УСТРОЙСТВО ПАНЕЛЬНО-ЛУЧИСТОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
RADIANT PANEL COOLING DEVICE

Изобретение относится к области систем охлаждения помещений, в частности к системам лучистого охлаждения, и может быть использовано для поддержания температурного режима в жилых и производственных помещениях в летний период.
Известны устройства лучистого охлаждения в виде подвесных и настенных (внутристенных) панелей или других ограждающих конструкций, в которые запрессовываются, привариваются или приклеиваются трубы, по которым пропускается теплоноситель - охлажденная вода или водный раствор этиленгликоля. Охлаждение подаваемой в панели воды осуществляют при помощи холодильного устройства. Проходящая по трубам панелей охлажденная вода за счет теплового контакта между трубами и тепловоспринимающей поверхностью панелей отбирает теплоту от жилых или производственных помещений. При этом вода нагревается, изменяя свою температуру. Благодаря обширной тепловоспринимающей поверхности панелей необходимая температура в помещении устанавливается при малой разнице температур между помещением и панелью, что создает благоприятный микроклимат в помещении и позволяет использовать для охлаждения помещений низкопотенциальные источники холода. (АВОК №8 2003 г., с.42-44 «Потолочная панельная система Giacoklima»; АВОК №1 2003 г., с.44-50).
Это техническое решение является наиболее близким к заявленному по выполняемым функциям и достигаемому результату. Оно принято в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Недостатком прототипа является значительная масса теплоносителя в системе и существенный перепад температур в разных участках охлаждающих панелей, связанный с изменением температуры теплоносителя на входе и на выходе из панели.
Настоящее изобретение направлено на устранение этого недостатка и решает техническую задачу обеспечения равномерной температуры охлаждающих панелей.
Для решения поставленной технической задачи охлаждающая панель устройства панельно-лучистого охлаждения содержит замкнутый циркуляционный контур, заполненный рабочим телом в виде жидкости и ее паров, в котором имеются:
- испарительный участок, имеющий хороший тепловой контакт с тепловоспринимающей поверхностью охлаждающей панели;
- сообщающийся с ним конденсационный участок, имеющий хороший тепловой контакт с охлаждающим устройством холодильной установки; тепловой контакт может осуществляться как путем контакта внешней поверхности конденсационного участка циркуляционного контура с поверхностью охлаждающего устройства, так и путем контакта внешней поверхности конденсационного участка с рабочим телом холодильной установки;
- сообщающийся с испарительным и конденсационным участками накопительно-вытеснительный участок, имеющий хороший тепловой контакт с устройством периодического нагрева накопительно-вытеснительного участка до температуры, превышающей температуру остальных участков циркуляционного контура и периодического охлаждения накопительно-вытеснительного участка до температуры, не превышающей температуру остальных участков циркуляционного контура;
- расположенное между накопительно-вытеснительным и конденсационным участками устройство, допускающее перемещение рабочего тела из конденсационного участка в накопительно-вытеснительный участок и препятствующее полностью или частично перемещению рабочего тела из накопительно-вытеснительного участка в конденсационный участок;
- расположенное между накопительно-вытеснительным и испарительным участками устройство, допускающее перемещение рабочего тела из накопительно-вытеснительного участка в испарительный участок и препятствующее полностью или частично перемещению рабочего тела из испарительного участка в накопительно-вытеснительный участок.
Сообщение участков циркуляционного контура друг с другом может осуществляться как непосредственно, так и посредством соединительных трубопроводов.
Контакт испарительного участка циркуляционного контура с тепловоспринимающей поверхностью охлаждающей панели предпочтительно выполнен неразъемным.
Контакт конденсационного участка циркуляционного контура с охлаждающим устройством холодильной установки предпочтительно выполнен разъемным.
Контакт накопительно-вытеснительного участка циркуляционного контура с устройством периодического нагрева и охлаждения предпочтительно выполнен разъемным.
В качестве рабочего тела циркуляционного контура предпочтительно применен хладагент.
В качестве устройств, полностью препятствующих перемещению рабочего тела из испарительного участка в накопительно-вытеснительный участок и из накопительно-вытеснительного участка в конденсационный участок может быть применен регулирующий или обратный клапан, а в качестве устройств, частично препятствующих перемещению рабочего тела из испарительного участка в накопительно-вытеснительный участок и из накопительно-вытеснительного участка в конденсационный участок, может быть применен узкий участок трубопровода или капиллярно-пористая перегородка.
Конденсационный участок предпочтительно имеет хороший тепловой контакт с тепловоспринимающей поверхностью охлаждающей панели. Контакт конденсационного участка циркуляционного контура с тепловоспринимающей поверхностью охлаждающей панели предпочтительно выполнен неразъемным.
Испарительный, конденсационный и накопительно-вытеснительный участки циркуляционного контура предпочтительно выполнены в виде трубопроводов, форма и размеры сечения которых обеспечивают возможность перемещения парожидкостной смеси по ним в режиме, при котором порции жидкости перемещаются по трубопроводу вместе с паровыми пробками без образования застойных зон жидкости. Осуществление этого режима обеспечивается округлым сечением и малым внутренним диаметром трубопроводов в зонах, в которых осуществляется перемещение парожидкостной смеси против сил тяжести.
Конденсационный участок предпочтительно имеет накопительный сосуд, расположенный между участком и устройством, полностью или частично препятствующим возвращению рабочего тела из накопительно-вытеснительного участка в конденсационный участок.
Циркуляционный контур может содержать буферный сосуд, расположенный между накопительно-вытеснительным и испарительным участками; между накопительно-вытеснительным участком и буферным сосудом располагают обратный клапан, препятствующий возврату рабочего тела из сосуда в накопительно-вытеснительный участок, а между нижней частью буферного сосуда и испарительным участком располагают регулирующий дроссельный клапан, посредством которого в буферном сосуде поддерживают давление, превышающее давление в испарительном участке, а также регулируют скорость подачи жидкого рабочего тела из сосуда в испарительный участок.
Испарительный участок предпочтительно снабжен сепаратором, который пропускает парообразное рабочее тело в конденсационный участок, а жидкое рабочее тело возвращает обратно в испарительный участок.
Циркуляционный контур предпочтительно содержит несколько накопительно-вытеснительных участков, сообщающихся с испарительным и конденсационным участками через устройства, допускающие перемещение рабочего тела из конденсационного участка в накопительно-вытеснительный участок и из накопительно-вытеснительного участка в испарительный участок и препятствующие полностью или частично перемещению рабочего тела из испарительного участка в накопительно-вытеснительный участок и из накопительно-вытеснительного участка в конденсационный участок.
Тепловоспринимающая поверхность охлаждающей панели предпочтительно изготовлена из материала с высокой теплопроводящей способностью.
В качестве устройства периодического нагрева и охлаждения накопительно-вытеснительного участка предпочтительно применен термоэлектрический модуль (элемент Пельтье), одна сторона которого имеет хороший тепловой контакт с накопительно-вытеснительным участком, а оборотная сторона предпочтительно имеет хороший тепловой контакт с другим участком циркуляционного контура.
Использование заявленного изобретения позволит получить следующий технический результат.
Устройство панельно-лучистого охлаждения позволит эффективно передавать теплоту от тепловоспринимающей поверхности панели к охлаждающему устройству холодильной установки независимо от их взаиморасположения в поле силы тяжести без применения насосов или компрессоров. Устройство позволит поддерживать температуру всех зон панели, контактирующих с испарительным и конденсационным участками циркуляционного контура, на одном и том же уровне независимо от длины участков. Устройство позволит легко отсоединять охлаждающую панель от охлаждающего устройства холодильной установки и вновь присоединять ее без нарушения работоспособности теплопередающего циркуляционного контура панели.
Применение термоэлектрического модуля в качестве устройства, перекачивающего с высоким холодильным коэффициентом тепловую энергию от одних участков циркуляционного контура к другим, позволит снизить затраты энергии, требующейся для перемещения рабочего тела вдоль охлаждающего контура.
Применение буферного сосуда и/или сепаратора позволит сгладить цикличность подачи жидкого рабочего тела в испарительный участок циркуляционного контура.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показана схема циркуляционного контура охлаждающей панели устройства панельно-лучистого охлаждения.
Конструкция циркуляционного контура охлаждающей панели состоит из испарительного участка 1, конденсационного участка 2, накопительно-вытеснительного участка 3 и обратных клапанов 4 и 5. Испарительный участок контактирует с тепловоспринимающей поверхностью 6 охлаждающей панели, конденсационный участок контактирует с охлаждающим устройством 7 холодильной установки, накопительно-вытеснительный участок контактирует с устройством периодического нагрева и периодического охлаждения 8. Все участки выполнены в виде трубопроводов округлого сечения и небольшого внутреннего диаметра, в результате чего парожидкостная смесь перемещается по ним в режиме «снарядного кипения», при котором порции жидкости передвигаются по трубопроводу вместе с паровыми пробками без расслоения на отдельные паровые и жидкостные потоки, при этом перемещение рабочего тела осуществляется под действием перепадов давления независимо от направления силы тяжести.
Работа циркуляционного контура осуществлена следующим образом.
В первоначальный момент времени накопительно-вытеснительный участок 3 заполнен парожидкостной смесью с преимущественным содержанием жидкости. При нагреве смеси при помощи устройства 8 выше температуры испарительного участка 1 давление внутри накопительно-вытеснительного участка 3 за счет испарения части жидкого рабочего тела возрастает выше давления в испарительном участке 1. Под действием перепада давлений парожидкостная смесь из накопительно-вытеснительного участка 3 через обратный клапан 5 перемещается в испарительный участок 1 до тех пор, пока в накопительно-вытеснительном участке 3 не останется только парообразное рабочее тело (в результате полного вытеснения и испарения жидкости), либо до тех пор, пока устройство периодического нагрева и периодического охлаждения 8 не снизит температуру накопительно-вытеснительного участка до температуры ниже, чем температура испарительного участка 1 (при этом давление внутри накопительно-вытеснительного участка 3 станет ниже давления в испарительном участке 1 и обратный клапан 5 автоматически закроется).
В испарительном участке 1 жидкое рабочее тело, поступившее с парожидкостной смесью, под действием теплоты, поступающей от тепловоспринимающей поверхности 6 охлаждающей панели, испаряется, поглощая поступающую от панели теплоту. По мере испарения жидкости объем парожидкостной смеси возрастает, в результате чего парожидкостная смесь перемещается по испарительному участку 1 в сторону конденсационного участка 2. По мере продвижения парожидкостной смеси по испарительному участку содержание жидкости в парожидкостной смеси уменьшается. Парожидкостная смесь с пониженным содержанием жидкости и повышенным содержанием пара из испарительного участка 1 поступает в конденсационный участок 2, в котором поступающий пар конденсируется за счет отвода теплоты от конденсационного участка 2 к охлаждающему устройству 7 холодильной установки. При этом содержание жидкости в парожидкостной смеси, находящейся в конденсационном участке 2, возрастает по мере ее продвижения по конденсационному участку.
При охлаждении накопительно-вытеснительного участка 3 при помощи устройства 8 давление внутри участка снижается за счет конденсации паров рабочего тела. При снижении давления ниже давления в испарительном участке 1 автоматически закрывается обратный клапан 5, а при снижении давления ниже давления в конденсационном участке 2 открывается обратный клапан 4, после чего накопительно-вытеснительный участок 3 заполняется парожидкостной смесью с повышенным содержанием жидкости, поступающей из конденсационного участка 2. Заполнение накопительно-вытеснительного участка будет осуществляться до тех пор, пока в накопительно-вытеснительном участке 3 не окажется только жидкое рабочее тело (в результате полной конденсации паров), либо до тех пор, пока устройство периодического нагрева и периодического охлаждения 8 не повысит температуру накопительно-вытеснительного участка 3 до температуры выше, чем температура конденсационного участка 2 (при этом давление внутри накопительно-вытеснительного участка 3 станет выше давления в конденсационном участке и обратный клапан 4 автоматически закроется). После этого цикл повторяется.