RU2363895C1

RU2363895C1 - System of radial-convective cooling of rooms

Info

Publication number: RU2363895C1
Application number: RU2008116941/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Анатольевич Ермаков (RU); Сергей Анатольевич Ермаков
Original assignee: Сергей Анатольевич Ермаков
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2009-08-10

Abstract

FIELD: heat engineering.

SUBSTANCE: system is provided for cooling of rooms and can be used for keeping of thermal behavior in dwelling and industrial premises in summer. System contains supply conduit, evaporating cooling device, lateral pipeline, condenser, associated by thermal current with receiver of heat energy, compressor and ejector; ejector's diffuser is connected to supply conduit, inleak chamber of ejector is connected by pipeline to lower band of condenser, suction connection of compressor is connected by pipeline to the top area of condenser, and discharge connection of condenser is connected by pipeline to working nozzle of ejector; on pipeline, connecting discharge connection of compressor to working nozzle of ejector, it is installed deaerator.

EFFECT: reliability and ecological compatibility growth.

7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области систем охлаждения помещений и может быть использовано для поддержания температурного режима в жилых и производственных помещениях в летний период.The invention relates to the field of room cooling systems and can be used to maintain the temperature in residential and industrial premises in the summer.

Известна система лучисто-конвективного охлаждения в виде подвесных, настенных (внутристенных) или напольных (внутрипольных) панелей или других ограждающих конструкций, в которые запрессовываются, привариваются или приклеиваются трубы, по которым пропускается теплоноситель - охлажденная вода. 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 за счет конвекции и теплового излучения. 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.A known system of radiant convective cooling in the form of suspended, wall (interior) or floor (floor) panels or other enclosing structures into which pipes are pressed in, welded or glued through which the coolant is passed - chilled water. The water supplied to the panel is cooled using a refrigeration device. Chilled water passing through the pipes of the panels, due to thermal contact between the pipes and the heat-absorbing surface of the panels, removes heat from residential or industrial premises due to convection and thermal radiation. In this case, the water is heated, changing its temperature. Due to the vast heat-absorbing surface of the panels, the required room temperature is set at a small temperature difference between the room and the panel, which creates a favorable microclimate in the room and allows the use of low-potential sources of cold for cooling the rooms.

(АВОК №8, 2003 г., с.42-44, «Потолочная панельная система Giacoklima»; ABOK №6, 2003 г., «Системы лучистого отопления и охлаждения»)(ABOK No. 8, 2003, p. 42-44, “Giacoklima Ceiling Panel System”; ABOK No. 6, 2003, “Radiant Heating and Cooling Systems”)

Это техническое решение по выполняемой функции и достигаемому результату является наиболее близким к заявленному. Оно принято в качестве ближайшего аналога (прототипа).This technical solution for the function performed and the result achieved is the closest to the declared one. It is taken as the closest analogue (prototype).

Недостатком прототипа является значительная масса теплоносителя (рабочего тела) в системе и существенный перепад температур на разных участках охлаждающих панелей, связанный с изменением температуры теплоносителя на входе и на выходе из панели. При этом повышается риск обширных разливов теплоносителя при разгерметизации системы охлаждения. Также повышается вероятность конденсации влаги из атмосферы охлаждаемого помещения на наиболее холодных участках охлаждающих панелей и снижается эффективность отвода теплоты на более теплых участках охлаждающих панелей.The disadvantage of the prototype is the significant mass of coolant (working fluid) in the system and a significant temperature difference in different sections of the cooling panels associated with a change in temperature of the coolant at the inlet and outlet of the panel. This increases the risk of extensive coolant spills during depressurization of the cooling system. The likelihood of moisture condensation from the atmosphere of the refrigerated room in the coldest areas of the cooling panels also increases and the efficiency of heat removal in the warmer sections of the cooling panels decreases.

Настоящее изобретение направлено на устранение этого недостатка и решает техническую задачу обеспечения равномерной температуры охлаждающих панелей и снижение количества теплоносителя, циркулирующего по системе охлаждения.The present invention aims to eliminate this drawback and solves the technical problem of ensuring a uniform temperature of the cooling panels and reducing the amount of coolant circulating in the cooling system.

Для решения поставленной технической задачи система охлаждения содержит подающий трубопровод, испарительный охлаждающий прибор, отводящий трубопровод, конденсатор, сопряженный по тепловому потоку с приемником тепловой энергии, компрессор и эжектор; диффузор эжектора присоединен к подающему трубопроводу, приемная камера эжектора соединена трубопроводом с нижней зоной конденсатора, всасывающий патрубок компрессора соединен трубопроводом с верхней зоной конденсатора, а нагнетательный патрубок компрессора соединен трубопроводом с рабочим соплом эжектора; на трубопроводе, соединяющем нагнетательный патрубок компрессора с рабочим соплом эжектора, установлен воздухоотделитель.To solve the technical problem, the cooling system includes a supply pipe, an evaporative cooling device, a discharge pipe, a condenser coupled through the heat flux with a thermal energy receiver, a compressor and an ejector; the ejector diffuser is connected to the supply pipe, the ejector intake chamber is connected by a pipe to the lower zone of the condenser, the compressor suction pipe is connected by a pipe to the upper condenser zone, and the compressor discharge pipe is connected by a pipe to the ejector working nozzle; an air separator is installed on the pipeline connecting the discharge pipe of the compressor with the working nozzle of the ejector.

Система охлаждения заполнена рабочим телом в виде жидкости и ее паров с небольшой примесью неконденсирующихся газов; в качестве рабочего тела теплоотводящего контура предпочтительно применена вода или легкокипящая жидкость.The cooling system is filled with a working fluid in the form of a liquid and its vapor with a small admixture of non-condensable gases; preferably, water or a low boiling liquid is used as the working fluid of the heat sink circuit.

Охлаждающий испарительный прибор предпочтительно выполнен в виде трубопровода, расположенного внутри или на поверхности ограждающей панельной конструкции, закрепленной на потолке, стенах или полу охлаждаемого помещения.The cooling evaporative device is preferably made in the form of a pipeline located inside or on the surface of the enclosing panel structure, mounted on the ceiling, walls or floor of the refrigerated room.

Восходящие участки подающего трубопровода имеют округлое сечение и небольшой внутренний диаметр, 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.The ascending sections of the supply pipeline have a rounded cross section and a small internal diameter, as a result of which the vapor-liquid mixture moves along them in the “shell boiling” mode, in which portions of the liquid move along the pipeline together with the steam plugs without stratification into separate vapor and liquid flows, while moving the working fluid is carried out under the influence of pressure drops, regardless of the direction of gravity.

Воздухоотделитель содержит конденсатор, испаритель и обратный клапан; воздухоотделитель предпочтительно включает в себя компрессор или форвакуумный насос, поддерживающий в конденсаторе воздухоотделителя разрежение.The air separator comprises a condenser, an evaporator, and a check valve; the air separator preferably includes a compressor or a fore-vacuum pump supporting the vacuum in the condenser of the air separator.

В качестве приемника тепловой энергии предпочтительно применен испаритель холодильной установки.An evaporator of a refrigeration unit is preferably used as a heat energy receiver.

Система охлаждения предпочтительно содержит несколько теплоотводящих контуров, каждый из которых включает в себя эжектор, подающий трубопровод, испарительный охлаждающий прибор и отводящий трубопровод.The cooling system preferably comprises several heat dissipation circuits, each of which includes an ejector, a supply pipe, an evaporative cooling device, and a discharge pipe.

Использование заявленного изобретения позволит получить следующий технический результат.Using the claimed invention will allow to obtain the following technical result.

Система охлаждения позволит передавать теплоту от испарительного охлаждающего прибора, закрепленного в теле охлаждающей панели, внешнему приемнику тепловой энергии при помощи чрезвычайно малого количества теплоносителя, циркулирующего по системе, что предотвратит возможность обширных разливов теплоносителя при разгерметизации системы. Система охлаждения позволит использовать в качестве рабочего тела воду или экологически безвредную легкокипящую жидкость, например этиловый спирт. Система охлаждения позволит поддерживать температуру всех зон охлаждающего прибора на одном и том же уровне, что существенно расширит температурный диапазон работы охлаждающего прибора и снизит риск конденсации влаги из атмосферы охлаждаемого помещения на отдельных участках охлаждающего прибора.The cooling system will allow heat to be transferred from the evaporative cooling device fixed in the body of the cooling panel to the external heat receiver using an extremely small amount of coolant circulating through the system, which will prevent the possibility of extensive coolant spills during depressurization of the system. The cooling system will allow you to use water or an environmentally friendly low-boiling liquid, such as ethyl alcohol, as a working fluid. The cooling system will allow maintaining the temperature of all zones of the cooling device at the same level, which will significantly expand the temperature range of operation of the cooling device and reduce the risk of moisture condensation from the atmosphere of the refrigerated room in separate sections of the cooling device.

Конструкция системы охлаждения позволит обеспечить циркуляцию рабочего тела по системе при помощи герметичного компрессора исключительно малой мощности.The design of the cooling system will allow the circulation of the working fluid through the system using an airtight compressor of exceptionally low power.

Применение воздухоотделителя позволит регулировать содержание неконденсирующихся газов в циркуляционном контуре системы, что, с одной стороны, позволит повысить эффективность работы испарительного охлаждающего прибора и конденсатора системы охлаждения, с другой стороны, позволит перемещать жидкое рабочее тело из конденсатора в испарительный охлаждающий прибор независимо от их взаиморасположения в поле силы тяжести, даже при низком парциальном давлении паров рабочего тела и высоком разрежении в этих приборах.The use of an air separator will make it possible to regulate the content of non-condensable gases in the system’s circulation loop, which, on the one hand, will increase the efficiency of the evaporative cooling device and the condenser of the cooling system, and, on the other hand, will allow the liquid working fluid to move from the condenser to the evaporative cooling device, regardless of their field of gravity, even with a low partial vapor pressure of the working fluid and high vacuum in these devices.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема системы охлаждения помещения, содержащая теплоотводящий и холодильный контуры; на фиг.2 показан вариант конструкции воздухоотделителя.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of a room cooling system containing heat sink and cooling circuits; figure 2 shows a design variant of the air separator.

Конструкция системы охлаждения состоит из конденсатора-испарителя 1, эжектора 2, подающего трубопровода 3, входящего в состав охлаждающей панели испарительного трубопровода 4, отводящего трубопровода 5, компрессора 6 теплоотводящего контура, компрессора 7 холодильного контура, конденсатора 8, дроссельного вентиля 9, воздухоотделителя 10, обратного клапана 11, компрессора 12 воздухоотделителя, атмосферного патрубка 13, байпасного клапана 14. Конденсатор 8 охлаждается теплоносителем 15. В качестве рабочего тела теплоотводящего контура применена вода, в качестве рабочего тела холодильного контура применен хладагент.The design of the cooling system consists of a condenser-evaporator 1, an ejector 2, a supply pipe 3, which is part of the cooling panel of the evaporation pipe 4, a discharge pipe 5, a compressor 6 of the heat sink circuit, a compressor 7 of the refrigeration circuit, a condenser 8, a throttle valve 9, an air separator 10, non-return valve 11, compressor 12 air separator, atmospheric pipe 13, bypass valve 14. The condenser 8 is cooled by the coolant 15. As a working fluid of the heat sink circuit is used in ode, refrigerant was used as the working fluid of the refrigeration circuit.

Конструкция воздухоотделителя содержит конденсационную колонну 16, испарительный трубопровод 17 с дроссельным отверстием 18, подающий трубопровод 19 и выпускные трубопроводы 20 и 21.The design of the air separator includes a condensation column 16, an evaporation pipe 17 with a throttle hole 18, a supply pipe 19 and exhaust pipes 20 and 21.

Работа холодильного контура системы охлаждения осуществлена следующим образом. Пары хладагента конденсируются в конденсаторе 8, отдавая теплоту конденсации теплоносителю 15. Жидкий хладагент из конденсатора 8 через дроссельный вентиль 9 поступает в испаритель конденсатора-испарителя 1, в котором при пониженном давлении и температуре испаряется, отбирая теплоту у паров воды, конденсирующихся в конденсаторе конденсатора-испарителя 1. Образовавшиеся пары хладагента компрессором 7 откачиваются в конденсатор 8, замыкая цикл рабочего тела холодильного контура.The work of the refrigeration circuit of the cooling system is as follows. The refrigerant vapor condenses in the condenser 8, giving off the condensation heat to the coolant 15. The liquid refrigerant from the condenser 8 through the throttle valve 9 enters the evaporator of the condenser-evaporator 1, in which it evaporates at reduced pressure and temperature, taking heat from the water vapor condensing in the condenser evaporator 1. The resulting refrigerant vapor by the compressor 7 is pumped into the condenser 8, closing the cycle of the working fluid of the refrigeration circuit.

Работа теплоотводящего контура системы охлаждения осуществлена следующим образом. Вода, сконденсированная в конденсаторе-испарителе 1, из нижней зоны конденсатора по трубопроводу подсасывается в приемную камеру эжектора 2, где поджимается парогазовой струей из рабочего сопла эжектора и через диффузор эжектора поступает в подающий трубопровод 3, по которому парогазожидкостная смесь направляется в испарительный трубопровод 4. Все восходящие участки подающего трубопровода 3 выполнены округлого сечения и небольшого внутреннего диаметра, в результате чего парогазожидкостная смесь, за счет капиллярных сил, перемещается по ним в режиме, при котором порции жидкости передвигаются по трубопроводу вместе с парогазовыми пробками без расслоения на отдельные парогазовые и жидкостные потоки, при этом перемещение рабочего тела осуществляется под действием перепадов давления независимо от направления силы тяжести. Газовая составляющая парогазожидкостного потока обеспечивает избыточное давление, необходимое для перемещения жидкостных пробок против действия силы тяжести в испарительный трубопровод 4, так как парциального давления чистых водяных паров недостаточно для такого перемещения из-за его низкого значения при рабочих температурах теплоотводящей системы.The heat sink circuit of the cooling system is as follows. Water condensed in the condenser-evaporator 1 is sucked in through the pipeline into the receiving chamber of the ejector 2, where it is pressed with a gas-vapor jet from the working nozzle of the ejector and through the diffuser of the ejector enters the supply pipe 3, through which the vapor-liquid mixture is sent to the vaporization pipe 4. All ascending sections of the supply pipe 3 are made of a rounded cross section and a small inner diameter, as a result of which the vapor-gas mixture, due to capillary forces, moves n about it in a mode in which portions of liquid move along the pipeline together with vapor-gas plugs without stratification into separate vapor-gas and liquid flows, while the movement of the working fluid is carried out under the influence of pressure drops, regardless of the direction of gravity. The gas component of the vapor-gas-liquid flow provides the excess pressure necessary to move the liquid plugs against the action of gravity into the evaporation pipe 4, since the partial pressure of pure water vapor is not enough for such movement due to its low value at the operating temperatures of the heat removal system.

Вода, поступившая в испарительный трубопровод 4, в котором поддерживается рабочее разрежение, испаряется, отбирая теплоту через стенки испарительного трубопровода и поверхности охлаждающей панели от охлаждаемого помещения. Образовавшиеся водяные пары вместе с поступившей из подающего трубопровода 3 парогазовой смесью по отводящему трубопроводу 5 отсасываются в конденсатор-испаритель 1, в котором основная часть поступивших водяных паров вновь конденсируется, замыкая цикл рабочего тела теплоотводящего контура. Вместе с образовавшимися в испарительном трубопроводе 4 водяными парами, в зависимости от конструкции испарительного трубопровода, в конденсатор-испаритель 1 может осуществляться возврат неиспарившейся воды.Water entering the evaporation pipe 4, in which the operating vacuum is maintained, evaporates, taking heat through the walls of the evaporation pipeline and the surface of the cooling panel from the room to be cooled. The resulting water vapor together with the vapor-gas mixture coming from the supply pipe 3 through the discharge pipe 5 is sucked into the condenser-evaporator 1, in which the main part of the incoming water vapor is condensed again, closing the cycle of the working body of the heat removal circuit. Together with 4 water vapor formed in the evaporation pipeline, depending on the design of the evaporation pipeline, non-evaporated water can be returned to the condenser-evaporator 1.

Неконденсирующиеся газы, поступившие в конденсатор-испаритель 1 в составе парогазового потока из испарительного трубопровода 4, поджимаются парогазовым потоком в один из участков паровой зоны конденсатора, откуда они, вместе с небольшой долей водяных паров, откачиваются компрессором 6 и подаются под давлением в рабочее сопло эжектора 2.Non-condensable gases entering the condenser-evaporator 1 as part of the vapor-gas stream from the vaporization pipe 4 are compressed by the gas-vapor stream into one of the sections of the vapor zone of the condenser, from where they, together with a small fraction of water vapor, are pumped out by the compressor 6 and fed under pressure to the working nozzle of the ejector 2.

Так как основная часть теплоотводящего контура работает в условиях высокого разрежения, через микрозазоры системы в нее постепенно подсасывается атмосферный воздух, в результате чего производительность теплоотводящего контура резко снижается из-за избыточного накопления неконденсирующихся газов в конденсаторе конденсатора-испарителя 1. Также система неспособна нормально функционировать в пусковом периоде, когда ее паровое пространство полностью заполнено воздухом. Для обеспечения удаления лишнего воздуха из системы предусмотрен воздухоотделитель 10, который включается в работу при закрытом байпасном клапане 14.Since the main part of the heat sink circuit operates under high vacuum conditions, atmospheric air is gradually sucked in through the system’s microgaps, as a result of which the performance of the heat sink circuit is sharply reduced due to excessive accumulation of non-condensing gases in the condenser-evaporator condenser 1. Also, the system is unable to function normally in start-up period when its vapor space is completely filled with air. To ensure the removal of excess air from the system, an air separator 10 is provided, which is activated when the bypass valve 14 is closed.

Работа воздухоотделителя осуществлена следующим образом. Парогазовая смесь, попадающая по подающему трубопроводу 19 в среднюю часть конденсационной колонны 16, разделяется на два потока. Один поток направляется в нижнюю часть колонны, через дроссельное отверстие 18 поступает в испарительный трубопровод 17 и через выпускной трубопровод 20 поступает в рабочее сопло эжектора 2. Проходя через дроссельное отверстие 18, парогазовый поток захватывает с собой часть воды, находящейся в нижней части конденсационной колонны 16. Захваченная вода, проходя по испарительному трубопроводу 17, под действием поступающей через стенки трубопровода 17 теплоты частично или полностью испаряется, увеличивая объем поступающей в выпускной трубопровод 20 парогазовой смеси. Испарение воды в испарительном трубопроводе 17 обеспечивается разностью парциальных давлений водяных паров внутри конденсационной колонны 16 и испарительного трубопровода 17.The work of the air separator is as follows. The vapor-gas mixture falling through the supply pipe 19 into the middle part of the condensation column 16 is divided into two streams. One stream is directed to the bottom of the column, through the throttle hole 18 enters the evaporation pipe 17 and through the exhaust pipe 20 enters the working nozzle of the ejector 2. Passing through the throttle hole 18, the gas-vapor stream captures with it a portion of the water located in the lower part of the condensation column 16 The trapped water passing through the evaporation pipe 17, under the action of heat coming through the walls of the pipe 17, partially or completely evaporates, increasing the volume of water entering the exhaust pipe 20 the gas-vapor mixture. Evaporation of water in the evaporation pipe 17 is provided by the difference in the partial pressures of the water vapor inside the condensation column 16 and the evaporation pipe 17.

Второй поток парогазовой смеси направляется в верхнюю часть конденсационной колонны 16. Проходя по колонне, паровая составляющая парогазовой смеси конденсируется на наружных стенках колонны 16 и испарительного трубопровода 17. Сконденсированная вода под действием силы тяжести стекает в нижнюю часть колонны, а охлажденная парогазовая смесь с пониженным содержанием пара и с повышенным содержанием газовой составляющей (воздуха) накапливается в верхней части конденсационной колонны 16, в которой либо удерживается весь период работы системы (в случае ее полной герметичности), либо периодически удаляется по выпускному трубопроводу 21 (в случае подсоса воздуха через неплотности системы).The second vapor-gas mixture flow is directed to the upper part of the condensation column 16. Passing through the column, the vapor component of the gas-vapor mixture condenses on the outer walls of the column 16 and the evaporation pipe 17. Condensed water flows to the bottom of the column under the action of gravity, and the cooled gas-vapor mixture with a reduced content steam and with a high content of the gas component (air) accumulates in the upper part of the condensation column 16, in which either the entire period of operation of the system is held (in the case of its complete tightness), or is periodically removed through the exhaust pipe 21 (in the case of air leaks through system leaks).

Удаление газов (воздуха) из верхней части воздухоотделителя 10 осуществляется через обратный клапан 11 и атмосферный патрубок 13 при помощи компрессора (форвакуумного насоса) 12, периодически включающегося в работу при повышении давления в воздухоотделителе 10 выше определенного уровня.The removal of gases (air) from the upper part of the air separator 10 is carried out through the check valve 11 and the atmospheric pipe 13 with the help of a compressor (fore-vacuum pump) 12, which is periodically switched on when the pressure in the air separator 10 is increased above a certain level.

Claims

1. A cooling system comprising a supply pipe, an evaporative cooling device, a discharge pipe and a condenser coupled through a heat stream to a heat energy receiver, characterized in that the system comprises a compressor and an ejector; the ejector diffuser is connected to the supply pipe, the ejector intake chamber is connected by a pipe to the lower zone of the condenser, the compressor suction pipe is connected by a pipe to the upper condenser zone, and the compressor discharge pipe is connected by a pipe to the ejector working nozzle; an air separator is installed on the pipeline connecting the discharge pipe of the compressor with the working nozzle of the ejector.

2. The cooling system according to claim 1, characterized in that the cooling evaporation device is made in the form of a pipeline located inside or on the surface of the enclosing panel structure.

3. The cooling system according to claim 1, characterized in that the system is filled with a working fluid in the form of a liquid and its vapor with a small admixture of non-condensable gases.

4. The cooling system according to claim 3, characterized in that water or low boiling liquid is used as the working fluid.

5. The cooling system according to claim 1, characterized in that the ascending sections of the supply pipe have a rounded cross section and a small internal diameter.

6. The cooling system according to claim 1, characterized in that the air separator comprises a condenser, an evaporator and a check valve.

7. The cooling system according to claim 6, characterized in that the air separator comprises a compressor or a foreline pump that maintains a vacuum in the air separator.

8. The cooling system according to claim 1, characterized in that the evaporator of the refrigeration unit is used as a heat energy receiver.