SU1530161A1 - Apparatus for cooling liquid - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к холодильной технике, а именно к устройствам дл  периодического охлаждени  жидкости. Целью изобретени   вл етс  снижение энергозатрат. Аккумул тор 2 заполн ют аккумулирующим веществом, способным образовывать гидраты. Дл  аккумул ции холода включают перемешивающее приспособление 4 и компрессор 13. Хладагент поступает в змеевиковый испаритель 3, размещенный внутри обечайки 5, где происходит теплообмен с аккумулирующим веществом. Аккумулирующее вещество под воздействием перемешивающего приспособлени  4, двига сь через зону секции 12 теплообменника 1, размещенную внутри испарител  3, охлаждаетс  за счет отвода тепла хладагентом и, перелива сь через край обечайки 5, поступает в зону секции 11 теплообменника 1. Образовавшиес  гидраты осаждаютс  на перфорированной перегородке 10. После заполнени  зоны секции 11 гидратами в последнюю подают охлаждаемую жидкость. Происходит теплообмен между жидкостью и гидратами. Температура жидкости понижаетс . Дальнейшее охлаждение жидкости происходит в секции 12 теплообменника 1 за счет теплообмена между этой жидкостью и хладагентом в испарителе 3. 2 ил.The invention relates to refrigeration equipment, namely, devices for periodic cooling of a liquid. The aim of the invention is to reduce energy costs. The accumulator 2 is filled with an accumulating substance capable of forming hydrates. To accumulate cold, a stirring device 4 and a compressor 13 are turned on. The refrigerant enters the coil evaporator 3 located inside the shell 5, where heat exchange with the storage substance takes place. The accumulator under the influence of the mixing device 4, moving through the zone of section 12 of the heat exchanger 1, located inside the evaporator 3, is cooled due to heat removal by the refrigerant and, overflowing through the edge of the shell 5, enters the zone of section 11 of the heat exchanger 1. The hydrates formed are deposited on the perforated septum 10. After filling the zone of section 11 with hydrates, the cooled liquid is supplied to the latter. There is a heat exchange between the liquid and the hydrates. Fluid temperature is dropping. Further cooling of the liquid occurs in section 12 of the heat exchanger 1 due to heat exchange between this liquid and the refrigerant in the evaporator 3. 2 Il.

Description

Bxof ох- лаж аемои жидкости.Bxof cooling amo liquid.

:/ : /

Фиг.}Fig.}

/1/one

Вылод омсинда- емой жи коапиVylod omsindaemyi koapi

СПSP

соwith

ОдOd

5five

ника 1, размещенную внутри испарител  3, охлаждаетс  за счет отвода тепла хладагентом и, перелива сь через край обечайки 5, поступает в зону еек}щи 11 теплообменника 1. Образовавшиес  гидраты осаждаютс  на перфорированной перегородке 10. После заполнени  зоны секции 11 гидратами в последнюю подают охлаждаемую жидкость. Происходит теплообмен между жидкостью и гидратами. Температура жидкости понижаетс . Дальнейшее охлаждение жидкости происходит в секции 12 теплообменника 1 за счет теплообмена между этой жидкостью и хладагентом в испарителе 3. 2 ил.Nick 1, located inside the evaporator 3, is cooled due to heat removal by the refrigerant and, overflowing the edge of the shell 5, enters the zone of her 11 heat exchanger 1. The hydrates formed are deposited on the perforated partition 10. After the zone 11 is filled with hydrates, the latter is fed cooled liquid. There is a heat exchange between the liquid and the hydrates. Fluid temperature is dropping. Further cooling of the liquid occurs in section 12 of the heat exchanger 1 due to heat exchange between this liquid and the refrigerant in the evaporator 3. 2 Il.

Изобретение относитс  к холодильной технике, а именно к устройствам дл  переодического охлаждени  жидкости .The invention relates to refrigeration engineering, in particular, to devices for periodic cooling of a liquid.

Целью изобретени   вл етс  снижение энергозатрат устройства.The aim of the invention is to reduce the power consumption of the device.

На фиг. 1 изображено устройство дл  охлаждени  жидкости с нижним рас- тюложением перемешивающего приспособлени , общий вид; на фиг. 2 - то же, с верхним расположением перемешивающего приспособлени , общий вид. FIG. 1 shows a device for cooling a fluid with a lower loosening of a mixing device, a general view; in fig. 2 - the same, with the upper arrangement of the mixing device, a general view.

Устройство содержит теплообменник 1, аккумул тор 2 холода, холодильную машину со змеевиковым испарителем 3. Аккумул тор 2 снабжен перемешивающим приспособлением Д, обе- чайкой 5, коаксиально установленной в аккумул торе 2 с образованием кольцевого зазора 6 между их стенками и торцевых зазоров 7 между крьш1кой 8 и днищем 9, и перфорированной перегородкой 10 прикрепленной к стенке корпуса аккумул тора 2 и к одному из тор торцов обечайки 5. Внутри обечайки 5 размещен испаритель 3 холодильной машины . При этом теплообменник 1 состо- ит из двух секций 11 и 12, выполненных в виде змеевика, ,одна из которых (секци  11) расположена в кольцевом зазоре 6 между стенками аккумул тора 2 и обечайки 5, а друга  (секци  12) внутри испарител  3. Перфорированна  перегородка 10 и перемешивающее приспособление 4 размещены в зоне соединени  секций 11 и 12 теплообменника 1 .The device contains a heat exchanger 1, a cold battery 2, a refrigerating machine with a coil evaporator 3. The battery 2 is equipped with a mixing device D, a shell 5 coaxially installed in the battery 2 with the formation of an annular gap 6 between their walls and end gaps 7 between the roof 8 and the bottom 9, and a perforated partition 10 attached to the wall of the battery case 2 and to one of the ends of the shell 5. Inside the shell 5 there is an evaporator 3 of the refrigerating machine. The heat exchanger 1 consists of two sections 11 and 12, made in the form of a coil, one of which (section 11) is located in the annular gap 6 between the walls of the battery 2 and the shell 5, and the other (section 12) inside the evaporator 3 The perforated partition 10 and the mixing device 4 are located in the joint zone of the sections 11 and 12 of the heat exchanger 1.

Холодильна  машина устройства дл  охлаждени  жидкости содержит компрессор 13, конденсатор 14, присоединен- ньш через вентиль 15 к входу в змее- виковый испаритель 3.The cooling machine of the liquid cooling device contains a compressor 13, a condenser 14, connected through a valve 15 to an inlet of a serpentine evaporator 3.

В зависимости от свойств используемого аккумулирующего вещества перемешивающее приспособление 4 может быть установленно или в верхней частDepending on the properties of the accumulating substance used, the mixing device 4 can be installed or in the upper part

..

3535

20 2520 25

Q - . Q . Q -. Q.

5050

5555

аккумул тора 2 (фиг. 1), или в его нижней части (фиг. 2).battery 2 (Fig. 1), or in its lower part (Fig. 2).

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Аккумул тор 2 заполн ют аккумулирующим веществом, использующим скрытую теплоту фазовых превращений. В качестве таких веществ могут использоватьс  эвтектические и переэвтектические смеси, кристаллогидраты солей , гидраты различных жидкостей, т.е. материалы на основе фазового перехода кристаллизаци -плавление. При - определенных гидродинамических услови х кристаллы данных материалов в процессе аккумул ции холода могут образовыватьс  в объеме, а не на теп- лообменной поверхности,как, нагфимер, лед. Например, дл  охлаждени  молока могут быть использованы следующие вещества:Battery 2 is filled with an accumulating substance using the latent heat of phase transformations. Eutectic and re-eutectic mixtures, salt hydrates, hydrates of various liquids, i.e. materials based on phase transition crystallization-melting. Under certain hydrodynamic conditions, crystals of these materials in the process of cold accumulation can form in the volume, and not on the heat exchange surface, as nagfimer, ice. For example, the following substances can be used to cool milk:

растворы солей LiClO j (1 8,1 С; теплота плавлени  Д Н- 253 кДж/кг), . 10H2.0/NaCl/, ( 13°С;ЛК 180 кДж/кг);LiClO j salt solutions (1–8.1 ° C; heat of fusion D H – 253 kJ / kg),. 10H2.0 / NaCl /, (13 ° C; LC 180 kJ / kg);

полуклатраты: (СфНа) NCH O-32Н2.0 (tn 12,5°С;ЛН 1.84 кДж/кг), j(,)NCHjC02-32H2 0 (±л ЛН i 209 кДж/кг);hemispheres: (SfNa) NCH O-32N2.0 (tn 12.5 ° C; LN 1.84 kJ / kg), j (,) NCHjC02-32H2 0 (± l LN i 209 kJ / kg);

гидраты хладона II: CClaF 17H;gO (t,, В. &Н 274 кДж/кг); хладона 21 : CHC12.F (-tpft 8,7 С;АН 270 кДж/кг); хлористого этила: 17 (tn, 4,8°(;; &Н 289 кДж/кг) и другие.hydrates of freon II: CClaF 17H; gO (t ,, B. & H 274 kJ / kg); freon 21: CHC12.F (-tpft 8.7 C; AN 270 kJ / kg); ethyl chloride: 17 (tn, 4.8 ° (;; & H 289 kJ / kg) and others.

В период между поступлением охлаждаемой жидкости при отсутствии тепловой нагрузки на секции 11 и 12 теплообменника 1 производ т аккумул цию холода. Дл  этого включают компрессор 13, Хладагент из конденсатора 14 через регулирующий вентиль 15 поступает в испаритель 3, где кипит при температуре , например, 1. С и, испар  сь, отсасываетс  компрессором 13. Одновременно с компрессором 13 включаютIn the period between the entry of the cooled liquid in the absence of heat load on sections 11 and 12 of the heat exchanger 1, cold is accumulated. For this purpose, the compressor 13 is turned on. The refrigerant from the condenser 14 through the control valve 15 enters the evaporator 3, where it boils at a temperature of, for example, 1. C and, evaporated, is sucked out by the compressor 13. At the same time as the compressor 13,

перемешивающее приспособление 4, например , турбинного типа.mixing device 4, for example, turbine type.

Аккумулирующее вещество в расплавленном состо нии или его составные части, например вода и хладон R 11, перемешиваютс  между собой и за счет аксиального движени  вдоль оси аккумул тора 2, создаваемого перемешивающим приспособлением 4, образующа с  смесь поступает из нижней части ак1гу- мул тора 2 в зону секции 12, где охлаждаетс  за счет отвода теплоты кип щим хладагентом, и далее, перелива сь через верхнюю часть обечайки 5, поступает в зону секции 11 теплообменника 1 (фиг. 1). Циркулирующа  смесь води и R 11 охлаждаетс  на 2-4°С ниже равновесной температуры гидратообра- зовани , равной 8,5°С, благодар  эф- фективному теплообмену смеси с секцией 12 за счет турбулизации потока . перемешивающим приспособлением 4. Лри этом R 11,и вода вступают в реакцию образовыва  гидраты, с выделением скрытой теплоты гидратообразовани , отводимой кип щим хладагентом, в испарителе 3. Гидратна  суспензи  (смес воды, R 11 и гидратов), увлекаема  восход щим потоком, поступает в зону секции 11 теплообменника 1, при этом гидраты осаждаютс  на перфорированной перегородке 10, так как плотность гидратов R 11 (дисперсна  фаза) больше плотности воды (дисперсна  среда), а непрореагировавша  смесь R 11 и воды снова поступает в зону секции 12. Постепенно вс  зона секции 11 заполн етс  гидратами.The accumulating substance in the molten state or its constituent parts, for example, water and freon R 11, are mixed together and due to axial movement along the axis of the battery 2 created by the mixing device 4, the mixture formed from the lower part of the battery 2 the zone of section 12, where it is cooled due to the removal of heat by the boiling refrigerant, and then pouring over the upper part of the shell 5, enters the zone of section 11 of the heat exchanger 1 (Fig. 1). The circulating mixture of water and R 11 is cooled 2-4 ° C below the equilibrium hydrate formation temperature of 8.5 ° C, due to the effective heat exchange of the mixture with section 12 due to turbulence in the flow. mixing device 4. This R 11, and the water reacts to form hydrates, releasing the latent heat of hydrate formation discharged by the boiling refrigerant in the evaporator 3. Hydrate suspension (mixture of water, R 11 and hydrates) entrained in the ascending stream in the zone of section 11 of the heat exchanger 1, while the hydrates are deposited on the perforated partition 10, since the density of hydrates R 11 (dispersed phase) is greater than the density of water (dispersed medium), and the unreacted mixture of R 11 and water again enters the zone of section 12. Gradually in The zone of section 11 is filled with hydrates.

В период поступлени  охлаждаемой жидкости, например молока, она подаетс  по трубопроводу в секцию 11 теплообменника 1, контактирующую с образовавшимис  гидратами. Так как температура поступившей жидкости состав- л ет 30-ЗЬ°С, а авновесна  температура существовани  гидратов R 11 в аккумул торе 2 8,, то происходит охлаждение жидкости, например, до температуры 15 С за счет отнимаемой от нее теплоты, идущей на плавление гидратов. Из секции 11 молоко с температурой поступает в секцию 12 теплообменника 1. При этом включают компрессор 13,который по трубопроводу отсасьшает пары хладагента, кип щего при температуре, например, 1°С в испарителе 3. Поступающее в секцию 12 молоко охлаждаетс  кип During the intake of a cooled liquid, such as milk, it is fed through a pipeline to section 11 of the heat exchanger 1, which is in contact with the hydrates formed. Since the temperature of the injected liquid is 30-3.0 ° С, and the equilibrium temperature of the existence of hydrates R11 in the battery is 2 8 ,, the liquid is cooled, for example, to a temperature of 15 ° C due to the heat removed from it, which is used for melting hydrates. From section 11, the milk with temperature enters section 12 of heat exchanger 1. At the same time, compressor 13 is turned on, which through the pipeline sucks off refrigerant vapor boiling at a temperature of, for example, 1 ° C in evaporator 3. Milk entering section 12 is cooled

0 5 о 0 5 o

Q с 0 Q with 0

5five

щим хладагентом до необходимой конечной температуры, например 5 С и далее по трубопроводу подаетс  на хранение или транспортировку.refrigerant to the required final temperature, e.g. 5 C and further along the pipeline, is fed for storage or transportation.

При использовании аккумулирующих веществ, в которых плотность дисперсной фазы, например гидратов хлористого этила, меньше плотности дисперсионной среды, например воды, -пользуютс  устройством с перемешивающим приспособлением , размещенным в верхней части аккумул тора 2 (фиг, 2).When using accumulating substances in which the density of the dispersed phase, such as ethyl chloride hydrates, is less than the density of the dispersion medium, such as water, is used with a device with a mixing device located in the upper part of the battery 2 (Fig. 2).

При зар дке аккумул тора 2 вода и хлористый этил перемешиваютс  перемешивающим приспособлением 4 и образовавша с  смесь нагнетаетс  из верхней части аккумул тора 2 в зону секции 12 теплообменника 1, где охлаждаетс  кип щим в испарителе 3 хладагентом ниже равновесной температуры гидратообразовани , равной 4,8 с. При этом образ тотс  гидраты, которые поступают в зону секции 11 теплообменника 1 и накапливаютс  в верхней части аккумул тора 2 за счет разности плотностей гидратов и воды.When charging battery 2, water and ethyl chloride are stirred by mixing device 4 and the resulting mixture is pumped from the top of battery 2 to the zone of section 12 of heat exchanger 1, where it is cooled by boiling in the evaporator 3 with coolant below the equilibrium hydrate forming temperature of 4.8 s . Here, the formation of hydrates, which enter the zone of section 11 of heat exchanger 1 and accumulate in the upper part of accumulator 2 due to the difference in density between hydrates and water.

В период охлаждени  жидкости перемешивающее приспособление 4 не работает или работает периодически с целью перемешивани  плав щегос  аккумулирующего вещества в зоне секции 11 теплообменника 1.During the cooling period of the liquid, the stirring device 4 does not work or works periodically to stir the melting storage substance in the zone of the section 11 of the heat exchanger 1.

При неравномерной подаче охлаждаемой жидкости в период минимального ее расхода производ т одновременно аккумул цию холода и охлаждение жидкости , при этом посто нно работают как компрессор 13, так и перемешивающее приспособление 4.With an uneven supply of the cooled liquid during the period of its minimum consumption, cold is simultaneously accumulated and the liquid is cooled, while both the compressor 13 and the stirring device 4 are constantly operating.

Разделение теплообменника 1 охлаждаемой жидкости на секции 11 и 12, конструкци  испарител  3 и секции 12, а также их компановка в аккумул тореThe separation of the heat exchanger 1 of the cooled liquid into sections 11 and 12, the design of the evaporator 3 and section 12, as well as their arrangement in the battery

2совместно с обечайкой 5 и перфорированной перегородкой 10- позвол ет:2 together with the shell 5 and the perforated partition 10, allows:

отделить зону кристаллизации аккумулирующего вещества от зоны плавлени , что предотвращает возможность образовани  намороженного сло  аккумулирующего вещества на испарителеto separate the crystallization zone of the accumulating substance from the melting zone, which prevents the formation of an frozen layer of the accumulating substance on the evaporator

3холодильной машины и, тем самьм, увеличить его термическое сопротивление , колебани  температуры кипени  хладагента и снизить холодопроизводи- тельность холодильной машины, что позвол ет снизить энергозатраты;3 refrigerating machine and, the same, increase its thermal resistance, fluctuations of the boiling temperature of the refrigerant and reduce the cooling capacity of the refrigerating machine, which allows to reduce energy consumption;

использовать испаритель 3 холодильной машины как дп  аккумул ции холо|Да , так и дл  непосредственного ох- |лаждени  жидкости при периодическом ее поступлении, что позвол ет увеличить коэффициент рабочего времени холодильной машины до 70-80%, сократить установочную мощность холодильного оборудовани  и капэатраты на 5-15%;use the evaporator 3 of the refrigerating machine both dp accumulation of cold | Yes and for direct cooling of the liquid with its periodic supply, which allows increasing the working time ratio of the refrigerating machine up to 70-80%, reducing the installed capacity of the refrigeration equipment and capaturing 5-15%;

осуществить предварительное охлаж дение в секции 11 при поступлении жикости с высокой температурой в теплообменник 1, что повышает энергетический КПД охладител  на 30-40%.to carry out preliminary cooling in section 11 upon receipt of a high temperature heat transfer agent to heat exchanger 1, which increases the energy efficiency of the cooler by 30–40%.

Размещение теплообменника 1 дл  о лаждени  жидкости непосредственно в аккумул торе 2 холода позвол ет:Placing the heat exchanger 1 for placing the liquid directly in the cold accumulator 2 allows:

уменьшить габаритные размеры устройства дл  охлаждени  и тем самым капитальные затраты на теплоизол цию на 5-15%;to reduce the overall dimensions of the cooling device and, therefore, the capital cost of thermal insulation by 5-15%;

сократить затраты электроэнергии на перекачку теплоносител  в период охлаждени  жидкости и организацию эффективного тепломассообмена в акку мул торе 2 в период зар дки на 10зох .reduce the cost of electricity for pumping coolant during the cooling period of the liquid and the organization of effective heat and mass transfer in the battery 2 during the charging period by 10 soh.

Использование в устройстве дл  охлаждени  жидкости в качестве аккумулирующего вещества гидратов различных жидкостей и газов дает р д существенных преимуществ:The use of hydrates of various liquids and gases in a device for cooling a liquid as an accumulating substance provides a number of significant advantages:

7VAOCAA X;W O7VAOCAA X; W O

12 312 3

Вход ох лаждаемой жидкостиCoolant inlet

тецлота плавлени  гидратов 230 - А20 кДж/кг;melt melt hydrate 230 - A20 kJ / kg;

скорость образовани  и плавлени  гидратов в 2-9 раз больше, чем у льда.the rate of hydrate formation and melting is 2–9 times greater than that of ice.

Claims (1)

Формула изобрFormula images е т е н и  et e and 7 б7 b Устройство дл  охлаждени  жидкости , включающее теплообменник аккумул тор холода, холодильную машину со змеевиковым испарителем, о т л и- чающеес  тем, что, с целью снижени  энергозатрат, аккумул тор снабжен перемешивающим приспособлением , обечайкой, коаксиально установленной в аккумул торе с образованием кольцевого зазора между их стенками и торцовых зазоров между крышкой и днищем аккумул тора, а также перфорированной перегородкой, прикрепленной к стенке корпуса аккумул тора и к одному из торцов обечайки, при этом испаритель холодильной машины размещен внутри обечайки, а теплообменник состоит из двух секций, выполненных в виде змеевика, одна из которых расположена в кольцевом зазоре, а друга  внутри испарител  холодильной машины , при этом перфорированна  пере-с городка и перемешивающее приспособление размещены в зоне соединени  секций теплообменника.A device for cooling a liquid, including a heat exchanger cold accumulator, a chiller with a coil evaporator, is used so that, in order to reduce energy consumption, the accumulator is equipped with a mixing device, a shell, coaxially installed in the accumulator to form an annular gap between their walls and end gaps between the lid and the bottom of the battery, as well as a perforated partition attached to the wall of the body of the battery and to one of the ends of the shell, while the evaporator is cold The cooler is located inside the shell, and the heat exchanger consists of two sections made in the form of a coil, one of which is located in the annular gap, and the other inside the evaporator of the refrigerating machine, while the perforated crossover from the campus and the mixing device are located in the zone of the heat exchanger sections. 1515