SK5397Y1 - Water cooler for industrial technologies - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka chladiča vody, najmä priemyselných technológií používaných na výrobu elektrickej energie v tepelných a atómových elektrárňach, teplárňach, kafilériách, cukrovaroch, pri chladení odlievania ingotov a pod.

Doterajší stav techniky

V súčasnosti je bežné známe chladenie horúcej vody vo veľkoobjemovej nádrži s chladiacou vodou, do ktorej prívodom priteká horúca voda a súčasne z jej odtoku vyteká ochladená voda. Ochladzovanie vody vo veľkoobjemovej nádrži je len povrchom nádrže a z vodnej hladiny. Účinné chladenie vody pre priemyselné technológie s potrebnou teplotou a množstvom ochladenej vody preto vyžaduje používanie veľkej veľkoobjemovej nádrže s maximálnym vnútorným povrchom, napr. jazero. Vytvorenie takejto veľkoobjemovej nádrže je však plošne a prevádzkovo nákladné. Preto sa takéto technické riešenie používa iba minimálne. Veľkou nevýhodou tohto riešenia je, že sa celá tepelná energia z horúcej vody bez úžitku stráca do okolia, čím sa znižuje účinnosť získavania energie z fosílnych a jadrových palív za výrazného negatívneho ovplyvňovania vonkajšieho prostredia.

Pri priemyselných technológiách používaných najmä na výrobu elektrickej energie v tepelných a atómových elektrárňach sa prehriata para po výstupe z posledného stupňa kondenzačnej parnej turbíny, ktorá je hriadeľom spojená s generátorom elektrického prúdu, t. j. turbogenerátora, na rúrkach chladených chladiacou vodou v kondenzátore mení na vodu a táto sa po ohriatí vracia späť do parogenerátora, resp. do varného bubna, príp. tlakovej nádoby na separáciu nasýtenej pary, cez prívod napájacej vody kotla. Kondenzačné teplo z kondenzátora sa pritom odvádza chladiacou vodou na chladiacu vežu, t. j. tepelný výmenník, v ktorom sa odovzdáva teplo chladenej vody z kondenzátora do okolitého vzduchu. Najpoužívanejšie sú pritom chladiace veže s prirodzeným ťahom, charakterizované ťahovým komínom zo železobetónovým hyperboloidným plášťom, na plochu ktorého je privádzaná voda rozstrekovaná dýzami vo forme drobných kvapôčok, ktoré sú ochladzované prúdom stúpajúceho ohriateho vzduchu. Voda pritom pomaly preteká cez tieto bloky, steká a spadá dolu do záchytnej vane. Pri výkonnejších zariadeniach je umiestnený proti pohybu vody ventilátorom hnaný chladiaci vzduch, ktorý rýchle odoberá z nej nepotrebné teplo. Ochladená vode potom vyteká zo záchytnej vane znova do technológie, z ktorej odoberá teplo. Takéto chladiace zariadenie má otvorený chladiaci okruh umožňujúci úlet pary a drobných čiastočiek vody do ovzdušia. Známe je i uzatvorené chladenie, kde chladená voda neprichádza do styku s vonkajším vzduchom, lebo je vedená v rúrkach, ktorých povrch je sprchovaný studenou vodou z druhého okruhu veže. Taktiež je známe i tzv. ekonomické chladenie, kde zariadenia pracujú na princípoch hybridného alebo adiabatického chladenia s úsporou energií. Je to kombinácia otvoreného, uzatvoreného a suchého chladenia.

Nevýhodou chladiacich veží je, že ovplyvňujú klimatické pomery blízkeho okolia vodou vo forme pary a emitovanými tuhými časticami, ktoré ako kondenzačné jadrá zvyšujú výskyt zrážok. Najmä v chladnom období sa vysokou relatívnou vlhkosťou zvyšuje v blízkom okolí pravdepodobnosť kondenzácie vodnej pary vo forme hmly, mrholenia, resp. dažďa s následnou príp. poľadovicou a namŕzaním. Ďalšou veľkou nevýhodou takéhoto riešenia je, že sa podstatná časť tepelnej energie z horúcej vody v chladiacej veži bez úžitku stráca do okolia, čím sa znižuje účinnosť získavania energie zo spaľovaných fosílnych a jadrových palív na priemyselné účely.

Na vykurovanie stavebných priemyselných objektov a rodinných domov sa používa i tepelné čerpadlo, t. j. zariadenie, ktoré prevádza nízko potenciálnu tepelnú energiu prírodného prostredia na energeticky vyššiu, prakticky využiteľnú hladinu, ktoré neprodukuje žiadne odpadové splodiny. Jeho princíp je založený na skupenských premenách pracovného média s nízkym bodom varu - chladivá vo vnútornom okruhu tepelného čerpadla. Toto zariadenie je zložené z výmenníka tepla prepojeného vonkajším a vnútorným potrubím s výparníkom, vo vnútri ktorého je osadené výpamíkové potrubie s vývodmi prepojenými cez kompresor s elektromotorom, kondenzátorové potrubie kondenzátora a vstrekovací redukčný ventil, pričom má v potrubiach je naplnené chladivo, t. j. pracovné médium s nízkym bodom varu a kondenzátor má vybavený prívodným potrubím studenej vody i odvodným potrubím teplej vody. Teplota pracovného média prichádzajúceho do výparníka je pritom nižšia ako teplota zdroja prechádzajúceho výparníkom, čo spôsobuje vyparovanie pracovného média, ktorého para je kompresorom následne stláčaná na vyšší tlak a teplotu. Takto nasýtená para sa privádza do kondenzátora, kde odovzdáva užitočné teplo, pričom kvapalné pracovné médium expanduje na výpamú teplotu a tlak cez vstrekovací redukčný ventil do výparníka, pričom celý cyklus sa opakuje. Samotný chod tepelného čerpadla je riadený manuálne alebo elektronicky na základe teplotných a tlakových snímačov vo vnútornom okruhu tepelného čerpadla. Z hľadiska uvádzania do chodu a zastavenia tepelného čerpadla pracuje podľa vopred nastavenej krivky ekvitermnej regulácie, ktorá pomocou snímačov vyhodnocuje aktuálnu teplotu vonkajšieho vzduchu a vody vo vykurovacom systéme stavebného objektu. Takéto za2

SK 5397 Yí riadenie však dosiaľ netvorí súčasť chladiča vody pre priemyselné technológie používanej najmä na výrobu elektrickej energie v tepelných a atómových elektrárňach.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje chladič vody, najmä priemyselných technológií podľa technického riešenia, zložený z prívodu horúcej vody, veľkoobjemovej nádrže s chladiacou vodou, vývodu ochladenej vody a tepelného čerpadla, tvoreného výmenníkom tepla prepojeného vonkajším a vnútorným potrubím s výparníkom, vo vnútri ktorého je osadené výpamíkové potrubie s vývodmi prepojeným cez kompresor s elektromotorom, kondenzátorové potrubie kondenzátora a vstrekovací redukčný ventil, pričom v potrubiach je naplnené pracovné médium a kondenzátor je vybavený tlakovým prívodným potrubím studenej vody i odvodným potrubím zohriatej vody. Podstatou tohto technického riešenia je, že výmenník tepla tepelného čerpadla je osadený v chladiacej vode veľkoobjemovej nádrže.

Je pritom výhodné, ak je aspoň časť kondenzátora osadená vedľa výmenníka v chladiacej vode veľkoobjemovej nádrže a ak je veľkoobjemová nádrž aspoň čiastočne zakrytá.

Taktiež jc výhodné, ak je vývod ochladenej vody z veľkoobjemovej nádrže pripojený tlakovým prívodným potrubím studenej vody do kondenzátora, z ktorého odvodné potrubie zohriatej vody je pripojené na prívod napájacej vody kotla s tepelným zdrojom, pričom v tlakovom potrubí môže byť osadené aspoň jedno vodné čerpadlo.

Zariadenie podľa technického riešenia iba minimálne ovplyvňuje klimatické pomery blízkeho okolia vo forme pary a emitovanými tuhými časticami a nevplýva na výskyt zrážok v blízkom okolí vo forme hmly, mrholenia, resp. dažďa s následnou príp. poľadovicou a namŕzaním. Veľkou výhodou technického riešenia je, že zabraňuje úniku podstatnej časti tepelnej energie z horúcej vody pri jej chladení do ovzdušia a že túto následne i ekonomicky využíva spolu s obnoviteľnou slnečnou energiou akumulovanou v okolitom prostredí, čím výrazne zvyšuje účinnosť získavania energie zo spaľovaných fosílnych a jadrových palív i z geotermálnych prameňov na priemyselné účely. Ďalším prínosom tohto technického riešenia je, že jeho tepelné čerpadlo vytvára v odvodnom potrubí horúcej vody podstatne vyššiu teplotu aká je v prívode horúcej vody, čo umožňuje jej privádzanie i do predhrievača pary parogenerátora alebo tlakovej nádoby na separáciu nasýtenej pary v tepelnom zdroji, čím dochádza k šetreniu fosílneho alebo jadrového paliva a zníženiu ročných prevádzkových nákladov na vykurovanie a výrobu teplej úžitkovej vody bez vynaloženia nákladov na nutný ohrev z paliva. Naviac použitie tepelného čerpadla v prevádzke nevyžaduje mimoriadnu obsluhu a údržbu a umožňuje vytváranie tepla bez vzniku popolu alebo iných plynových spalín. Nutné vstupné investičné náklady na riešenie sú pritom podstatne prevýšené dlhodobo finančne menšími prevádzkovými nákladmi na výrobu tepla z fosílneho alebo jadrového paliva a na lacnejšie vykurovanie objektov i ohrev teplej úžitkovej vody. Využitie technického riešenia pritom pozitívne ovplyvní nielen ekonomiku, ale taktiež z ekologického hľadiska aj znižuje znečisťovanie a zvyšuje ochranu i ozdravenie životného prostredia.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Konkrétny príklad uskutočnenia technického riešenia je schematicky znázornený na pripojených výkresoch, kde je zobrazený na obr. 1 príklad uskutočnenia chladiča vody, najmä priemyselných technológií s kondenzátorom osadeným nad terénom vo vzduchu a na obr. 2 príklad uskutočnenia chladiča vody, najmä priemyselných technológií s kondenzátorom čiastočne osadeným v chladiacej vode vedľa výmenníka vo veľkoobjemovej nádrži.

Príklady uskutočnenia technického riešenia

Základné príklady uskutočnenia chladiča vody, najmä priemyselných technológií podľa technického riešenia sú zobrazené na obr. 1 a 2. Tieto zariadenia sú zložené z prívodu 3 horúcej vody, veľkoobjemovej nádrže 1 s chladiacou vodou, vývodu 2 ochladenej vody a tepelného čerpadla, tvoreného výmenníkom tepla 4 osadeným v chladiacej vode veľkoobjemovej nádrže 1, ktorý je prepojený vonkajším potrubím 5 a vnútorným potrubím 6 s výparníkom 7. Vnútri výparníka 7 je osadené výpamíkové potrubie 8 s vývodmi prepojenými cez kompresor 9 s elektromotorom M, kondenzátorové potrubie 11 kondenzátora 14 a vstrekovací redukčný ventil 10, pričom v potrubiach je naplnené pracovné médium, napr. bezfreónové chladivo s ozn. (R

134 a), difluór (ledon).....a kondenzátor 14 je vybavený tlakovým prívodným potrubím 13 studenej vody i odvodným potrubím zohriatej vody 12. Kondenzátor 14 zobrazený na obr. 1 je pritom osadený nad terénom vo vzduchu a na obr. 2 je čiastočne osadený v chladiacej vode vedľa výmenníka 4 vo veľkoobjemovej nádrži

SK 5397 Υ1

1. Veľkoobjemová nádrž 1 na obr. 1 a 2 je vytvorená ako otvor v zemi, ktorý môže mať rôzny tvar, napr, hranola, kocky, valca, prírodnej prehĺbeniny, jazera a pod. Výmenník tepla 4 má na zobrazených obrázkoch vertikálne usporiadanie rúr tvaru hadice.

Veľkoobjemová nádrž 1 je pritom naplnená studenou chladiacou vodou a prívodom 3 do nej priebežne priteká horúca voda vzniknutá v kondenzátore kotla kondenzáciu prehriatej pary po výstupe z posledného stupňa kondenzačnej parnej turbíny, ktorá je hriadeľom spojená s generátorom elektrického prúdu, t. j. turbogenerátora a súčasne z nej priebežne vývodom 2, napr. samospádom alebo tlakom neznázomeného vodného čerpadla, vyteká ochladená voda do známeho nezobrazeného prívodu napájacej vody kotla tepelného zdroja priemyselnej technológie, napr. tepelnej alebo jadrovej elektrárne a pod., za chodu použitého tepelného čerpadla. Kompresor 9 poháňaný elektromotorom M pritom nasáva pracovné médium z výpamíkového potrubia 8 výparníka 7, za vzniku podtlaku a vyparovania pracovného média za spotrebúvania výpamého tepla z výmenníka 4, t. j. ochladzovania chladiacej vody vo veľkoobjemovej nádrži i. Následne sa pracovné médium kompresorom 9 stláča, čím sa zahreje a vtlačí do kondenzátora 14, kde sa skvapalňuje. Pri skvapalňovaní odovzdáva pohltené výpamé teplo známym spôsobom z tlakového prívodného potrubia 13 studenej vody do odvodného potrubia 12 zohriatej vody, t. j. napr. do sústavy teplovodného vykurovania a pod. Skvapalnené pracovné médium ďalej preteká vstrekovacím redukčným ventilom 10 a za expandovania stráca tlak, čím sa výrazne ochladzuje. Pretože pracovné médium je chladnejšie ako zdroj tepla vo výmenníku 4, priebežne odčerpáva z neho teplo za ochladzovania chladiacej vody vo veľkoobjemovej nádrži 1 a pracovný cyklus sa znova opakuje v smere výparník 7, kompresor 9, kondenzátor 14 a redukčný ventil 10. Samotný chod tepelného čerpadla je riadený známym spôsobom manuálne alebo elektronicky na základe teplotných a tlakových snímačov vo vnútornom okruhu tepelného čerpadla. Z hľadiska uvádzania do chodu a zastavenia tepelného čerpadla pracuje toto zariadenie podľa vopred nastavenej krivky ekvitermnej regulácie, ktorá pomocou snímačov vyhodnocuje aktuálnu teplotu vonkajšieho vzduchu a vody vo vykurovacom systéme stavebného objektu.

Opísané a zobrazené uskutočnenia nie sú jedinými možnými riešeniami podľa úžitkového vzoru, lebo výmenník tepla môže mať horizontálne alebo horizontálno-vertikálne, alebo špirálovité, príp. kombinované usporiadanie rúr s rôznym vonkajším tvarom. Výmenník tepla môže byť taktiež tvoriť výplň medzi aspoň časti dvojitej steny veľkoobjemovej nádrže. Veľkoobjemová nádrž môže byť buď čiastočne alebo úplne zakrytá, napr. vekom, fóliou a pod. Alternatívne môže byť veľkoobjemová nádrž osadená na zemi alebo nad zemou a môže mať rôzny tvar, napr. hranola, kocky, valca, gule a pod., s horným otvorom, ktorý môže byť buď čiastočne alebo úplne zakrytý, napr. vekom, fóliou a pod. Taktiež vývod ochladenej vody z veľkoobjemovej nádrže môže byť pripojený tlakovým prívodným potrubím studenej vody do kondenzátora, z ktorého odvodné potrubie horúcej vody je pripojené na prívod napájacej vody kotla s tepelným zdrojom, pričom v tlakovom potrubí môže byť osadené aspoň jedno vodné čerpadlo. Prívod horúcej vody a vývod ochladenej vody môže byť pritom vo veľkoobjemovej nádrži v ľubovoľnej polohe.

Priemyselná využiteľnosť

Chladič vody, najmä priemyselných technológií podľa technického riešenia je možné použiť na vykurovanie, klimatizáciu a ohrev úžitkovej vody v obytných budovách, školách, zhromažďovacích alebo pracovných priestoroch, plavárňach, administratívnych a priemyselných budovách a to i v kombinácii s chladiacimi zariadeniami, napr. v mliekarenskom priemysle na chladenie mlieka alebo pri sušení dreva, tehál, bielizne, potravín a pod.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Chladič vody, najmä priemyselných technológií, zložený z prívodu horúcej vody, veľkoobjemovej nádrže s chladiacou vodou, vývodu ochladenej vody a tepelného čerpadla, tvoreného výmenníkom tepla prepojeného vonkajším a vnútorným potrubím s výparníkom, vnútri ktorého je osadené výpamíkové potrubie s vývodmi prepojenými cez kompresor s elektromotorom, kondenzátorové potrubie kondenzátora a vstrekovací redukčný ventil, pričom v potrubiach je naplnené pracovné médium a kondenzátor je vybavený tlakovým prívodným potrubím studenej vody i odvodným potrubím zohriatej vody, vyznačujúci sa tým, že výmenník (4) tepla tepelného čerpadla je osadený v chladiacej vode veľkoobjemovej nádrže (1).
2. 2. Chladič vody podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že aspoň časť kondenzátora (14) je osadená vedľa výmenníka (4) v chladiacej vode veľkoobjemovej nádrže (1).
3. 3. Chladič vody podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že veľkoobjemová nádrž (1) je aspoň čiastočne zakrytá.

   SK 5397 Υ1
4. 4. Chladič vody podľa nároku 1 alebo 2 až 3, v y z n a č u j ú c i sa t ý m , že vývod ochladenej vody (2) z veľkoobjemovej nádrže (1) je pripojený tlakovým prívodným potrubím (13) studenej vody do kondenzátora (14). z ktorého odvodné potrubie (12) zohriatej vody je pripojené na prívod napájacej vody kotla s tepelným zdrojom.
5. 5 5. Chladič vody podľa nároku 4,vyznačujúci sa tým, že v tlakovom potrubí (13) je osadené aspoň jedno vodné čerpadlo.