АККУМУЛЯТОР ХОЛОДА ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА Советский патент 1939 года по МПК F25J5/00 

Крупные установки по кондиционированию воздуха работают обычно с неравномерной нагрузкой. В часы наибольшего заполнения различных общественных зданий и зал, обслуживаемых кондиционированным воздухом, потребление холода резко растет. При этом максимум обычно падает на вторую половину суток, т.е. 12 до 24 часов. В остальное время эта нагрузка сравнительно невелика и доходит в наиболее жаркие дни даже до 20-30% от максимума.

Очень целесообразным является поэтому включение в схему работы аккумулятора. Устраняя неравномерность в работе холодильной установки, снижая ее максимальную мощность, аккумулятор может принести значительные экономические выгоды. Если, например, обозначить требуемую холодопроизводительность холодильной установки без аккумулятора через q, а с аккумулятором через q′, то отношение может быть оценено в 1,4-1,6.

Наиболее часто в качестве аккумулирующего вещества применяется вода, имеющая в установках по кондиционированию большие преимущества, однако при этом затрудняется использование отработавшей воды в испарителе холодильной установки, так как отработавшая в кондиционерах вода обычно бывает всего на 5-7° ниже свежей речной воды. В часы, когда кондиционеры работают на максимальной нагрузке (разрядка аккумулятора), испаритель, имеющий всегда равномерный расход воды, не сможет принять всей отработавшей воды из кондиционеров, соответствующей по количеству максимальной нагрузке. Наоборот, в моменты минимальной нагрузки (зарядка аккумулятора) для испарителя недостаточно количества отработавшей воды, поступившей из кондиционеров.

Следовательно (в случае отсутствия свежей воды с достаточно низкой температурой) для обеспечения равномерного питания испарителя отработавшей водой пришлось бы, наряду с аккумулятором холода, установить аккумулятор нагретой в кондиционерах воды таких же размеров. Такое решение, имея в виду, что объем аккумуляторов может быть очень велик, привело бы к сильному увеличению площади, занимаемой холодильной установкой, и отразилось бы на ее стоимости.

Это неудобство может быть вполне устранено применением предлагаемого аккумулятора.

Согласно изобретению, в этом аккумуляторе применен резервуар, разделенный не доходящими доверху перегородками на несколько отсеков, предназначенных для попеременного наполнения их то охлаждающей водой с целью создать ее резерв, когда расход холода в кондиционере меньше холодопроизводительности холодильной установки, то отработавшей водой, когда повышается расход холода в кондиционере.

Кроме того, в нем применены поплавковые клапаны, служащие для последовательного, по мере освобождения от воды отсеков резервуара, автоматического замыкания контактов электромотора, управляющего вентилями отсеков.

На чертеже представлена принципиальная схема установки по кондиционированию воздуха с предлагаемой конструкцией аккумулятора холода.

В тот момент, когда расход холода в кондиционерах (с учетом потерь) будет равен количеству холода, вырабатываемому холодильной установкой, аккумулятор работать не будет, и цикл охлаждающей воздух воды может быть в общих чертах представлен в следующем виде.

Охлажденная в испарителе Д холодильной установки вода подается насосами B в кондиционеры K, имея свободный напор 25-30 м водяного столба. При помощи форсунок в кондиционерах создается распыление воды, охлаждающей воздух.

Регулирование температуры воды в форсунках достигается рециркуляционными насосами Н.

Нагретая воздухом вода собирается в нижней части кондиционеров K, откуда подается в сборный бак F. Из бака F вода насосами C₁ подается для охлаждения в испаритель, возвращаясь к исходному положению.

Как уже было указано выше, в часы, когда расход холода в кондиционерах будет меньше холодопроизводительности холодильной установки, будет происходить зарядка аккумулятора за счет избытка холодной воды, поступающей из испарителя.

Аккумулятор А представляет собой резервуар, разделенный перегородками на пять равных отсеков. К аккумулятору пристроен сборный бак F одной с ним высоты, но сравнительно малой емкости.

Заполнение аккумулятора будет идти в следующем порядке.

Холодная вода через открытый в момент зарядки вентиль 7 поступает первоначально в отсек V аккумулятора, затем по заполнении его переливается через слив О в отсек IV, заполняя таким образом в течение часов зарядки четыре отсека II, III, IV и V. Эти отсеки по своей суммарной емкости должны соответствовать полной хладоемкости аккумулятора. Отсек I не заполняется холодной водой.

Если принять это положение за исходное, то полный цикл дальнейшей работы аккумулятора будет состоять в следующем.

Разрядка аккумулятора начинается в момент превышения средней нагрузки, соответствующей холодопроизводительности установки. Для этого включается насос С, подающий накопленную холодную воду из аккумулятора в кондиционеры. Вентиль 7 закрывается.

В тот же момент, поскольку количество отработанной воды при максимуме, поступающее из кондиционеров, будет больше расхода воды в испарителе, отработавшая вода быстро переполнит сборный бак F и начнет переливаться через слив О в отсек I аккумулятора.

Насос С начинает откачку холодной воды из отсека II. По мере откачки насосом С холодной воды отсеки I, II, III и IV будут наполняться отработавшей водой, причем к моменту окончания разрядки аккумулятора они будут полностью заполнены теплой водой, а отсек V, освободившись от холодной воды, останется пустым.

По мере освобождения насосом С отдельных отсеков аккумулятора необходимо, переключая вентили 1, 2, 3, 4 и 5, обеспечивать забор воды из следующего отсека.

Накопленная отработавшая вода будет далее использоваться для питания испарителя в часы зарядки аккумулятора.

Пои этом вентиль 6 должен быть открыт, и насос С₁, рассчитанный на обеспечение постоянного расхода испарителя, начинает подавать на охлаждение недостающее количество воды из отсеков аккумулятора. Откачка идет в обратном порядке. Сначала освобождается отсек IV, затем отсеки III, II и I, в то время, как холодная вода заполняет отсеки V, IV, III и II, завершая полный цикл работы аккумулятора.

Количество отсеков в данном примере выбрано произвольно и может быть доведено, в зависимости от имеющейся площади, до семи или восьми.

Однако, большое число отсеков, как будет сказано ниже, усложнит автоматизацию установки.

Таким образом, при пяти - шести отсеках отработавшая вода может использоваться при условии увеличения емкости аккумулятора против нормальной всего лишь на 25-20%.

Неудобством изложенной схемы является необходимость отвлечения внимания обслуживающего персонала для наблюдения за наполнением и освобождением отсеков и переключения вентилей.

С целью устранения этого недостатка может быть предусмотрено автоматическое управление работой аккумулятора.

Безвредность и безопасность в пожарном отношении циркулирующего агента (воды), а также простота схемы переключений представляют значительные преимущества предлагаемой системы.

Мероприятия, обеспечивающие систему автоматическим управлением, сводятся к следующему.

На нагнетательном трубопроводе насоса В устанавливается измерительная и регулирующая шайба-автомат Ш, реагирующая на изменение расхода в трубопроводе и связанная передатчиком импульсов с вентилем 7 и насосом С.

Автомат Ш отрегулирован на поддержание расхода, равного производительности испарителя. При уменьшении этого расхода автомат выключает насос С и открывает вентиль 7, причем последний, открываясь, дает импульс для одновременного открывания связанного с ним вентиля 6. Увеличение расхода в шайбе Ш, наоборот, приводит к закрытию вентилей 7 и 6 и включению насоса С.

Каждый отсек аккумулятора снабжен поплавковым клапаном М, который, опускаясь, соединяет контактом Л цепь, связанную с электродвигателем вентиля соседнего отсека, в порядке, изложенном ниже. Подъем вентиля автоматически вызывает опускание ранее открытого вентиля соседнего отсека.

Цикл работы аккумулятора с автоматическим управлением с момента, когда аккумулятор заполнен холодной водой, заключается в следующем. Первый отсек будет освобожден от теплой воды, его клапан сядет в седло и замкнет контакт Л, связанный с двигателем вентиля 2. Вентиль 2 откроется, закрывая тем самым вентиль 1, и следовательно, по освобождении отсека I вентили 1, 3, 4 и 5 будут закрыты, а 2, 6 и 7 открыты.

Этот момент совпадает по графику расхода холода с увеличением нагрузки в кондиционерах. Увеличение нагрузки приведет к падению напора в нагнетательной линии насоса В и, следовательно, к некоторому увеличению его производительности по характеристике. Следствием этого будет увеличение расхода в шайбе Ш, что, в свою очередь, как уже было указано, даст импульс к автоматическому закрытию вентиля 7 и связанного с ним вентиля 6, а также к включению насоса С. Насос С начнет откачивать холодную воду из второго отсека в кондиционеры. Благодаря этому сопротивление в линии увеличится, и расход в шайбе Ш уменьшится до нормальных размеров.

Повышение расхода в кондиционерах увеличит количество притекающей в бак F отработавшей воды. Бак F заполнится, и вода начнет переливаться в отсек I, поднимая при этом поплавковый клапан М и размыкая контакт Л в отсеке I. По освобождении отсека II посадка его клапана вызовет открытие вентиля 3 и закрытие вентиля 2, после чего отработавшая вода, заполнив отсек I, начнет переливаться в отсек II и поднимет его клапан М, в то время, как холодная вода будет забираться насосом С из отсека III.

Далее будут в том же порядке освобождаться отсеки III, IV и V и заполняться отсеки II, III и IV. По освобождении отсека V и наполнении отсека IV клапан М отсека V разрывает электрические цепи, функционировавшие при разрядке аккумулятора, и включает цепи, действие которых должно обеспечить автоматическую работу вентилей при зарядке аккумулятора.

Следовательно, к моменту окончания пиковой нагрузки вентили 1, 2, 3, 5, 6 и 7 закрыты, а вентиль 4 открыт.

Снижение расхода в кондиционерах вызовет увеличение сопротивления в нагнетательной сети насоса В, снизит его производительность, а стало быть, и расход в шайбе Ш. В результате поданного импульса от автомата насос С будет выключен, и откроются вентили 7 и 6, после чего начнется заполнение отсека V холодной водой и откачка насосом C₁ из отсека IV отработавшей воды для подачи в испаритель.

Клапан М отсека IV по его освобождении закроется, и его контакт Л замкнет цепь двигателя вентиля 3, который откроется.

В дальнейшем действие автоматов будет идти в обратном порядке вплоть до того момента, когда холодной водой заполнится отсек II, а отсек I освободится от отработавшей воды.

Клапан М отсека, закрываясь, разорвет электрические цепи, функционировавшие при зарядке аккумуляторов, и включит цепи, работа которых обеспечивает его разрядку. Вследствие замыкания контакта Л отсека I вентиль 2 откроется, завершая таким образом цикл работы автоматов.

Схема автоматических устройств несколько усложнится в случае изменения графика нагрузки, т.е. если полная зарядка аккумулятора будет происходить в два приема, между которыми будет иметь место частичная разрядка аккумулятора. Однако эта задача также разрешима путем введения связи между вентилем 7 или 6 и двигателями вентилей отсеков. Кроме того, в этом случае можно прибегнуть к полуавтоматической схеме, переключая электрическими кнопками соответствующие вентили в случае необходимости изменить режим работы в середине цикла аккумулятора.

1. Аккумулятор холода для кондиционирования воздуха, отличающийся применением резервуара А, разделенного не доходящими доверху перегородками на несколько отсеков, предназначенных для попеременного наполнения их то охлаждающей водой с целью создать ее резерв, когда расход холода в кондиционере K меньше холодопроизводительности холодильной установки, то отработавшей водой, когда повышается расход холода в кондиционере K.

2. Форма выполнения аккумулятора по п. 1, отличающаяся применением поплавковых клапанов, служащих для последовательного по мере освобождения от воды отсеков резервуара A, автоматического замыкания контактов электромотора, управляющего вентилями 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 отсеков.