ХОЛОДОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к системам хладоснабжения помещений и может быть использована в устройствах, работающих на основе утилизации холода тающего льда или снега.
Известен холодоисточник, включающий теплоизолированный герметичный корпус с теплоизолированной герметичной крышкой и камеру для размещения льда (см. а.с. №1262221, МПК F25D 3/02, 1986 г.).
Недостатком известной конструкции является низкая холодопроизводительность, низкие коэффициенты теплопередачи от тающего массива и воздушной среды к охлаждаемой жидкости, а также малый межрегенерационный период в силу особенности конструкции.
В качестве ближайшего аналога принят холодоисточник, включающий теплоизолированный герметичный корпус с теплоизолированной герметичной крышкой и камеру для размещения льда, выполненную в верхней части корпуса холодоисточника, при этом дно камеры выполнено в виде горизонтального ряда труб контактного теплообменника, выполненных с возможностью стекания талой воды, а под трубами контактного теплообменника размещены горизонтальные ряды труб оросителя, ниже которых, в свою очередь, размещен дополнительный теплообменник в виде экономайзера, снабженного патрубком подвода охлаждаемой жидкости, при этом нижняя часть полости корпуса снабжена водоотводящим патрубком, снабженным краном (см. патент РФ №2413142, МПК F25D 3/02, дата публикации 27.02.2011).
Недостатком ближайшего аналога является низкая эффективность работы экономайзерной ступени, осуществляющей процесс теплопередачи в режиме естественной конвекции, что не позволяет в полной мере использовать энергию утилизируемого холода.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка конструкции холодогенератора с высокой холодопроизводительностью.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в интенсификации процессов теплообмена между талой водой снежно-ледяного массива и теплоносителем в дополнительном теплообменнике благодаря конструктивным решениям теплообменников, устройству дополнительного оросителя и увеличении площади поверхностей теплообмена.
Поставленная задача решается тем, что в холодогенераторе, включающем теплоизолированный герметичный корпус с теплоизолированной герметичной крышкой и камеру для размещения льда, выполненную в верхней части корпуса холодогенератора, при этом донная часть камеры выполнена в виде контактного трубчатого теплообменника с возможностью протекания через него талой воды, под которым в нижней части корпуса размещен сообщенный с ним гидравлически дополнительный теплообменник, выполненный с возможностью отбора теплоты талой воды, причем донная часть корпуса холодогенератора снабжена патрубком для отвода талой воды, трубкам контактного теплообменника придана форма пятиугольника, нижняя часть которого горизонтальна, стенки вертикальны, а верхняя образована двумя пластинами, наклоненными к вертикали, при этом вертикальные стенки трубок являются общими, причем трубки сообщены с входным и выходным коллекторами, кроме того донная часть камеры сообщена с нижней частью корпуса холодогенератора вертикальными трубками, размещенными в каждой впадине между трубками контактного теплообменника и распределенными по ее длине, при этом дополнительный теплообменник выполнен в виде вертикальных пластин, размещенных с зазором на трубках второго трубчатого регистра, которые сообщены с входным и выходным коллекторами дополнительного теплообменника, причем в пространстве между контактным и дополнительным теплообменниками размещен ороситель, выполненный в виде системы перфорированных горизонтальных трубок параллельных трубкам контактного теплообменника, сообщенных посредством водяного насоса с придонной частью нижней части корпуса холодогенератора, кроме того патрубок для отвода талой воды размещен выше уровня отбора талой воды водяным насосом.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
На фиг.1 и фиг.2 показаны вертикальные разрезы холодогенератора.
На фиг.3 и фиг.4 показаны поперечный и продольный разрезы контактного теплообменника с оросителем.
На фиг.5 показаны вертикальные пластины дополнительного теплообменника.
На чертежах показаны теплоизолированный герметичный корпус 1, теплоизолированная герметичная крышка 2, камера 3 для размещения льда, трубки 4 контактного теплообменника, вертикальные пластины 5 и второй трубчатый регистр 6 дополнительного теплообменника, патрубок 7 для отвода талой воды, входной 8 и выходной 9 коллекторы трубок 4 контактного теплообменника, вертикальные трубки 10, входной 11 и выходной 12 коллекторы второго трубчатого регистра 6 дополнительного теплообменника перфорированные горизонтальные трубки 13 оросителя, водяной насос 14.
Теплоизолированный герметичный корпус 1 снабжен двухслойной теплоизоляцией, один слой выполнен с гидроизолирующей пропиткой.
Камера 3 для размещения льда выполнена в верхней части теплоизолированного герметичного корпуса 1 холодогенератора.
Донная часть камеры 3 для размещения льда выполнена в виде трубок 4 контактного теплообменника, которые выполнены с возможностью протекания через них талой воды и сообщены с входным 8 и выходным 9 коллекторами. Кроме того трубки 4 контактного теплообменника имеют поперечное сечение в форме пятиугольника, нижняя часть которого горизонтальна, стенки вертикальны, а верхняя образована двумя пластинами, наклоненными к вертикали, при этом вертикальные стенки трубок 4 являются общими.
Вертикальные пластины 5 дополнительного теплообменника размещены с зазором на трубках второго трубчатого регистра 6 и выполнены в виде профиля с крестообразными насечками, образующими каналы для стекания талой воды для увеличения площади теплообмена.
Движение теплоносителя в дополнительном теплообменнике происходит по схеме снизу-вверх. Вертикальные пластины 5, в которых проходит теплоноситель, соединены уплотнительными кольцами. В пластинах для талой воды соединения выполнены без уплотнительного кольца с целью беспрепятственного стекания сверху вниз.
Кроме того дополнительный теплообменник снабжен патрубком подвода теплоносителя, который через входной коллектор 11 связан с входными отверстиями второго трубчатого регистра 6, выходные отверстия которого связаны с выходным коллектором 12 второго трубчатого регистра 6, который связан с входным коллектором 8 трубок 4 контактного теплообменника, выходной коллектор 9 которых снабжен патрубком для отвода теплоносителя.
Донная часть камеры 3 для размещения льда сообщена с нижней частью теплоизолированного герметичного корпуса 1 холодогенератора вертикальными трубками 10, которые размещены в каждой впадине между трубками 4 контактного теплообменника и распределены по ее длине.
Горизонтальные трубки 13 оросителя выполнены в виде системы перфорированных трубок, параллельных трубкам 4 контактного теплообменника, сообщенных посредством водяного насоса 14 с придонной частью нижней части теплоизолированного герметичного корпуса 1 холодогенератора, при этом горизонтальные трубки 13 оросителя размещены в пространстве между трубками 4 контактного теплообменника и вторым трубчатым регистром 6 дополнительного теплообменника.
Донная часть теплоизолированного герметичного корпуса 1 холодогенератора снабжена патрубком 7 для отвода талой воды, который снабжен краном и размещен выше уровня отбора талой воды водяным насосом 14.
Данная конструкция обуславливает плотное прилегание тающего массива к поверхности теплообмена и распределение талой воды на нижерасположенную ступень.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Ледяной массив заготавливается в холодогенераторе путем постепенного наполнения его водой в течение зимнего периода года и хранится в нем до летнего периода. Отсек ледяного массива выполнен в виде усеченной четырехгранной пирамиды с углом стенок к вертикали 1-2° градуса для предотвращения зависания его в процессе таяния.
Холодогенератор устанавливают на открытом воздухе под навесом с открытой теплоизолированной герметичной крышкой 2, предварительно из водяного контура через патрубок 7 для отвода талой воды открытием крана дренируется талая вода. При устойчивой среднесуточной отрицательной температуре наружного воздуха пространство во впадинах между трубками 4 контактного теплообменника уплотняют снегом для предотвращения утечек талой воды при генерировании льда путем наморозки. Затем послойно происходит заполнение теплоизолированного герметичного корпуса 1 путем разбрызгивания воды в камере 3 с контролем процесса намораживания монолитного ледяного массива. После завершения процесса намораживания в холодное время года холодогенератор закрывают теплоизолированной герметичной крышкой 2 лед хранится в нем с температурой внутри не выше 0°C до теплого периода года. В теплый период года включается циркуляция теплоносителя, обеспечивающая процесс таяния льда.
Талая вода попадает на поверхность трубок 4 контактного теплообменника и через вертикальные трубки 10 поступает на перфорированные горизонтальные трубки 13 оросителя, после чего стекает по каналам вертикальных пластин 5 дополнительного теплообменника, обеспечивая дополнительный теплообмен.
При теплообмене происходит прямая передача теплоты за счет контакта талой воды и теплоносителя, циркулирующего в дополнительном теплообменнике. Данная конструкция обусловливает плотное прилегание тающего массива к поверхности теплообмена.
При достижении талой водой определенного уровня в донной части теплоизолированного герметичного корпуса 1, включают водяной насос 14 для отбора талой воды и подачи ее в перфорированные горизонтальные трубки 13 оросителя. При избыточном количестве талой воды включают кран патрубка 7 для ее удаления.
Полезная модель позволяет повысить холодопроизводительность за счет увеличения поверхности теплообмена. Ледяной массив заготавливается в холодогенераторе путем постепенного наполнения его пространства талой водой в течение зимнего периода года и сохраняется до летнего периода.