КРУГЛОГОДИЧНОЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХОЛОДНОГО НАРУЖНОГО ВОЗДУХА
ALL-YEAR ROUND COOLING UNIT BASED ON THE USE OF COLD OUTDOOR AIR

Предлагаемое решение предназначено для использования в пищевой, строительной и сельскохозяйственной промышленности, которые могут являться потребителями аккумулированного холода.
В многочисленных малых предприятиях, перерабатывающих молочную продукцию, овощи, ягоды и т.д., значительную часть затрат составляют расходы на электрическую энергию для производства холода.
Известно
«Устройство теплообмена жидкостей и газов» RU 2517844 [1], включающее как минимум одну теплообменную конструкцию, которую располагают ниже поверхности земли, в нижней части теплообменной конструкции содержится подземный резервуар, выше подземного резервуара расположен водяной теплообменник для использования в теплое время года, погружной насос, расположенный в теплое время года на дне корпуса центральной замораживающей установки, с нагнетающим шлангом, соединенным с входом водяного теплообменника, и сливной шланг, соединенный с выходом водяного теплообменника и резервуаром.
Недостатком известного способа является низкая эффективность, сезонность функционирования устройства, сложность технологии и оборудования для создания подземного резервуара методом размыва мерзлых грунтов водой через скважину, а также невозможность устройства подземных аккумуляторов холода в дисперсных грунтах малой мощности.
Наиболее близким
к заявляемому техническому решению является «Комбинированная система витринного шкафа с естественным источником холода для охлаждения» CN 104613706 [2], включающая аккумулятор холода с системой накопления холода при температуре окружающего воздуха ниже температуры охлаждения, воздухозаборник, вентилятор, выхлопную трубу, теплообменник.
Известный способ позволяет охлаждать теплообменник в холодное время непосредственно холодным внешним воздухом, что повышает эффективность устройства.
К недостаткам способа относится работа только в холодное время гола, низкая степень надежности и энергоэффективности.
Технический результат
повышение степени надежности и эффективности.
характеризуется тем, что
Технический результат достигается тем, что: круглогодичное охлаждающее устройство на основе использования холодного наружного воздуха, включающее аккумулятор холода с системой накопления холода при температуре окружающего воздуха ниже температуры охлаждения, приточную и вытяжные трубы воздушной охлаждающей системы (ОС), теплообменник, расположенный в теплом помещении,  содержит водяную охлаждающую систему для летнего охлаждения, включающую погружной насос, нагнетательную трубу водяной ОС, соединяющую через кран погружной насос с теплообменником, сливную трубу водяной ОС, верхний конец которой соединен через кран с теплообменником, а нижний открытый конец опущен в подземный резервуар, служащий аккумулятором холода, к теплообменнику также присоединены приточная и вытяжная трубы воздушной ОС для зимнего охлаждения, через соответствующие вентили, причем входное отверстие приточной трубы расположено ниже выходного окна вытяжной трубы.
Аккумулятор холода в виде подземного резервуара может представлять собой котлован, расположенный в верхней части массива многолетнемерзлых грунтов, заполненный водой для предупреждения выпучивания его кровли в зимнее время, заполненный водой не более, чем на 0,9 его высоты, что существенно повысит эффективность устройства по соотношению затрат на сооружение к производительности и предотвратит разрушение кровли котлована при замерзании воды, что позволит повысить надежность.
Аккумулятор холода может иметь минимум одну воздушную теплообменную конструкцию, соединенную с приточной и вытяжной трубами замораживающего устройства, причем вытяжная труба возвышается над поверхностью земли на 3-5 м. В простейшем виде теплообменная конструкция может представлять горизонтальную теплообменную трубу, с концами которой соединены приточная и вытяжная трубы соответственно. Указанное выполнение позволит дополнительно повысить энергоэффективность благодаря возможности аккумулятора холода автоматически накапливать холод посредством конвекции при температуре окружающего воздуха ниже температуры воды в аккумуляторе, например, при низких ночных температурах даже при относительно теплом времени года без затрат на прокачку атмосферного воздуха через теплообменники.
Теплообменник может устанавливаться в холодильной камере, что позволит упростить устройство охлаждения продукции, тем самым повысив его надежность и эффективность.
Боковые стенки и кровля котлована могут быть закреплены, а пространство между креплением кровли и уровнем поверхности земли заполнено грунтом, что позволит соорудить эффективное и надежное устройство аккумулятора холода.
Надземные части нагнетательной и сливной труб водяной охлаждающей системы могут быть теплоизолированы, что уменьшит потери холода в летнее время.
Устройство действует следующим образом:
Предлагаемое устройство схематически показано на чертеже,
где:
1 - холодильная камера;
2 - сливная труба водяной ОС;
3 - приточная труба воздушной ОС;
4 - нагнетательная труба водяной ОС;
5 - вытяжная труба воздушной ОС;
6 - теплое помещение;
7 - вентиль на вытяжной трубе воздушной ОС;
8 - кран на нагнетательной трубе водяной ОС;
9 - вентиль на приточной трубе воздушной ОС;
10 - кран на сливной трубе водяной ОС;
11 - теплообменник;
12 - дверца холодильной камеры;
13 - приточная труба замораживающего устройства котлована;
14 - перекрытие котлована;
15 - балки перекрытия;
16 - боковая обшивка котлована;
17 - стойки крепления котлована;
18 - котлован;
19 - воздушная замораживающая труба;
20 - кожух;
21 - нагнетательная труба водяной ОС;
22 - погружной насос;
23 - водопропускное окно на кожухе;
24 - вытяжная труба замораживающего устройства котлована;
25 - насыпной грунт;
26 - граница сезонного протаивания.
Воздушная ОС включает теплоизолированную холодильную камеру 1 с дверцей 12, расположенную в теплом помещении 6, теплообменник 11, закрепленный к потолочине холодильной камеры, приточную теплоизолированную трубу 3, один конец которой присоединен к теплообменнику, а другой выведен за пределы помещения, вытяжную трубу 5, один конец которой присоединен к теплообменнику, а другая теплоизолированная часть выведена также за пределы помещения, располагается вертикально на наружной поверхности стены помещения, высота этой части трубы 3-5 м. Воздуховоды снабжены вентилями 7 и 9.
Водяная ОС включает подземный аккумулятор холода в виде котлована 18, заполненного водой не более 0,9 его высоты и расположенного в верхней части массива многолетнемерзлых грунтов, закрепленного с боков и сверху перекрытием котлована 14, балками перекрытия 15, боковой обшивкой котлована 16, стойками крепления котлована 17, пространство между креплением кровли котлована и уровнем поверхности земли заполнено грунтом 25, как минимум одну горизонтально расположенную в середине высоты котлована воздушную замораживающую трубу 19 с вертикальными приточной трубой 13, верхний конец которой располагается выше максимальной высоты снежного покрова и вытяжной трубой 24, надземная теплоизолированная часть которой возвышается над поверхностью земли на 3-5 м. Граница сезонного протаивания 26. В середине котлована вертикально расположен трубчатый кожух 20 с водопропускными окнами 23 на уровне поверхности воды в котловане. Водяная охлаждающая циркуляционная система состоит из погружного насоса 22, расположенного в летнее время на дне кожуха, нагнетательной трубы, например, в виде гибкого шланга 21, соединенного одним концом с погружным насосом, другим с теплообменником, сливной трубы, верхний конец которой присоединен к теплообменнику, а нижний конец опущен в подземный резервуар и располагается выше поверхности льда. Надземные части нагнетательной и сливной труб теплоизолированы и снабжены кранами 8 и 10.
Устройство работает следующим образом
. В холодное время года краны водяной ОС 8 и 10 закрыты, а вентили воздушной ОС 7 и 9 открыты. Вследствие большей плотности холодного атмосферного воздуха, чем плотность более теплого воздуха в вытяжной трубе 3 происходит беспрерывное конвективное движение холодного воздуха через последовательно соединенные приточную трубу 3, теплообменник 11 и вытяжную трубу 5, охлаждая продукт в холодильной камере 1. В этот же период происходит замораживание воды в подземном котловане 18 под действием холодного воздуха, движущегося по приточной трубе 13, замораживающей трубе 19 и вытяжной трубе 24. Конвективное движение холодного воздуха по замораживающей системе происходит, пока температура наружного воздуха не сравняется с температурой льда в котловане.
Перед прекращением охлаждающей способности воздушной ОС вследствие повышения температуры атмосферного воздуха в котлован 18 заливают воду, количество которой определяется максимальным падением уровня воды в котловане при таянии льда к концу сезона работы водяной ОС. В кожух 20 опускают погружной насос 22 с присоединенным к нему нагнетательной трубе (шлангом) 21, закрывают вентили 7 и 9, открывают краны 8 и 10 водяной ОС и включают погружной насос 22. В конце теплого периода года воду из кожуха 20 откачивают до снижения уровня воды в котловане 18 до нижнего края водопропускных окон 23 на кожухе 20, погружной насос 22 из кожуха извлекают на поверхность, краны на водоводах 8 и 10 закрывают, а вентили на воздуховодах 7 и 9 открывают. Управление за температурой воздуха в холодильной камере 1 осуществляют в летнее время с помощью крана 8 или 10, в зимнее время с помощью вентиля 7 или 9. В дальнейшем циклы работы воздушной и водяной ОС повторяются.
Технический результат
повышение степени надежности и энергоэффективности достигается заменой системы с вентиляторной подачей холодного воздуха на систему с конвективным движением холодного воздуха, а в летнее время подачей жидкого теплоносителя - воды насосом, что существенно уменьшает энергозатраты на перемещение теплоносителя. Расположение входного отверстия приточной трубы ниже выходного окна вытяжной трубы позволит организовать естественную циркуляцию охлаждающего воздуха, что приведет к повышению надежности и эффективности устройства в целом.
Промышленная применимость.
Предлагаемое устройство может осуществляться посредством известных и широко распространенных приемов.