RU2105940C1 - Device for cooling heat-transfer agent and method of its operation - Google Patents

Abstract

FIELD: heat engineering; cold accumulation plants; supply of cold for air-conditioning systems. SUBSTANCE: device includes heat-insulated casing with cooled reservoir for heat-transfer agent located in its lower portion where evaporator of the refrigerating machine is mounted. Device is provided with appliance for additional chilling of the heat-transfer agent which is provided with coil pipe line located in upper portion of casing and used for connection with heat-transfer system. Pipe line is coaxially arranged inside water distributor provided with calibrated orifices and plates located in lower portion above reservoir forming passages between them for flow of cooling air, baffles for directing the heat-transfer agent on plates being located in upper portion. Casing is divided into two sections. Portion of water distributor located in each section is connected with pipe line through valves. Method of operation of device includes chilling of heat-transfer agent in reservoir and additional chilling on plates located in sections under reservoir by sprinkling them with heat-transfer agent fed from heat-transfer system and supplying the cold atmospheric air between plates. Ice is frozen on plates of one section and ice formed on plates of other section melts and is discharged to cooled reservoir. Chilling of heat-transfer agent in reservoir is effected due to accumulation of cooled heat-transfer agent from one section, melting of thrown ice from other section and/or extraction of heat by evaporator of refrigerating machine. For freezing ice, sprinkling the plates is effected at definite density. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретения относятся к теплотехнике, к устройствам и способам работы систем холодобеспечения кондиционирования воздуха, а именно к устройствам для охлаждения теплоносителя (термотрансформаторам) и способам работы устройств для охлаждения теплоносителя (термотрансформаторов). The invention relates to heat engineering, to devices and methods of operation of air conditioning cold supply systems, namely, devices for cooling a heat carrier (thermal transformers) and methods of operation of devices for cooling a heat carrier (thermal transformers).

Известна холодильная установка, содержащая циркуляционный контур хладагента с компрессором, конденсатором, дросселем и змеевиковым испарителем, контур циркуляции хладоносителя с насосом и аккумулятором холода с внутренним и наружным кожухом [1]
Ее недостатком является малая эффективность использования холода окружающей среды.Known refrigeration unit containing a refrigerant circulation circuit with a compressor, a condenser, a choke and a coil evaporator, a refrigerant circulation circuit with a pump and a cold accumulator with an inner and outer casing [1]
Its disadvantage is the low efficiency of using the cold environment.

Наиболее близкими аналогами по технической сущности и решаемой задаче являются установки для аккумулирования холода и способ ее работы [2] Эта установка и способ ее работы, предназначенные для охлаждения теплоносителя, приняты за прототипы. The closest analogues to the technical nature and the problem to be solved are installations for accumulating cold and the method of its operation [2] This installation and method of its operation, designed to cool the coolant, are taken as prototypes.

Известно устройство для охлаждения теплоносителя, содержащее теплоизолированный корпус, охлаждаемую емкость для теплоносителя, холодильную машину [2]
Известен способ работы устройства для охлаждения теплоносителя, предусматривающий захолаживание его в емкости [2]
Известные устройство и способ частично лишены недостатков предыдущего аналога, но еще мала эффективность использования холода окружающей среды за счет большой разности температур (15^oC) между холодным воздухом и теплоносителем при передаче теплоты через стенку.A device for cooling a coolant containing a thermally insulated body, a cooled tank for a coolant, a refrigerating machine [2]
A known method of operation of a device for cooling a coolant, providing for cooling it in a tank [2]
The known device and method is partially devoid of the disadvantages of the previous analogue, but the efficiency of using the cold environment is still low due to the large temperature difference (15 ^o C) between the cold air and the coolant when transferring heat through the wall.

Целью изобретений является расширение температурного диапазона использования холода окружающей среды. The aim of the invention is to expand the temperature range of use of the cold environment.

Указанная цель достигается тем, что известное устройство для охлаждения теплоносителя, содержащее теплоизолированный корпус, охлаждаемую емкость для теплоносителя, холодильную машину, снабжено средством для дополнительного захолаживания теплоносителя, содержащим подсоединенный к теплообменной системе и расположенный в верхней части корпуса змеевиковый трубопровод, коаксиально размещенный внутри водораспределителя с калиброванными отверстиями, имеющего в нижней части расположенные над емкостью пластины, установленные с образованием между ними каналов для прохода охлаждающего воздуха, а в верхней части - отражатели для направления теплоносителя на пластины, при этом корпус разделен на две секции и участок водораспределителя, размещенный в каждой из них, связан с трубопроводом через вентили для регулирования подачи теплоносителя на пластины, причем испаритель холодильной машины установлен в охлаждаемой емкости. This goal is achieved by the fact that the known device for cooling the heat carrier, comprising a thermally insulated body, a cooled tank for the heat carrier, a refrigerating machine, is provided with means for additional cooling the heat carrier, comprising a coil pipe connected to the heat exchange system and located in the upper part of the body coaxially located inside the water distributor with calibrated holes having, in the lower part, plates located above the container, mounted to form between them channels for the passage of cooling air, and in the upper part there are reflectors for directing the coolant into the plates, while the casing is divided into two sections and a section of the water distributor located in each of them is connected to the pipeline through valves to regulate the flow of coolant to the plates, moreover, the evaporator of the chiller is installed in a refrigerated container.

Указанная цель достигается тем, что известный способ работы устройства для охлаждения теплоносителя, предусматривающий захолаживание его в емкости, дополнительно снабжен захолаживанием теплоносителя на расположенных над емкостью пластинах путем орошения их теплоносителем и подачи между пластинами холодного атмосферного воздуха, при этом осуществляют параллельно намораживание теплоносителя на пластинах с образованием льда в одной секции корпуса и плавление ранее образованного льда и сброс его в емкость с пластин другой секции, а захолаживание теплоносителя в емкости обеспечивают за счет сбора охлажденного теплоносителя и/или отбора теплоты испарителем холодильной машины, а также тем, что намораживание льда на пластинах производят при плотности орошения их в пределах 0,1 2 кг/м²•ч).This goal is achieved by the fact that the known method of operation of the device for cooling the coolant, providing for cooling it in the tank, is additionally equipped with cooling the coolant on the plates located above the tank by irrigating them with the coolant and supplying cold atmospheric air between the plates, while simultaneously freezing the coolant on the plates with the formation of ice in one section of the body and the melting of the previously formed ice and its discharge into the tank from the plates of another section, and cooling of the coolant in the tank is ensured by collecting the cooled coolant and / or taking heat by the evaporator of the refrigerating machine, as well as by the fact that ice is frozen on the plates at a density of irrigation within 0.1 2 kg / m ² • h).

На фиг. 1 изображена схема устройства для охлаждения теплоносителя (воды), подключенного к системе кондиционирования воздуха; на фиг. 2 схема трубопроводов, размещенных в верхней части корпуса, в плане. In FIG. 1 shows a diagram of a device for cooling a heat carrier (water) connected to an air conditioning system; in FIG. 2 diagram of pipelines located in the upper part of the housing, in plan.

Устройство для охлаждения теплоносителя (см. фиг. 1 и 2) содержит емкость 1 с теплоносителем и с расположенным в ней испарителем 2, соединенным с холодильной машиной, расположенной снаружи емкости (на фиг. 1 холодильная машина не показана), фильтр 3, подключенный к насосу 4, который через вентиль 5 соединен с входом испарителя-теплообменника 6, выход которого через вентиль 7 соединен со змеевиковым трубопроводом 8, проходящим внутри водораспределителей 9, которые через две пары параллельно включенных вентилей регулирующего 10 и соленоидного 11 подключен, соответственно, к объединителям 12 левой и правой секций устройства для охлаждения теплоносителя, отражатели-отбойники 13 для уменьшения уноса влаги, причем водораспределители 9 имеют ряд калиброванных отверстий в верхней части напротив отражателей 13, расположенных по длине распределителей, а в нижней - насадки-пластины 14, подсоединенные также по длине распределителей 9, используемые в качестве каналов для теплоносителя, трубопровод 15 подачи теплоносителя в испаритель 6, жалюзи 16, вентиляторы 17, вентили 18 и 19, которые создают дополнительный контур при отключении испарителя-теплообменника 6, левая и правая секции устройства для охлаждения теплоносителя отделены перегородкой 20 и обе секции заключены в корпус 21, каналы для прохода холодного воздуха 22. A device for cooling a heat carrier (see Figs. 1 and 2) contains a tank 1 with a heat carrier and an evaporator 2 located in it, connected to a refrigeration machine located outside the tank (a refrigeration machine is not shown in Fig. 1), a filter 3 connected to pump 4, which through valve 5 is connected to the inlet of the evaporator-heat exchanger 6, the output of which through valve 7 is connected to a coil pipe 8 passing inside the water distributors 9, which through two pairs of parallel connected valves of the regulating 10 and solenoid 11 sub , respectively, to the combiners 12 of the left and right sections of the device for cooling the coolant, reflector bumpers 13 to reduce moisture entrainment, and the water distributors 9 have a number of calibrated holes in the upper part opposite to the reflectors 13 located along the length of the distributors, and in the bottom - plates 14, also connected along the length of the distributors 9, used as channels for the coolant, a pipe 15 for supplying the coolant to the evaporator 6, shutters 16, fans 17, valves 18 and 19, which create additional when disconnecting the evaporator-heat exchanger 6, the left and right sections of the device for cooling the coolant are separated by a partition 20 and both sections are enclosed in a housing 21, channels for the passage of cold air 22.

Средство для дополнительного захолаживания теплоносителя состоит из подсоединенного к теплообменной системе и расположенного в верхней части корпуса змеевикового трубопровода 8, коаксиально размещенного внутри водораспределителей 9 с калиброванными отверстиями, имеющих в нижней части расположенные над емкостью 1 пластины 14, установленные с образованием между ними каналов 22 для прохода охлаждающего воздуха, а в верхней части отражатели 13 для направления теплоносителя на пластины 14, при этом корпус 21 разделен на две секции перегородкой 20 и участок водораспределителей, размещенный в каждой из них, связан с трубопроводом 8 через вентили 10 и 11 для регулирования подачи теплоносителя на пластины 14, причем испаритель 2 холодильной машины установлен в охлаждаемой емкости 1. The means for additional cooling of the coolant consists of a coil pipe 8 connected to the heat exchange system and located in the upper part of the casing, coaxially placed inside the water distributors 9 with calibrated holes, with plates 14 located above the capacity 1 in the lower part and arranged to form passage channels 22 between them cooling air, and in the upper part reflectors 13 for directing the coolant to the plates 14, while the housing 21 is divided into two sections of the partition 20 and water distributor portion provided in each of them is connected to the conduit 8 through valves 10 and 11 for controlling the supply of coolant to the plate 14, and the chiller evaporator 2 is installed in a refrigerated container 1.

Способ работы устройства для охлаждения теплоносителя осуществляется в трех режимах: 1 температура воздуха в охлаждаемом помещении не ниже температуры окружающего воздуха; 2 температура окружающего воздуха находится в пределах от минус 1^oC до температуры воздуха в охлаждаемом помещении; 3 температура окружающего воздуха ниже минус 1^oC.The method of operation of the device for cooling the coolant is carried out in three modes: 1 the air temperature in the refrigerated room is not lower than the ambient temperature; 2 ambient temperature is in the range from minus 1 ^o C to the air temperature in the refrigerated room; 3 ambient temperature below minus 1 ^o C.

Режим 1. Вентили 7 и 18 закрыты, вентили 5 и 19 открыты. Работает холодильная машина, и испаритель 2 охлаждает теплоноситель в емкости 1. Вентиляторы 17 выключены. Насос 4 прокачивает теплоноситель через испаритель 6 и емкость 1. Этот режим исключает использование холода окружающей среды. Mode 1. Gates 7 and 18 are closed, valves 5 and 19 are open. The chiller is operating, and the evaporator 2 cools the coolant in the tank 1. The fans 17 are turned off. The pump 4 pumps the coolant through the evaporator 6 and the tank 1. This mode eliminates the use of cold environment.

Режим 2. Вентили 5, 7 и 10 открыты, вентили 18 и 19 закрыты. Работают вентиляторы 17, и холодильная машина охлаждает теплоноситель с помощью испарителя 2. Насос 4 через фильтр 3 забирает холодный теплоноситель из емкости 1 (см. фиг. 1 и 2) и подает его через вентиль 5 в испаритель 6, где теплоноситель нагревается и далее по змеевиковому трубопроводу 8, проходящему внутри распределителей 9, через установленные параллельно регулирующие вентили 10 и соленоидные вентили 11 (оба открыты) в объединители 12, а затем через калиброванные отверстия в верхней части объединителей 12 на отражатели 13 и далее на пластины 14 и в каналы 22 для прохода холодного воздуха. Теплый теплоноситель охлаждается холодным воздухом в змеевиковом трубопроводе 8, в объединителях 12 и распределителях 9, а затем на пластинах 14 и в каналах 22 для холодного воздуха. Отражатели 13 снижают унос теплоносителя потоком воздуха. Обе секции устройства для охлаждения теплоносителя работают непрерывно в одинаковых режимах. Частично охлажденный теплоноситель под действием сил тяжести попадает в емкость 1, где испарителем 2 холодильной машины доохлаждается до заданного температурного уровня теплоносителя, подаваемого в испаритель 6. Mode 2. Gates 5, 7 and 10 are open, valves 18 and 19 are closed. Fans 17 are operating, and the chiller is cooling the coolant using the evaporator 2. Pump 4 through the filter 3 picks up the coolant from the tank 1 (see Fig. 1 and 2) and feeds it through the valve 5 to the evaporator 6, where the coolant is heated and then the coil pipe 8 passing inside the valves 9, through parallel mounted control valves 10 and solenoid valves 11 (both open) into the combiners 12, and then through the calibrated holes in the upper part of the combiners 12 to the reflectors 13 and further to the plates 14 and channels 22 for the passage of cold air. The warm coolant is cooled by cold air in the coil pipe 8, in the combiners 12 and distributors 9, and then on the plates 14 and in the channels 22 for cold air. Reflectors 13 reduce the ablation of the coolant by the air flow. Both sections of the device for cooling the coolant operate continuously in the same modes. Partially cooled coolant under the action of gravity enters the tank 1, where the evaporator 2 of the chiller is cooled to a predetermined temperature level of the coolant supplied to the evaporator 6.

В режиме 2 холод окружающего воздуха используется частично, снижая затраты энергии на выработку холода, потребляемого при кондиционировании. Использование контактного теплообмена, обеспеченного отличительными признаками, расширяет на 5-10^oC использование холода окружающего воздуха.In mode 2, the ambient cold is partially used, reducing the energy costs of producing the cold consumed during conditioning. The use of contact heat transfer, provided by distinctive features, extends the use of cold ambient air by 5-10 ^o C.

Режим 3. Отличается от режима 2 более низкими температурами окружающего воздуха, управлением соленоидными вентилями 11 с помощью реле времени (на фиг. 1 и 2 не показано) для обеспечения смены расхода воды через распределители 9 секций через заданный период времени. Длительность постоянного расхода воды и плотность орошения пластин 14 устанавливаются экспериментально. Опытами установлена плотность орошения пластин 14 регулированием расхода теплоносителя через вентиль 11 при закрытом соленоидном вентиле 10 в пределах 0,1 2 кг/м²•ч. Доохлаждение теплоносителя в емкости 1 с помощью испарителя 2 холодильной машины минимально или отсутствует.Mode 3. It differs from mode 2 in lower ambient temperatures, by controlling solenoid valves 11 using a time relay (not shown in FIGS. 1 and 2) to ensure a change in water flow through the distributors of 9 sections after a specified period of time. The duration of the constant flow of water and the irrigation density of the plates 14 are established experimentally. The experiments established the irrigation density of the plates 14 by controlling the flow rate of the coolant through the valve 11 with the solenoid valve 10 closed within 0.1 2 kg / m ² • h. Post-cooling of the coolant in the tank 1 using the evaporator 2 of the chiller is minimal or absent.

Защита от замерзания теплоносителя в трубопроводах обеспечена размещением змеевикового трубопровода 8 внутри распределителей 9, постоянным расходом теплоносителя через змеевиковый трубопровод 8 и вентили 10, размещением трубопроводов внутри теплоизолированного корпуса 21, регулированием расхода холодного воздуха через жалюзи 16 и отключением вентиляторов 17 при непрерывной циркуляции теплоносителя через испаритель 6. Protection against freezing of the coolant in the pipelines is ensured by placing the coil pipe 8 inside the distributors 9, a constant flow of coolant through the coil pipe 8 and valves 10, by placing the pipelines inside the insulated housing 21, by regulating the flow of cold air through the shutters 16 and by turning off the fans 17 during continuous circulation of the coolant through the evaporator 6.

Устройство для охлаждения теплоносителя работает в режиме 3 следующим образом. Насос 4 забирает охлажденный теплоноситель из емкости 1 и по трубопроводу 15 через вентиль 5 подает в испаритель 6, где теплоноситель нагревается. Затем через вентиль 7, змеевиковый трубопровод 8 и вентили 10 теплоноситель подается в объединители 12 и распределители 9, а затем через калиброванные отверстия на пластины 14. При этом в левой секции соленоидный вентиль 11 закрыт, а в правой открыт. Поэтому в правой секции плотность орошения поддерживается на уровне, обеспечивающем плавление намороженного льда при обдувании пластины 14 холодным воздухом и падение льда с пластин в емкость 1 под действием сил тяжести. В левой секции плотность орошения обеспечивает намораживание льда на пластины 14. После намораживания заданной массы льда или по истечении заданного периода времени реле времени закрывает соленоидный вентиль 11 в левой секции и открывает соленоидный вентиль в правой секции. Процесс повторяется непрерывно в указанной последовательности. A device for cooling the coolant operates in mode 3 as follows. The pump 4 takes the cooled coolant from the tank 1 and through the pipe 15 through the valve 5 delivers to the evaporator 6, where the coolant is heated. Then, through the valve 7, the coil pipe 8 and the valves 10, the coolant is supplied to the combiners 12 and the distributors 9, and then through the calibrated holes to the plates 14. In this case, the solenoid valve 11 is closed in the left section and open in the right one. Therefore, in the right section, the irrigation density is maintained at a level that ensures the melting of frozen ice when the plate 14 is blown with cold air and the ice falls from the plates into the container 1 under the action of gravity. In the left section, the irrigation density ensures freezing of ice on the plate 14. After freezing a given mass of ice or after a specified period of time, the time relay closes the solenoid valve 11 in the left section and opens the solenoid valve in the right section. The process is repeated continuously in the indicated sequence.

За счет контактного теплообмена жидкого и твердого теплоносителей, а также воздуха с жидким и твердым теплоносителем, обеспеченного отличительными признаками устройства и способа работы, расширяется на 10-15^oC использование холода окружающего воздуха.Due to contact heat transfer of liquid and solid heat carriers, as well as air with liquid and solid heat carriers, provided by the hallmarks of the device and method of operation, the use of ambient air cold is expanded by 10-15 ^o C.

Claims (3)

1. Устройство для охлаждения теплоносителя, содержащее теплоизолированный корпус, охлаждаемую емкость для теплоносителя, холодильную машину, отличающееся тем, что устройство снабжено средством для дополнительного захолаживания теплоносителя, содержащим подсоединенный к теплообменной системе и расположенный в верхней части корпуса змеевиковый трубопровод, коаксиально размещенный внутри водораспределителя с калиброванными отверстиями, имеющего в нижней части расположенные над емкостью пластины, установленные с образованием между ними каналов для прохода охлаждающего воздуха, а в верхней части отражатели для направления теплоносителя на пластины, при этом корпус разделен на две секции и участок водораспределителя, размещенный в каждой из них, связан с трубопроводом через вентили для регулирования подачи теплоносителя на пластины, причем испаритель холодильной машины установлен в охлаждаемой емкости. 1. A device for cooling a heat carrier, comprising a thermally insulated body, a cooled tank for heat carrier, a refrigerating machine, characterized in that the device is provided with means for additional cooling the heat carrier, comprising a coil pipe connected to the heat exchange system and located in the upper part of the housing coaxially located inside the water distributor with calibrated holes having, in the lower part, plates located above the container, mounted to form between channels for the passage of cooling air, and in the upper part there are reflectors for directing the coolant into the plates, while the body is divided into two sections and a section of the water distributor located in each of them is connected to the pipeline through valves to regulate the flow of coolant to the plates, and the refrigeration evaporator The machine is installed in a refrigerated container. 2. Способ работы устройства для охлаждения теплоносителя, предусматривающий захолаживание его в емкости, отличающийся тем, что дополнительно производят захолаживание теплоносителя на расположенных в секциях над емкостью пластинах путем орошения их теплоносителем и подачи между пластинами холодного атмосферного воздуха, при этом осуществляют параллельно намораживание теплоносителя на пластины с образованием льда в одной секции корпуса и плавление ранее образованного льда и сброс его в емкости с пластин другой секции, а захолаживание теплоносителя в емкости обеспечивают за счет сбора охлажденного теплоносителя из одной секции, плавления сброшенного льда из другой секции и/или отбора теплоты испарителем холодильной машины. 2. The method of operation of the device for cooling the coolant, providing for cooling it in the tank, characterized in that it further cool down the coolant on the plates located in sections above the tank by irrigating them with coolant and supplying cold atmospheric air between the plates, while simultaneously freezing the coolant on the plates with the formation of ice in one section of the body and the melting of the previously formed ice and dumping it into containers from the plates of another section, and cooling the coolant in the tank is provided by collecting the cooled coolant from one section, melting the discarded ice from another section and / or taking heat by the evaporator of the refrigeration machine. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что намораживание теплоносителя на пластинах с образованием льда производят при плотности орошения их в пределах 0,1 2,0 кг/м²•ч.3. The method according to claim 2, characterized in that the coolant is frozen on the plates with ice formation at an irrigation density of 0.1 to 2.0 kg / m ² • h.

Images