СОСТАВНАЯ КОНДЕНСАЦИОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
COMPOSITE CONDENSATION UNIT FOR COOLING SYSTEM

Настоящее изобретение относится к составной конденсационной установке со стояком водяного охлаждения, конденсатором с водяным охлаждением, компрессором, управляющими компонентами, объединенными в единую установку, в которой использование воды в качестве хладагента более эффективно, чем традиционное использование воздуха, используемой для системы воздушного кондиционирования и/или системы охлаждения
Охлаждение системы воздушного кондиционирования при помощи воды эффективней, чем при помощи воздуха. Одним из важных аспектов является то, что для ее охлаждения вода должна перемещаться в стояк водяного охлаждения. Поэтому было бы желательно объединить конденсатор с водяным охлаждением, стояк водяного охлаждения, компрессор, а также другие управляющие компоненты в единую установку для того, чтобы сделать ее более удобной в использовании. Увеличение количества ячеек водяного охлаждения таким образом, чтобы температура охлаждения воды была доведена до точки росы или приблизилась к точке росы, позволяет снизить энергопотребление, увеличить срок службы компрессора и уменьшить влияние на глобальное потепление. При испарении воды происходит отдача тепла из воздуха и воды, тем самым, понижая температуру воздуха, водяного пара или воды ниже температуры окружающей среды. Вода, проходя через змеевик конденсатора, охлаждается. Затем водяной пар поднимается на верхний уровень, перенося с собой скрытую теплоту. Когда туман становится достаточно густым, он конденсируется в капли и стекает вниз, отдавая при этом тепло воздуху или газу, находящемуся на верхнем уровне.
Комбинация из конденсатора с водяным охлаждением, стояка водяного охлаждения, компрессора, а также множества других управляющих компонентов, объединенных в единую установку составной конденсационной системы, позволяет значительно повысить эффективность ее использования. Ярусная компоновка используется там, где допустима перемена местами или перекомпоновка, не влияющая на результат. Это также позволяет снизить энергопотребление, увеличить срок службы компрессора, а также уменьшить влияние на глобальное потепление.
На фиг.1 показана составная конденсационная установка со всеми компонентами.
На фиг.2 (а) показан вид сверху круглого поддона с отверстиями, (b) - вид в перспективе круглого поддона, (с) - контур для циркуляции хладагента, (d) - контур, помещенный в круглый поддон.
На фиг.3 показаны компоненты и их расположение в составной конденсационной установке.
На фиг.4 показано объединение ступеней S1 и S2 составной конденсационной установки по фиг.1 в единую ступень S1.2.
На фиг.5 показан резервуар с водой при виде сбоку, а также в разных изометрических проекциях.
На фиг.6 в сравнении показаны общие схемы 2 вариантов составной конденсационной установки с двумя ступенями S1 и S2, а также с одной ступенью S1.2.
На фиг.7 показан вид спереди составной конденсационной установки, расположенной горизонтально.
На фиг.8 показан вид сзади по фиг.7.
На фиг.9 показан вид сбоку по фиг.7.
На фиг.10 показан вид сверху по фиг.7.
На фиг.11 показано изменение компоновки за счет перемещения ступени S3 в положение между ступенями S5 и S6.
На фиг.12 показано изменение компоновки за счет перемещения части F2 в положение между частями F3 и F4.
На фиг.13 показано изменение компоновки за счет удаления просеивающего поддона со ступени S3 и помещения контура с хладагентом в воду, снизу ступени S1.
На фиг.14 показано изменение расположения компонентов по фиг.8 за счет удаления просеивающего поддона со ступени F2 и помещения контура с хладагентом в воду, внизу ступени F1.
Составная конденсационная установка по настоящему изобретению основана на использовании функциональных принципов и объединении всех компонентов: стояка водяного охлаждения, конденсатора с водяным охлаждением, компрессора, управляющих компонентов в единую установку по фиг.1 в цилиндрической или прямоугольной колонне, причем колонна разделена на несколько ступеней, на каждой из ступеней находятся следующие компоненты, показанные на фигурах 1 и 3:
Ступень S1: компрессор 1 и управляющие компоненты;
Ступень S2: цилиндрический резервуар 4 с водой, снизу резервуара находится водяной насос 2 для циркуляции воды внутри системы для ее охлаждения, а также поплавковый переключатель 10 уровня для регулирования уровня воды в резервуаре путем включения и отключения электрического клапана 11 для заполнения водой до заданного уровня, причем резервуар 4 с водой может иметь иную конструкцию, отличающуюся от показанной на фиг.5;
Ступень S3: контур 5 хладагента, выступающий в качестве конденсатора с водяным охлаждением, занимающий всю площадь круглого сита 9 с отверстиями снизу для прохода через них воды по фигурам 2 (а), (b), (с) и (d);
Ступень S4: пустой цилиндр достаточной высоты с множеством отверстий 8 вдоль всей стенки с воздушным фильтром вдоль стенки, через который проходит поток воздуха;
Ступень S5: состоит из охлаждающих ячеек 7, занимающих все пространство, о которые разбрызгивается вода для увеличения площади поверхности для испарения воды;
Ступень S6: состоит из спринклера 6, разбрызгивающего воду на охлаждающие ячейки 7;
Ступень S7: состоит из вентилятора 3, засасывающего из ступени S4 воздух, поднимающийся в направлении капель воды, падающих вниз на ступени 5, для охлаждения капель воды и понижения температуры воды то точки росы, причем воздух засасывается вентилятором сверху колонны подобной составной конденсационной установки.
Составная конденсационная установка функционирует следующим образом.
Как показано фиг.3, клапан V1 включается, обеспечивая заполнение резервуара 4 водой, причем уровень воды регулируется переключателем L1 уровня, который управляет включением и выключением клапана V1. При включении воздушного кондиционера компрессор 1, водяной насос 2 и вентилятор 3 включаются одновременно. Компрессор 1 сжимает хладагент, циркулирующий по контуру 5, что приводит к повышению температуры хладагента, тогда как водяной насос 2 нагнетает воду из резервуара 4 в спринклер 6, распыляющий воду на охлаждающие ячейки 7, вода стекает вниз, навстречу потоку воздуха, который поднимается вверх в результате его засасывания вентилятором 3 через отверстия 8, и удаляется через верх колонны. Это приводит к понижению температуры воды в данный конкретный момент до точки росы. Затем капли воды падают вниз, охлаждая контур 5 с хладагентом, нагреваются и стекают через сито 9 назад в резервуар 4, завершая цикл. Затем водяной насос 2 нагнетает воду в спринклер 3, начиная новый цикл.
На фиг.4 показано, как происходит объединение ступеней S1 и S2 по фиг.1 и образование ступени S1.2 для уменьшения высоты колонны. Нижняя часть резервуара с водой имеет полуцилиндрическую форму, его верхняя часть является полностью цилиндрической, высотой примерно 5-7,5 см, как показано на фиг.5, что позволяет собирать всю воду, стекающую вниз. В нижней полуцилиндрической части устанавливается компрессор и все остальные управляющие устройства. Высота ступени S1.2 меньше суммарной высоты ступеней S1 и S2, что позволяет уменьшить высоту подобной составной конденсационной установки, показанной на фиг.6.
Характеристики и показатели составной конденсационной установки по настоящему изобретению, использующей воду с низкой температурой (т.е. около точки росы) для охлаждения теплого хладагента, выше, чем у системы с воздушным охлаждением. Поэтому использование контура для охлаждения хладагента не обязательно. Можно использовать обычный медный змеевик значительно меньшей длины. Это позволяет снизить производственную себестоимость. Кроме этого, низкая температура воды, около точки росы, намного ниже температуры окружающего воздуха, что позволяет снизить давление хладагента в системе. Компрессор работает при меньшей нагрузке, поэтому энергопотребление сокращается, что также позволяет увеличить срок службы компрессора и максимально повысить эффективность системы охлаждения.
Конструкция составной конденсационной установки прямоугольной формы, расположенной горизонтально, показана на фигурах 7-10. На фиг.7 показан вид спереди установки с вентилятором, в левой части имеется отсек, в котором находится компрессор и управляющие компоненты. На фиг.8 показан вид установки сзади.
Все компоненты расположены и функционируют следующим образом.
Ступень F1 является поддоном с площадью сечения (соотношение ширины к длине), достаточной для вмещения в него всех капель воды, стекающих со ступени F2, и высотой, достаточной для вмещения количества воды, необходимого для циркуляции в системе, причем левый край заходит в часть другой ступени, имеющую такую же ширину и высоту, при этом ее длина как раз позволяет разместить в ней водяной насос, переключатель уровня и впускное отверстие для воды, регулируемое электрическим клапаном, который регулируется переключателем уровня, как это показано на фигурах 9 и 10.
На ступени F2 находится контур для хладагента, выступающий в качестве конденсатора с водяным охлаждением, помещенный в прямоугольный поддон с ситчатым дном, площадь которого позволяет собирать в нем всю воду, стекающую вниз со ступени F3, такой высоты, чтобы вода из него не разбрызгивалась и могла проходить через отверстия в дне ситового поддона.
Ступень F3 состоит из охлаждающих ячеек, занимающих всю площадь, достаточную для того, чтобы обеспечивать полное охлаждение теплой воды, стекающей вниз со ступени F4, снижая температуру воды до точки росы прежде, чем она попадет на ступень F2. Сечение составной конденсационной установки, таким образом, равно сечению площади охлаждающих ячеек.
На ступени F4 находится спринклер, предназначенный для распыления воды по всей площади охлаждающих ячеек.
На фиг.9 показан вид слева составной конденсационной установки, на котором видно, как происходит засасывание воздуха вентилятором для охлаждения капель воды, причем значительная часть поддона в ступени F1 занята водой, в которую погружены водяной насос, переключатель уровня и впускное отверстие для воды. Также видно, как происходит нагнетание воды водяным насосом в спринклер, расположенный на ступени F4, толщина (ширина) и высота каждой ступени, а также расположение компонентов показаны сбоку составной конденсационной установки.
На фиг.10 показан вид установки сверху, на котором видна длина поддона, расположенного на ступени F1 с его выступающей частью, в которой установлены водяной насос, переключатель уровня, впускное отверстие для воды и клапан для воды, а также расположение компонентов всей раскрываемой составной конденсационной установки.
Принцип работы горизонтальной составной конденсационной установки прямоугольного типа аналогичен принципу работы установки цилиндрического типа либо вертикальной установки прямоугольного типа.
На фиг.11 показано расположение компонентов составной конденсационной установки по фиг.1 или фиг.6, измененное за счет расположения ступени S3 между ступенями S5 и S6, функционирование в этом случае меняется с цикла: вначале охлаждение температуры воды, затем охлаждение температуры хладагента, на следующий цикл: вначале охлаждение хладагента, затем охлаждение воды. При этом результат примерно тот же.
Аналогичным образом положение ступени F2 по фиг.8 может быть изменено таким образом, чтобы она находилась между ступенями F3 и F4, как это показано на фиг.12, при этом получаемый результат аналогичен результату, рассмотренному со ссылкой на фиг.11.
На фиг.13 расположение компонентов по фиг.1 изменено за счет удаления ситчатого поддона из S3 и расположения контура с хладагентом 5 в воде, в нижней части резервуара с водой на S2, причем объединение ступеней S2 и S3 в S2.3 не влияет на функционирование.
На фиг.14 видно, что ступень F2 удалена, а контур 5 с хладагентом расположен в воде в нижней части резервуара с водой на ступени F1, причем объединение ступеней F1 и F2 в F1.2 не влияет на функционирование.