Круглогодичное охлаждающее устройство на основе использования холодного наружного воздуха

Предлагаемое решение предназначено для использования в пищевой, строительной и сельскохозяйственной промышленности, которые могут являться потребителями аккумулированного холода. Технический результат заключается в повышении степени надежности и эффективности. Технический результат достигается тем, что: круглогодичное охлаждающее устройство на основе использования холодного наружного воздуха, включающее аккумулятор холода с системой накопления холода при температуре окружающего воздуха ниже температуры охлаждения, охлаждения, приточную и вытяжные трубы воздушной охлаждающей системы (ОС), теплообменник, расположенный в теплом помещении, характеризуется тем, что содержит водяную охлаждающую систему, включающую погружной насос, нагнетательную трубу водяной ОС, соединяющий через кран погружной насос с теплообменником, сливную трубу водяной ОС, верхний конец которой соединен через кран с теплообменником, а нижний открытый конец опущен в подземный резервуар, служащий аккумулятором холода, к теплообменнику также присоединены приточная и вытяжная трубы воздушной ОС через соответствующие вентили, причем входное отверстие приточной трубы расположено ниже выходного окна вытяжной трубы. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое решение предназначено для использования в пищевой, строительной и сельскохозяйственной промышленности, которые могут являться потребителями аккумулированного холода.

В многочисленных малых предприятиях, перерабатывающих молочную продукцию, овощи, ягоды и т.д., значительную часть затрат составляют расходы на электрическую энергию для производства холода.

Известно «Устройство теплообмена жидкостей и газов» RU 2517844 [1], включающее как минимум одну теплообменную конструкцию, которую располагают ниже поверхности земли, в нижней части теплообменной конструкции содержится подземный резервуар, выше подземного резервуара расположен водяной теплообменник для использования в теплое время года, погружной насос, расположенный в теплое время года на дне корпуса центральной замораживающей установки, с нагнетающим шлангом, соединенным с входом водяного теплообменника, и сливной шланг, соединенный с выходом водяного теплообменника и резервуаром.

Недостатком известного способа является низкая эффективность, сезонность функционирования устройства, сложность технологии и оборудования для создания подземного резервуара методом размыва мерзлых грунтов водой через скважину, а также невозможность устройства подземных аккумуляторов холода в дисперсных грунтах малой мощности.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «Комбинированная система витринного шкафа с естественным источником холода для охлаждения» CN 104613706 [2], включающая аккумулятор холода с системой накопления холода при температуре окружающего воздуха ниже температуры охлаждения, воздухозаборник, вентилятор, выхлопную трубу, теплообменник.

Известный способ позволяет охлаждать теплообменник в холодное время непосредственно холодным внешним воздухом, что повышает эффективность устройства.

К недостаткам способа относится работа только в холодное время гола, низкая степень надежности и энергоэффективности.

Технический результат повышение степени надежности и эффективности.

Технический результат достигается тем, что: круглогодичное охлаждающее устройство на основе использования холодного наружного воздуха, включающее аккумулятор холода с системой накопления холода при температуре окружающего воздуха ниже температуры охлаждения, приточную и вытяжные трубы воздушной охлаждающей системы (ОС), теплообменник, расположенный в теплом помещении, характеризуется тем, что содержит водяную охлаждающую систему для летнего охлаждения, включающую погружной насос, нагнетательную трубу водяной ОС, соединяющую через кран погружной насос с теплообменником, сливную трубу водяной ОС, верхний конец которой соединен через кран с теплообменником, а нижний открытый конец опущен в подземный резервуар, служащий аккумулятором холода, к теплообменнику также присоединены приточная и вытяжная трубы воздушной ОС для зимнего охлаждения, через соответствующие вентили, причем входное отверстие приточной трубы расположено ниже выходного окна вытяжной трубы.

Аккумулятор холода в виде подземного резервуара может представлять собой котлован, расположенный в верхней части массива многолетнемерзлых грунтов, заполненный водой для предупреждения выпучивания его кровли в зимнее время, заполненный водой не более, чем на 0,9 его высоты, что существенно повысит эффективность устройства по соотношению затрат на сооружение к производительности и предотвратит разрушение кровли котлована при замерзании воды, что позволит повысить надежность.

Аккумулятор холода может иметь минимум одну воздушную теплообменную конструкцию, соединенную с приточной и вытяжной трубами замораживающего устройства, причем вытяжная труба возвышается над поверхностью земли на 3-5 м. В простейшем виде теплообменная конструкция может представлять горизонтальную теплообменную трубу, с концами которой соединены приточная и вытяжная трубы соответственно. Указанное выполнение позволит дополнительно повысить энергоэффективность благодаря возможности аккумулятора холода автоматически накапливать холод посредством конвекции при температуре окружающего воздуха ниже температуры воды в аккумуляторе, например, при низких ночных температурах даже при относительно теплом времени года без затрат на прокачку атмосферного воздуха через теплообменники.

Теплообменник может устанавливаться в холодильной камере, что позволит упростить устройство охлаждения продукции, тем самым повысив его надежность и эффективность.

Боковые стенки и кровля котлована могут быть закреплены, а пространство между креплением кровли и уровнем поверхности земли заполнено грунтом, что позволит соорудить эффективное и надежное устройство аккумулятора холода.

Надземные части нагнетательной и сливной труб водяной охлаждающей системы могут быть теплоизолированы, что уменьшит потери холода в летнее время.

Устройство действует следующим образом:

Предлагаемое устройство схематически показано на чертеже,

где:

1 - холодильная камера;

2 - сливная труба водяной ОС;

3 - приточная труба воздушной ОС;

4 - нагнетательная труба водяной ОС;

5 - вытяжная труба воздушной ОС;

6 - теплое помещение;

7 - вентиль на вытяжной трубе воздушной ОС;

8 - кран на нагнетательной трубе водяной ОС;

9 - вентиль на приточной трубе воздушной ОС;

10 - кран на сливной трубе водяной ОС;

11 - теплообменник;

12 - дверца холодильной камеры;

13 - приточная труба замораживающего устройства котлована;

14 - перекрытие котлована;

15 - балки перекрытия;

16 - боковая обшивка котлована;

17 - стойки крепления котлована;

18 - котлован;

19 - воздушная замораживающая труба;

20 - кожух;

21 - нагнетательная труба водяной ОС;

22 - погружной насос;

23 - водопропускное окно на кожухе;

24 - вытяжная труба замораживающего устройства котлована;

25 - насыпной грунт;

26 - граница сезонного протаивания.

Воздушная ОС включает теплоизолированную холодильную камеру 1 с дверцей 12, расположенную в теплом помещении 6, теплообменник 11, закрепленный к потолочине холодильной камеры, приточную теплоизолированную трубу 3, один конец которой присоединен к теплообменнику, а другой выведен за пределы помещения, вытяжную трубу 5, один конец которой присоединен к теплообменнику, а другая теплоизолированная часть выведена также за пределы помещения, располагается вертикально на наружной поверхности стены помещения, высота этой части трубы 3-5 м. Воздуховоды снабжены вентилями 7 и 9.

Водяная ОС включает подземный аккумулятор холода в виде котлована 18, заполненного водой не более 0,9 его высоты и расположенного в верхней части массива многолетнемерзлых грунтов, закрепленного с боков и сверху перекрытием котлована 14, балками перекрытия 15, боковой обшивкой котлована 16, стойками крепления котлована 17, пространство между креплением кровли котлована и уровнем поверхности земли заполнено грунтом 25, как минимум одну горизонтально расположенную в середине высоты котлована воздушную замораживающую трубу 19 с вертикальными приточной трубой 13, верхний конец которой располагается выше максимальной высоты снежного покрова и вытяжной трубой 24, надземная теплоизолированная часть которой возвышается над поверхностью земли на 3-5 м. Граница сезонного протаивания 26. В середине котлована вертикально расположен трубчатый кожух 20 с водопропускными окнами 23 на уровне поверхности воды в котловане. Водяная охлаждающая циркуляционная система состоит из погружного насоса 22, расположенного в летнее время на дне кожуха, нагнетательной трубы, например, в виде гибкого шланга 21, соединенного одним концом с погружным насосом, другим с теплообменником, сливной трубы, верхний конец которой присоединен к теплообменнику, а нижний конец опущен в подземный резервуар и располагается выше поверхности льда. Надземные части нагнетательной и сливной труб теплоизолированы и снабжены кранами 8 и 10.

Устройство работает следующим образом. В холодное время года краны водяной ОС 8 и 10 закрыты, а вентили воздушной ОС 7 и 9 открыты. Вследствие большей плотности холодного атмосферного воздуха, чем плотность более теплого воздуха в вытяжной трубе 3 происходит беспрерывное конвективное движение холодного воздуха через последовательно соединенные приточную трубу 3, теплообменник 11 и вытяжную трубу 5, охлаждая продукт в холодильной камере 1. В этот же период происходит замораживание воды в подземном котловане 18 под действием холодного воздуха, движущегося по приточной трубе 13, замораживающей трубе 19 и вытяжной трубе 24. Конвективное движение холодного воздуха по замораживающей системе происходит, пока температура наружного воздуха не сравняется с температурой льда в котловане.

Перед прекращением охлаждающей способности воздушной ОС вследствие повышения температуры атмосферного воздуха в котлован 18 заливают воду, количество которой определяется максимальным падением уровня воды в котловане при таянии льда к концу сезона работы водяной ОС. В кожух 20 опускают погружной насос 22 с присоединенным к нему нагнетательной трубе (шлангом) 21, закрывают вентили 7 и 9, открывают краны 8 и 10 водяной ОС и включают погружной насос 22. В конце теплого периода года воду из кожуха 20 откачивают до снижения уровня воды в котловане 18 до нижнего края водопропускных окон 23 на кожухе 20, погружной насос 22 из кожуха извлекают на поверхность, краны на водоводах 8 и 10 закрывают, а вентили на воздуховодах 7 и 9 открывают. Управление за температурой воздуха в холодильной камере 1 осуществляют в летнее время с помощью крана 8 или 10, в зимнее время с помощью вентиля 7 или 9. В дальнейшем циклы работы воздушной и водяной ОС повторяются.

Технический результат повышение степени надежности и энергоэффективности достигается заменой системы с вентиляторной подачей холодного воздуха на систему с конвективным движением холодного воздуха, а в летнее время подачей жидкого теплоносителя - воды насосом, что существенно уменьшает энергозатраты на перемещение теплоносителя. Расположение входного отверстия приточной трубы ниже выходного окна вытяжной трубы позволит организовать естественную циркуляцию охлаждающего воздуха, что приведет к повышению надежности и эффективности устройства в целом.

Промышленная применимость. Предлагаемое устройство может осуществляться посредством известных и широко распространенных приемов.

1. Круглогодичное охлаждающее устройство на основе использования холодного наружного воздуха, включающее аккумулятор холода с системой накопления холода при температуре окружающего воздуха ниже температуры охлаждения, приточную и вытяжные трубы воздушной охлаждающей системы (ОС), теплообменник, расположенный в теплом помещении, отличающееся тем, что содержит водяную охлаждающую систему, включающую погружной насос, нагнетательную трубу водяной ОС, соединяющий через кран погружной насос с теплообменником, сливную трубу водяной ОС, верхний конец которой соединен через кран с теплообменником, а нижний открытый конец опущен в подземный резервуар, служащий аккумулятором холода, к теплообменнику также присоединены приточная и вытяжная трубы воздушной ОС через соответствующие вентили, причем входное отверстие приточной трубы расположено ниже выходного окна вытяжной трубы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что аккумулятор холода в виде подземного резервуара представляет собой котлован, расположенный в верхней части массива многолетнемерзлых грунтов, заполненный водой не более, чем на 0,9 его высоты.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что аккумулятор холода имеет минимум одну воздушную теплообменную конструкцию, соединенную с приточной и вытяжной трубами замораживающего устройства, причем вытяжная труба возвышается над поверхностью земли на 3-5 м.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что теплообменник установлен в холодильной камере.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что надземная часть нагнетательной и сливной трубы водяной охлаждающей системы теплоизолированы.