ХОЛОДОИСТОЧНИК Российский патент 2011 года по МПК F25D3/02 

Изобретение относится к области теплообменных устройств, предназначенных для охлаждения воздуха на основе поглощения теплоты окружающей среды при таянии льда, и может быть использовано в качестве охлаждающего устройства систем кондиционирования и вентиляции воздуха.

Известен холодоисточник, включающий помещение прямоугольной формы, заглубленное в грунт, стены которого покрыты тепло- и гидроизоляцией, а в приямке размещен запас тающего льда с трубой для отвода талой воды (Страшнов В.Г. Сельский жилой дом. - М.: Агропромиздат, 1989 г., рис.34).

Недостатком данной конструкции является низкая холодопроизводительность и ограниченные возможности по восстановлению регенерационной способности источника холода.

Известен также холодоисточник, включающий теплоизолированную камеру для размещения льда, теплообменный канал, выполненный с возможностью перемещения через него охлаждаемого рабочего тела (см. а.с №2132521, МПК F25D 1/00, A01J 9/04, 1996 г.).

Недостатком известной конструкции является то, что устройство не может быть сопряжено с системами кондиционирования и охлаждения воздуха в помещениях и невозможность его эффективной работы в условиях недостаточно стабильно низких температур (например, при оттепелях или в период положительных температур наружного воздуха).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является обеспечение возможности сопряжения с системами кондиционирования и охлаждения воздуха в помещениях.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в интенсификации процессов теплообмена между талой водой снежно-ледяного массива и охлаждаемого воздуха путем разделения приточного и вытяжного воздуха в пространстве скважины, что приводит к повышению холодопроизводительности. Кроме того, предлагаемый холодоисточник может использоваться в качестве экологически чистого источника холода, при этом сокращаются расходы электроэнергии на охлаждение воздушной среды.

Поставленная задача решается тем, что холодоисточник, включающий теплоизолированную камеру для размещения льда, теплообменный канал, выполненный с возможностью перемещения через него охлаждаемого рабочего тела, отличается тем, что камера выполнена в виде полости в грунте, предпочтительно в зоне его сезонного промерзания, снабженной теплоизолирующим покрытием, при этом в объеме льда камеры выполнены скважины с возможностью размещения в них теплообменного канала, выполненного в виде трубчатого корпуса, в полости которого размещен воздуховод, нижний участок которого выполнен с возможностью телескопической раздвижки и снабжен диспергатором воздуха, опертым на дно скважины, при этом непосредственно перед телескопическим участком размещена эжектирующая вставка, выполненная в виде плавно профилированного пережима воздуховода, причем на внешней поверхности трубчатого корпуса закреплен водосборник, выполненный в виде конического фартука из гибкого материала, верхний конец которого поджат упругим кольцом к поверхности трубчатого корпуса, а нижний поджат к стенке скважины упругим кольцевым каркасом, закрепленным на поверхности трубчатого корпуса, при этом нижний участок полости водосборника связан с полостью воздуховода сифонами, выполненными в виде гибких трубок, снабженных U-образным изгибом, ориентированным вниз, выпускные отверстия которых размещены на участке эжектирующей вставки, кроме того, выше водосборника трубчатый корпус выполнен перфорированным, кроме того, воздуховод подключен к воздухоотводящему каналу системы охлаждения, а зазор между поверхностью скважины и трубчатым корпусом подключен к воздухоподводящему каналу системы охлаждения.

Кроме того, телескопическая вставка воздуховода снабжена воздухонепроницаемым уплотнением в виде гофрированного кожуха из эластичного материала, верхний конец которого скреплен с воздуховодом, а нижний - с телескопической вставкой.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «…камера выполнена в виде полости в грунте, предпочтительно в зоне его сезонного промерзания, снабженной теплоизолирующим покрытием…» позволяет «аккумулировать естественный холод» в зимний период и постепенно использовать его в период положительных температур наружного воздуха.

Признак «…в объеме льда камеры выполнены скважины с возможностью размещения в них теплообменного канала, выполненного в виде трубчатого корпуса, в полости которого размещен воздуховод…» направлен на разделение приточного и вытяжного воздуха в пространстве скважины и организацию непрерывного движения воздушной массы через полость скважины, окруженную льдом, что позволяет интенсифицировать процесс теплообмена.

Признак, указывающий, что нижний участок воздуховода «выполнен с возможностью телескопической раздвижки» направлен на компенсирование вертикального увеличения длины скважины в процессе таяния льда.

Признак, указывающий, что нижний участок воздуховода «снабжен диспергатором воздуха, опертым на дно скважины» позволяет охладить воздух путем его пропускания в виде мелкодисперсных пузырей через массу талой воды на дне скважины, что обеспечивает «работу первой ступени охлаждения».

Признак «…перед телескопическим участком размещена эжектирующая вставка, выполненная в виде плавно профилированного пережима воздуховода…» позволяет за счет возникновения эжектирующего эффекта удалять воду с поверхности конического фартука.

Признак «…на внешней поверхности трубчатого корпуса закреплен водосборник, выполненный в виде конического фартука из гибкого материала…» призван компенсировать увеличение размеров поперечного сечения скважины при подтаивании льда на стенках скважины за счет гибкости и служит поверхностью для сбора талой воды со второй ступени охлаждения, при этом обеспечивает разделение первой и второй ступени охлаждения, препятствует бесконтрольному поступлению воздуха во вторую ступень охлаждения.

Признаки «…верхний конец водосборника поджат упругим кольцом к поверхности трубчатого корпуса, а нижний поджат к стенке скважины упругим кольцевым каркасом, закрепленным на поверхности трубчатого корпуса…» призваны компенсировать горизонтальное увеличение скважины путем изменения диаметра кольца.

Признаки «…нижний участок полости водосборника связан с полостью воздуховода сифонами, выполненными в виде гибких трубок, снабженных U-образным изгибом, ориентированным вниз, выпускные отверстия которых размещены на участке эжектирующей вставки…» предназначены для контролируемого слива талой воды со второй ступени охлаждения (который имеет место при наличии эжектирующего подсоса на выходном отверстии трубок, обеспечивают возможность удлинения, обеспечивая слив при увеличении диаметра скважины.

Признак «…выше водосборника трубчатый корпус выполнен перфорированным…» направлен на организацию радиального направления воздушной массы на вторую ступень охлаждения, что позволяет повторно охладить воздух о стенки скважины.

Признаки «…воздуховод подключен к воздухоотводящему каналу системы охлаждения, а зазор между поверхностью скважины и трубчатым корпусом подключен к воздухоподводящему каналу системы охлаждения…» обеспечивает организацию эффективной циркуляции воздуха через полость скважины, что позволяет дополнительно охладить воздух о поверхность массива льда.

Признаки «…телескопическая вставка воздуховода снабжена воздухонепроницаемым уплотнением в виде гофрированного кожуха из эластичного материала, верхний конец которого скреплен с воздуховодом, а нижний - с телескопической вставкой…» конкретизируют конструктивный прием обеспечения телескопической раздвижки.

На чертеже схематически показан поперечный разрез холодоисточника.

Холодоисточник включает камеру 1, выполненную в виде полости в грунте, предпочтительно в зоне его сезонного промерзания снабженную теплоизолирующим покрытием 2. В объеме льда камеры 1 выполнены скважины 3. В скважине 3 размещают теплообменный канал, выполненный в виде трубчатого корпуса 4, в полости которого размещен воздуховод 5. Нижний участок воздуховода 5 выполнен с возможностью телескопической раздвижки, для чего снабжен телескопической вставкой 6 с воздухонепроницаемым уплотнением 7 в виде гофрированного кожуха из эластичного материала, верхний конец которого скреплен с воздуховодом 5, а нижний - с телескопической вставкой 6. Непосредственно перед телескопическим участком размещена эжектирующая вставка 8, выполненная в виде плавно профилированного пережима воздуховода 5. Нижний участок воздуховода 5 снабжен диспергатором воздуха 9, опертым на дно скважины 3. На внешней поверхности трубчатого корпуса 4 закреплен водосборник 10, выполненный в виде конического фартука из гибкого материала, верхний конец которого поджат упругим кольцом 11 к поверхности трубчатого корпуса 4, а нижний поджат к стенке скважины 3 упругим кольцевым каркасом 12, закрепленным на поверхности трубчатого корпуса 4. При этом нижний участок полости-водосборника 10 связан с полостью воздуховода сифонами 13, выполненными в виде гибких трубок, снабженных U-образным изгибом, ориентированным вниз. Выпускные отверстия сифонов 13 размещены на участке эжектирующей вставки 8, кроме того, выше водосборника 10 трубчатый корпус 4 выполнен перфорированным. Воздуховод 5 подключен к воздухоподводящему каналу 14 системы охлаждения, а зазор между поверхностью скважины 3 и трубчатым корпусом 4 подключен к воздухоотводящему каналу 15 системы охлаждения.

Холодоисточник работает следующим образом.

На начальном этапе работы нагретый воздух из помещения поступает через воздухоподводящий канал 14 в воздуховод 5, проходит через центральную часть и попадает в «донную» часть скважины 3, проходит через отверстия «сухого» диспергатора 9 и далее охлажденный воздух через межтрубное пространство между корпусом 4 и воздуховодом 5 возвращается вверх. При этом, дойдя до перфорированной поверхности трубчатого корпуса 4, проходит через перфорацию и попадает в пространство между стенками скважины 3 массива льда и корпусом 4. Тем самым проходит вторую ступень охлаждения. Из этого пространства он забирается в воздухоотводящий канал 15 системы охлаждения. В процессе взаимодействия воздуха с массивом льда последний тает. Вода, образующаяся в донной части скважины 3, непосредственно накапливается в ней, постепенно покрывая диспергатор 9. Вода, получающаяся в процессе таяния льда на участке между стенками скважины 3 и корпусом 4, стекает по стенкам скважины 3, скапливаясь в водосборнике 10, откуда она «автоматически» удаляется через выпускные отверстия сифонов 13 в воздуховод 5 при ее подсосе в эжекционной вставке 8 нагнетаемым воздухом. Далее вода стекает по стенкам воздуховода 5 и оказывается в донной части скважины 3. В процессе таяния льда на участке между стенками скважины 3 и корпусом 4 поперечное сечение скважины увеличивается, что компенсируется «работой» водосборника 10, стенки которого посредством упругого кольцевого каркаса 12 поджимаются к стенкам скважины 3. По мере таяния донной части скважины 3 лишенный контакта с ней диспергатор 9 под действием силы тяжести опускается вниз, тем самым выдвигаясь в донную сторону скважины 3. Для компенсации вертикального увеличения скважины массива льда нижний участок воздуховода 5 имеет телескопическую вставку 6 с воздухонепроницаемым уплотнением 7 в виде гофрированного кожуха из эластичного материала.

Далее за счет работы вентилятора (на чертеже не показан) нагретый воздух из помещения поступает через воздухоподводящий канал 14 в воздуховод 5 и проходит через центральную часть к эжектирующей вставке 8, при прохождении через которую воздух увеличивает скорость и попадает в «мокрый» диспергатор 9 и в виде мелкодисперсных пузырей «пропускается» через массу талой воды на дне скважины 3. Прохождение мелкодисперсных пузырей воздуха через талую воду обеспечивает работу первой ступени охлаждения. Работа второй ступени охлаждения не отличается от вышеописанной. Далее цикл работы холодоисточника повторяется.

Изобретение может быть использовано в качестве охлаждающего устройства систем кондиционирования и вентиляции воздуха. Холодоисточник включает теплоизолированную камеру для размещения льда и теплообменный канал, выполненный с возможностью перемещения через него охлаждаемого рабочего тела. Камера выполнена в виде полости в грунте, предпочтительно в зоне его сезонного промерзания, снабженной теплоизолирующим покрытием. В объеме льда камеры выполнены скважины с возможностью размещения в них теплообменного канала, выполненного в виде трубчатого корпуса, в полости которого размещен воздуховод, нижний участок которого выполнен с возможностью телескопической раздвижки и снабжен диспергатором воздуха, опертым на дно скважины. Непосредственно перед телескопическим участком размещена эжектирующая вставка, выполненная в виде плавно профилированного пережима воздуховода. На внешней поверхности трубчатого корпуса закреплен водосборник, выполненный в виде конического фартука из гибкого материала, верхний конец которого поджат упругим кольцом к поверхности трубчатого корпуса, а нижний поджат к стенке скважины упругим кольцевым каркасом, закрепленным на поверхности трубчатого корпуса. Нижний участок полости водосборника связан с полостью воздуховода сифонами, выполненными в виде гибких трубок, снабженных U-образным изгибом, ориентированным вниз, выпускные отверстия которых размещены на участке эжектирующей вставки. Выше водосборника трубчатый корпус выполнен перфорированным. Воздуховод подключен к воздухоотводящему каналу системы охлаждения. Зазор между поверхностью скважины и трубчатым корпусом подключен к воздухоподводящему каналу системы охлаждения. Использование данного изобретения позволяет интенсифицировать процессы теплообмена между талой водой снежно-ледяного массива и охлаждаемого воздуха путем разделения приточного и вытяжного воздуха в пространстве скважины, что приводит к повышению холодопроизводительности. Холодоисточник может использоваться в качестве экологически чистого источника холода, при этом сокращаются расходы электроэнергии на охлаждение воздушной среды. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Холодоисточник, включающий теплоизолированную камеру для размещения льда, теплообменный канал, выполненный с возможностью перемещения через него охлаждаемого рабочего тела, отличающийся тем, что камера выполнена в виде полости в грунте, предпочтительно в зоне его сезонного промерзания, снабженной теплоизолирующим покрытием, при этом в объеме льда камеры выполнены скважины с возможностью размещения в них теплообменного канала, выполненного в виде трубчатого корпуса, в полости которого размещен воздуховод, нижний участок которого выполнен с возможностью телескопической раздвижки и снабжен диспергатором воздуха, опертым на дно скважины, при этом непосредственно перед телескопическим участком размещена эжектирующая вставка, выполненная в виде плавно профилированного пережима воздуховода, причем на внешней поверхности трубчатого корпуса закреплен водосборник, выполненный в виде конического фартука из гибкого материала, верхний конец которого поджат упругим кольцом к поверхности трубчатого корпуса, а нижний поджат к стенке скважины упругим кольцевым каркасом, закрепленным на поверхности трубчатого корпуса, при этом нижний участок полости водосборника связан с полостью воздуховода сифонами, выполненными в виде гибких трубок, снабженных U-образным изгибом, ориентированным вниз, выпускные отверстия которых размещены на участке эжектирующей вставки, кроме того, выше водосборника трубчатый корпус выполнен перфорированным, кроме того, воздуховод подключен к воздухоотводящему каналу системы охлаждения, а зазор между поверхностью скважины и трубчатым корпусом подключен к воздухоподводящему каналу системы охлаждения.

2. Холодоисточник по п.1, отличающийся тем, что телескопическая вставка воздуховода снабжена воздухонепроницаемым уплотнением в виде гофрированного кожуха из эластичного материала, верхний конец которого скреплен с воздуховодом, а нижний - с телескопической вставкой.