Радиационно-конвекционный способ охлаждения жидкости без дополнительных источников энергии и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области холодильных установок, работающих на жидком хладоносителе за счет использования явлений природы без дополнительных источников энергии. Жидкий хладоноситель помещают во внутреннюю полость радиатора-излучателя с возможностью самопроизвольного истечения хладоносителя за счет конвекции через канал, размер которого обеспечивает протекание хладоносителя без капиллярных явлений в накопительную емкость, которую располагают ниже радиатора-излучателя. Возможен вариант, при котором накопительную емкость соединяют с радиатором-излучателем дополнительным каналом с аналогичными параметрами, причем по одному каналу происходит отток охлажденного хладоносителя из внутренней полости радиатора-излучателя в накопительную емкость, а по другому - приток более теплого хладоносителя из накопительной емкости во внутреннюю полость радиатора-излучателя. Внутренняя полость радиатора-излучателя связана с расширительным бачком и накопительной емкостью. Использование изобретения позволит повысить эффективность охлаждения хладоносителя и упростить конструкцию устройства. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области холодильных установок, работающих на жидком хладоносителе за счет использования явлений природы, без дополнительных источников энергии.

Известны тепловые аккумуляторы, состоящие из предметов большой теплоемкости, охлаждаемых в ночное или холодное время. Такие устройства громоздки, неэффективны или могут быть применены только в определенных климатических условиях (например, ледники в средней полосе России). Также известны холодильные установки, работающие за счет энергии солнечного излучения, преобразованного с помощью солнечных батарей (патент РФ № 2056479 С1). Такие устройства громоздки и отличаются высокой стоимостью. Кроме того, известны устройства, использующие для охлаждения эффект излучения тепловой энергии в космическое пространство (патент РФ № 2095718 С1 и заявка на изобретение № 98113383 А). Такие устройства не обеспечивают возможности накопления холода.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении эффективности охлаждения хладоносителя и упрощении конструкции устройства для осуществления охлаждения и аккумуляции холода без применения внешних источников энергии.

Сущность изобретения заключается в достижении упомянутого технического результата в радиационно-конвекционном способе охлаждения жидкости, в котором жидкий хладоноситель помещают во внутреннюю полость радиатора-излучателя с возможностью самопроизвольного истечения хладоносителя за счет конвекции через канал, размер которого обеспечивает протекание хладоносителя без капиллярных явлений в накопительную емкость, которую располагают ниже радиатора-излучателя.

Возможен вариант, при котором накопительную емкость соединяют с радиатором-излучателем дополнительным каналом с аналогичными параметрами, причем по одному каналу происходит отток охлажденного хладоносителя из внутренней полости радиатора-излучателя в накопительную емкость, а по другому - приток более теплого хладоносителя из накопительной емкости во внутреннюю полость радиатора-излучателя.

Упомянутый технический результат достигается также в устройстве для радиационно-конвекционного охлаждения жидкости, которое содержит радиатор-излучатель, внутренняя полость которого связана с расширительным бачком и накопительной емкостью, при этом накопительная емкость связана с внутренней полостью радиатора-излучателя каналом с возможностью самопроизвольного перетока хладоносителя за счет конвекции, а канал для связи внутренней полости радиатора-излучателя и накопительной емкости выполнен с возможностью обеспечения протекания хладоносителя по нему без капиллярных явлений.

Возможен вариант выполнения устройства, в котором внутренняя полость радиатора-излучателя связана с накопительной емкостью дополнительным каналом, имеющим аналогичные характеристики, причем по одному каналу происходит отток охлажденного хладоносителя из внутренней полости радиатора-излучателя в накопительную емкость, а по другому - приток более теплого хладоносителя из накопительной емкости во внутреннюю полость радиатора-излучателя.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено устройство для охлаждения жидкости; а на фиг.2 - график зависимости плотности хладоносителя от температуры (см., например, В.Ф. Дерпгольц. Мир воды. Изд. “Недра”, 1979 г.).

Устройство для радиационно-конвекционного охлаждения жидкости содержит емкость для жидкого хладоносителя 1, теплоизолированную от внешней среды для уменьшения потерь накопленного холода, радиатор-излучатель 2, представляющий собой пластину с полостью внутри, расположенную выше емкости 1, соединительные трубки 3, 4, заливные и сливные краны 5, расширительный бак 6, экран 7.

Радиационно-конвекционный способ охлаждения жидкости осуществляют следующим образом.

После монтажа согласно фиг.1 так, чтобы нижний край внутренней полости радиатора-излучателя 2 был соединен трубкой 3 с нижней точкой емкости 1, а верхний край указанной полости - трубкой 4 с верхней точкой емкости 1, устройство заполняется жидким хладоносителем. В вечерне-ночное время радиатор-излучатель теряет энергию за счет излучения в черное небо (в открытое пространство). При охлаждении во внутренней полости радиатора-излучателя 2 плотность жидкости увеличивается (фиг.2) и по соединительной трубке 3 опускается в нижнюю часть емкости 1, вытесняя оттуда более теплую жидкость, имеющую меньшую плотность (фиг.2), которая из верхней части указанной емкости по соединительной трубке 4 попадает в радиатор-излучатель 2. Этот процесс продолжается до тех пор, пока энергетический баланс охлаждения за счет излучения и нагревания за счет поглощения тепловой энергии радиатором-излучателем 2 не сместится в сторону нагрева, либо пока вся жидкость в системе не охладится либо до потери текучести (замерзания), или в случае использования пресной воды в качестве хладоносителя до температуры +4°С, при которой вода имеет максимальную плотность (фиг.2).

Как показывают расчеты, в соответствии с законом Стефана-Больцмана, мощность излучения с 1 м² составит для температуры около 20°С примерно 350 Вт (без учета потерь). Таким образом, площади радиатора-излучателя 1 м² достаточно, чтобы охладить до 20 л воды на 14 градусов за один час темного времени. Так как при нагревании радиатора-излучателя (в светлое время суток или в других неблагоприятных условиях) конвекция останавливается, то при следующей возможности охлаждения радиатора-излучателя процесс охлаждения жидкого хладоносителя начинается с той температуры, на которой этот процесс был остановлен. Таким образом, количество полученного холода интегрируется и аккумулируется в накопительной емкости.

Для эффективного охлаждения радиатора-излучателя он должен иметь свойства, максимально улучшающие условия излучения (например, иметь излучающую поверхность черного цвета). Кроме того, он должен быть защищен от нагрева тепловым излучением окружающих предметов, в том числе поверхности земли (например, экраном 7).

В связи с тем, что потери тепла или холода в трубках 3, 4 могут быть сделаны малыми, радиатор-излучатель с экраном может быть отнесен по горизонтали от емкости на некоторое расстояние.

Формула изобретения

1. Радиационно-конвекционный способ охлаждения жидкости и накопления холода, заключающийся в том, что жидкий хладоноситель помещают во внутреннюю полость радиатора-излучателя с возможностью самопроизвольного истечения хладоносителя за счет конвекции через канал, размер которого обеспечивает протекание хладоносителя без капиллярных явлений, в накопительную емкость, которую располагают ниже радиатора-излучателя.

2. Способ по п.1, заключающийся в том, что накопительную емкость соединяют с радиатором-излучателем дополнительным каналом с аналогичными параметрами, причем по одному каналу происходит отток охлажденного хладоносителя из внутренней полости радиатора-излучателя в накопительную емкость, а по другому - приток более теплого хладоносителя из накопительной емкости во внутреннюю полость радиатора-излучателя.

3. Устройство для радиационно-конвекционного охлаждения жидкости, характеризующееся тем, что оно содержит радиатор-излучатель, внутренняя полость которого связана с расширительным бачком и накопительной емкостью, при этом накопительная емкость связана с внутренней полостью радиатора-излучателя каналом с возможностью самопроизвольного перетока хладоносителя за счет конвекции, а канал для связи внутренней полости радиатора-излучателя и накопительной емкости выполнен с возможностью обеспечения протекания хладоносителя по нему без капиллярных явлений.

4. Устройство по п.3, характеризующееся тем, что внутренняя полость радиатора-излучателя связана с накопительной емкостью дополнительным каналом с аналогичными параметрами, причем по одному каналу происходит отток охлажденного хладоносителя из внутренней полости радиатора-излучателя в накопительную емкость, а по другому - приток более теплого хладоносителя из накопительной емкости во внутреннюю полость радиатора-излучателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2