RU131465U1

RU131465U1 - COLD BATTERY

Info

Publication number: RU131465U1
Application number: RU2013119944/13U
Authority: RU
Inventors: Александр Лаврентьевич Наумов; Юрий Михайлович Селиверстов; Владимир Владимирович Ефремов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТехноИнжПромСтрой"
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2013-08-20

Abstract

Аккумулятор холода, содержащий теплоизолированный бак-аккумулятор, заполненный водой в качестве холодоаккумулирующей среды, в котором размещены теплообменные элементы с протекающим хладагентом, выполненные в виде кассет, каждая из которых состоит из металлического гофрированного змеевика, закрепленного на металлическом листе и соприкасающегося с ним выступами гофрированных стенок труб, а под каждой кассетой размещена барботажная трубка с отверстиями для подачи воздуха в холодоаккумулирующую среду, отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой периодического повышения давления от 5 до 10 кгс/смв металлических змеевиках, включающей насос высокого давления, запорные клапаны и обратный клапан на входе в аккумулятор и трехходовой клапан с электроприводом на выходе аккумулятора, причем змеевики выполнены с толщиной стенки от 0,3 до 0,5 мм.A cold accumulator containing a heat-insulated storage tank filled with water as a cold storage medium, in which heat-exchange elements with flowing refrigerant are placed, made in the form of cartridges, each of which consists of a corrugated metal coil mounted on a metal sheet and in contact with corrugated wall protrusions pipes, and under each cassette there is a bubbling tube with holes for supplying air to the cold storage medium, characterized in that but is equipped with a system of periodic pressure increase from 5 to 10 kgf / cm in metal coils, including a high pressure pump, shut-off valves and a check valve at the inlet to the accumulator and a three-way valve with electric actuator at the outlet of the accumulator, and the coils are made with wall thickness from 0.3 to 0.5 mm

Description

Полезная модель относится к области теплотехники, а именно к устройствам для аккумуляции холода, и может использоваться в различных отраслях промышленности, в том числе для кондиционирования и холодоснабжения общественных и административных зданий.The utility model relates to the field of heat engineering, namely to devices for accumulating cold, and can be used in various industries, including for air conditioning and refrigeration of public and office buildings.

Известна установка для производства ледяной воды и аккумулирования холода (RU №2287749, кл. F25D 1/00, опубл. 2005), содержащая вертикально установленную теплоизолированную емкость с днищем, съемной и системой заправки и слива воды, в которой размещен изогнутый трубчатый испаритель холодильного устройства, выполненный в виде горизонтальных рядов изогнутых в форме кольцевой спирали труб, которые размещены по всему внутреннему объему емкости, она дополнительно снабжена устройством для охлаждения воды окружающим емкость холодным воздухом, выполненным в виде смонтированных в емкости вертикальных труб, открытые торцы которых сообщены с окружающим пространством, при этом нижние торцы труб перекрыты заслонкой, имеющей возможность поворота в горизонтальной плоскости и снабженной ручным приводом, а со стороны верхних торцов в каждой трубе смонтирован автономный вытяжной вентилятор с приводом от ветровой нагрузки или от электропривода.A known installation for the production of ice water and the accumulation of cold (RU No. 2287749, class F25D 1/00, publ. 2005), containing a vertically installed insulated tank with a bottom, a removable and a system for filling and draining water, which houses a curved tubular evaporator of the refrigeration device made in the form of horizontal rows of pipes curved in the form of an annular spiral, which are located throughout the internal volume of the tank, it is additionally equipped with a device for cooling the water surrounding the tank with cold air, in the form of vertical pipes mounted in the tank, the open ends of which are in communication with the surrounding space, while the lower ends of the pipes are blocked by a damper that can be rotated in the horizontal plane and equipped with a manual drive, and from the upper ends of each pipe there is a self-contained exhaust fan with a drive from wind load or electric drive.

Известно изобретение, относящееся к установке для кондиционирования воздуха с аккумулятором типа вода-лед (JP №4618529 В2, кл. F24F 5/00, опубл. 2011), содержащая бак-аккумулятор с расположенным в баке и погруженным в воду теплообменником, на поверхности которого в процессе испарения хладагента получают лед, расположенные в баке между теплообменными трубами вертикальные разделительные перегородки, формирующие зигзагообразный канал для воды, циркулирующей в баке, площадь сечения канала в каждой секции, разделенной перегородками, уменьшается по направлению потока воды.A known invention relates to an installation for air conditioning with a water-ice accumulator (JP No. 4618529 B2, class F24F 5/00, publ. 2011), comprising a storage tank with a heat exchanger located in the tank and immersed in water, on the surface of which in the process of refrigerant evaporation, ice is obtained, vertical dividing walls located in the tank between the heat exchange pipes forming a zigzag channel for water circulating in the tank, the cross-sectional area of the channel in each section divided by the partitions decreases by The pressure of water flow.

Основным недостатком известных аккумуляторов холода является низкая эффективность теплообмена между холодоаккумулирующей жидкостью и хладагентом, это связано с тем, что теплообмен осуществляется через гладкую поверхность и мало турбулизован, что обуславливает значительную продолжительность времени замораживания холодоаккумулирующей жидкости.The main disadvantage of the known cold accumulators is the low efficiency of heat transfer between the cold storage liquid and the refrigerant, this is due to the fact that heat exchange is carried out through a smooth surface and is not very turbulent, which leads to a significant duration of the freezing time of the cold storage liquid.

Наиболее близким к заявленному является известный аккумулятор холода, содержащий теплоизолированный бак-аккумулятор, заполненный водой в качестве холодоаккумулирующей среды, в котором размещены тепло-обменные элементы в виде изогнутых труб, по которым протекает хладагент, каждый из которых выполнен в виде кассеты, содержащей змеевик с гофрированными линейными горизонтальными участками, размещенный между двумя металлическими листами и соприкасающийся с этими листами выступами гофрированных участков труб, а под каждой кассетой размещена металлическая барботажная трубка с отверстиями для подачи воздуха в холодоаккумулирующую среду.Closest to the claimed one is a known cold accumulator containing a thermally insulated storage tank filled with water as a cold storage medium, in which heat-exchange elements are placed in the form of bent pipes through which refrigerant flows, each of which is made in the form of a cartridge containing a coil with corrugated linear horizontal sections, placed between two metal sheets and in contact with these sheets, the protrusions of the corrugated pipe sections, and under each cartridge size The metal bubbler tube with openings for supplying air to the cold storage medium.

Недостаток данного технического решения связан с падением интенсивности теплообмена в процессе зарядки аккумулятора по мере нарастания льда на трубках теплообменника из-за низкой теплопроводности льда.The disadvantage of this technical solution is associated with a decrease in the heat transfer intensity during battery charging as ice builds up on the tubes of the heat exchanger due to the low thermal conductivity of the ice.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение теплообмена между хладагентом и холодоаккумулирующей жидкостью и интенсификации процесса зарядки аккумулятора холода. Компактность и простота конструктивного исполнения аккумулятора холода позволят широко использовать заявленный аккумулятор холода не только в системах кондиционирования воздуха, но и в других отраслях промышленности.The technical task of the proposed utility model is to increase heat transfer between the refrigerant and the cold storage liquid and to intensify the process of charging the cold accumulator. The compactness and simplicity of the design of the cold accumulator will make it possible to widely use the declared cold accumulator not only in air conditioning systems, but also in other industries.

Поставленная задача решена тем, что аккумулятор холода содержит теплоизолированный бак-аккумулятор, заполненный водой в качестве холодоаккумулирующей среды, в котором размещены теплообменные элементы с протекающим хладагентом, выполненные в виде кассет, каждая из которых состоит из металлического гофрированного змеевика, закрепленного на металлическом листе и соприкасающегося с ним выступами гофрированных стенок труб, а под каждой кассетой размещена барботажная трубка с отверстиями для подачи воздуха в холодоаккумулирующую среду, дополнительно снабжен системой периодического повышения давления от 5 до 10 кгс/см² в металлических змеевиках, включающей насос высокого давления, запорные клапаны и обратный клапан на входе в аккумулятор и трехходовой клапан с электроприводом на выходе аккумулятора, причем змеевики выполнены с толщиной стенки от 0,3 до 0,5 мм.The problem is solved in that the cold accumulator contains a thermally insulated storage tank filled with water as a cold storage medium, in which heat-exchange elements with flowing refrigerant are placed, made in the form of cartridges, each of which consists of a corrugated metal coil mounted on a metal sheet and in contact with it the protrusions of the corrugated pipe walls, and under each cartridge there is a bubbler tube with holes for supplying air to the cold storage medium, additionally equipped with a system of periodic pressure increase from 5 to 10 kgf / cm ² in metal coils, including a high pressure pump, shut-off valves and a check valve at the inlet to the accumulator and a three-way valve with electric actuator at the outlet of the accumulator, and the coils are made with a wall thickness of 0, 3 to 0.5 mm.

Сущность полезной модели поясняется подробнее чертежом и описанием к нему.The essence of the utility model is explained in more detail by the drawing and description to it.

На фиг.1 схематично изображен аккумулятор холода.Figure 1 schematically shows a cold accumulator.

Аккумулятор холода содержит металлический теплоизолированный бак-аккумулятор 1, заполненный водой в качестве холодоаккумулирующей среды, в котором размещены теплообменные элементы с протекающим хладагентом, выполненные в виде кассет 2, каждая из которых состоит из металлического гофрированного змеевика 3, закрепленного на металлическом листе 4 и соприкасающегося с ним выступами гофрированных стенок труб. Под каждой кассетой размещена барботажная трубка 5 с отверстиями для подачи воздуха в холодоаккумулирующую среду. Аккумулятор холода дополнительно снабжен системой периодического повышения давления от 5 до 10 кгс/см² в металлических змеевиках, включающей насос высокого давления 6, запорные клапаны 7 и обратный клапан 8 на входе в аккумулятор и трехходовой клапан 9 с электроприводом на выходе аккумулятора. Змеевики выполнены с толщиной стенки от 0,3 до 0,5 мм.The cold accumulator contains a metal heat-insulated storage tank 1, filled with water as a cold storage medium, in which heat-exchange elements with flowing refrigerant are placed, made in the form of cartridges 2, each of which consists of a corrugated metal coil 3, mounted on a metal sheet 4 and in contact with him ledges corrugated pipe walls. A bubbler tube 5 with openings for supplying air to the cold storage medium is placed under each cartridge. The cold accumulator is additionally equipped with a system of periodic pressure increase from 5 to 10 kgf / cm ² in metal coils, including a high pressure pump 6, shut-off valves 7 and a check valve 8 at the inlet to the accumulator and a three-way valve 9 with an electric actuator at the outlet of the accumulator. The coils are made with a wall thickness of 0.3 to 0.5 mm.

Аккумулятор холода работает следующим образом.Battery cold works as follows.

На стадии зарядки аккумулятора холода (в период, когда потребность в холоде незначительная или отсутствует совсем, например, в ночное время) охлажденный хладагент от холодильной машины (не показана) через линию с обратным клапаном 8 распределяется по металлическим гофрированным змеевикам 3 кассет 2, установленным в баке-аккумуляторе 1, заполненном водой. Через поверхность змеевика 3 осуществляется теплообмен хладагента с холодоаккумулирующей средой - водой, происходит охлаждение и заморозка воды. Металлические листы 4, на которых закреплены змеевики, контактируют с выступами гофрированных стенок труб и служат для увеличения теплообменной поверхности и более равномерного образования льда в объеме бака-аккумулятора 1. После прохождения змеевиковых труб 3 хладагент направляется в холодильную машину через линию с трехходовым клапаном 9. В нижней части бака-аккумулятора 1 под каждой кассетой 2 размещена барботажная трубка с отверстиями 5, через которую подается воздух. Пузырьки воздуха, проходя через зазоры, образованные гофрированной поверхностью змеевиков 3 и металлическими листами 4 кассет 2 интенсифицируют процесс теплообмена, способствуют более быстрому охлаждению воды, ускоряют превращение воды в лед. Процесс продолжается до полной заморозки холодоаккумулирующей среды - воды в объеме бака-аккумулятора 1. В обычном рабочем режиме зарядки трехходовой клапан 9 включен на проход А-АБ, циркуляционные насосы системы холодоснабжения (не показаны) включены, насос высокого давления 6 выключен.At the stage of charging the cold accumulator (at a time when the need for cold is insignificant or completely absent, for example, at night), the cooled refrigerant from the chiller (not shown) through the line with the check valve 8 is distributed to the corrugated metal coils 3 of cassettes 2 installed in storage tank 1 filled with water. Through the surface of the coil 3, the refrigerant is exchanged with a cold storage medium - water, water is cooled and frozen. The metal sheets 4 on which the coils are mounted contact with the protrusions of the corrugated pipe walls and serve to increase the heat exchange surface and more uniform formation of ice in the volume of the storage tank 1. After passing the coil pipes 3, the refrigerant is sent to the refrigerator through a line with a three-way valve 9. In the lower part of the storage tank 1 under each cartridge 2 there is a bubbler tube with holes 5 through which air is supplied. Air bubbles passing through the gaps formed by the corrugated surface of the coils 3 and metal sheets 4 of the cassettes 2 intensify the heat transfer process, contribute to faster cooling of the water, accelerate the conversion of water into ice. The process continues until the cold storage medium is completely frozen - water in the volume of the storage tank 1. In the normal operating mode of charging, the three-way valve 9 is connected to the A-AB passage, the circulation pumps of the cooling system (not shown) are turned on, the high pressure pump 6 is turned off.

В процессе зарядки аккумулятора на стенках змеевика 3 нарастает слой льда, имеющий низкую теплопроводность и снижающий интенсивность процесса теплообмена. Для предотвращения нарастания слоя льда большой толщины в схему аккумулятора холода включена система периодического повышения давления, действующая по следующему алгоритму: во время цикла разрушения ледяного слоя на змеевиковых трубках 3 трехходовой клапан 9 с электроприводом переключается в положение Б-АБ, включается насос высокого давления 6, циркуляционные насосы системы холодоснабжения (не показаны) продолжают работать. За счет повышения давления в змеевиковых трубках 3 теплообменных элементов они удлиняются и изгибаются в промежутках между местами креплений на пластинах, в результате чего слой льда на их поверхности разрушается.In the process of charging the battery on the walls of the coil 3, an ice layer builds up, which has low thermal conductivity and reduces the intensity of the heat transfer process. To prevent the buildup of an ice layer of large thickness, a periodic pressure increase system is included in the cold accumulator circuit, operating according to the following algorithm: during the cycle of destruction of the ice layer on coil tubes 3, the three-way valve 9 with an electric actuator switches to B-AB position, the high-pressure pump 6 refrigeration system circulation pumps (not shown) continue to operate. Due to the increase in pressure in the coil tubes 3 of the heat exchange elements, they are elongated and bent between the fasteners on the plates, as a result of which the ice layer on their surface is destroyed.

Повышение давления в змеевиковых трубках обеспечивает их линейное обратимое расширение, приводящее к разрушению намороженного слоя льда. Разрушенный слой льда выпадает в виде фрагментов и шуги на дне бака-аккумулятора 1. Таким образом, толщина льда на змеевиковых трубках 3 в процессе зарядки аккумулятора холода ограничивается частотой циклов увеличения давления. Периодическое увеличение давления в трубках обеспечивается за счет установки на входном патрубке аккумулятора холода насоса высокого давления 6 и трехходового клапана 9 с электроприводом на выходе. Запорные клапаны 7 служат для удобства обслуживания насоса высокого давления 6, позволяя, в случае необходимости, демонтировать его без опорожнения системы и остановки работы аккумулятора, обратный клапан 8 служит для сохранения высокого давления в гофрированных змеевиковых трубках аккумулятора холода в период повышения давления и предотвращения перетекания хладагента обратно в подающий трубопровод.The increase in pressure in the coil tubes provides their linear reversible expansion, leading to the destruction of the frozen layer of ice. The destroyed ice layer falls out in the form of fragments and sludge at the bottom of the storage tank 1. Thus, the thickness of the ice on the coil tubes 3 during charging of the cold accumulator is limited by the frequency of pressure increase cycles. A periodic increase in pressure in the tubes is ensured by installing a cold pump 6 and a three-way valve 9 with an electric actuator at the outlet at the inlet pipe of the accumulator. Shut-off valves 7 serve for convenient maintenance of the high-pressure pump 6, allowing, if necessary, to dismantle it without emptying the system and stopping the battery, check valve 8 serves to maintain high pressure in the corrugated serpentine tubes of the cold accumulator during the period of increasing pressure and preventing overflow of refrigerant back to the supply pipe.

В процессе разрядки аккумулятора холода (когда потребность в холоде возрастает, например, в дневное время) хладагент распределяется по змеевиковым элементам 3 кассет 2, установленным в баке-аккумуляторе 1, заполненном охлажденной водой или льдом. Хладагент контактирует с гофрированными стенками змеевиковых трубок, охлаждается и направляется далее в холодильную машину.During the discharge of the cold accumulator (when the demand for cold increases, for example, in the daytime), the refrigerant is distributed among the coil elements 3 of the cassettes 2 installed in the storage tank 1 filled with chilled water or ice. The refrigerant comes in contact with the corrugated walls of the coil tubes, is cooled and then sent to the refrigeration machine.

Цикл разрушения льда осуществляется с периодичностью от 10 до 30 минут из расчета намораживания льда толщиной не более 10 мм и длится около минуты. Большая толщина льда может привести к неполному разрушению и не осыпанию льда. Змеевиковые трубки выполнены из нержавеющей стали диаметром 15-25 мм с гофрированной стенкой толщиной от 0,3 до 0,5 мм, при таком диапазоне толщины стенки трубка может работать как сильфон при изменении давления. Толщина стенки более 0,5 мм препятствует упругой деформации трубки, толщина менее 0,3 мм снижает максимальное допустимое давление в трубках.The ice destruction cycle is carried out with a frequency of 10 to 30 minutes based on the freezing of ice with a thickness of not more than 10 mm and lasts about a minute. Large ice thickness can lead to incomplete destruction and not shedding of ice. Coil tubes are made of stainless steel with a diameter of 15-25 mm with a corrugated wall with a thickness of 0.3 to 0.5 mm, with this range of wall thickness the tube can work as a bellows with a change in pressure. A wall thickness of more than 0.5 mm prevents elastic deformation of the tube, a thickness of less than 0.3 mm reduces the maximum allowable pressure in the tubes.

В цикле разрушения слоя льда на поверхности насосом высокого давления 6 создается давление от 5 до 10 кгс/см², при котором относительное удлинение змеевиковых трубок 3 теплообменника составляет 0,5-1%, увеличение диаметра трубки - менее 0,5%. При давлении менее 5 кгс/см² - деформация трубок становится недостаточной для разрушения слоя льда, при давлении более 10 кгс/см² - создается слишком высокая нагрузка на трехходовой 9 и запорные клапаны 7, которые рассчитаны на условное давление 16 кгс/см², а также повышаются энергозатраты на создание давления и возрастают капитальные затраты, связанные с использованием насоса большей производительностью.In the cycle of destruction of the ice layer on the surface by a high pressure pump 6, a pressure of 5 to 10 kgf / cm ² is created at which the elongation of the coil tubes 3 of the heat exchanger is 0.5-1%, the increase in the diameter of the tube is less than 0.5%. At a pressure of less than 5 kgf / cm ² - the deformation of the tubes becomes insufficient to destroy the ice layer, at a pressure of more than 10 kgf / cm ² - a too high load is created on the three-way 9 and shut-off valves 7, which are designed for a nominal pressure of 16 kgf / cm ² , as well as increased energy costs for creating pressure and increased capital costs associated with the use of a pump with greater productivity.

Удлинение 0,5-1% заставляет гофрированную трубку изгибаться в форме дуги между местами ее крепления с углом 5-15° между касательной к дуге в месте крепления и осью трубы в обычном положении. Совместно с увеличением диаметра трубок это приводит к разрушению льда и осыпанию его в виде шуги в пространство между кассетами аккумулятора холода.An elongation of 0.5-1% causes the corrugated tube to bend in the form of an arc between its attachment points with an angle of 5-15 ° between the tangent to the arc at the attachment point and the pipe axis in the normal position. Together with an increase in the diameter of the tubes, this leads to the destruction of ice and its shedding in the form of a sludge into the space between the cassettes of the cold accumulator.

Конструкция заявленного аккумулятора холода проста, компактна, эффективна, имеет высокую интенсивность теплообмена.The design of the claimed cold storage battery is simple, compact, efficient, has a high heat transfer rate.

Предложенная конструкция аккумулятора холода по сравнению с известными аналогами обладает большой удельной аккумуляционной способностью, высокой скоростью зарядки аккумулятора. Простота конструкции позволяет снизить стоимость производства аккумуляторов холода по сравнению с известными зарубежными моделями.The proposed design of the cold accumulator in comparison with known analogues has a large specific storage capacity, high speed charging the battery. The simplicity of the design allows to reduce the cost of production of cold batteries in comparison with well-known foreign models.

Достигнутые результаты позволяют рекомендовать заявленное изобретение для широкого внедрения в различных областях холодоснабжения, в частности, для использования в системах кондиционирования, связанных с аккумуляцией холода.The results achieved allow us to recommend the claimed invention for widespread use in various fields of refrigeration, in particular, for use in air conditioning systems associated with the accumulation of cold.

Claims

A cold accumulator containing a thermally insulated storage tank filled with water as a cold storage medium, in which heat-exchange elements with flowing refrigerant are placed, made in the form of cartridges, each of which consists of a corrugated metal coil mounted on a metal sheet and in contact with corrugated wall protrusions pipes, and under each cassette there is a bubbling tube with holes for supplying air to the cold storage medium, characterized in that but provided with a periodic pressurization system of 5 to 10 kgf / cm ² in the metal coils, comprising a high pressure pump, the shut-off valve and check valve at the inlet of the accumulator and the three-way motorized valve on the accumulator output, wherein the coils are made with a wall thickness of 0, 3 to 0.5 mm.