Патент на изобретение №2386909

(54) ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ АККУМУЛЯТОР ХОЛОДА

(57) Реферат:

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для автономного хранения компонентов, используемых при производстве искусственного холода. Изобретение направлено на экономию электроэнергии и вырабатываемого холода. Дополнительный аккумулятор холода включает теплоизолированную емкость, замкнутый контур циркуляции охлаждаемой жидкости. Замкнутый контур состоит из емкости, насоса, аппарата с рубашкой, коллектора, распределителя жидкостного потока, датчика температуры, газового бака, соединенного с емкостью, и управляемых от датчиков температуры через приемно-согласующее устройство блоков управления контуров. Контуры состоят из разомкнутого контура подачи и производства твердой углекислоты, состоящего из последовательно соединенных бака с углекислотой под давлением, управляемого вентиля, устройства подачи и расширения жидкой углекислоты; разомкнутого контура удаления газообразной углекислоты, состоящего из последовательно соединенных, по крайней мере, двух управляемых вентилей, влагоотделителя, компрессора, ресивера, датчиков давления, низкотемпературной конденсатной турбины, генератора; контура воздушного охлаждения, состоящего из датчиков температуры и осевого вентилятора. В теплоизолирующей емкости установлены регулятор предельного верхнего уровня жидкости и дополнительный проницаемый контейнер. 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для автономного хранения компонентов, используемых при производстве искусственного холода, собственно для автономного регулируемого в зависимости от состояния охлаждаемого объекта производства и аккумулирования искусственного холода и дальнейшей подачи его к элементам систем обеспечения температурно-влажностного режима, термостатирования и отвода тепла от охлаждаемого объекта (жидких, газообразных сред, машин, панелей приборов и т.п.).

Известен аппарат для быстрого получения больших объемов таблеток твердой углекислоты [1], содержащий корпус, имеющий частично цилиндрическую внутреннюю поверхность, цилиндрический ротор, установленный в корпус и вращающийся вокруг оси, смещенной относительно центральной оси указанной частично цилиндрической внутренней поверхности корпуса, узел подачи и расширения жидкой углекислоты (СО₂), сообщенный с указанным корпусом и ротором, в который жидкая углекислота поступает из источника под давлением и в котором жидкая СО₂ превращается в газообразную фазу и фазу сухого льда, сухой лед разгружается в ротор, а газообразная углекислота выпускается, причем указанный ротор имеет ряд радиально подвижных лопаток, проходящих между ротором и частично цилиндрической внутренней поверхностью корпуса, образуя ряд карманов, в которые поступает сухой лед из узла подачи и расширения, в результате вращения ротора вокруг его оси указанные карманы и сухой лед смещаются по окружности и объем карманов уменьшается, а сухой лед прессуется в таблетки, причем указанный корпус имеет зону разгрузки, связанную с карманами, когда их объем минимален, для выгрузки твердых спрессованных таблеток из корпуса. Использование данного изобретения обеспечивает практически моментальное изготовление большого объема твердых таблеток СО₂ высокой плотности и требует небольших энергозатрат.

Известно устройство для получения и подачи снегообразного диоксида углерода в тушку [2], содержащее дроссельную шайбу с Т-образным проходным отверстием, приспособление для подачи снегообразной СО₂ внутрь тушки, которое через штуцер соединено с трубопроводом для подачи жидкого диоксида углерода и имеет пластины, установленные с возможностью автоматического раскрытия при введении внутрь тушки. На трубопроводе установлен вентиль. Открытие его происходит одновременно с раскрытием пластин, которое обеспечивает увеличение количества снегообразного СО₂ при дросселировании и снижение потерь хладагента при эффективном распределении его во внутренней полости тушек птицы.

Наиболее близким по назначению и устройству техническим решением является устройство аккумулирования холода [3], включающее теплоизолированную емкость с размещенной в ней батареей из 6-12 вертикально расположенных змеевиковых теплообменных элементов трубчатого типа, закрепленных на раме, теплообменные элементы подключены к холодильной машине последовательно через регулирующие клапаны и дистрибьютор хладагента, а циркуляция охлаждаемой жидкости осуществляется по замкнутому контуру, состоящему из емкости, насоса, аппарата с рубашкой, коллектора, распределителя жидкостного потока и датчика температуры.

Недостатком является то, что для наморозки и поддержания необходимого количества льда в аккумуляторе холода [3] холодильная машина совершает работу, для чего требуются затраты электроэнергии, а при пропадании электропитания лед в аккумуляторе холода начинает таять из-за внешних теплопритоков и количество запасов холода сокращается.

Требуемый технический результат состоит в том, чтобы исключить длительную работу холодильной машины при получении льда и сократить, таким образом, затраты электроэнергии, а также в том, чтобы исключить расход запасов холода за счет внешних теплопритоков при отсутствии тепловыделений от основных потребителей холода (от объектов термостатирования), то есть в том, чтобы обеспечить избирательность включения (выключения) и расхода автономного запаса дополнительным аккумулятором холода в зависимости от состояния и режима работы объекта (объектов) термостатирования.

Для достижения требуемого технического результата предлагаемый аккумулятор холода (см. чертеж), включающий теплоизолированную емкость К с расположенным внутри него дополнительным сетчатым контейнером СК, размеры ячеек которого определяются с учетом того, что основная масса сухого льда должна задержаться в СК и омываться жидким С₂Н₅ОН для эффективного смешения сухого льда и спирта, устройство подачи и расширения (УПР) жидкой углекислоты, конструктивно выполненное в виде узла для подачи и расширения жидкой СО₂ аппарата для быстрого получения большого количества таблеток углекислоты согласно [1], размещенные в едином теплоизолированном корпусе с патрубками для подачи жидкой СО₂ через управляемый вентиль ВН1 из бака Б3 под давлением, для подачи жидкого C₂H₅OH из бака жидкостного Б1, связанного с баком газовым Б2 с парами C₂H₅OH под давлением для исключения кавитации в насосе H1, для выдачи жидкого охлажденного до температуры минус 70° – минус 78°С C₂H₅OH в поверхностный аппарат с рубашкой (АР), коллектор Кл через вентиль ВН3, фильтр Ф2 насосом Н2 и далее в бак Б1 через вентиль ВН8, для слива самотеком жидкого C₂H₅OH в бак Б1 через вентиль ВН5 при достижении смесью «сухой лед-спирт» в контейнере верхнего предельного уровня, для выдачи смеси паров С₂Н₅ОН и газообразной углекислоты через вентиль ВН4, влагоотделитель со сливом самотеком конденсата паров С₂Н₅ОН через вентиль ВН6 в емкость Б1, газообразная СО₂, отделенная от паров С₂Н₅ОН, попадает через компрессор Км в ресивер Р, накапливается в нем при повышении давления и далее по командам блока управления БУ подается через вентиль ВН10 от ресивера к рабочим лопаткам турбины Т, приводящей в действие электрогенератор Г, а затем в атмосферу; управление открытием (закрытием) вентилей ВН1ВН10, включением (выключением) насосов H1 с предохранительными клапанами КП1 и КП2, Н2, компрессора КМ, осевого вентилятора В осуществляется по сигналам от датчиков ДТ1 (ДТ2) и датчиков давления ДД1 (ДД2) через приемосогласующее устройство ПСУ по командам блока управления БУ; воздух побуждается осевым вентилятором В через поверхностный аппарат с рубашкой АР, охлаждается, проходя через него, становится более плотным и опускается под действием силы тяжести вниз, и, соответственно, более теплый и разреженный (менее плотный) воздух поднимается вверх в секцию 1.

Задачей изобретения является экономия электроэнергии и вырабатываемого холода.

Это достигается тем, что устройство аккумулирования холода, включающее теплоизолированную емкость, замкнутый контур циркуляции охлаждаемой жидкости, который в свою очередь состоит из емкости, насоса, аппарата с рубашкой, коллектора, распределителя жидкостного потока и датчика температуры, дополненный баком газовым, соединенным с емкостью, управляемыми от датчиков температуры через приемосогласующее устройство блоком управления контурами: разомкнутым контуром подачи и производства твердой углекислоты, состоящим из последовательно соединенных бака с углекислотой под давлением, управляемого вентиля, устройства подачи и расширения жидкой углекислоты; разомкнутым контуром удаления газообразной углекислоты, состоящим из последовательно соединенных по крайней мере двух управляемых вентилей, влагоотделителя, компрессора, ресивера, датчиков давления, низкотемпературной конденсатной турбины, генератора; контуром воздушного охлаждения, состоящим из датчиков температуры и осевого вентилятора, а также тем, что в теплоизолированной емкости установлены регулятор предельного верхнего уровня жидкости и дополнительный проницаемый контейнер, не требует расхода запасов холода за счет внешних теплопритоков при отсутствии тепловыделений от основных потребителей холода (от объектов термостатирования), то есть обеспечивает избирательность включения (выключения) и расхода автономного запаса дополнительным аккумулятором холода в зависимости от состояния и режима работы объекта (объектов) термостатирования.

Устройство работает следующим образом: при повышении температуры в секции 1 датчик температуры ДТ1 выдает сигнал в приемосогласующее устройство ПСУ и далее в блок управления БУ для формирования команды на последовательное открытие с заданными временными задержками вентилей ВН1, ВН10, включение насосов H1, H2, компрессора Км, осевого вентилятора В. При этом жидкая СО₂ через вентиль ВН1 поступает в устройство подачи и расширения, в котором углекислота выгружается через сопла и расширяется до достижения состояния тройной точки фазовой диаграммы, в которой жидкая, газообразная и твердая фазы могут сосуществовать и в результате хорошо известного процесса мгновенно перейти в смесь, состоящую из СО₂ в газообразной фазе и частиц сухого льда, которая попадает в теплоизолированную емкость К. Из бака Б1 насосом H1 через фильтр Ф1 в контейнер К поступает жидкий C₂H₅OH, который смешивается с сухим льдом (СО₂), что приводит за счет фазового перехода углекислоты из твердого состояния в газообразное к понижению температуры смеси до минус 78 – минус 70°С. Охлажденный спирт из контейнера К через фильтр Ф2 насосом H2 подается с заданным расходом через аппарат с рубашкой АР, коллектор Кл, вентиль ВН8 в бак Б1, связанный с пневматическим баком Б2 с повышенным давлением. Баки Б1 и Б2 оснащены устройствами для слива/заправки жидкой СО₂ и жидкого C₂H₅OH соответственно. Пары С₂Н₅ОН с газообразной СО₂ удаляются из теплоизолированной емкости К через вентиль ВН4, пары C₂H₅OH во влагоотделителе отделяются и в компрессор Км попадает в основном только газообразный СО₂, который, проходя через обратный клапан вентиль ВН9, попадает в ресивер Р. Из ресивера Р по сигналу датчика давления ДД1 открывается, а по сигналу датчика давления ДД2 закрывается вентиль ВН10, газообразный СО₂ поступает к рабочим лопаткам турбины Т, которая приводит в действие генератор электроэнергии Г, осуществляющий электропитание потребителей (например, зарядного устройства-аккумулятора). Осевой вентилятор В побуждает воздух через поверхностный воздухоохладитель ПВ, охлаждается в нем, что позволяет поддерживать температуру поверхности объекта термостатирования и воздушной среды, в которой он работает, в необходимых пределах. Более холодный воздух из секции 1 опускается в секцию 2, а более теплый поднимается вверх в секцию 1, что обеспечивает конвективный теплообмен и интенсивное перемешивание воздуха. По сигналу ДТ2 в БУ формируются команды на выключение насосов H1, H2, осевого вентилятора В, компрессора Км, на закрытие вентилей ВН1ВН10.

Источники информации

1. Прони Оскар, Элис Марк С. Патент RU 2262049 на изобретение «Аппарат для быстрого получения больших объемов таблеток твердой углекислоты» – VS 02/31032 (01.10.2002 г.), WO 03/038357 (08.05.03), 2005.10.10.

2. Буянов О.Н., Неверов Е.Н. Патент RU 2320181 на изобретение «Устройство для получения и подачи снегообразного диоксида углерода непосредственно в тушку» 2008.03.27.

3. Афанасьев С.В., Махлай В.Н., Семенова В.А. Патент RU 2300714 на изобретение «Устройство аккумулирования холода» 2007.06.10.

Формула изобретения

Дополнительный аккумулятор холода, включающий теплоизолированную емкость, замкнутый контур циркуляции охлаждаемой жидкости, который, в свою очередь, состоит из емкости, насоса, аппарата с рубашкой, коллектора, распределителя жидкостного потока и датчика температуры, отличающийся тем, что замкнутый контур циркуляции охлаждаемой жидкости дополнен баком газовым, соединенным с емкостью, и введены управляемые от датчиков температуры через приемно-согласующее устройство блока управления контуры: разомкнутый контур подачи и производства твердой углекислоты, состоящий из последовательно соединенных бака с углекислотой под давлением, управляемого вентиля, устройства подачи и расширения жидкой углекислоты; разомкнутого контура удаления газообразной углекислоты, состоящего из последовательно соединенных по крайней мере двух управляемых вентилей, влагоотделителя, компрессора, ресивера, датчиков давления, низкотемпературной конденсатной турбины, генератора; контур воздушного охлаждения, состоящий из датчиков температуры и осевого вентилятора, – установлены регулятор предельного верхнего уровня жидкости и дополнительный проницаемый контейнер в теплоизолированной емкости.

РИСУНКИ