СИСТЕМА ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ И ОБОЛОЧКА ДЛЯ КУСКОВ ЛЬДА ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННОЙ КАМЕРЫ ДЛЯ ЛЬДА ТАКОЙ СИСТЕМЫ
AIR COOLING SYSTEM OF ROOMS AND COVER FOR ICE BLOCKS OF INSULATED ICE CHAMBER OF SUCH SYSTEM

Изобретение относится к системам воздушного охлаждения помещений в теплое время года, получающих охлажденный воздух от возобновляемого источника холода в виде льда, запасенного за счет холода в холодное время года, и предназначено для поддержания требуемого температурного режима и микроклимата в помещениях промышленных, общественных, жилых и других зданий.
Известно устройство для аккумулирования холода, которое содержит замкнутый контур для циркулирования воздушного хладагента, проходящий через аккумулятор холода, и ветвь контура, отводящую охлажденный воздух потребителю [патент RU 2123648, опубл. 20.12.1998]. Аккумулятор холода включает множество конструкций «труба в трубе», установленных в грунтовых скважинах глубиной 16 м, пробуренных в вырытом котловане, из которого удален грунт на глубину, вдвое превышающую глубину промерзания, причем в грунт дополнительно введен жидкий хладагент типа воды или водосоляного раствора. На поверхности грунта расположен теплообменник, подключенный к замкнутому контуру с возможностью отключения и подключения к ветви контура, отводящей охлажденный воздух к потребителю из аккумулятора холода через замкнутый контур с помощью вентилятора. В холодное время года воздух пропускают через замкнутый контур с созданием аккумулятора холода в расположенных в грунте конструкциях «труба в трубе», а затем охлажденный воздух передают в теплое время года потребителю по отводящей ветви, которая выполнена с возможностью удаления прошедшего замкнутый контур воздуха в атмосферу. Недостатками известного устройства являются его конструктивная сложность, высокая стоимость изготовления и обслуживания, что, в свою очередь, обуславливает высокую стоимость получения холода.
Известна рефрижераторная система охлаждения, использующая энергию холода для воздушного кондиционирования и охлаждения складского помещения [патент CN 1293343, опубл. 02.05.2001]. Система содержит подземное теплоизолированное хранилище льда, запасенного в зимнее время, и надземный корпус охлаждающего блока с внутренней средой, предназначенной для выработки холода в летнее время. В верхней части хранилища имеется загрузочное отверстие для загрузки кусков льда, а в донной части хранилища выполнен приямок со сливной трубой, предназначенный для сбора и откачивания конденсата и воды, образовавшейся при таянии льда. По высоте надземного корпуса охлаждающего блока расположены сетчатые ярусы, на которых накапливается холод и на которых, проходя сквозь ячейки, охлаждается воздух. В верхней части корпуса охлаждающего блока установлены заборные воздухораспределители, через которые охлажденный воздух поступает в подающий воздуховод и при помощи вентилятора, установленного в вентиляционной камере, по теплоизолированному подземному воздуховоду подается в охлаждаемое складское помещение. В зимнее время через загрузочное отверстие в хранилище загружается колотый лед, где он сохраняется до летнего времени. В летнее время холод от запасенного льда концентрируется на сетчатых ярусах охлаждающего блока, сквозь ячейки которых проходит и охлаждается воздух, который затем через заборные воздухораспределители подается по подающему воздуховоду для кондиционирования и охлаждения складского помещения. Вода от растаявшего в летнее время льда и конденсат по сливной трубе из хранилища отсасываются в канализационную систему с помощью насоса. Недостатками известной системы являются ее конструктивная сложность, высокая стоимость изготовления и обслуживания, что, в свою очередь, обуславливает высокую стоимость получения холода. Кроме того, требуется применение специальных устройств для отвода талой воды от растаявшего льда и повторной загрузки льда в хранилище.
В качестве прототипа выбрана система воздушного охлаждения здания, склада или оранжереи в летний период года за счет источника холода в виде гранул льда, произведенных в зимний период года из естественного снега и воды [патент JP 2001153507, опубл. 08.06.2001]. Система содержит контур приточно-вытяжной вентиляции с принудительной циркуляцией воздуха, оборудованный воздуховодами, замкнутыми на охлаждаемое помещение и теплоизолированную камеру для льда. Охлажденный воздух, поступивший из камеры для льда по подающему воздуховоду с помощью канального вентилятора, попадает внутрь охлаждаемого помещения и охлаждает его. Отдавший холод воздух из охлажденного помещения по обратному воздуховоду попадает в камеру для льда, где через ее нижние отверстия поднимается вверх по промежуткам между гранулами льда, где вновь охлаждается, проходит через верхние отверстия камеры для льда и по подающему воздуховоду вновь возвращается в охлаждаемое помещение. Недостатком известной системы охлаждения помещений является относительно сложная и затратная технология получения гранул льда, что обуславливает относительно высокую стоимость получения холода. Также к недостаткам относится тот факт, что при таянии гранул льда промежутки между ними могут уменьшиться, либо гранулы могут при этом смерзнуться друг с другом, что может потребовать большего количества затрат энергии на продувку охлаждаемого воздуха через камеру для льда. Кроме того, требуется применение специальных устройств для отвода талой воды от растаявших гранул льда и повторной загрузки льда в камеру для льда.
Технической задачей, для решения которой предлагается изобретение, является упрощение конструкции системы воздушного охлаждения помещений, используемой в теплое время года, в частности в летний период года, за счет использования льда, полученного в холодное время года, в частности в зимний период, что, в свою очередь, снижает стоимость производимого холода. Эта техническая задача, в частности, решается главным образом за счет упрощения конструкции камеры для льда, а также за счет использования в такой конструкции системы стандартных комплектующих, включая утилизируемые комплектующие.
Другой решаемой технической задачей является минимизация затрат на обслуживание системы воздушного охлаждения помещений за счет упрощения и/или исключения операций загрузки льда в теплоизолированную камеру для льда и отвода талой воды от растаявшего льда.
Еще одной решаемой технической задачей является продление срока службы устройств, входящих в систему воздушного охлаждения помещений, за счет предотвращения контакта влаги от талой воды и самой талой воды с такими устройствами.
Предлагается система воздушного охлаждения помещений, включающая теплоизолированную камеру для льда, множество кусков льда, полученных за счет естественного холода в холодное время года и уложенных в теплоизолированную камеру для льда с зазорами между соседними кусками льда, которые образуют каналы для прохода охлаждаемого воздуха, и контур приточно-вытяжной вентиляции с принудительной циркуляцией воздуха, оборудованный приточным воздуховодом для подачи охлаждаемого воздуха из охлаждаемого помещения в теплоизолированную камеру для льда и вытяжным воздуховодом для подачи охлажденного воздуха из теплоизолированной камеры для льда в охлаждаемое помещение. Новым является то, что куски льда заключены в закрытые полимерные оболочки, имеют форму этих оболочек и получены замораживанием естественным холодом воды, залитой в полимерные оболочки и закрытой в них.
Закрытые полимерные оболочки могут иметь одинаковую форму и размеры, при этом они могут быть уложены по высоте теплоизолированной камеры для льда послойно.
Лучше когда закрытые полимерные оболочки выполнены в виде емкостей стандартной потребительской полимерной тары, предназначенных для хранения жидких продуктов и закрываемых стандартными укупорочными средствами.
При этом емкости стандартной потребительской полимерной тары могут быть выполнены в виде стандартных полимерных бутылок, закрываемых резьбовыми пробками или колпачками.
Также могут быть использованы емкости стандартной потребительской полимерной тары после их использования по основному назначению, т.е. после хранения в них каких-либо пищевых, бытовых или промышленных жидких продуктов.
Камера для льда может быть снабжена открываемой теплоизолированной крышкой.
Лучше когда куски льда получены замораживанием пресной воды.
В другом аспекте настоящего изобретения предлагается применять укупориваемую емкость стандартной потребительской полимерной тары, предназначенной для хранения жидких продуктов, в качестве оболочки для кусков льда теплоизолированной камеры для льда системы воздушного охлаждения помещений.
Такая емкость стандартной потребительской полимерной тары просто должна иметь возможность наполнения водой с последующим замораживанием воды до состояния льда внутри укупоренной емкости за счет естественного холода.
Лучше когда емкость стандартной потребительской полимерной тары выполнены в виде стандартной полимерной бутылки, закрываемой стандартным укупорочным средством типа резьбовой пробки или колпачка.
Можно применять емкости стандартной потребительской полимерной тары после ее использования по основному назначению за счет чего дополнительно достигается утилизация такой использованной тары.
Здесь и далее под емкостями стандартной потребительской полимерной тары понимаются емкости, предназначенные для хранения жидких продуктов и изготовленные по соответствующим стандартам и техническим условиям, разработанным на базе таких стандартов.
В настоящем изобретении, например, может применяться потребительская полимерная тара по ГОСТ P 51760-2001 «Тара потребительская полимерная. Общие технические условия», в частности полимерные банки, бутылки, тубы, предназначенные для упаковывания и хранения жидких пищевых продуктов, лекарственных средств, парфюмерно-косметических средств, товаров бытовой химии, лакокрасочных материалов, технических масел и смазок, продукции промышленного и бытового назначения.
Также в настоящем изобретении в качестве потребительской полимерной тары могут применяться полимерные бутылки по ГОСТ P 52789-2007 «Бутылки из полиэтилентерефталата для пищевых жидкостей. Общие технические условия».
Применяемая потребительская полимерная тара может иметь любую форму, например прямоугольную (по поперечному сечению), цилиндрическую, фигурную. В частности, по высоте емкостей такой тары могут быть выполнены сужения или кольцевые выступающие участки, что создаст дополнительные зазоры между соседними емкости, и соответственно дополнительные поверхности теплопередачи между охлаждаемым воздухом и льдом внутри емкостей, при укладке емкостей рядом с друг другом или одна на другую внутри теплоизолированной камеры для льда.
Применяемая потребительская полимерная тара может иметь горловину различной формы, предпочтительно укороченную горловину, при этом очевидно, что наличие горловины также определяет образование необходимых зазоров между емкостями со льдом для прохода по ним охлаждаемого воздуха.
Также потребительская полимерная тара может быть изготовлена как из окрашенного, так и неокрашенного полимера.
С точки зрения загрузки и других вспомогательных операций лучше, когда емкость применяемой стандартной потребительской полимерной тары составляет 2-5 л, а также оснащена ручками для переноски.
Стандартные укупорочные средства, например резьбовые пробки или колпачки, навинчиваемые на соответствующие им горловины емкостей, могут быть выполнены по ГОСТ P 51958-2002 «Средства укупорочные полимерные. Общие технические условия».
Такое техническое решение позволяет упростить конструкцию одного из основных устройств системы, камеры для льда, использовать в такой конструкции системы стандартных комплектующих, включая утилизируемые комплектующие, упростить и/или исключить операции загрузки льда в камеру для льда и отвода талой воды от растаявшего льда, продлить срок службы устройств, входящих в систему, а также снизить себестоимость производимого холода.
Далее изобретение поясняется с использованием чертежей, на которых показано:
фиг.1 - принципиальная схема системы охлаждения помещений в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - продольный разрез теплоизолированной камеры для льда, показанной на фиг.1;
фиг.3 - поперечный разрез теплоизолированной камеры для льда, показанной на фиг.1, в месте расположения перфорированного выпускного короба вытяжного воздуховода;
фиг.4 - поперечный разрез теплоизолированной камеры для льда, показанной на фиг.1, в месте расположения перфорированного всасывающего короба приточного воздуховода.
Ниже изобретение поясняется более подробно на примере осуществления, сопровождаемого вышеописанными фигурами чертежей.
Система, показанная на фиг.1, предназначена для воздушного охлаждения помещений в летний период года и состоит из контура приточно-вытяжной вентиляции с принудительной циркуляцией воздуха, оборудованного приточным воздуховодом 1, который соединяет теплоизолированную камеру для льда 2 с расположенным рядом охлаждаемым помещением 3, и вытяжным воздуховодом 4, который соединяет помещение 3 с камерой 2.
На приточном воздуховоде 1, между камерой 2 и помещением 3 оборудована вентиляционная установка, содержащая последовательно установленные обратный клапан 5, кассетный фильтр 6, канальный вентилятор 7 и шумоглушитель 8. Также на выходе приточного воздуховода 1 внутри помещения 3 установлено три приточных воздухораспределителя 9, а на входе вытяжного воздуховода 4, на противоположной стене помещения 3, установлено три вытяжных воздухораспределителя 10. Расположенные в помещении 3 приточный и вытяжной воздухораспределители 9 и 10 должны быть максимально удалены друг от друга, что позволяет эффективно охлаждать помещение 3.
В зависимости от условий эксплуатации работа оборудования контура приточно-вытяжной вентиляции может регулироваться как в автоматическом, так и в ручном режиме, или комбинированно. На входе приточного воздуховода 1 в помещение 3 и выходе вытяжного воздуховода 4 из помещения 3, а также внутри самого помещения 3 установлены датчики температуры 11 и влажности 12. На входе вытяжного воздуховода 4 в камеру 2 и выходе приточного воздуховода 1 из камеры 2, внутри нее, а также с внутренней и наружной стороны стенок камеры 2 установлены датчики температуры 11. Указанные датчики предназначены для целей вышеуказанного регулирования обычными средствами автоматического или полуавтоматического регулирования.
Вышеуказанная теплоизолированная камера для льда 2 (см. фиг.2-4) имеет форму параллелепипеда и изготовлена в виде переставного металлического контейнера с двойными стенками, внутри которой согласно теплотехническому расчету уложен теплоизолирующий слой или слои из листов ПСБ-С. Камера 2 снабжена съемной металлической крышкой, состоящей из трех теплоизолированных секций 13, 14 и 15, снабженных монтажными петлями 16 для перемещения грузоподъемным механизмом в случае необходимости (не показан). На выходе вытяжного воздуховода 4 в верхней части камеры 2 у одной из ее стенок установлен перфорированный выпускной короб 17, а на входе приточного воздуховода 1 в нижней части камеры 2 у противоположной стенки установлен перфорированный всасывающий короб 18.
Лед, загружаемый в камеру 2, замораживается в зимний период года из пресной воды, разлитой в отдельные емкости 19 после их укупорки, в качестве которых используются бывшие в употреблении стандартные пластиковые бутылки 19 объемом 5 литров по ГОСТ Р 52789-2007. Такие бутылки 19 обычно используются для питьевой воды, имеют прямоугольную форму поперечного сечения со скругленными углами, укороченную горловину с небольшой полимерной ручкой, и укупориваются с помощью полимерных резьбовых колпачков, навинчиваемых на горловину. Бутылки 19 со льдом послойно укладываются по высоте камеры 2, при этом между бутылками 19 естественным образом образуются зазоры благодаря наличию сужений в виде горловин и скруглениям углов прямоугольного поперечного сечения бутылок 19, при этом из таких зазоров формируются каналы для прохода охлаждаемого воздуха для свободного прохождения охлаждаемого воздуха между соседними бутылками 19. В данном примере все бутылки 19 ориентированы горизонтально, оси всех бутылок 19 параллельны друг другу, а бутылки 19 каждого слоя направлены своими горловинами в одну сторону, при этом направления ориентации в смежных слоях бутылок 19 противоположны друг другу.
Система воздушного охлаждения помещений, в частности помещения 3, как показано на фиг.1, работает следующим образом. Нагретый воздух забирается из помещения 3 вытяжными воздухораспределителями 10, по вытяжному воздуховоду 4 через перфорированный выпускной короб 17 поступает в камеру 2, где охлаждается льдом внутри бутылок 19 за счет теплообмена через стенки бутылок 19 при прохождении охлаждаемого воздуха через каналы, образованные зазорами между бутылками 19. Далее охлажденный воздух через перфорированный всасывающий короб 18 по приточному воздуховоду 1 поступает на всасывающий патрубок вентиляционной установки, состоящей из обратного клапана 5, кассетного фильтра 6, канального вентилятора 7 и шумоглушителя 8. После прохождения вентиляционной установки охлажденный воздух по приточному воздуховоду 1 через приточные воздухораспределители 9 подается в охлаждаемое помещение 3. Охлаждение помещения 3 осуществляется периодически, преимущественно в рабочее время дня.
Естественно, что в процессе работы системы температура льда в бутылках 19 будет постепенно понижаться вплоть до таяния льда. Однако образовавшаяся при таянии вода будет оставаться внутри укупоренных бутылок и может быть вновь заморожена при наступлении холодного времени года за счет естественного холода, для чего, например, достаточно открыть секции 13, 14 и/или 15 съемной металлической крышки, если камера 2 расположена, по крайней мере в это время года, снаружи помещения на открытом воздухе.
Раскрытое выше техническое решение позволяет упростить конструкцию одного из основных устройств системы, а именно конструкцию теплоизолированной камеры для льда, использовать в такой конструкции системы стандартных комплектующих, включая утилизируемые комплектующие, упростить и/или исключить операции загрузки льда в теплоизолированную камеру для льда и отвода из нее талой воды от растаявшего льда, продлить срок службы устройств, входящих в систему, а также снизить себестоимость производимого холода.
Здесь следует понимать, что приведенный выше пример использован только для целей иллюстрации возможности осуществления изобретения и ряда его преимуществ и этот пример не ограничивает объем правовой охраны, представленный в формуле изобретения, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен осуществить и другие варианты изобретения в рамках объема правовой охраны.