Способ аккумулирования и потребления холода и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК F25D3/00 

теплоносителя, размещенные в резервуаре и сообщенные с подводящим и отводящим трубопроводами.

Эти способ и устройство являются наиболее близким техническим решением к заявленному,

К недостаткам этого технического решения относится то, что когда при прохождении теплоносителя по каналам каждая ледяная оболочка тает внутри с образованием жидкой муфты вокруг канала хладагента, образующаяся жидкая муфта увеличивает температуру выше точки замерзания накапливаемой жидкости до степени, когда будет частично изолирована поверхность канала от остального участка намороженной оболочки. Это ведет к временному повышению температуры охлаждащей жидкости, выходящей из выпускного сборника (выше точки замерзания накапливаемой жидкости), и тем самым снижает параметр конструкции устройства аккумулирования тепла по причине своей неспособности непрерывно подавать охлаждающую жидкость близко к температуре замерзания накопленной жидкости. Последнее условие, хотя и временное, продолжается, пока намерзшая оболочка не раскроется в результате конвекции тепла жидкой муфты, после чего перемешанная свободная жидкость снаружи ледовой оболочки снова станет доступной для охлаждения поверхности труб. Условие может также частично сжиматься в такое время, когда подъемный (выталкивающий) эффект свободной жидкости в резервуаре достаточно поднимает намерзшую оболочку, чтобы побудить лед в направлении нижних участков трубной поверхности.

Целью изобретения является понижение температуры выходящего из аккумулятора теплоносителя.

Для достижения цели осуществляют цикл накопления холода путем пропускания хладоносителя по одному или нескольким каналам в рабочей жидкости в зоне накопления с образованием ледяных оболочек вокруг каналов, а затем осуществляют цикл потребления холода путем пропускания теплоносителя через основные каналы с ледяными оболочками, намороженными в период накопления. При этом формирование ледяных оболочек при накоплении холода производят так, что между оболочками оставляют незамерзшую рабочую жидкость с температурой, близкой к точке замерзания, а при потреблении холода пропускают теплоноситель по каналам, окруженным ледяной оболочкой, намороженной вокруг них в период накопления холода, и реализуют дополнительную возможность охлаждения

теплоносителя путем дополнительного пропускания его по дополнительным каналам, которые погружают в рабочую жидкость, незамерзшую при наклонении холода. Эту незамерзшую жидкость можно вводить в зону размещения дополнительных каналов. При накоплении холода дополнительные каналы . выводят из рабочей жидкости. При накоплении холода дополнительные каналы могут

0 быть погружены в рабочую жидкость, но хладоноситель отводят от них, чтобы ледяная оболочка вокруг них не образовалась.

Кумулятивный эффект охлаждаемого теплоносителя, проходящего по дополни5 тельному каналу, погруженному в незамерзшую жидкость, и основным каналам, окруженным намерзшей ледяной оболочкой, является функционально достаточным для снижения температуры теплоносителя

0 примерно до температуры незамерзающей рабочей жидкости, и в течение периода аккумулирования (накопления) намерзшая оболочка образуется в результате охлаждения только на основных каналах, постоянно

5 погруженных в рабочую жидкость. Предпочтительно такое содействие охлаждению достигается путем последовательного пропускания теплоносителя через канал, погруженный в свободную незамерзшую

0 жидкость, которая охлаждается намерзшей оболочкой льда, приближая температуру теплоносителя к температуре свободной незамерзшей жидкости.

Устройство для реализации способа со5 держит резервуар для рабочей жидкости, замерзающей при охлаждении с образованием ледяных оболочек вдоль канала и оттаивающей при нагревании, основные каналы для прохода хладо- или теплоносителя, раз0 мещенные в резервуаре и сообщенные с подводящим и отводящим трубопроводами, дополнительный канал, сообщенный с основными каналами и с отводящим трубопроводом, размещенным с возможностью

5 контакта с рабочей жидкостью, и приспособление для отключения дополнительного канала в период накопления холода, делаю щее дополнительный канал функционально неработоспособным и неспособным обра0 завывать намерзшую оболочку в течение периодов накопления холода, когда намерзшая оболочка образуется на основных каналах.

В предпочитаемых вариантах реализа5 ции изобретения дополнительный канал проходит через зону жидкости в резервуаре, которая (зона) поддерживается свободной от намерзающей ледяной оболочки, т.е. каждый дополнительный канал может быть расположен внутри резервуара и отстоять

от зоны образования намерзающей оболочки, Однако также можно разместить каждый дополнительный канал либо внутри, либо снаружи резервуара и переводить свободную незамерзшую рабочую жидкость в контакт с дополнительным каналом только в течение цикла подачи, когда теплоноситель охлажден замерзшей накопленной жидкостью в резервуаре.

На фиг. 1 изображено устройство для аккумулирования и потребления холода с образованием слоя незамерзшей жидкости в верхней части резервуара, вид сбоку с вырезами; на фиг.2 - то же устройство, вид с торца; на фиг.З - трехсекционный патрубок приспособления для отключения дополнительного канала; на фиг.4 - устройство для аккумулирования и потребления холода с образованием слоя незамерзшей жидкости в верхней и нижней частях резервуара, вид сбоку; на фиг.5 - то же устройство, вид с торца; на фиг.6 - двухсекционный патрубок приспособления для отключения дополнительного канала; на фиг.7-9 - варианты выполнения устройства.

Устройство для аккумулирования и потребления холода содержит резервуар 1 с теплоизолированными стенками для рабочей жидкости 2, замерзающей при охлаждении с образованием ледяных оболочек. В качестве рабочей жидкости 2 может быть использована вода или другая известная замерзающая жидкость, или раствор жидкости, которая имеет скрытую теплоту плавления, когда подвергается фазовому изменению между твердым и жидким состояниями. Резервуар 1 имеет крышку 3, выполненную съемной для обеспечения доступа во внутреннюю часть резервуара 1, В резервуаре размещены основные каналы 4 для прохода хладо- или теплоносителя, сообщенные с подводящим и отводящим трубопроводами 5 и 6 соответственно, которые могут соединяться с системой охладителя, включающей в себя теплообменники типа холодильников и кондиционеров воздушного пространства (на фигурах не показаны). Каналы 4 образованы трубами обычно спиральной конфигурации, которые могут быть снабжены, например, отстоящими одна от другой пластинами 7 (ребрами), прессованными или сварными пластинами итак далее.

Устройство снабжено дополнительным каналом 8 (или несколькими каналами), размещёнными с возможностью контакта с рабочей незамороженной жидкостью для функционального удлинения (или расширения) пути жидкого теплоносителя и его дополнительного охлаждения в результате

контакта со свободной накопленной жидкостью в течение только периода потребления холода. Иначе говоря, важно, чтобы дополнительные каналы 8 функционально не работали при образовании ледяных оболочек, так как такое условие нарушает возможность преодолеть вышеупомянутый недостаток известного устройства.

В варианте реализации на фиг. 1-3 до0 полнительные каналы 8 выполнены в виде двух горизонтальных трубопроводов над группой змёевиковых труб, образующих основные каналы 4, и бассейн накапливаемой жидкости 2 поддерживается на уровне вы5 ше каналов 8. Каналы 8 предпочтительно снабжены ребрами 9 (фиг.З) для увеличения площади теплообменной поверхности, однако в объем изобретения входит также использование гладкостенных труб, а также

0 гофрированных и желобчатых каналов и им подобных. Дополнительные каналы 8 сообщены с основными каналами 4 и с отводящим трубопроводом 6.

Устройство снабжено приспособлени5 ем для отключения дополнительного канала (каналов) 8 в период накопления холода. Это приспособление может содержать многоразветвленный патрубок 10 и клапаны 11 и 12. Клапан 11 установлен на трубке 13, по-.

0 средством которой дополнительный канал 8 сообщен с отводящим трубопроводом 6, а клапан 12 установлен на отводящем трубопроводе б между резервуаром и зоной подсоединения трубки 13. Патрубок содержит по

5 меньшей мере два отсека, а устройство по этому варианту содержит три отсека 14,15, 16. В верхней зоне резервуара 1 трубы основного канала 4 и подводящий трубопровод 5 подсоединены к нижнему отсеку 14.

0 При этом ряд труб основного канала 4 проходит как змеевик вниз внутри резервуара 1 до нижнего патрубка 17, чередующиеся с ними ряды спиралей змеевика труб этого канала 4 проходят вверх от патрубка 17 до

5 центрального отсека 15 трубки 13.

Чередующиеся ряды труб канала 4 образуют противоток жидкости в смежных витках труб. Это расположение компенсирует изменение в толщине льда, так как ско0 рость образования льда имеет тенденцию к снижению вдоль длины потока.

На трубопроводе 6 установлен Т-образный вентиль 18, и трубка 13 подсоединена к трубопроводу 6 через этот вентиль 18.

5 В режиме накопления холода клапан 12 открыт и жидкий хладоноситель, введенный через подводящий трубопровод 5 и отсек 14, может протекать по идущим вниз и вверх виткам труб основного канала 4 и выходить из центрального отсека 15 через колено 19

и клапан 12 в выпускной трубопровод 6. Трубы дополнительного канала 8 также соединены с отсеком 15 в непосредственной близости к концам труб канала 4. Трубы каналов 8 расположены выше труб канала 4 на расстоянии не менее примерно половины вертикального расстояния между расположениями горизонтальных труб с тем, чтобы быть выше ледяной оболочки ни нижележащих прогонах труб канала 4. Трубы канала 8 проходят через верхний уровень накапливаемой жидкости 2Y выше труб канала 4 и соединены с отсеком 16 патрубка 10.

В период потребления холода клапан 11 открыт и теплоноситель может протекать по трубам дополнительного канала 8 и выходить в отводящий трубопровод б.

Нижняя часть резервуара 1 соединена посредством шланга 20 с воздушным насосом 21 для обеспечения перемешивания накопленной жидкости.

Далее следует отметить, что хотя отсеки 14.15,16 могут быть физически отдельными каналами, объединенная структура, показанная на фиг.3, очень выгодная с точ ки зрения компактности и экономии. Трехсекционный патрубок 10 может быть симметричной конструкции из коррозионно-стойкого металла или фму подобного, включая в себя одинарную лицевую пластй ну 22, имеющую отверстия, с которыми соединяются, все трубы каналов на одной стороне, две разделительные Стенки 23,24, проходящие перпендикулярно пластине 22 и другой стороне и имеющие наружные загнутые под углом стенки .26,26, определяющие впускной отсек 14 и выпускной отсек 16 соответственно, и пластину 27 корпуса, которая определяет отсек 15;

Устройство по описанному варианту, представленное на фиг. 1-3, функционирует следующим образом.

Клапан И закрывается и клапан 12 открывается в течение периода накопления, который принуждает хладоноситель, подаваемый через подводящий трубопровод 5 (из блока холодильника, который не показан) к выходу через отсек 15 и коленчатую трубу 19 на отводящий трубопровод 6. Хла- доноситель не течет через дополнительный канал 8. Таким образом, лед образовывается в резервуаре 1 только на трубах основного канала 4, а не на каналах 8 и не в зоне резервуара 1, через которую проходят каналы 8. .

В период потребления холода клапан 12 закрывается, а клапан 11 открывается. Это препятствует жидкому теплоносителю выходить из отсека 15 через колено 19 и принуждает поток теплоносителя проходить через трубы дополнительного канала 8 в отсек 16 и поступать через коленчатую трубку 13 на отводящий трубопровод 6. Так как лед не

образуется вокруг каналов 8 и в течение цикла накопления, они остаются погружен-, ными в свободную накопленную жидкость, которая охлаждается льдом на трубах канала 4, расположенных ниже.

0 Модифицированный вариант устройства показан на фиг.4-6. В этом варианте дополнительные каналы 28 расположены поперек дна резервуара 1 ниже самого низкого ряда труб основных каналов 4. Допол5 нительно чередующиеся витки труб каналов 4 независимо соединены с подающим трубопроводом 5 с тем, чтобы образовать поток жидкого хладоносителя в противотоке в смежных витках труб.

0 В варианте реализации на фиг.4-6 нижний, патрубок 29 поделен горизонтально стенкой 30 на верхний впускной отсек 31 и нижний выпускной отсёк 32. Концы альтернативных витков труб каналов 4 соединены

5 соответственно с отсеками 31 и 32. Первая удлинительная труба 33 присоединена к впускному отсеку 31 и к подводящему трубопроводу 5. Вторая удлинительная труба ЗА присоединена к выпускному отсеку 32 и

0 к коленчатой трубе 19, проходящей от центрального отсека 15 верхнего патрубка 10. Те витки труб основных каналов 4, которые соединены с впускным отсеком 31, проходят в виде змеевика вверх и соединяются с цент5 ральным отсеком 15 патрубка 10. Альтернативные витки труб каналов 4, соединенные с выпускным отсеком 32 патрубка 29, аналогично проходят вниз от отсека 14 верхнего трехсекционного патрубка. Наконец, допол0 нительные вспомогательные каналы 28 про-- ходят от отсека 32 ниже труб основных каналов 4 горизонтально поперек дна резервуара 1 и соединены с помощью трубоп- роводов (стояков) 35 с одинарными

5 верхними прогонами каналов 36, которые расположены между дополнительными каналами 8, проходя в отсек 16 патрубка 10.

Когда клапаны 11, 12, которые могут возбуждаться соленоидом, функциониру0 ют, поток хладотеплоносителя подобен тому, который описан выше в отношении первого варианта реализации устройства. В течение цикла накопления холода клапан 12 открывается, а клапан 11 закрыва5 ется, чтобы, подавать хладоноситёль в отсек 14 верхнего патрубка 10 и в отсек 31 нижнего патрубка 29. Хладоноситёль протекает и в противоположных направлениях через альтернативные витки труб каналов 4 в соответствующий выпускной отсек 32 нижнего патрубка 29 и в отсек 15 верхнего патрубка 10 и затем непосредственно через трубы 34 и 19 в отводящий трубопровод 6. Закрытый клапан 11 блокирует любой поток через дополнительные каналы 8 и 28.

Аналогично в течение цикла потребления холода при закрытом клапане 12 и открытом клапане 11 теплоноситель не может вытекать ни из выпускного отсека 32 через трубу 4, ни из отсека 15 через трубу 19 и таким образом принуждается течь оттуда через удлиненные линии, образованные каналами 28 и 36 (8) соответственно, чтобы выйти через отсек 16 верхнего патрубка 10 и трубку 13 в отводящий трубопровод 6. Таким образом, конфигурация считается немного более эффективной в том отношении, что используется свободная жидкость 2 на дне резервуара, которая может не конвектировать вверх через ледяную зону на трубах каналов 4 и также дает возможность иметь увеличенную длину дополнительных каналов.

Также можно дальше модифицировать устройство на фиг;4-6, в частности, где гладкие неребристые каналы используются, проложить один или больше прогонов канала между альтернативными нитками змее- виковых труб канала 4 в продольных пространствах, которые остаются незамораживаемыми между смежными ледяными оболочками.

На фиг.7-9 показаны варианты выполнения устройства для реализации способа аккумулирования и потребления холода по- .средством ввода незамерзшей рабочей жидкости в зону размещения дополнительных каналов.

В устройстве, изображенном на фиг.7, дополнительный канал 8 расположен в резервуаре выше основных каналов 4. При этом последние отстоят от дна резервуара 1 на таком расстоянии, чтобы оставить в период накопления холода зону свободной незамороженной рабочей жидкости ниже труб основных каналов 4. При этом уровень рабочей жидкости таков, что верхние ряды труб каналов 4 покрыты этой жидкостью, а трубы дополнительного канала 8 расположены в период накопления холода ниже рабочей жидкости. Приспособление для отключения дополнительного канала в период накопления холода содержит расположенную в резервуаре 1 надувную емкость 37, прикрепленную к его нижней стенке, связанную с насосом 38 для подачи сжатого газа (воздух, углекислый газ) через трехпо- зиционный клапан 39. Клапан 39 также имеет выпускное отверстие для возможности

выпуска газа из емкости 37. В период потребления холода в емкость 37 подают сжатый газ, в результате чего она расширяется под намороженными на трубах каналов 4

ледяными оболочками и поднимает свободную накопленную жидкость на более высокий уровень в резервуаре 1 с тем, чтобы погрузить в эту жидкость дополнительный канал 8. В течение цикла накопления трех0 позиционный клапан функционирует, чтобы освободить от газа емкость 37. которая сплющится под действием силы тяжести рабочей жидкости и тем самым снизит уровень жидкости 2 ниже канала, в остальном фун5 кционирование аналогично варианту на фиг.1-3, однако поскольку каналы 8 не погружены в рабочую жидкость в течение цикла накопления холода и поэтому образование льда невозможно, также мож0 но образовать прямые соединения между трубами 3 основных каналов 4 и каналами 8, давая возможность жидкому хладоносите- л ю течь через последний как в течение цикла накопления, так и теплоносителю протекать

5 в течение цикла потребления холода.

В устройстве, показанном на фиг.8, приспособление для отключения дополнительного канала 8 в период накопления холода содержит камеру 40, установленную вне ре-.

0 зервуара 1 и сообщенную с ним трубопроводами 41 и 42 с насосом 43 и запорным клапаном 44 для отвода рабочей жидкости из камеры 40 в период накопления холода и ввода ее в камеру 40 в период потребления

5 холода. При этом трубы дополнительного канала 8 расположены в камере 40 и являются продолжением труб основных каналов 4, расположенных в резервуаре 1. Канал 8 может содержать один или больше рядов

0 труб, которые сообщены с выпускным коллектором 45, расположенным в камере 40 и сообщенным с отводящим трубопроводом 6. Во время цикла накопления холода хладо- носитель протекает по каналу 4 и каналу 8,

5 клапан 44 закрыт и насос 43 работает для опорожнения камеры 40 (тем самым лед не может образовываться на канале 8). В цикле потребления холода клапан 44 открывается, а насос 43 работает непрерывно для цирку0 лирования свободной накопленной жидкости из резервуара 1 в камеру 40, омывая трубы канала 8, которые в результате этого. могут стать погруженными в свободную накопленную жидкость.

5 Камера 40 в варианте реализации, показанном на фиг.8, может быть геометрически перемещена относительно резервуара 1. Например, она может быть помещена с любой стороны или на любом конце резер- вуара 1. Камера 40 также может быть удобно установлена над резервуаром 1. В этом случае насос 43 реверсирован, чтобы двигать жидкость из резервуара 1 в камеру 40 в течение только цикла подачи, и клапан 44 может быть устранен, а жидкость из камеры 40 вытекает под действием силы тяжести.

В устройстве, представленном на фиг,9, дополнительный канал 8 расположен в резервуаре 1 выше основных каналов 4, а приспособление для отключения дополнительного канала содержит камеру 46, установленную вне резервуара 1 и сообщенную с ним трубопроводами 47, 48 с насосом 49, с запорными клапанами 50, 51. Трубопровод 47 подсоединен к резервуару между верхним рядом труб основных каналов 4 и нижним рядом труб дополнительного канала 8. Трубы каналов 4 непосредственно соединены с трубами канала 8. При этом последние связаны с отсеком 16 трехсекционного патрубка 10, установленного в резервуаре. Через эти трубы и отсек 16 непрерывно выпускают жидкость, предпочтительно через дно 24. В течение цикла накопления холода часть накопленной жидкости выпускается через открытый клапан

50 в камеру 46, где она удерживается в результате закрывания клапана 51. Таким образом, верхний уровень накопленной жидкости 2 в резервуаре 1 поддерживается

ниже труб канала 8, и лед на них не образовывается. В течение цикла подачи клапан 50 закрывается и клапан 51 открывается на период для функционирования насоса 49, чтобы перевести жидкость из камеры 46 обратно в резервуар 1 с тем, чтобы поднять уровень свободной накопленной жидкости до точки выше верхнего дополнительного канала 8. Уровень местоположения камеры 46 относительно резервуара 1 и перерасположения клапанов и насоса могут быть изменены, чтобы образовать отвод накопленной жидкости путем нагнетания насосом и возврат ее в резервуар 1 под действием силы тяжести.

Дальнейшее изменение и модификация

могут быть внесены без отклонения от идеи

и объема изобретения, которое определено

в прилагаемой ниже формуле изобретения.

Изобретение обеспечивает понижение

температуры выходящего из аккумулятора теплоносителя.

Использование: в области создания ак- кумуляторов холода, предусматривающих образование и сохранение льда в резервуаре и его использование для охлаждения теплоносителя. Сущность изобретения: способ предусматривает циклы накопления и потребления холода. При прохождении хладо- носителя по одному или нескольким каналам в рабочей жидкости образуются ледяные оболочки вокруг каналов так, что между оболочками остается незамерзшая жидкость с температурой, близкой к точке Изобретение относится к накоплению и использованию тепла (холода), а более конкретно к способам и устройствам для образования и сохранения льда в резервуаре и его использования. Известен способ аккумулирования и потребления холода, предусматривающий цикл накопления холода при прохождении хладоносителя по одному или нескольким каналам в рабочей жидкости в зоне, накопления с образованием ледяных оболочек замерзания. Во время цикла потребления холода обеспечивают прохождение теплоносителя как по основным, так и по дополнительным каналам. Причем вокруг последних ледяные оболочки отсутствуют. Дополнительные каналы погружают в рабочую незамерзшую жидкость. Устройство для аккумулирования и потребления холода содержит резервуар для рабочей жидкости, размещенные в нем основные каналы для прохода хладо- или теплоносителя, дополнительный канал, сообщенный с основными каналами и с отводящим трубопроводом, и приспособление для отключения дополнительного канала в период накопления холода. Это приспособление может содержать многосекционные патрубки, подключенные так, что в период накопления холода хладо- носитель не проходит по дополнительным каналам, или надувную емкость, расположенную в резервуаре, или вынесенные за его пределы камеры, обеспечивающие изменение уровня рабочей жидкости в резервуаре во время циклов накопления или потребления холода. 2 с. и 7 з.п. ф- лы, 9 ил. вокруг каналов и цикл потребления холода при прохождении теплоносителя через каналы с ледяными оболочками, намороженными в период накопления. Известно устройство для аккумулирования и потребления холода, содержащее резервуар для аккумулирования и потребления холода, резервуар для рабочей жидкости, замерзающей при охлаждении с образованием ледяных оболочек вдоль канала и оттаивающей при нагревании, основ- ные каналы для прохода хладо- или XI ЧЭ 4 Ю СО Сл

Формул а изобретения

температуры выходящего из аккумулятора теплоносителя, оно снабжено дополнительным каналом, сообщенным с основными каналами и с отводящим трубопроводом, размещенным с возможностью контакта с

рабочей незамороженной жидкостью, и приспособлением для отключения дополнительного канала в период накопления холода.

Составитель И.Шабалина Редактор Г. ФедотовТехред М.Моргентал Корректор А.Мотыль

Заказ 532Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при гк.н I LLLK 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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