Система охлаждения сооружений с автономным режимом работы Советский патент 1992 года по МПК F25D3/02 F25D7/00 

Изобретение относится к системам хо- лодоснабжения и может быть использовано в системах обеспечения температурного режима в автономных сооружениях.

Для обеспечения температурного режима автономного функционирующих изолированных объектов они снабжаются системами холодоснабжения. Основным элементом системы холодоснабжения является аккумулятор холода В настоящее время наиболее распространены ледяные аккумуляторы холода

Известна система содержащая воздухоохладитель, обеспечивающий поглощение теплоизбытков, выделяющихся в сооружении, насос, обеспечивающий прокачку талой воды через воздухоохладитель и емкость аккумулятора холода, теплообменник, обеспечивающий наморозку и поддержание льда, теплообменник связан с внешней холодильной машиной.

Система имеет два режима работы; дежурства и автономной работы. В режиме дежурства осуществляется наморозка и поддержание запаса льда в аккумуляторе холода с помощью холодильной машины. В режиме автономной работы холодильная машина отключается, происходит отвод теплоизбытков, выделяющихся в сооружении в воздухоохладителе и далее в лед аккумулятора холода, при этом происходит расходование запаса льда.

Недостатком ледяных аккумуляторов холода является сложность обеспечения гарантированного протока между стенкой емкости и массивом льда. С этой целью в системах такого типа осуществляется подвод тепла извне. Это, во-первых, увеличиваVJ

(Л

со го

Ј

ет тепловую нагрузку на холодильную машину, обеспечивающую наморозку и поддержание запаса льда, а,во-вторых, уменьшает запас льда в аккумуляторе холода (в известных аккумуляторах холода объем льда составляет около 3/4 объема заливаемой в него воды).

Наиболее близкой к изобретению является система холодоснабжения, состоящая из воздухоохладителя, насоса, испарительного участка термосифона, адиабатного участка, участка конденсации термосифона, емкости аккумулятора холода, дополнительного теплообменника, расширительного бачка, и холодильной машины,

В режиме автономной работы системы нагретая вода из воздухоохладителя поступает в испарительный участок термосифона, где охлаждается за счет кипения рабочего тела термосифона, и снова поступает е воздухоохладитель. Пары рабочего тела термосифона по адиабатному участку поступают а участок конденсации, где попадая на наружную поверхность стенки емкости, конденсируются и стекают в испарительный участок. При этом происходит таяние льда в емкости.

В режиме дежурства холодоноситель, охлаждаемый холодильной машиной, поступает в теплообменник, дополнительный теплообменник и снова в холодильную машину. Дополнительный теплообменник служит для уменьшения размеров талой зоны, и, следовательно, увеличения объема запаса льда в аккумуляторе холода в режиме дежурства. Работа термосифона аналогична его работе в режиме автономии. В качестве рабочей жидкости термосифона может быть использована, например, азеотропная смесь фреонов, кипящая при 0°С при давлении, близком к атмосферному. Расширительный бачок служит для компенсации объемного расширения воды при ее замерзании.

Однако, при образовании талой зоны глубиной более 0,01 м по всей поверхности стенки, прилегающей к участку конденсации, возрастает температурное сопротивление слоя воды вследствие незначительности конвекции талой воды. Это приводит к росту температуры конденсации рабочего тела термосифона и, следовательно, росту температуры воды, циркулирующей по теплообменнику.

Целью изобретения является повышение стабильности температуры в сооружении путем снижения градиента температуры воды в талой зоне аккумулятора холода и обеспечения постоянного уровня температуры воды в теплообменнике на весь период автономной работы.

Цель достигается включением в схему системы двух дополнительных контуров

циркуляции воды. Один из них - турбулизи- рущий, предназначен для увеличения конвективного теплообмена в талой зоне аккумулятора холода за счет подачи части холодной воды из испарительного участка

термосифона. Второй контур - основной, предназначен для подачи теплой воды из воздухоохладителя минуя испарительный участок термосифона непосредственно в емкость аккумулятора холода, где этот поток охлаждается за счет таяния льда, после чего холодная вода снова подается на воздухоохладитель.

Наличие двух дополнительных контуров циркуляции воды уменьшает термическое

сопротивление прослойки талой воды за счет контура турбулизации, а по мере уменьшения г iccbi льда в емкости аккумулятора холода позволяет обеспечить непосредственный контакт охлаждаемой воды с пьдом

(но без необходимости поддержания для этой цели специальных протоков в режиме дежурства).

Изобретение позволяет повысить стабильность температуры охлаждаемой воды,

циркулирующей через воздухоохладитель, по сравнению с прототипом и не треб/ются специальные управляющие устройства, так как изменение расходов воды через контуры происходит самопроизвольно за счет оттаивания каналов контуров. При этом в режиме дежурства объем аккумулятора холода полностью заполняется льдом.

На чертеже показана схема системы. Система состоит из воздухоохладителя

1, насоса 2, испарительного участка 3 термосифона, адиабатного участка 4, участка 5 конденсации, емкости б аккумулятора холода, дополнительного теплообменника 7, основного теплообменника 8, расширительного бачка 9, холодильной машины 10 и дополнительных элементов: нижнего коллектора 12, верхнего коллектора 11, соединяющей их магистрали 13 (эти элементы составляют основной контур) и магистрали

14 турбулизирующего контура. Участок 5 конденсации выполнен торообразным. Система работает следующим образом, В неавтономном режиме работы системы теплоизбытки из сооружения через теплообменник водным контуром передаются на испарительный участок термосифона, переносятся рабочим телом термосифона на участок конденсации и через стенку емкости 6, массив льда и теплообменники 7 и 8 уносятся антифризом холодильной машины.

При постоянно работающей холодильной машине вода в емкости 6 кристаллизуется полностью и запирает верхний 11 и нижний 12 коллекторы. Расход воды через магистрали 14 и 13 турбулизирующего и ос- новного контуров исключается, так как отсутствуют протоки в массиве льда,

При кратковременном отключении Холодильной машины возможно образование зоны таяния в емкости 6 на участке конден- сации термосифона. Если размеры этой зоны увеличиваются настолько, что оттаивает вход магистрали 14 и часть нижнего коллектора 12, что через образовавшийся проток начинается циркуляция талой воды в турбу- лизирующем контуре.

В режиме автономии в начальный момент времени, когда весь объем аккумулятора холода заполнен льдом, охлаждение воды, циркулирующей через воздухоох- ладитель, происходит в испарительном участи термосифона (как и в системе-прототипе). После образования талой зоны в массиве льда вблизи стенки емкости 6 освобождаются вход и выход магистрали 14 цир- куляционного контура.

Часть расхода холодной воды после насоса 2 поступает в зазор между стенкой емкости и льдом, что увеличивает коэффициент теплоотдачи от участка конденсации к массе льда и приводит к уменьшению температуры конденсации рабочего вещества термосифона по сравнению с прототипом, гидравлическое сопротивление магистрали 14 должно быть больше, чем сопротивление водяного контура, образованного воздухоохладителем 1 и водяными магистралями, проходящими через испарительный участок 3 термосифона. Это достигается установкой в магистрали 14 дроссельной шайбы. При этом основной поток воды циркулирует через испарительный участок термосифона.

Весь тепловой поток, поглощенный водой в воздухоохладителе 1, отводится в лед аккумулятора холода через термосифон и тратится на его таяние. По мере уменьшения объема льда в емкости аккумулятора холода в верхней части ее открываются каналы верхнего, а в нижней части нижнего коллекторов основного контура циркуляции воды. Это обеспечивает увеличение расхода воды через этот контур, так как гидросопротивление его уменьшается за счет увеличения числа параллельных каналов коллекторов. Расход воды, циркулирующей через термосифон, соответственно уменьшается и уменьшается также тепловая нагрузка на участок конденсации термосифона, что способствует уменьшению на нем перепада температур между стенкой емкости и льдом.

Регулировка гидросистемы предлагаемой схемы осуществляется при ее сборке, за счет установки гидросопротивлений в магистраль 14 и контрольных проливок. Важно, чтобы расход воды через эту магистраль был меньше, чем через магистраль воды, циркулирующей по участку испарения термосифона и через основной контур циркуляции воды. А соотношение расходов через два этих последних контура может быть примерно одинаковым.

Техническое преимущество изобретения заключается в следующем: обеспечивается постоянство температуры в сооружении независимо от количества льда в блоке аккумулятора холода, увеличивается срок автономии сооружения по холоду за счет полного использования созданного запаса льда.

Формула изобретения Система охлаждения сооружений с автономным режимом работы, содержащая аккумулятор холода, холодильную машину, связанный с ней теплообменник, расположенный в емкости аккумулятора, воздухоохладитель и насос, включенные в контур циркуляции хладоносителя, и термосифон, корпус которого в зоне конденсации установлен с обеспечением теплового контакта с боковой стенкой емкости аккумулятора, а в зоне испарения -с участком трубопровода контура циркуляции для охлаждения проходящего по нему хладоносителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения стабильности температуры в сооружении, система снабжена магистралью циркуляции хладоносителя через аккумулятор и трубопроводом, подсоединенным к контуру циркуляции хладоносителя между насосом и воздухоохладителем и к емкости аккумулятора на участке, прилегающем к зоне конденсации термосифона, при этом магистраль циркуляции хладоносителя через аккумулятор содержит установленные на верхней и нижней стенках емкости и сообщенные с ее полостью равномерно по поверхности стенок входной и выходной коллекторы и трубопроводы для подсоединения коллекторов к контуру циркуляции хладоносителя, при этом трубопровод входного коллектора подключен к контуру циркуляции после воздухоохладителя, а трубопровод выходного коллектора - перед насосом.

Использование; в системах обеспечения температурного режима в автономных сооружениях. Система содержит аккумулятор холода, холодильную машину, связанный с ней теплообменник, расположенный в емкости аккумулятора, термосифон, зона конденсации которого имеет контакт с боковой стенкой емкости аккумулятора, а зона испарения имеет контакт с участком трубопровода контура циркуляции для охлаждения проходящего по нему хладоносителя. Система снабжена магистралью циркуляции хладоносителя через аккумулятор, содержащей установленные на верхней и нижней стенках емкости аккумулятора и сообщенные с ее полостью входной и выходной коллекторы, подсоединенные к контуру циркуляции хладоносителя. Также система снабжена трубопроводом, подсоединенным к емкости аккумулятора на участке, прилегающем к зоне конденсации термосифона, и подсоединенным также к контуру циркуляции хладоносителя. 1 ил. (Л С

Составитель И.Шебалина Редактор О.Юрковецкая Техред М.МоргенталКорректор М.Петрова

Заказ 2756

Тираж

(ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва Ж-35, Раушская наб., 4/5

)i о , j

Производственно-издательский комбинат Патент, г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Подписное