способ аккумулирования холода и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ аккумулирования холода, включающий пропускание в холодное время года хладоагента через замкнутый контур с созданием аккумулятора холода с последующей передачей в теплое время года холода от аккумулятора потребителю, отличающийся тем, что используют замкнутый контур, содержащий более одной конструкции "труба в трубе", при этом последние полностью или частично располагают в грунте и соединяют трубопроводом в их верхней части в замкнутый контур, выполненный с возможностью подключения к нему потребителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве хладоагента используют воздух, воду или водосоляной раствор.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что циркуляцию хладоагента по контуру осуществляют принудительно.

4. Способ по любому из пп.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве побудителя циркуляции хладоагента используют вентилятор или насос, или турбину.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в грунт между конструкциями "труба в трубе" дополнительно вводят жидкий хладоагент.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве дополнительно введенного хладоагента используют воду или водосоляной раствор.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют замкнутый контур, выполненный с возможностью подсоединения к нему теплообменника, расположенного на поверхности грунта.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в холодное время года хладоагент поступает через замкнутый контур потребителю холода.

9. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при использовании в качестве хладоагента воздуха контур выполнен с возможностью удаления прошедшего замкнутый контур воздуха в атмосферу.

10. Устройство аккумулирования холода, содержащее замкнутый контур для циркулирования хладоагента, проходящий через аккумулятор холода, и ветвь контура, отводящую холод потребителю, отличающееся тем, что замкнутый контур содержит более одной конструкции "труба в трубе", полностью или частично расположенных в грунте и соединенных в верхней части трубопроводом, а ветвь контура, отводящая холод потребителю, выполнена с возможностью отключения от замкнутого контура.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит побудитель циркуляции хладоагента.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что в качестве побудителя циркуляции хладоагента использованы вентилятор, или насос, или турбина.

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что на поверхности грунта расположен теплообменник, подключенный к замкнутому контуру.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что теплообменник выполнен с возможностью отключения от замкнутого контура.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что теплообменник выполнен с возможностью подключения к ветви контура, отводящей холод к потребителю через замкнутый контур.

16. Устройство по п.10, отличающееся тем, что конструкции "труба в трубе" ориентированы в грунте вертикально.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что между поверхностью грунта и аккумулятором холода расположен слой теплоизоляции.

18. Устройство по п.10, отличающееся тем, что конструкции "труба в трубе" ориентированы в грунте наклонно.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что конструкции "труба в трубе" расположены под потребителем холода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области холодильной техники, а именно к области сохранения объектов при температурах, близких к нулевым, а также отрицательным, и может быть использовано при хранении плодоовощной продукции, дозревании пива, хранении молока и молочных продуктов в условиях умеренного климата со средней температурой, превышающей нулевую, а также охлаждения фундаментов, подземных выработок и т.д.

Известен способ хранения продуктов, преимущественно пищевых (SU, авторское свидетельство 1 262 221, F 25 D 1/00, 1986), согласно которому в стенках камер, в которых хранят продукты, выполнены сообщающиеся полости, заполненные циркулирующим хладагентом. В теплоизолирующем перекрытии, отделяющем камеру от поверхности земли, выполнены вентиляционные отверстия, открытые в холодное время года для сообщения камеры с окружающей средой. В результате хладагент аккумулирует холод. В теплый период времени вентиляционные отверстия закрывают. В камеры помещают продукцию, которая охлаждается за счет холода, накопленного хладагентом. Недостатком известного технического решения следует признать его малый ресурс работы, вызванный невозможностью аккумулирования большого количества холода подобным образом.

Известна установка для хранения продуктов, при эксплуатации которой предусмотрен способ аккумулирования холода, реализуемый в устройстве для аккумулирования холода, являющемся частью указанной установки (SU, авторское свидетельство 1 464 017, F 25 D 1/00, 07.03.89). Через замкнутый контур, содержащий расположенные в грунте емкости, соединенные в верхней части трубопроводом, пропускают в холодное время года хладагент, создавая аккумулятор холода. Замкнутый контур имеет ветвь, связанную с потребителем. В теплое время холод передается по этой ветви от аккумулятора потребителю.

Однако при создании такого контура необходимо провести трудоемкие работы, связанные с грунтовыми работами при заглублении в них емкостей.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения можно признать способ термостатического хранения продуктов и систему термостатического хранения продуктов (RU, патент 2 052 740, F 25 D 3/02, 1966), где представлены способ аккумулирования холода и устройство для его реализации.

Способ аккумулирования холода включает пропускание в холодное время года хладагента через замкнутый контур с созданием аккумулятора холода с последующей передачей в теплое время года холода от аккумулятора потребителю.

Устройство аккумулирования холода содержит замкнутый контур для циркулирования хладагента, проходящий через аккумулятор холода, и ветвь контура для подключения к потребителю. В слое грунта, близком к его изотермической границе, в холодный период образуют с использованием грунтовой влаги резерват холода в виде литосферного льдогрунтового массива. Через последний принудительно продувают атмосферный воздух. Участок охлаждения хладагента замкнутого циркуляционного контура располагают в льдогрунтовом массиве.

Недостатком известного технического решения следует признать сложность его осуществления, поскольку в грунте необходимо вырыть котлован, уложить систему трубопроводов, засыпать их грунтом. Кроме того, устройство достаточно сложно в эксплуатации. Все вышеизложенное приводит к довольно высокой себестоимости получаемого холода.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке простого, низкого по себестоимости и экологически чистого способа аккумулирования холода в условиях климатических зон со средней положительной годовой температурой.

Технический результат, получаемый в результате реализации технического решения, состоит в снижении себестоимости холода и расширении области применения аккумулирования холода.

Для достижения указанного технического результата способ аккумулирования холода, включающий пропускание в холодное время года хладагента через замкнутый контур с созданием аккумулятора холода с последующей передачей в теплое время года холода от аккумулятора потребителю, отличается тем, что используют замкнутый контур, содержащий более одной конструкции "трубы в трубе", при этом последние полностью или частично располагают в грунте и соединяют трубопроводом в их верхней части в замкнутый контур, выполненный с возможностью подключения к нему потребителя. В качестве хладагента можно использовать воздух, воду или водно-соляной раствор. Циркуляцию хладагента по контуру можно осуществлять принудительно. В качестве побудителя циркуляции хладагента можно использовать вентилятор или насос, или турбину. В грунт между конструкциями "труба в трубе" дополнительно можно вводить жидкий хладагент. В качестве дополнительно введенного хладагента целесообразно использовать воду или водно-соляной раствор. Используют замкнутый контур, выполненный с возможностью подсоединения к нему теплообменника, расположенного на поверхности грунта. В холодное время года хладагент поступает через замкнутый контур потребителю холода. При использовании в качестве хладагента воздуха контур целесообразно выполнить с возможностью удаления прошедшего замкнутый контур воздуха в атмосферу.

Для достижения указанного выше технического результата устройство аккумулирования холода, содержащее замкнутый контур для циркулирования хладагента, проходящий через аккумулятор холода и ветвь контура, отводящую холод потребителю, отличается тем, что замкнутый контур содержит более одной конструкции "труба в трубе", полностью или частично расположенных в грунте и соединенных в верхней части трубопроводом, а ветвь контура, отводящая холод потребителю, выполнена с возможностью отключения от замкнутого контура. Устройство может дополнительно содержать побудитель циркуляции хладагента. В качестве побудителя циркуляции хладагента могут быть использованы вентилятор или насос, или турбина. На поверхности грунта может быть расположен теплообменник, подключенный к замкнутому контуру, выполненный с возможностью отключения от замкнутого контура. Теплообменник может быть выполнен с возможностью подключения к ветви контура, отводящей холод к потребителю через замкнутый контур. Конструкции "труба в трубе" могут быть ориентированы в грунте вертикально или наклонно. Между поверхностью грунта и аккумулятором холода может быть расположен слой теплоизоляции. Также конструкции "труба в трубе" могут быть расположены под потребителем холода.

На чертеже представлена схема устройства аккумулирования холода.

Устройство содержит замкнутый контур для циркулирования хладагента, содержащий более одной конструкции 1 "труба в трубе", полностью или частично расположенных в грунте 2 и соединенных в верхней части трубопроводом 3 с образованием замкнутого контура, полностью или частично заполненного хладагентом. Имеется ветвь 4 контура, отводящая холод потребителю, выполненная с возможностью отключения от замкнутого контура. Устройство содержит побудитель 5 циркуляции хладагента, в качестве которого могут быть использованы вентилятор или насос, или турбина в зависимости от используемого хладагента. Место размещения побудителя 5 циркуляции определено конструкцией контура. На поверхности грунта 2 расположен теплообменник 6, подключенный к замкнутому контуру, предназначенный для охлаждения хладагента во время года с отрицательной температурой и выполненный с возможностью отключения от него. Теплообменник 6 может быть выполнен с возможностью подключения к ветви 4 контура, отводящей холод потребителю как через замкнутый контур, так и напрямую.

Конструкции 1 "труба в трубе" могут быть ориентированы в грунте 2 вертикально.

Конструкции 1 "труба в трубе" могут быть ориентированы в грунте наклонно. В этом случае они могут быть расположены под помещением - потребителем холода.

В этом варианте изоляция над образующимся льдоаккумулятором не нужна. В остальных случаях желательно изолировать намороженный льдоаккумулятор от поверхности земли. Изоляция может быть выполнена из любого теплоизоляционного материала, в частности торфа, опилок, полимерной крошки, керамзита и так далее. В любом случае конструкции 1 типа "труба в трубе" желательно располагать на равном расстоянии друг от друга.

Между замкнутым контуром и ветвью 4 контура, отводящей холод потребителю, может быть установлен соединяющий элемент 7, выполненный с возможностью перекрытия.

Конструкция "труба в трубе" выполнена в виде двух труб, вложенных одна в другую, причем у внешней трубы закрыто нижнее отверстие, а внутренняя труба не доходит до конца внешней, при этом трубы жестко зафиксированы относительно друг друга. Хладагент при подаче холода поступает в зазор между трубами и выходит по внутренней трубе. В случае отбора холода хладагент поступает по внутренней трубе и выходит через зазор.

Способ аккумулирования холода осуществляют, используя, например, описанное устройство, следующим образом.

Для обеспечения указанного технического результата через систему конструкций типа "труба в трубе", которые полностью или частично располагают в грунте 2 и соединяют трубопроводами в замкнутый контур, подают в холодное время года при минусовых температурах охлажденный хладагент. При этом ветвь 4 контура, выполненная из труб и расположенная у потребителя холода, предпочтительно отключена. Хладагент, проходя через замкнутый контур системы конструкций 1 типа "труба в трубе", охлаждает окружающий трубы грунт 2, намораживая тем самым аккумулятор холода (льдоаккумулятор). При этом возможна закачка жидкого хладагента (вода или водно-солевой раствор) в грунт в промежутки между конструкциями 1 "труба в трубе", что позволит увеличить объем аккумулятора холода (льдоаккумулятора). Хладагент может циркулировать по замкнутому контуру как под действием градиента температур, так и принудительно. В качестве хладагента могут быть использованы воздух, вода, водно-соляной раствор и так далее. В качестве побудителя 5 принудительной циркуляции хладагента по замкнутому контуру могут быть использованы в зависимости от агрегатного состояния хладагента насос, турбина, вентилятор и так далее. Над поверхностью земли может быть установлен теплообменник 6, служащий во время года с отрицательной температурой для охлаждения хладагента. Во время года с отрицательной температурой охлажденный хладагент может поступать не только в замкнутый контур из конструкций 1 "труба в трубе", но и непосредственно в часть контура, проходящую у потребителя. Во время года с положительной температурой замкнутый контур из конструкций "труба в трубе" отключают от теплообменника 6 и подключают посредством побудителя 5 циркуляции к части контура, проходящей у потребителя охлаждения. При этом хладагент, циркулируя по контуру, находящемуся преимущественно под землей, охлаждается, а поступая в часть контура, расположенную у потребителя охлаждения, отдает холод. В случае использования в качестве хладагента воздуха контур может быть выполнен с возможностью выведения воздуха из контура и перевода его в атмосферу. Поскольку воздух, прошедший через контур, ничем не загрязнен, выходя в атмосферу, он ничем не загрязняет ее. В случае использования воды или водно-соляных растворов состояние экологии также не ухудшается. В случае охлаждения подземных выработок часть контура, проходящая у потребителя, преимущественно проходит по стенам выработки. В случае охлаждения фундаментов или поземных этажей зданий часть контура - ветвь 4, отводящая холод потребителю, проходит в земле снаружи и/или внутри здания. Глубина залегания контура определяется глубиной промерзания грунта в данной местности, а также необходимой температурой в контуре потребителя.

Изобретение может быть иллюстрировано следующими примерами.

1. Для охлаждения цеха выдержки пива в непосредственной близости от пивоваренного завода на пустыре на глубину 16 метров пробурены сорок скважин. Предварительно в месте будущих скважин удалили грунт на глубину, вдвое превышающую глубину промерзания грунта в данной местности. В скважину опускают конструкции 1 "труба в трубе" и обвязывают их в верхней части в замкнутый контур. Образовавшийся котлован засыпают теплоизолятором. В верхней части помещения цеха выдержки пива устанавливают петлю труб, являющихся частью ветви, отводящей холод потребителю, которую посредством трубопроводов подключают к замкнутому контуру. На поверхности земли над замкнутым контуром устанавливают теплообменник 6 охлаждения, который подключают к замкнутому контуру. В замкнутый контур встраивают побудитель 5 циркуляции в виде насоса. Между теплообменником 6 и замкнутым контуром, а также между ветвью потребителя и замкнутым контуром установлены соединяющие элементы 7 (вентили). Замкнутый контур, теплообменник 6 и ветвь 4 потребителя заполнены водно-соляным раствором. Грунт 2 между конструкциями 1 "труба в трубе" насыщают водно-соляным раствором. В холодное время года открывают соединяющие элементы (вентили) и посредством побудителя 4 расхода вызывают циркуляцию водно-соляного раствора во всей системе, причем первоначально охлажденный водно-соляной раствор проходит через конструкции 1 "труба в трубе" и только потом поступает в ветвь 4. При этом вентиль на ветви 4 выполнен с возможностью регулирования расхода потока водно-соляного раствора. Происходит одновременно намораживание аккумулятора холода (льдоаккумулятора) и охлаждение цеха. В теплое время года теплообменник 1 отключают от замкнутого контура, и водно-соляной раствор циркулирует посредством побудителя 5 по замкнутому контуру и ветви 4, отводящей холод потребителю, перенося тем самым холод от льдоаккумулятора в цех.

2. Аналогичную конструкцию создают вблизи здания, фундамент которого стоит на слабых грунтах. Ветвь 4, отводящая холод потребителю, располагается вокруг фундамента. Устройство работает аналогично примеру 1.

Использование данных способа и устройства аккумулирования холода обеспечивает снижение себестоимости холода и расширение области применения аккумулирования холода, поскольку с конструкциями "труба в трубе" сравнительно легко осуществить монтаж оборудования или провести ремонтные работы при эксплуатации.