, в котором при пониженном давлении и температуре испаряется, отбирая теплоту у паров воды, конденсирующихся в конденсаторе конденсатора-испарителя 1. Образовавшиеся пары хладагента компрессором 7 откачиваются в конденсатор 8, замыкая цикл рабочего тела холодильного контура.

Работа теплоотводящего контура системы охлаждения осуществлена следующим образом. Вода, сконденсированная в конденсаторе-испарителе 1, из нижней зоны конденсатора по трубопроводу подсасывается в приемную камеру эжектора 2, где поджимается парогазовой струей из рабочего сопла эжектора и через диффузор эжектора поступает в подающий трубопровод 3, по которому парогазожидкостная смесь направляется в испарительный трубопровод 4. Все восходящие участки подающего трубопровода 3 выполнены округлого сечения и небольшого внутреннего диаметра, в результате чего парогазожидкостная смесь, за счет капиллярных сил, перемещается по ним в режиме, при котором порции жидкости передвигаются по трубопроводу вместе с парогазовыми пробками без расслоения на отдельные парогазовые и жидкостные потоки, при этом перемещение рабочего тела осуществляется под действием перепадов давления независимо от направления силы тяжести. Газовая составляющая парогазожидкостного потока обеспечивает избыточное давление, необходимое для перемещения жидкостных пробок против действия силы тяжести в испарительный трубопровод 4, так как парциального давления чистых водяных паров недостаточно для такого перемещения из-за его низкого значения при рабочих температурах теплоотводящей системы.

Вода, поступившая в испарительный трубопровод 4, в котором поддерживается рабочее разрежение, испаряется, отбирая теплоту через стенки испарительного трубопровода и поверхности охлаждающей панели от охлаждаемого помещения. Образовавшиеся водяные пары вместе с поступившей из подающего трубопровода 3 парогазовой смесью по отводящему трубопроводу 5 отсасываются в конденсатор-испаритель 1, в котором основная часть поступивших водяных паров вновь конденсируется, замыкая цикл рабочего тела теплоотводящего контура. Вместе с образовавшимися в испарительном трубопроводе 4 водяными парами, в зависимости от конструкции испарительного трубопровода, в конденсатор-испаритель 1 может осуществляться возврат неиспарившейся воды.

Неконденсирующиеся газы, поступившие в конденсатор-испаритель 1 в составе парогазового потока из испарительного трубопровода 4, поджимаются парогазовым потоком в один из участков паровой зоны конденсатора, откуда они, вместе с небольшой долей водяных паров, откачиваются компрессором 6 и подаются под давлением в рабочее сопло эжектора 2.

Так как основная часть теплоотводящего контура работает в условиях высокого разрежения, через микрозазоры системы в нее постепенно подсасывается атмосферный воздух, в результате чего производительность теплоотводящего контура резко снижается из-за избыточного накопления неконденсирующихся газов в конденсаторе конденсатора-испарителя 1. Также система неспособна нормально функционировать в пусковом периоде, когда ее паровое пространство полностью заполнено воздухом. Для обеспечения удаления лишнего воздуха из системы предусмотрен воздухоотделитель 10, который включается в работу при закрытом байпасном клапане 14.

Работа воздухоотделителя осуществлена следующим образом. Парогазовая смесь, попадающая по подающему трубопроводу 19 в среднюю часть конденсационной колонны 16, разделяется на два потока. Один поток направляется в нижнюю часть колонны, через дроссельное отверстие 18 поступает в испарительный трубопровод 17 и через выпускной трубопровод 20 поступает в рабочее сопло эжектора 2. Проходя через дроссельное отверстие 18, парогазовый поток захватывает с собой часть воды, находящейся в нижней части конденсационной колонны 16. Захваченная вода, проходя по испарительному трубопроводу 17, под действием поступающей через стенки трубопровода 17 теплоты частично или полностью испаряется, увеличивая объем поступающей в выпускной трубопровод 20 парогазовой смеси. Испарение воды в испарительном трубопроводе 17 обеспечивается разностью парциальных давлений водяных паров внутри конденсационной колонны 16 и испарительного трубопровода 17.

Второй поток парогазовой смеси направляется в верхнюю часть конденсационной колонны 16. Проходя по колонне, паровая составляющая парогазовой смеси конденсируется на наружных стенках колонны 16 и испарительного трубопровода 17. Сконденсированная вода под действием силы тяжести стекает в нижнюю часть колонны, а охлажденная парогазовая смесь с пониженным содержанием пара и с повышенным содержанием газовой составляющей (воздуха) накапливается в верхней части конденсационной колонны 16, в которой либо удерживается весь период работы системы (в случае ее полной герметичности), либо периодически удаляется по выпускному трубопроводу 21 (в случае подсоса воздуха через неплотности системы).

Удаление газов (воздуха) из верхней части воздухоотделителя 10 осуществляется через обратный клапан 11 и атмосферный патрубок 13 при помощи компрессора (форвакуумного насоса) 12, периодически включающегося в работу при повышении давления в воздухоотделителе 10 выше определенного уровня.

Система предназначена для охлаждения помещений и может быть использована для поддержания температурного режима в жилых и производственных помещениях в летний период. Система содержит подающий трубопровод, испарительный охлаждающий прибор, отводящий трубопровод, конденсатор, сопряженный по тепловому потоку с приемником тепловой энергии, компрессор и эжектор; диффузор эжектора присоединен к подающему трубопроводу, приемная камера эжектора соединена трубопроводом с нижней зоной конденсатора, всасывающий патрубок компрессора соединен трубопроводом с верхней зоной конденсатора, а нагнетательный патрубок компрессора соединен трубопроводом с рабочим соплом эжектора; на трубопроводе, соединяющем нагнетательный патрубок компрессора с рабочим соплом эжектора, установлен воздухоотделитель. Технический результат - повышение надежности и экологичности. 7 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система охлаждения, содержащая подающий трубопровод, испарительный охлаждающий прибор, отводящий трубопровод и конденсатор, сопряженный по тепловому потоку с приемником тепловой энергии, отличающаяся тем, что система содержит компрессор и эжектор; диффузор эжектора присоединен к подающему трубопроводу, приемная камера эжектора соединена трубопроводом с нижней зоной конденсатора, всасывающий патрубок компрессора соединен трубопроводом с верхней зоной конденсатора, а нагнетательный патрубок компрессора соединен трубопроводом с рабочим соплом эжектора; на трубопроводе, соединяющем нагнетательный патрубок компрессора с рабочим соплом эжектора, установлен воздухоотделитель.

2. Система охлаждения по п.1, отличающаяся тем, что охлаждающий испарительный прибор выполнен в виде трубопровода, расположенного внутри или на поверхности ограждающей панельной конструкции.

3. Система охлаждения по п.1, отличающаяся тем, что система заполнена рабочим телом в виде жидкости и ее паров с небольшой примесью неконденсирующихся газов.

4. Система охлаждения по п.3, отличающаяся тем, что в качестве рабочего тела применена вода или легкокипящая жидкость.

5. Система охлаждения по п.1, отличающаяся тем, что восходящие участки подающего трубопровода имеют округлое сечение и небольшой внутренний диаметр.

6. Система охлаждения по п.1, отличающаяся тем, что воздухоотделитель содержит конденсатор, испаритель и обратный клапан.

7. Система охлаждения по п.6, отличающаяся тем, что воздухоотделитель содержит компрессор или форвакуумный насос, поддерживающий разрежение в воздухоотделителе.

8. Система охлаждения по п.1, отличающаяся тем, что в качестве приемника тепловой энергии применен испаритель холодильной установки.