Устройство для охлаждения воды и аккумуляции холода

 

В устройстве для охлаждения воды и аккумуляции холода теплообменные элементы расположены поярусно и выполнены в виде открытых горизонтальных емкостей. Одна из сторон каждой емкости ниже трех других. Теплообменные элементы поярусно сдвинуты друг относительно друга в горизонтальной плоскости. Дно каждой емкости выполнено со вставками, снабженными хвостовиком и отверстием, хвостовики вставок вышерасположенной емкости заглублены своей нижней частью во вставки нижерасположенной емкости и установлены под острым углом к направлению движения теплообменивающих потоков. Отверстие выполнено в верхней цилиндрической части вставок. Использование изобретения позволит сократить время замораживания воды в емкостях. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к установкам, использующим промежуточный теплоноситель, например воду, и может быть использовано для охлаждения продукции до температур, близких к нулю.

Известно устройство для охлаждения воды и аккумуляции холода, содержащее кожух, теплообменные элементы в виде панельных герметичных емкостей, заводненных аккумулирующим веществом, подвешенных свободно и поярусно на перекладинах (авт. св. СССР 1638491, 1990, F 25 В 1/00).

Недостаток этого устройства - низкая эффективность теплообмена со стороны воздуха, а следовательно, большая продолжительность времени замораживания воды в емкостях.

Известно также устройство для охлаждения воды и аккумуляции холода, содержащее кожух и поярусно расположенные теплообменные элементы, выполненные в виде открытых горизонтальных емкостей, одна из сторон которых ниже трех других, и поярусно сдвинутых друг относительно друга в горизонтальной плоскости (патент РФ 2137062, 1999, F 28 С 1/00).

Недостаток этого устройства - низкая эффективность теплообмена со стороны морозного воздуха, охлаждающего воду или замораживающего ее. Это связано с тем, что воздушный поток в этих теплообменных элементах движется вдоль гладкой поверхности и малотурбулизирован, что обуславливает значительную продолжительность времени замораживания воды в емкостях.

Задача изобретения - турбулизация потока морозного воздуха.

Технический результат - сокращение времени замораживания воды в емкостях.

Для этого в устройстве для охлаждения воды и аккумуляции холода, содержащем кожух и поярусно расположенные теплообменные элементы, выполненные в виде открытых горизонтальных емкостей, одна из сторон которых ниже трех других, и поярусно сдвинутых друг относительно друга в горизонтальной плоскости, дно каждой емкости выполнено со вставками, снабженными хвостовиком и отверстием, при этом хвостовики вышерасположенных емкостей заглублены нижней частью во вставки нижерасположенной емкости и установлены под острым углом к направлению движения теплообменивающихся потоков, отверстие выполнено в верхней части вставки и ниже ее верхнего среза на 8-10 мм.

Такое выполнение устройства позволяет существенно интенсифицировать теплообменные процессы между водой и морозным воздухом, ускорить процесс ее охлаждения или замораживания.

Расположенные по всему дну емкости /возможно в шахматном порядке/ вставки интенсивно турбулизируют поток воды и поток морозного воздуха. Нижняя часть вставки выполнена в виде сплюснутого цилиндра. Это, с одной стороны, наиболее просто решает вопрос герметизации вставки и образования индивидуальной емкости из каждой из них. С другой стороны, плоский хвостовик вставки из высокотеплопроводного материала, помещенный в пространство нижерасположенной вставки, способствует более быстрому замораживанию воды в этой вставке. А расположение этого плоского хвостовика под острым углом к направлению движения теплообменивающихся потоков способствует их турбулизации и интенсификации теплообмена. Все это сокращает время охлаждения воды или ее замораживания.

На фиг. 1 показан общий вид устройства в продольном разрезе /вставки в емкостях не показаны/, на фиг.2 - вставки на виде сверху относительно емкостей, на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2.

Устройство содержит теплоизолированный кожух 1, в котором поярусно и со смещением в горизонтальной плоскости установлены емкости 2 /например, из оцинкованного железа/. Емкости 2 устанавливаются на прямоугольных рамах, состоящих из трех высоких планок 3 и одной низкой 4. В плоском днище емкости 2 выполнены отверстия /например, в шахматном порядке/, в которые герметично /например, на горячей посадке/ установлены вставки 5, имеющие цилиндрическую верхнюю часть 6 и плоский хвостовик 7 внизу. В верхней части вставки, ниже верхнего ее среза на 8-10 мм, сделано сквозное отверстие 8. Для циркуляции морозного воздуха (движение обозначено штриховой линией) установлен вентилятор 9. Отработавший морозный воздух выходит из кожуха 1 через отверстие 10. Вода на верхний ярус устройства поступает через ороситель 11, бак 12 служит для сбора охлажденной воды, а насос 13 - для ее циркуляции.

Устройство работает следующим образом.

Отепленная у потребителя холода /мелочно-товарная ферма/ вода поступает в устройство через ороситель 11, попадает на верхний ярус и, заполнив его (включая и вставки 5 через отверстия 8), перетекает на нижерасположенный ярус и т.д. до самого нижнего яруса по высоте, с которого стекает в бак 12, откуда насосом 13 вновь подается потребителю холода. Если необходимо организовать работу устройства как аккумулятора холода посредством замораживания воды в емкостях 2, то после заполнения водой всех ярусов насос 13 выключают и замораживают воду в емкостях 2 морозным воздухом /наружным или охлажденным в воздухоохладителе/.

Достоинством заявляемого устройства являeтcя высокая интенсивность процессов теплопереноса между теплообменивающимися потоками /вода - морозный воздух/. Это объясняется высокой турбулентностью этих потоков, движущихся в пространствах между вставками.

Здесь обеспечивается и высокая интенсивность процесса замораживания воды, так как стенки цилиндрической части 6 вставки 5, выступающие над поверхностью воды, и хвостовик 7 способствуют отводу тепла из толщи воды. Надо отметить, что для усиления турбулизации потоков, хвостовик 7 установлен под углом, например 45^o, к направлению движения потоков.

Необходимо отметить еще одно обстоятельство, которое дополнительно показывает высокую эффективность теплообменных процессов в заявленном устройстве. Допустим в емкостях 2 заморожена вода. Далее наступила фаза использования холода, включается насос 13. Через ороситель 11 в устройство от холодопотребителя поступает отепленная вода. Через непродолжительное время работы лед у цилиндрических поверхностей 6 оттаивает и вся его масса, располагающаяся между вставками /в самих вставках тоже/, всплывает. Поток воды заполнит прорези во льду, оставшиеся от вставок, за счет чего увеличится поверхность контакта воды со льдом и интенсифицируется процесс ее охлаждения.

Формула изобретения

1. Устройство для охлаждения воды и аккумуляции холода, содержащее кожух и поярусно расположенные в нем теплообменные элементы, выполненные в виде открытых горизонтальных емкостей, одна из сторон которых ниже трех других, и поярусно сдвинутых друг относительно друга в горизонтальной плоскости, отличающееся тем, что дно каждой емкости выполнено со вставками, снабженными хвостовиком и отверстием, при этом хвостовики вставок вышерасположенной емкости заглублены своей нижней частью во вставки нижерасположенной емкости и установлены под острым углом к направлению движения теплообменивающихся потоков, а отверстие выполнено в верхней, цилиндрической части вставок.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстие вставки ниже ее верхнего среза на 8-10 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3