устройство для получения экологически чистого искусственного охлаждения

Формула изобретения

1. Устройство для получения экологически чистого искусственного охлаждения, содержащее насос, трубопровод, нижняя часть которого опущена в глубинные холодные слои морской воды, а верхняя часть размещена над уровнем воды и связана с теплообменником, который снабжен сливным патрубком для прошедшей через теплообменник морской воды, отличающееся тем, что трубопровод выполнен в виде свободно проточного элемента, открытого в нижней и верхней частях с обеспечением его функционирования в виде сообщающегося сосуда по отношению к окружающей воде, насос установлен между заполненной водой верхней частью трубопровода и теплообменником, а выше уровня воды трубопровод сообщен с окружающим воздухом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входной патрубок, проточные элементы и выходной патрубок теплообменника в совокупности выполнены в виде сифона, при этом конец выходного патрубка размещен ниже соединенного с насосом входного патрубка теплообменника.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено промежуточной емкостью, установленной между трубопроводом и насосом, при этом верхняя часть емкости сообщена с окружающим воздухом, а нижняя часть свободно сообщена с верхней заполненной водой частью трубопровода с возможностью заполнения емкости водой из трубопровода самотеком и подачи при помощи насоса охлаждающей воды из этой емкости в теплообменник.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к устройствам для получения и применения искусственного охлаждения с использованием нетрадиционного и экологически чистого источника холода.

Известно устройство для получения искусственного охлаждения, содержащее последовательно связанные трубопроводами в единую замкнутую кольцевую систему генератор холода, теплообменник и концентратор раствора. Генератор холода заполняется льдом и солью с возможностью циркуляции по трубопроводам, получаемого при таянии льда холодного рассола через теплообменник и концентратор с возвращением в генератор холода (Краткий политехнический словарь, Государственное издательство технико-теоретической литературы, М. 1955, с. 503 2).

Это устройство имеет недостатки, заключающиеся в расходовании большого количества химически активных веществ (соли), загрязняющих окружающую среду, кратковременности действия, определяемой ограниченным количеством этих веществ, и большой трудоемкости эксплуатации устройства, связанной с необходимостью постоянного возобновления расходуемых при получении холода веществ.

Известно также устройство для получения искусственного охлаждения, выполненное в виде холодильной установки, содержащей холодильную машину и вспомогательное оборудование в виде системы энерго- и водоснабжения и приборы управления (Политехнический словарь, Советская энциклопедия, Москва, 1980, с. 522 1, при этом входящая в состав холодильной установки холодильная машина содержит заполненную хладагентом круговую замкнутую при помощи труб систему из испарителя в виде теплообменника, отнимающего за счет кипения хладагента тепло от охлаждаемого объекта, компрессора, охлаждаемого водой или воздухом конденсатора и регулирующего вентиля, установленного перед испарителем, при этом хладагент используется и в качестве хладоносителя (там же с. 578, рис. 1 и с. 579 2).

К недостаткам этого устройства относится большой расход энергии на сжатие и/или изменение агрегатного состояния хладагента, использование экологически вредных веществ (аммиак, углеводороды, фреоны, при одновременной сложности конструкции и высокой стоимости.

Известно устройство для получения экологически чистого искусственного охлаждения, содержащее насос, трубопровод, нижняя часть которого опущена в глубинные холодные слои морской воды, а верхняя часть размещена над уровнем воды и связана с теплообменником, который снабжен сливным патрубком для прошедшей через теплообменник морской воды (ДЕ, заявка N 2503250, F 23 D 1/02, 1976). Это техническое решение является наиболее близким к заявленному по технической сущности и принято в качестве прототипа.

Устройство отличается тем, что трубопровод выполнен в виде свободно проточного элемента, открытого в нижней и верхней своей части с обеспечением его функционирования? как сообщающегося сосуда по отношению к окружающей воде, насос установлен между заполненной водой верхней частью трубопровода и теплообменником, а выше уровня воды трубопровод сообщен с окружающим воздухом. Входной патрубок теплообменника, проточные элементы теплообменника и выходной патрубок теплообменника в совокупности выполнены в виде сифона, при этом конец выходного патрубка размещен ниже соединенного с насосом входного патрубка теплообменника. Устройство может быть снабжено промежуточной емкостью, установленной между трубопроводом и насосом, при этом верхняя часть емкости сообщена с окружающим воздухом, а нижняя часть свободно сообщена с верхней заполненной, водой частью трубопровода с возможностью заполнения емкости водой из трубопровода самотеком и подачи при помощи насоса охлаждающей воды из этой емкости в теплообменник.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для получения искусственного охлаждения; на фиг. 2 приведен наглядный пример осуществления работы устройства. Оба чертежа даны в разрезе в плоскости изображения.

Устройство для получения искусственного охлаждения основано на технических требованиях, предъявляемых к холодильной технике, и на особенностях температурного режима вод Мирового океана.

Согласно принятым условиям к холодильной технике совокупность методов и средств получения и применения искусственного охлаждения в области температур от 10^o до 150^oС (Политехнический словарь, Советская энциклопедия, М. 1980, с. 580 1). В связи с этим в холодильных установках может применяться хладоноситель в виде воды (там же с. 577 2), т.е. с температурным параметром в пределах от 0^o до 10^oС. Этим условиям отвечают глубинные воды Мирового океана. Известно, что сезонные колебания температуры поверхностных вод Мирового океана наблюдаются до глубин 100 150 м. На больших глубинах в зависимости от условий обычно она составляет 1,4^o 1,8^oС и может опускаться ниже 0^oС (Советский энциклопедический словарь, М. Советская энциклопедия, 1987, с. 921 1). Следовательно, морская вода из глубинных ее слоев может служить постоянным, стабильным по температурному режиму, не требующим затрат энергии на понижение температуры и неиссякаемым хладоносителем, выполняющим одновременно функции хладагента.

Для получения искусственного охлаждения холодную морскую воду из глубинных слоев подают в теплообменник 1 холодильной установки по трубопроводу 2. При этом в целях уменьшения затрат энергии при подъеме воды трубопровод используют как сообщающийся сосуд по отношению к окружающей воде. Для этого открытую нижнюю часть трубопровода опускают до глубины, где температура морской воды позволяет применять ее в качестве хладоносителя, а верхнюю открытую часть трубопровода размещают над уровнем воды. Находящуюся в верхней части трубопровода воду, при помощи насоса 3 подают в теплообменник 1, размещенный в охлаждаемом объекте 4. В целях уменьшения затрат энергии на подачу воды из трубопровода в теплообменник насос 3 устанавливают непосредственно над поверхностью воды. При откачивании воды из верхней части трубопровода он превращается в сообщающийся сосуд по отношению и окружающей воде и движение воды в нем снизу вверх происходит за счет гидростатического давления окружающей воды без затрат энергии.

Холодную воду от насоса 3 к теплообменнику подают по входному патрубку 5, а отводят от теплообменника при помощи выходного патрубка 6, нижняя открытая часть которого располагают ниже насоса. При этих условиях входной патрубок 5, проточные элементы (трубы) теплообменника 1 и выходной патрубок 6 образуют сифон и вода по нему движется самотеком, что исключает необходимость расходовать энергию на ее перемещение от насоса до выходного патрубка (Политехнический словарь, с. 480 1).

Сказанное выше наглядно проиллюстрировано (фиг. 2), приведена схема движения воды без непосредственной связи насоса 3 с трубопроводом 2. При этом применяют изолированную от окружающей воды открытую сверху и сообщающуюся с трубопроводом промежуточную емкость 7, которую располагают на уровне заполненной водой верхней части трубопровода. Емкость связывают с насосом при помощи всасывающего патрубка 8. В связи с тем, что емкость 7 непосредственно сообщается с трубопроводом 2 уровень воды в них будет всегда одинаков и для обеспечения этого никаких затрат энергии не требуется, поскольку и трубопровод 2, и емкость 7 являются сообщающимися сосудами с окружающей водой. Как было показано выше, от насоса 3 до нижнего конца выходного патрубка 6 вода движется самотеком как по сифону. Следовательно, насос при этих условиях расходует энергию только на подъем воды от ее уровня в емкости 7 до входного патрубка 5 и на преодоление гидравлического сопротивления, связанного с вязкостью воды в пределах указанного сифона.

Из сказанного следует, что в данном случае отсутствуют характерные для холодильной техники затраты энергии на охлаждение хладагента и хладоносителя и не требуется применения экологически вредных веществ. Следовательно, задача, поставленная по способу получения искусственного охлаждения, решается в полном объеме.

Устройство для получения искусственного охлаждения (фиг. 1) содержит теплообменник 1, состоящий из труб, выполненных из теплопроводного материала, который при помощи входного патрубка 5 и насоса 3 соединен с трубопроводом 2, нижняя открытая часть которого опущена в глубинные холодные слои морской воды, а верхняя открытая часть размещена над поверхностью воды. Со стороны выхода теплообменник связан с выходным патрубком 6, нижний открытый конец которого размещен ниже насоса 3, а насос установлен над поверхностью воды. Теплообменник 1 размещен в охлаждаемом объекте 4, там же установлен терморегулятор 9, обеспечивающий автоматическое поддержание температуры на заданном уровне путем включения и отключения насоса.

Устройство для получения искусственного охлаждения работает следующим образом.

Вода в глубинных слоях морей независимо от сезонных колебаний имеет температуру в пределах от 0^o до 2^oС. При работе насоса 3 холодная вода из глубинных слоев по трубопроводу 2 и входному патрубку 5 подается в теплообменник 1, отбирает тепло от охлаждаемого объекта 4 и через выходной патрубок 5 сливается в море. В связи с отбором воды из верхней части трубопровода, он функционирует как сообщающийся сосуд, и вода по нему перемещается снизу вверх до уровня ее отбора без затрат энергии под воздействием гидростатического давления окружающей воды. Проточные элементы устройства в составе последовательно соединенных выше насоса 3 входного патрубка 5, труб теплообменника 1 и выходного патрубка 6 образуют сифон и вода по нему движется самотеком без затрат энергии. При этих условиях насос 3 расходует энергию, необходимую только на подъем воды от уровня моря до уровня установки насоса и на преодоление гидравлического сопротивления в проточных элементах устройства. Следовательно на охлаждение хладоносителя и на изменение агрегатного состояния или сжатие хладагента энергия не расходуется, что повышает экономичность искусственного охлаждения. Уровень размещения охлаждаемого объекта 4 над поверхностью моря не оказывает решающего влияния на потребление энергии, поскольку от насоса и до нижнего открытого концы выходного патрубка 6, являющихся в совокупности сифоном, вода движется самотеком. Установленный в охлаждаемом объекте терморегулятор 9 обеспечивает автоматическое поддержание температуры на заданном уровне путем включения и отключения насоса 3.

Следовательно устройство для получения искусственного охлаждения обеспечивает экономию энергии, не расходует и не использует экологически вредные вещества, отличается простотой устройства, не требует больших затрат на его сооружение и обеспечивает при этом решение поставленной задачи.

Преимущественная область применения устройства стационарные промышленные холодильники в прибрежных районах морей, например, в портах, курортных и жилых зонах.