установка для производства ледяной воды и аккумулирования холода

Формула изобретения

1. Установка для производства ледяной воды и аккумулирования холода, содержащая вертикально установленную термоизолированную емкость с днищем, съемной крышкой и системой заправки и слива воды, в которой размещен изогнутый трубчатый испаритель холодильного устройства, выполненный в виде горизонтальных рядов изогнутых в форме кольцевой спирали труб, которые размещены по всему внутреннему объему емкости, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена устройством для охлаждения воды окружающим емкость холодным воздухом, выполненным в виде смонтированных в емкости вертикальных труб, открытые торцы которых сообщены с окружающим воздушным пространством, при этом нижние торцы труб перекрыты заслонкой, имеющей возможность поворота в горизонтальной плоскости и снабженной ручным приводом, а со стороны верхних торцов в каждой трубе смонтирован автономный вытяжной вентилятор с приводом от ветровой нагрузки или от электропривода.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что заслонка выполнена в форме фигурной пластины, перекрывающей одновременно торцовые поверхности всех вертикальных труб, и снабжена рычагом ручного привода, один конец которого закреплен на пластине, а другой выполнен консольным и выведен за пределы наружных обводов емкости, при этом пара «рычаг-емкость» снабжена шкалой, показывающей степень открытия торцовых поверхностей труб, и устройством фиксации положения заслонки.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена барботером, расположенным на днище емкости под испарителем и выполненным в виде кольцеобразного трубчатого коллектора, к которому равномерно по длине приварены сообщающиеся с ним радиально расположенные трубки, перекрывающие проекцию плоскости испарителя и вертикальных труб на горизонтальную плоскость, при этом в стенках кольцеобразного коллектора и радиально расположенных трубок выполнены отверстия для выхода воздуха, направленные на трубки испарителя и боковую поверхность вертикальных труб.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для охлаждения и может быть использовано в различных отраслях промышленности для охлаждения воды и аккумулирования холода, в том числе для получения пищевого льда.

Известны различные льдогенераторы, предназначенные для получения пищевого льда, которые подразделяются на две группы: льдогенераторы рассольного охлаждения и льдогенераторы непосредственного охлаждения, содержащие корпус, испаритель, морозильную систему и несущую раму [1], [2], [4].

Известна теплохолодильная установка для ферм, содержащая резервуар с перегородками и теплообменник с каналами для охлаждаемой жидкости и хладоносителя. Установка используется для охлаждения молока [3].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту изобретения является холодильный агрегат МХУ-8С для охлаждения пресной воды и поддержания ее температуры в пределах от 0 до +10°С. Этот агрегат используется в качестве источника холода для технологических нужд в промышленности и сельском хозяйстве. Холодильный агрегат состоит из собственно агрегата, который включает холодильную машину с воздушным конденсатором и бак для воды с теплоизоляцией и с погруженными в него панельными испарителями. Вода в баке охлаждается, соприкасаясь с холодными стенками испарителей. Холодильная машина состоит из компрессора, электродвигателя, воздушного конденсатора. Конструкция агрегата обеспечивает возможность аккумуляции холода путем намораживания 450 кг льда на поверхности испарителя [5].

Недостатком прототипа являются высокие энергетические затраты на получение ледяной воды.

Задачей изобретения является устранение недостатков известной конструкции холодильного устройства, а именно снижение энергетических затрат на получение ледяной воды и аккумулирование холода.

Поставленная задача решается тем, что установка для производства ледяной воды и аккумулирования холода, содержащая вертикально установленную термоизолированную емкость с днищем, съемной крышкой, системой заправки и слива воды и смонтированный в ней трубчатый испаритель холодильного устройства, выполненный в виде горизонтальных рядов изогнутых в форме кольцевой спирали труб, которые размещены по всему внутреннему объему емкости, дополнительно снабжена устройством для охлаждения воды окружающим емкость холодным воздухом, выполненным в виде смонтированных в емкости вертикальных труб, открытые торцы которых сообщены с окружающим воздушным пространством, при этом нижние торцы труб перекрыты заслонкой, имеющей возможность поворота в горизонтальной плоскости и снабженной ручным приводом, а со стороны верхних торцов в каждой трубе смонтирован автономный вытяжной вентилятор с приводом от ветровой нагрузки или от электропривода.

Кроме того, заслонка труб выполнена в форме фигурной пластины, перекрывающей одновременно торцевые поверхности всех труб, и снабжена рычагом ручного привода, один конец которого закреплен на пластине, а другой выполнен консольным и выведен за пределы наружных обводов емкости, при этом пара "рычаг-емкость" снабжена шкалой, показывающей степень открытия торцовых поверхностей труб, и устройством фиксации положения заслонки.

Кроме того, установка снабжена барботером, расположенным на днище емкости под испарителем и выполненным в виде кольцеобразного трубчатого коллектора, к которому равномерно по длине приварены сообщающиеся с ним радиально расположенные трубки, перекрывающие проекцию плоскости испарителя и вертикальных труб на горизонтальную плоскость, при этом в стенках кольцеобразного коллектора и радиально расположенных трубок выполнены отверстия для выхода воздуха, направленные на трубки испарителя и боковую поверхность вертикальных труб.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид заявляемого устройства, на фиг.2 - вид А на фиг.1, на фиг.3 - вид Б на фиг.1, на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1, на фиг.5 - выносной элемент Г на фиг.1, на фиг.6 - вид Д на фиг.3.

В состав установки для производства ледяной воды и аккумулирования холода входит теплоизолированная емкость 1 с днищем 2 и крышкой 3 с люком для доступа внутрь емкости 1. Внутри емкости 1 установлены вертикальные трубы 4, 5 и 6, а также воздушный коллектор-барботер 7, испаритель 8 холодильного агрегата 9, магистраль 10 (для ввода воздуха в воздушный коллектор-барботер 7), магистраль 11 заправки емкости водой и технологическая магистраль 12 для забора ледяной воды из емкости 1. Испаритель 8 изготовлен из медных труб и представляет собой змеевик из 24-х горизонтальных рядов труб, выполненных в форме кольцевой спирали, размещенных ярусами по высоте емкости 1 и соединенных между собой. Для обеспечения равномерного прохождения воздуха по всему объему емкости 1 кольца спиралей труб, следующих один за другим по высоте ярусов испарителя 8, выполнены со смещением относительно друг друга на половину шага кольца спирали испарителя и навиты ярусами вокруг центральных труб 4, 5, 6. Воздушный коллектор-барботер 7 выполнен в виде кольца и расположен в нижней части емкости 1 непосредственно под нижним ярусом испарителя 8. К коллектору-барботеру 7 приварены радиальные трубки 13. В стенках кольца коллектора-барботера 7 и радиальных трубкок 13 просверлены равномерно расположенные отверстия 14. Отверстия 14 выполнены так, чтобы поток воздуха, исходящий из кольцеобразного коллектора-барботера 7 и радиально расположенных трубок 13, был направлен на центральное кольцо нижнего ряда, размещенного над ним испарителя 8 и боковую поверхность вертикальных труб 4, 5 и 6. Три вертикальные трубы 4, 5 и 6 изготовлены из нержавеющей стали и используются для охлаждения воды в холодное время года природным холодом. Трубы 4, 5 и 6 расположены в проекции на дно 2 емкости 1 в виде равностороннего треугольника, образуя тем самым совокупностью своих поверхностей вертикальный канал для спуска людей на дно емкости при выполнении монтажных работ и работ, необходимость которых возникает в процессе эксплуатации установки. Со стороны верхних открытых торцов труб 4, 5 и 6 внутри каждой трубы установлены вентиляторы 15. Нижние торцы труб 4, 5 и 6 перекрываются фигурной заслонкой 16, снабженной ручным приводом в виде рычага 17 и имеющей возможность поворота в горизонтальной плоскости относительно днища 2 емкости 1. Рычаг 17 снабжен устройством фиксации 18 его положения. На емкости 1 нанесена шкала 19, указывающая положение заслонки 16, а следовательно, и величину открытия торцовых поверхностей (проходных каналов для воздуха) вертикальных труб 4, 5, 6. Для удобства производства работ и обеспечения безопасности монтажа арматуры внутри емкости 1 на одной из вертикальных труб 4, 5 или 6 со стороны вертикального канала смонтированы ступеньки лестницы 20 и изготовлены монтажные площадки 21. Емкость 1 установлена на опорах 22. В верхней части емкости 1 выполнено отверстие переливной магистрали 23. На боковой поверхности емкости закреплена лестница 24. Холодильный агрегат 9 установлен рядом с емкостью 1.

Работает установка для производства ледяной воды и аккумулирования холода следующим образом. Через магистраль 11 производят заполнение емкости 1 водой до отверстия переливной магистрали 23. После чего включают холодильный агрегат 9 и осуществляют охлаждение труб испарителя 8 и намораживание льда (аккумулирование халода) на наружной поверхности труб испарителя. Через магистраль 10 в коллектор-барботер 7 подводят сжатый воздух, который, истекая через отверстия 14, выполненные в кольце коллектора-барботера 7 и в радиальных трубках 13, перемешивает воду, способствуя созданию равномерного поля температур в воде по всему объему емкости 1. В технологическом цикле любого производства, использующего ледяную воду, ледяная вода забирается патрубком технологической магистрали 12 из нижней части емкости 1 и, пройдя через теплообменные устройства технологической линии потребления ледяной воды, уже теплая возвращается в верхнюю часть емкости 1. В процессе поступления уже теплой воды в установку для ее перемешивания через магистраль 10 в коллектор-барботер 7 подается сжатый воздух, тем самым происходит поступление теплой воды к испарителю по всему объему емкости 1, а следовательно, происходит интенсивное таяние льда на всем испарителе. Аккумулирование холода за счет намораживания льда на испарителе весьма эффективно и вызвано свойством фазового перехода воды (льда) как вещества, находящегося в кристаллическом состоянии. В теплое время года система охлаждения воды природным холодом отключена, заслонка 16 перекрывает нижние торцы вертикальных труб 4, 5 и 6, вентиляторы 15 отключены. В холодное время года, наряду с системой принудительного охлаждения воды при помощи холодильной установки 9, частично или полностью включается в работу система охлаждения воды природным холодом. При этом частично (или полностью) при помощи рычага 17 ручного привода открывается заслонка 16, величина открытия которой контролируется по шкале 19, и с помощью устройства, работающего от ветровой нагрузки или от электропривода, приводятся в действие вытяжные вентиляторы 15, создавая направленный поток холодного воздуха в направлении снизу вверх. Следует отметить, что движение воздушного потока снизу вверх через вертикальные трубы 4, 5 и 6 может обеспечиваться и за счет конвекции воздуха из-за разности температур в верхних и нижних слоях воздуха внутри вертикальных труб 4, 5 и 6 и воздуха окружающей атмосферы. Положение заслонки 16 фиксируется при помощи устройства фиксации 18. На наружной поверхности труб 4, 5 и 6 происходит намораживание льда, который охлаждает находящуюся в емкости 1 воду. Далее процесс охлаждения воды происходит аналогично процессу, описанному выше при работе холодильной установки 9.

Введение в конструкцию установки для получения ледяной воды и аккумулирования холода системы охлаждения природным холодом позволяет снизить энергетические затраты в холодное время года на 20...50%.

В настоящее время изготовлены и испытаны с положительными результатами два опытных образца предложенной установки. Это - установки непрерывного действия, которые могут работать при температуре окружающего воздуха от минус 40°С до плюс 35°С. Масса воды, заливаемая в емкость, - 30000 кг. Потребляемая мощность при работе холодильной установки - 13 кВт, а при использовании системы охлаждения природным холодом - 7,4...12,6 кВт.

Рекомендовано начать серийный выпуск установки для производства ледяной воды и аккумулирования холода для использования ее в технологических процессах пищевой промышленности.

Источники информации

1. Россия, патент № 2229068, МКИ 7 F 25 С 1/18, 1/00.

2. Россия, патент № 2232953, МКИ 7 F 25 С 1/18, 1/00.

3. Россия, патент № 2206215, МКИ 7 А 23 С 3/04, А 01 J 9/04, F 25 D 3/00, 2003 г.

4. И.Г.Чумак и др. Холодильные установки, М., Легкая и пищевая промышленность, 1981, стр.280-283).

5. Холодильные машины. Справочник, главный редактор А.В.Быков, М., Легкая промышленность, 1982, стр.129).