Способ охлаждения различных объектов Советский патент 1979 года по МПК E21F3/00 

Изобретение относится к способам охлаждения различных объектов, предпочтительно для кондиционирования воздуха шахт, рудников, а также объектов, размещенных на морском побережье. Оно .может быть использовано для отвода тепла в атомных установках, для охлаждения доменных печей и т. д.

Изобретение при.менимо при наличии холодпого источника плюсовой те.мпературы, например, холодной грунтовой, либо глубинной морской воды.

Известен способ охлаждения различных объектов, заключающийся в использовании холодной воды и.яи рассолов 1.

Однако вследствие малого холодилыгого заряда охлаждающей воды необходимо для обеспечения заданной холодопроизводительности прокачивать ее значительное количество, что приводит к большим энергозатратам и повын епным диаметрам трубопроводов.

Известен также способ охлаждения различных объектов, предпочтительно для кондиционирования воздуха в шахтах с помощью циркулирующего по замкнутому конту|)у промежуточно|-о холодоносите.ля с его жидкой и твердой фазами |2|.

Недостатками данного способа я.чяется больщая энергоемкость и большие расходы на охлаждение.

Цель изобретения зак;1ючаетс rs л1еньшении энергоемкости- li умо-ььче.чие расходов на охлаждение путем ,: ьзока П Я

грунтовой ВОД) ПЛИ ГЛубиННОЙ 5OpCf OH ВОДЬК

Указанная цель .тостигается том, что в качестве промеисуючного хо, одонос1ае. испо.- ьзуют кристаллогидратпую суспснзм) образованную смешением с водок газовых кристаллогидратов, массовое содержапие кристаллогидратов в кгггорой составляет ift25%, причем в качестве газовых -кристаллогидратов использую-г уг.:1екисльп1 газ, сернистый . .

На фиг. 1 - схема системы конди 1монирования воздуха в шахтах; на фи1 2 фазовая диаграмма в координатах темпер;:тура--дав.1ение д.чя гидратной системы уг,текислота - вода.

Схема системы кондиционирования воздуха в щахтах для осуществления предлагаемого способа включает кристаллизйго 1, насос 2, трубопровод 3, плавитель-воздухоохладитель 4 и трубопровод 5. Способ охлаждения осуществляется следующим образом. Смесь гидратообразующего агента в парожидкостном состоянии и воды поступает в кристаллизатор I, в котором поддерживают соответствующие термодинамические условия, способствующие процессу образования гидратов. Для углекислоты, например, процесс протекает с перемешиванием жидкой фазы при температуре около 7°С и давлении 42 бара. Выделяющаяся при образовании гидратов теплота фазового перехода отводится охлаждающей грунтовой водой, имеюпхей температуру около 4°С и циркулирующей в змеевике, встроенном в кристаллизатор. Полученную кристаллогидратную суспензию (смесь воды и 15-20% по массе твердых кристаллогидратов) при помощи насоса 2 транспортируют по трубопроводу 3 в плавитель-воздухоохладитель 4. Гидротранспорт обусловливается максимальной допустимой вязкостью кристаллогидратной суспензии. Процесс плавления гидратов протекает при температуре около 9,5°С. Отдав холод при плавлении гидратов охлаждаемому воздуху, полученная смесь из воды и жидкого агента но трубопроводу 5 подни.мают на поверхность и возвращают в кристаллизатор 1. На диаграмме представлены процессы транспортировки холода с помощью кристаллогидратной суспензии. Кривая 6-7 представляет собой кривую упругости углекислоты, 8-9-10 - гидратная кривая. Левее ее находится область устойчивого состояния гидратов, правее ее гидраты не существуют. В точке 9 (верхней инвариантной точке) соответствуют 4 фазы: газообразный и жидкий агент, жидкая вода и твердый гидрат. Присутствие солей в воде смещает гидратную кривую 8-9-10 эквидистантно влево. Каждый процент, напри.мер, поваренной соли в растворе понижает температуру в точке 9 примерно на 0,5°С. Таким образом, положение гидратной кривой для соленого раствора 11 -12 можно изменять соответствующим изменением концентрации соленого раствора. Точка 13- точка образования гидратов в кристаллизаторе; точки 13-14 - сжатие кристаллогидратной суспензии в насосе; точки 14-15 - процесс увеличения давления кристаллогидратной суспензии вследствие повыщения гидростатического уровня при ее транспортировке на глубину 1000 м. Процесс близок к изотермическому; точки 15-16 - нагрев суспензии в плавителевоздухоохладителе; точка 16 - точка плавления гидратов в плавителе-воздухоохладителе; точки 16-17 - процесс понижения давления двух несмесимых жидкостей (углекислоты и воды) при их подъеме на поверхность шахты; точки 17-13 - дросселирование жидкого агента; этот процесс. как протекающий в области влажного пара изображается вдоль кривой упругости. Дросселирование агента необходимо для проведения процесса образования гидратов с агентом, находящемся в парожидкостном состоянии. Такое выполнение процесса улучшает его кинетические характеристики. Температура точки 13 определяется температурой холодного источника и разностями температур ДТ| и Ati (см. фиг. 2). Д Ti представляет движущуюся силу процесса гидратообразования, равную разности между температурой суспензии в кристаллизаторе и равновесной температурой образования гидратов в соленом растворе при том же самом давлении. Обычно Д Ti 1°С. All представляет разность между температурой суспензии в кристаллизаторе и температурой холодной грунтовой воды. В данном случае Д1| 4°С. Точка 14, характеризующая окончание процесса сжатия в насосе, расположена, вследствие возникновения гидравлических потерь в циркуляционной системе, несколько выше точки 17. Таки.м образом, перепад давлений , создаваемый насосом, представляет сумму потерь давления при дросселировании и потерь давления на преодоление гидравлических сопротивлений. Создание напора Рг-PI осуществляется по закону сообщающихся сосудов. Давление точки 16 определяется высотой столба кристаллогидратной суспензии; температура точки 16 зависит от принятой величины ЛТг и концентрации соленого раствора. Д Та - представляет движущуюся силу процесса плавления гидратов, равную разности между температурой плавящихся гидратов и равновесной температурой образования гидратов в соленом растворе при том же самом давлении. Обычно для высокой скорости плавления гидратов достаточно Д Та 1 - 1,5° С. Температура точки 16 и разность температур Д1г при теплопередаче в плавителевоздухоохладителе определяет температуру охлажденного воздуха. Холодопроизводящими являются процессы подогрева кристаллогидратной суспензии 15-16 и плавления гидратов в точке 16. Холодильный заряд 1 кг суспензии достаточно высок и составляет для 25% кристаллогидратной суспензии около 22 ккал/кг. Таким образом, в этом способе про.межуточный холодоноситель обладает высоким холодильным зарядом (следовательно, его количество в циркуляционно.м контуре уменьшается). Охлаждение промежуточного холодоносителя и его перевод в твердую фазу производится безмашинным холодным источником, имеющим плюсовую температуру. Выбор благоприятного гидратообразующего агента определяется температурой