RU100200U1

RU100200U1 - REFRIGERATION UNIT

Info

Publication number: RU100200U1
Application number: RU2010124963/21U
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ионов; Владимир Петрович Черненков
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2010-12-10

Abstract

Холодильная установка, содержащая источник холода, выполненный в виде испарителя, наполненного низкокипящей жидкостью, выход которого сообщен паропроводом с конденсатором, конденсатный выход которого трубопроводом связан с испарителем, и средства управления работой установки, отличающаяся тем, что испаритель и конденсатор выполнены в виде герметичных баков, при этом испаритель размещен под конденсатором, при этом испаритель, конденсатор, трубопровод и паропровод выполнены с возможностью работы при давлении до 2,5 МПа, причем трубопровод снабжен управляемым, нормально закрытым клапаном, паропровод снабжен управляемым перепускным клапаном, кроме того, испаритель снабжен средством отвода энергии холода, а конденсатор снабжен средством отвода энергии тепла, причем испаритель и конденсатор снабжены теплоизолирующими кожухами, снабженными герметичными люками, выполненными с возможностью сообщения поверхности испарителя и конденсатора с атмосферой, кроме того, в канале паропровода размещена турбина электрогенератора. A refrigerator containing a cold source made in the form of an evaporator filled with low-boiling liquid, the output of which is communicated by a steam line to a condenser, the condensate outlet of which is connected by a pipeline to the evaporator, and means for controlling the operation of the installation, characterized in that the evaporator and condenser are made in the form of sealed tanks, while the evaporator is placed under the condenser, while the evaporator, condenser, pipeline and steam line are configured to operate at a pressure of up to 2.5 MPa, and the pipeline One is equipped with a controllable, normally closed valve, the steam line is equipped with a controllable bypass valve, in addition, the evaporator is equipped with a means of dissipating cold energy, and the condenser is equipped with a means of dissipating heat energy, and the evaporator and condenser are equipped with heat-insulating casings equipped with airtight manholes, configured to communicate the surface of the evaporator and a condenser with atmosphere, in addition, a turbine of the electric generator is located in the channel of the steam pipeline.

Description

Полезная модель относится к охлаждающим установкам, а точнее к устройствам, обеспечивающим аккумулирование естественного холода.The utility model relates to cooling installations, and more specifically to devices that provide the accumulation of natural cold.

Известны подземные холодильные установки различной конструкции, выполненные в толще многолетнемерзлого грунта с аккумуляцией зимнего холода за счет принудительной или естественной вентиляции, с облицовкой внутренних поверхностей льдом (Миронов Н.Г. Строительство и эксплуатация подземных холодильников. Труды Северо-восточного комплексного научно-исследовательского института, выпуск 15, издательство «Наука», Москва, 1967).Known underground refrigeration units of various designs, made in the thickness of permafrost with the accumulation of winter cold due to forced or natural ventilation, with the lining of internal surfaces with ice (Mironov N.G. Construction and operation of underground refrigerators. Proceedings of the Northeast Complex Research Institute, Issue 15, Nauka Publishing House, Moscow, 1967).

Недостатком таких холодильников является то, что во многих регионах Крайнего Севера достаточно низкие температуры (-9°С и ниже) сохраняются в них только до июля или августа, в дальнейшем температура в них повышается до (-5)-(-6)°С, что недопустимо для длительного хранения многих замороженных пищевых продуктов. Кроме того, массогабаритные характеристики таких устройств зачастую весьма значительны.The disadvantage of such refrigerators is that in many regions of the Far North, sufficiently low temperatures (-9 ° С and below) remain in them only until July or August, in the future, the temperature in them rises to (-5) - (- 6) ° С , which is unacceptable for long-term storage of many frozen foods. In addition, the weight and size characteristics of such devices are often very significant.

Известна также холодильная установка, содержащая источник холода, выполненный в виде испарителя наполненного низкокипящей жидкостью, выход которого сообщен паропроводом с конденсатором, конденсатный выход которого трубопроводом связан с испарителем и средствами управления работой установки (см. RU №2324123, МПК F25D 13/00, F25B 1/00, 2006 г.).Also known is a refrigeration unit containing a source of cold, made in the form of an evaporator filled with low-boiling liquid, the output of which is communicated by a steam line with a condenser, the condensate outlet of which is connected by a pipe to the evaporator and means for controlling the operation of the unit (see RU No. 23224123, IPC F25D 13/00, F25B 1/00, 2006).

Недостатками известного решения являются достаточно высокая энергоемкость процесса выработки холода, поскольку «выработка» холода осуществляется путем изменения термодинамических характеристик системы искусственно, посредством компрессора (за счет изменения объема рабочего тела) при этом одновременно обеспечивается перемещение рабочего тела из испарителя в конденсатор. Таким образом, для обеспечения возможности функционирования системы необходим подвод электрической энергии.The disadvantages of the known solutions are the rather high energy consumption of the process of generating cold, since the cold is "produced" by changing the thermodynamic characteristics of the system artificially, by means of a compressor (by changing the volume of the working fluid), the working fluid is simultaneously transferred from the evaporator to the condenser. Thus, to ensure the possibility of the functioning of the system, a supply of electrical energy is necessary.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является обеспечение возможности функционирования системы без подвода электрической энергии.The task to which the proposed technical solution is directed is to ensure the possibility of functioning of the system without supplying electrical energy.

Достигаемым техническим результатом является то, что обеспечивается возможность изменения термодинамических характеристик системы естественным путем с предварительной аккумуляцией холода в период отрицательных температур.The technical result achieved is that it is possible to change the thermodynamic characteristics of the system in a natural way with preliminary accumulation of cold during the period of negative temperatures.

Поставленная задача решается тем, что холодильная установка, содержащая источник холода, выполненный в виде испарителя наполненного низкокипящей жидкостью, выход которого сообщен паропроводом с конденсатором, конденсатный выход которого трубопроводом связан с испарителем и средства управления работой установки, отличается тем, что испаритель и конденсатор выполнены в виде герметичных баков, при этом, испаритель размещен под конденсатором, при этом испаритель, конденсатор, трубопровод и паропровод выполнены с возможностью работы при давлении до 2,5 Мпа, причем трубопровод снабжен управляемым, нормально закрытым клапаном, паропровод снабжен управляемым перепускным клапаном, кроме того, испаритель снабжен средством отвода энергии холода, а конденсатор снабжен средством отвода энергии тепла, причем испаритель и конденсатор, снабжены теплоизолирующими кожухами, снабженными герметичными люками, выполненными с возможностью сообщения поверхности испарителя и конденсатора с атмосферой, кроме того, в канале паропровода размещена турбина электрогенератора.The problem is solved in that a refrigeration unit containing a source of cold, made in the form of an evaporator filled with a low boiling liquid, the output of which is communicated by a steam line with a condenser, the condensate outlet of which is connected by a pipe to the evaporator and means for controlling the operation of the installation, characterized in that the evaporator and condenser are made in in the form of sealed tanks, in this case, the evaporator is placed under the condenser, while the evaporator, condenser, pipeline and steam pipe are made with the possibility of operation at pressure up to 2.5 MPa, moreover, the pipeline is equipped with a controllable, normally closed valve, the steam line is equipped with a controllable bypass valve, in addition, the evaporator is equipped with a means of dissipating cold energy, and the condenser is equipped with means of dissipating heat energy, and the evaporator and condenser are equipped with heat-insulating casings equipped with hermetic hatches made with the possibility of communicating the surface of the evaporator and condenser with the atmosphere, in addition, an electric generator turbine is located in the channel of the steam pipe.

Сравнение признаков заявленного решения с признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".A comparison of the features of the claimed solution with the features of analogues and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."

Результаты поиска показали, что заявленная полезная модель не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного технического решения, что обеспечивает положительную реакцию на решение технической задачи - возможность изменения термодинамических характеристик системы естественным путем с предварительной аккумуляцией холода в период отрицательных температур.The search results showed that the claimed utility model does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the claimed technical features, provided for by the essential features, is not revealed from the prior art, which provides a positive reaction to solving the technical problem - the possibility of changing the thermodynamic characteristics systems in a natural way with preliminary accumulation of cold in the period of negative temperatures.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показана схема установки.The utility model is illustrated in the drawing, where figure 1 shows the installation diagram.

На чертеже показаны испаритель 1, конденсатор 2, трубопровод 3, паропровод 4, управляемый, нормально закрытый клапан 5, управляемый перепускной клапан 6, средство отвода энергии холода 7, средство отвода энергии тепла 8, теплоизолирующие кожухи 9, герметичные люки 10, выполненные с возможностью сообщения поверхности 11 и 12, соответственно, испарителя 1 и конденсатора 2. Кроме того, показаны средство 13 управления работой установки и средства контроля рабочих параметров 14, турбина 15 электрогенератора 16.The drawing shows an evaporator 1, a condenser 2, a pipe 3, a steam pipe 4, a controlled, normally closed valve 5, a controlled bypass valve 6, means for removing cold energy 7, means for removing heat energy 8, heat-insulating casings 9, sealed hatches 10 messages of the surface 11 and 12, respectively, of the evaporator 1 and the condenser 2. In addition, means 13 for controlling the operation of the installation and means for monitoring the operating parameters 14, turbine 15 of the electric generator 16 are shown.

Использование данной установки целесообразно в переходные и теплый периоды года (весна, лето, осень) для систем холодоснабжения, предпочтительно, в районах с температурой наиболее холодной пятидневки в зимнее время менее 20°С. В качестве рабочего тела в холодильной установке используется низкокипящее вещество (различные виды фреонов, аммиак и т.д.). В средствах отвода энергии холода 7 и тепла 8 использованы незамерзающая жидкость (антифриз) или вода. В данной системе извлечение энергии холода из аккумулятора, находящегося в заряженном состоянии, производится благодаря испарению низкокипящего вещества в испарителе 1 при изменении термодинамических характеристик системы благодаря открытию перепускного клапана 6 в паропроводе 4 (давление в конденсаторе 2 в это время значительно меньше давления в испарителе 1).The use of this installation is advisable in the transitional and warm periods of the year (spring, summer, autumn) for cold supply systems, preferably in areas with a coldest five-day temperature in winter of less than 20 ° C. A low boiling substance (various types of freons, ammonia, etc.) is used as a working fluid in the refrigeration unit. Non-freezing liquid (antifreeze) or water is used in the means of removing cold energy 7 and heat 8. In this system, the extraction of cold energy from a battery in a charged state is carried out due to the evaporation of low-boiling material in the evaporator 1 when the thermodynamic characteristics of the system change due to the opening of the bypass valve 6 in the steam line 4 (the pressure in the condenser 2 is much lower than the pressure in the evaporator 1) .

Испаритель 1, конденсатор 2, трубопровод 3 и паропровод 4 выполнены с возможностью работы при давлении до 2,5 Мпа. Нормально закрытый клапан 5, при своем открытии, обеспечивает возможность самотечного перемещения низкокипящей жидкости или ее конденсата из конденсатора 2 в испаритель 1. Конструктивно нормально закрытый клапан 5 и управляемый перепускной клапан 6 не отличаются от известных устройств, сходного назначения. Средство 13 управления работой установки может быть выполнено на основе известных контрольно-измерительных устройств, сходного назначения. Средства контроля рабочих параметров 14 (манометры, термометры и т.п.) выполнены известным образом, с возможностью передачи данных на средство 13 управления работой установки (в принципе, узлы 13 и 14, подобны используемым в конструкциях парокомпрессионных холодильников).The evaporator 1, the condenser 2, the pipe 3 and the steam pipe 4 are configured to operate at a pressure of up to 2.5 MPa. Normally closed valve 5, when opened, allows gravity-free movement of low-boiling liquid or its condensate from condenser 2 to evaporator 1. Structurally normally closed valve 5 and controlled bypass valve 6 do not differ from known devices of similar purpose. Means 13 for controlling the operation of the installation can be performed on the basis of known control and measuring devices of similar purpose. Means of monitoring operating parameters 14 (manometers, thermometers, etc.) are made in a known manner, with the possibility of transmitting data to the installation control means 13 (in principle, the nodes 13 and 14 are similar to those used in the construction of vapor compression refrigerators).

Теоретической основой для работы данной холодильной установки является второе начало термодинамики. Основная передача тепла основана на фазовых переходах - испарении и конденсации. Работа холодильной установки основана на тех же термодинамических законах, что и работа парокомпрессионного холодильника. Принципиальное отличие заключается в том, что в предлагаемой холодильной установке изменение термодинамических характеристик системы происходит естественным путем, в парокомпрессионном холодильнике это изменение обеспечивается искусственным образом, посредством компрессора (изменение температуры и объема рабочего тела за счет изменения его удельного объема с подводом электрической энергии).The theoretical basis for the operation of this refrigeration unit is the second law of thermodynamics. The main heat transfer is based on phase transitions - evaporation and condensation. The operation of the refrigeration unit is based on the same thermodynamic laws as the operation of the vapor compression refrigerator. The fundamental difference is that in the proposed refrigeration unit, the change in the thermodynamic characteristics of the system occurs naturally, in a vapor compression refrigerator this change is provided artificially, by means of a compressor (a change in temperature and volume of the working fluid due to a change in its specific volume with the supply of electrical energy).

Заявленное устройство работает следующим образом. Устройство устанавливается на открытом воздухе, защищается от попадания прямых солнечных лучей, осадков и других факторов, способных нарушить работу устройства. При исходных условиях (например, при температуре Т=20°С, Р=1,5 МПа) испаритель 1 и конденсатор 2 заполняются низкокипящим веществом (далее по тексту - фреон) в определенном количестве. Герметичные люки 10, при этом, открыты, что обеспечивает возможность сообщения с окружающей средой (атмосферой) поверхности 11 и 12, соответственно, испарителя 1 и конденсатора 2. В процессе понижения температуры окружающего воздуха при смене времен года, часть фреона, находящаяся в газообразном состоянии конденсируется на стенках бака и стекает на дно сосудов. При достижении температуры окружающего воздуха, считающейся минимальной для данного населенного пункта, открывается клапан 5 и весь жидкий фреон из конденсатора 2 перетекает в испаритель 1 под действием сил гравитации, а часть газообразного фреона из испарителя 1 перемещается в конденсатор 2. Когда клапан 5 открыт, испаритель 1 и конденсатор 2 можно рассматривать как сообщающиеся сосуды, однако при его закрытии они становятся самостоятельными емкостями. Вследствие того, что основная часть хладагента, содержащаяся в конденсаторе 2 в жидком состоянии перетекла в испаритель 1, при температуре, при которой происходило перетекание рабочего тела, после закрытия клапана 5, давление в испарителе 1, где содержится значительно больше хладагента, будет равно давлению в конденсаторе 2, но при повышении температуры давления в их полостях будут изменяться неравномерно. При повышении температуры, например, до значения, при котором происходила заправка системы хладагентом, давление в испарителе 1, содержащем большее количество фреона будет в несколько раз выше давления в конденсаторе 2. Это обеспечивает самостоятельное перемещение газообразной фазы хладагента (его паров) из испарителя 1 в конденсатор 2 посредством перепускного клапана 6, отрегулированного на определенный уровень давления, управление которым может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме. Система полостей испарителя 1 и конденсатора 2 будет стремиться к равновесию, таким образом, согласно законам термодинамики, в испарителе 1 хладагент, находящийся в жидком состоянии будет испаряться, забирая тепловую энергию, равную скрытой теплоте парообразования для данного вещества и перемещаться в конденсатор 2, тем самым, вызывая остывание испарителя 1 и нагревание конденсатора 2. Для компенсации потерь теплоты испарителя 1, к нему посредством средства отвода энергии холода 7 подводится тепловая энергия, которую необходимо поглотить. Конденсатор 2 тем временем остывает благодаря конвективному теплообмену с окружающей средой, либо теплообмену через средство отвода энергии тепла 8 и его передачу любым иным потребителем тепловой энергии (например, системой горячего водоснабжения зданий, подогрева бассейнов и др. - на чертежах не показаны), при этом может происходить частичная конденсация хладагента на стенках и дне конденсатора 2.The claimed device operates as follows. The device is installed outdoors, protected from direct sunlight, precipitation and other factors that can disrupt the device. Under initial conditions (for example, at a temperature of T = 20 ° C, P = 1.5 MPa), the evaporator 1 and the condenser 2 are filled with a low-boiling substance (hereinafter referred to as freon) in a certain amount. Sealed hatches 10, at the same time, are open, which makes it possible to communicate with the environment (atmosphere) of the surface 11 and 12, respectively, of the evaporator 1 and the condenser 2. In the process of lowering the ambient temperature when the seasons change, a part of the freon in the gaseous state it condenses on the walls of the tank and flows to the bottom of the vessels. When the ambient temperature, which is considered to be the minimum for a given locality, is reached, valve 5 opens and all the liquid freon from the condenser 2 flows into the evaporator 1 under the action of gravitational forces, and part of the gaseous freon from the evaporator 1 moves to the condenser 2. When the valve 5 is open, the evaporator 1 and capacitor 2 can be considered as communicating vessels, however, when it is closed, they become independent containers. Due to the fact that the main part of the refrigerant contained in the condenser 2 in the liquid state flowed into the evaporator 1, at the temperature at which the working fluid overflowed, after closing valve 5, the pressure in the evaporator 1, which contains significantly more refrigerant, will be equal to the pressure in capacitor 2, but with increasing temperature, the pressure in their cavities will vary unevenly. When the temperature rises, for example, to the value at which the system was charged with refrigerant, the pressure in the evaporator 1 containing a larger amount of freon will be several times higher than the pressure in the condenser 2. This ensures that the gaseous phase of the refrigerant (its vapor) moves independently from the evaporator 1 to the condenser 2 by means of a bypass valve 6, adjusted to a certain pressure level, which can be controlled both in manual and automatic mode. The system of cavities of evaporator 1 and condenser 2 will tend to equilibrium, thus, according to the laws of thermodynamics, in evaporator 1, the refrigerant in the liquid state will evaporate, taking thermal energy equal to the latent heat of vaporization for a given substance and move to condenser 2, thereby , causing the evaporator 1 to cool and the condenser 2 to heat up. To compensate for the heat loss of the evaporator 1, thermal energy is supplied to it by means of the energy of the cold 7, which must be absorbed. Condenser 2, meanwhile, cools down due to convective heat exchange with the environment, or heat exchange through heat energy removal means 8 and its transfer by any other consumer of thermal energy (for example, a hot water supply system for buildings, pool heating, etc. - not shown in the drawings), while partial condensation of the refrigerant may occur on the walls and bottom of the condenser 2.

Устройство является многоразовым и, после совершения одного цикла накопления и использования тепловой энергии, может применяться повторно.The device is reusable and, after completing one cycle of accumulation and use of thermal energy, can be reused.

Полезная модель может применяться как для получения энергии холода, так и для получения тепловой и электрической энергии. Получение электрической энергии возможно при установлении на паропроводе 4 турбины 15 электрогенератора 16.The utility model can be used both for generating cold energy, and for generating thermal and electrical energy. Obtaining electrical energy is possible when installing on the steam line 4 of the turbine 15 of the electric generator 16.

Claims

A refrigerator containing a cold source made in the form of an evaporator filled with low-boiling liquid, the output of which is communicated by a steam line to a condenser, the condensate outlet of which is connected by a pipeline to the evaporator, and means for controlling the operation of the installation, characterized in that the evaporator and condenser are made in the form of sealed tanks, while the evaporator is placed under the condenser, while the evaporator, condenser, pipeline and steam line are configured to operate at a pressure of up to 2.5 MPa, and the pipeline One is equipped with a controllable, normally closed valve, the steam line is equipped with a controllable bypass valve, in addition, the evaporator is equipped with a means of dissipating cold energy, and the condenser is equipped with a means of dissipating heat energy, and the evaporator and condenser are equipped with heat-insulating casings equipped with airtight manholes, configured to communicate the surface of the evaporator and a condenser with atmosphere, in addition, a turbine of the electric generator is located in the channel of the steam pipeline.