Холодильник
Использование: в области холодильных установок и агрегатов и устройств для получения воды путем конденсации влаги из воздуха. Сущность изобретения: холодильник содержит морозильную камеру, связанную с побудителем потока воздуха, средство для подвода воздуха из средних и верхних слоев тропосферы, включающее подводящий воздуховод преимущественно вертикального расположения, соединенный нижним концом с побудителем потока воздуха и верхним концом с тонкостенной емкостью из гибкого материала, заполненной газом с удельным весом меньше удельного веса воздуха. Холодильник содержит средство для конденсации влаги из воздуха, включающее разветвленную сеть воздуховодов, преимущественно горизонтального расположения и размещенный под ними накопитель воды. Емкость выполнена в виде трубы с двойными стенками, а заполненная газом полость образована между последними, или емкость может быть выполнена из набора концевых торовых элементов, герметично прикрепленных один к другому, а заполненная газом полость образована полостями этих элементов. Подводящий воздуховод выполнен из гибкого материала и снабжен кольцевыми ребрами жесткости. Холодильник снабжен накопителем, расположенным под подводящим воздуховодом. Холодильник снабжен дополнительными побудителями потока воздуха, установленными на выходах воздуховодов из морозильной камеры и разветвленной сети горизонтально расположенных воздуховодов. К подводящему воздуховоду и к тонкостенной емкости прикреплены канаты, противоположные концы которых закреплены у поверхности земли в направлении разных сторон света. Суммарная длина подводящего воздуховода и трубы определяется по формуле. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к области холодильных установок и агрегатов и устройств для получения воды путем конденсации влаги из воздуха.
Изобретениеможет быть использовано при создании крупных холодильных установок и хладоцентралей для обслуживания промышленных и с/х предприятий, жилых микрорайонов и т.д. а также для создания мерзлых противофильтрационных завес в теле, основании и берегах грунтовых и других типов плотин, укрепления путем замораживания слабоустойчивых и оползневых склонов и откосов, на объектах промышленной гидротехники, при захоронении токсичных и радиоактивных отходов, в охлаждающих системах атомных и тепловых электростанций, металлургических заводов и для охлаждения защитных оболочек аварийных атомных объектов, в частности, "саркофага" Чернобыльской АЭС, а также для кондиционирования крупных зрелищных и общественных сооружений и помещений (открытых и закрытых стадионов, концертных залов, метро и т.д.). Известен холодильник-конденсатор, включающий воздушную турбину, охлаждающую среду (землю) и накопитель воды (см. например, [1, c. 155]). Недостатком такого холодильника-конденсатора является незначительный охлаждающий эффект и невысокая производительность его работы. Известен холодильник-конденсатор, включающий вентилятор, морозильную камеру, холодильные блоки и накопитель воды (см. там же, абзац 2). Недостатком этого холодтльника является невысокая производительность его работы в связи с отсутствием свободной емкости в морозильной камере, а также применения других (автономных) холодильных установок для охлаждения морозильной камеры. Кроме того наличие холодильных установок с хладагентами в виде фреона или водного раствора аммиака являются потенциальными источниками загрязнения окружающей среды, в частности, известно, что фреон разрушает жизненно важный озоновый слой атмосферы. Известен также холодильник, содержащий побудитель потока газа (фреона) и отводящий воздуховод, соединяющий его с морозильной камерой (см. например, [2, с. 249, рис. 4А]). Недостатком такого холодильника является невысокая производительность его работы в связи с необходимостью использования в качестве хладагента фреона, вследствие этого малым объемом морозильной камеры. Увеличение объема морозильной камеры, а следовательно, и объема циркулируемого хладагента (фреона), ограничивается, в частности, экологическими требованиями, так как фреон представляет серьезную опасность окружающей среде в связи с разрушением им озонового слоя атмосферы. Прототипом предлагаемого технического решения является холодильник, содержащий побудитель потока воздуха, отводящий воздуховод, соединяющий побудитель потока с морозильной камерой (см. например, [3]). Недостатком данного холодильника является невысокая производительность его работы, обусловленная возможностью получения воздухоприемником холодного воздуха только в ограниченный период времени года с отрицательными температурами воздуха и полная зависимость от температуры окружающей среды. Цель изобретения повышение производительности работы холодильника и получение воды из атмосферы за счет использования в холодильнике холодного воздуха из средних и верхних слоев тропосферы и конденсации влаги на наружных поверхностях воздуховодов с холодным воздухом. Поставленная цель достигается тем, что холодильник снабжен средством для подвода воздуха из средних и верхних слоев тропосферы, включающим подводящий воздуховод, преимущественно вертикального расположения, который соединен нижним концом с побудителем потока воздуха и верхним концом с тонкостенной емкостью из гибкого материала, заполненной газом с удельным весом меньше удельного веса воздуха, и средством для конденсации влаги из воздуха, содержащую разветвленную сеть воздуховодов преимущественно горизонтального расположения и размещенный под ним накопитель воды. ПРи этом тонкостенная емкость из гибкого материала выполнена в виде трубы с двойными стенками, а заполненная газом полость образована между последними, при этом нижний конец трубы герметично соединен с верхним концом подводящего воздуховода. Емкость выполнена из набора кольцевых торовых элементов, герметично прикрепленных один к другому, а заполненная газом полость образована полостями этих элементов. Подводящий воздуховод выполнен из гибкого материала и снабжен кольцевыми ребрами жесткости, а под ним устроен накопитель воды. На выходах воздуховодов из морозильной камеры и разветвленной сети воздуховодов установлены дополнительные побудители потока воздуха. К подводящему воздуховоду и тонкостенной емкости прикреплены канаты, противоположные концы которых закреплены у поверхности Земли в направлении разных сторон света, а суммарная длина подводящего воздуховода lподв и трубы lтр составляет 0,2(Тср-Т)(lподв+lтр)(18.20)км, где Тср среднемесячная температура воздуха наиболее жаркого месяца у поверхности земли в заданном районе строительства; Т требуемая температура холодного воздуха в подводящем воздуховоде. Кроме того к верхнему концу трубы шарнирно прикреплен коленообразный патрубок с вертикальной лопастью, расположенной со стороны, противоположной входному отверстию патрубка, при этом последний выполнен так, что входное отверстие выполнено в вертикальной плоскости. Известна вентиляционная система в промышленных и гражданских зданиях, включающая подводящие и отводящие воздуховоды и устройство для перекачки воздуха (вентилятор). В известной вентиляционной системе вентилятор с присоединенным к нему подводящим и отводящим воздуховодами служит для удаления из помещений, производственных цехов и др. задымленного, запыленного, загазованного и пр. воздуха. При этом подводящий и отводящий воздуховоды могут быть иметь как вертикальное (в пределах высоты зданий), так и горизонтальное расположение. В предлагаемом же устройстве холодильнике- конденсаторе соединение нижнего конца подводящего воздуховода с побудителем потока воздуха и прикрепление его верхнего конца к тонкостенной емкости из гибкого материала, заполненной газом с удельным весом меньше удельного веса воздуха, а также соединение отводящих воздуховодов соответственно с морозильной камерой и разветвленной сетью воздуховодов, преимущественно горизонтального расположения с находящимся под ними накопителем воды, обеспечивает повышение производительности работы холодильника за счет использования холодного воздуха из средних и верхних слоев тропосферы и конденсации влаги на наружных поверхностях воздуховодов с холодным воздухом. Учитывая, что в тропосфере температура убывает в среднем на 0,5-0,6oC на 100 м [4, с. 71-72] высота воздухозабора зависит от необходимой требуемой температуры холодного воздуха. При этом устойчивость подводящего воздуховода в преимущественно вертикальном положении повышает прикрепление к его верхнему концу тонкостенной емкости из гибкого материала, заполненной газом с удельным весом меньше удельного веса воздуха. Включение в работу побудителя потока воздуха создает пониженное давление в нижней части подводящего воздуховода, в результате чего происходит всасывание холодного воздуха через отверстие подводящего воздуховода из холодных средних и верхних слоев тропосферы. Отводящие воздуховоды обеспечивают подачу холодного воздуха соответственно в морозильную камеру и в разветвленную сеть воздуховодов преимущественно горизонтального расположения с находящимися под ними накопителями воды. В результате этого в морозильной камере температура понижается по сравнению с температурой окружающей среды. При подаче же холодного воздуха в разветвленную сеть воздуховодов стенки воздуховодов охлаждаются и влага, содержащаяся в воздухе окружающей среды, конденсируется на их наружных поверхностях и стекает в накопители воды, расположенные под этими воздуховодами. Для обеспечения проточности холодного воздуха морозильная камера и разветвленная сеть снабжены выходными воздуховодами. Выполнение тонкостенной емкости из гибкого материала в виде трубы с двойными стенками, в которой заполненная газом полость образована между последними, и герметичное соединение нижнего конца трубы с верхним концом подводящеговоздуховода превращает трубу в продолжение подводящего воздуховода и обеспечивает преимущественно вертикальное положение за счет подъемной силы газа с удельным весом меньше удельного веса воздуха, которым заполнена емкость, образованная двойными стенками цилиндрической трубы. Выполнение цилиндрической трубы с двойными стенками в виде набора кольцевых торовых элементов, герметично прикрепленных один к другому и образованием заполненной газом полости полостями этих элементов, позволяет повысить технологичность устройства трубы за счет изготовления кольцевых торовых элементов в заводских условиях и монтажа на строительной площадке путем наполнения их газом с удельным весом меньше удельного веса воздуха и герметичного прикрепления друг к другу. Выполнение подводящего воздуховода из гибкого материала с кольцевыми ребрами жесткости позволяет облегчит вес подводящего воздуховода и обеспечить постоянное цилиндрическое пространство внутри воздуховода при создании в нем пониженного давления работой побудителя потока воздуха. Выполнение под подводящим воздуховодом преимущественно вертикального расположения накопителя воды позволяет аккумулировать влагу, сконденсировавшуюся на наружной поверхности подводящего воздуховода и стекающую по ней. Установка дополнительных побудителей потока воздуха на выходах воздуховодов из морозильной камеры и разветвленной сети воздуховодов преимущественно горизонтального расположения предотвращает возможное повышение температуры холодного воздуха, подаваемого в морозильную камеру и разветвленную сеть воздуховодов преимущественно горизонтального расположения, за счет некоторого повышения давления воздуха в последних при работе побудителя потока воздуха, соединенного с подводящим воздуховодом преимущественно вертикального расположения. Прикрепление канатов к подводящему воздуховоду и тонкостенной емкости и закрепление их противоположных концов у поверхности Земли в направлении разных сторон света позволяет повысить устойчивость в вертикальном положении подводящего воздуховода и тонкостенной емкости. Выполнение подводящего воздуховода и трубы суммарной длиной (lподв+lтр), определенной по формуле 0,2(Тcр-Т)(lподв+lтр)(18.20)км, где Тср среднемесячная температура воздуха наиболее жаркого месяца у поверхности Земли в заданном районе строительства, позволяет получить в подводящем воздуховоде холодный воздух с температурой не менее требуемого охлаждения (Т). Шарнирное прикрепление к верхнему концу цилиндрической трубы коленообразного патрубка с вертикальным входным отверстием и лопастью в вертикальной плоскости, установленной с противоположной стороны патрубка в направлении входного отверстия, обеспечивает разворот входного отверстия навстречу ветровому потоку и создание тем самым повышенного давления в подводящем воздуховоде, а следовательно, и более производительной работы побудителя потока воздуха. На фиг. 1 изображено продольное сечение предлагаемой конструкции холодильника-конденсатора, включающего подводящий 1 и отводящий 2 воздуховоды, побудитель потока воздуха 3, морозильную камеру 4 и накопитель воды 5, в котором подводящий воздуховод 1 преимущественно вертикального расположения соединен нижним концом с побудителем потока воздуха 3 и верхним концом прикреплен к тонкостенной емкости 6 из гибкого материала, заполненной газом 7 с удельным весом меньше удельного веса воздуха, а отводящие воздуховоды 2 соединены соответственно с морозильной камерой 4 и разветвленной сетью воздуховодов 5 преимущественно горизонтального расположения с находящимся под ними накопителем воды 5. Показаны также канаты 10, прикрепленные к подводящему воздуховоду и закpепленные пpотивоположными концами у поверхности Земли в направлении разных сторон света. На фиг. 2 изображено поперечное сечение тонкостенной емкости 6 из гибкого материала, выполненной в виде трубы с двойными стенками, образующими полость, заполненную газом 7 с удельным весом меньше удельного веса воздуха. На фиг. 3 изображено продольное сечение трубы, выполненной из кольцевых торовых элементов 9, заполненных газом 7 из герметично прикрепленных друг к другу. На фиг. 4 изображено поперечное сечение разветвленной сети воздуховодов 8 преимущественно горизонтального расположения, с находящимся под ним накопителем воды 5. На фиг. 5 изображена схема установки дополнительных побудителей потока воздуха 11 на выходах воздуховодов из морозильной камеры 4 и разветвленной сети воздуховодов 8. На фиг. 6 изображен подводящий воздуховод 1 из гибкого материала, снабженный кольцевыми ребрами жесткости 12. На фиг. 7 изображен коленообразный патрубок 13 (шарнирно прикрепленный к верхнему концу трубы 6) с вертикальной лопастью, расположенной со стороны, противоположной входному отверстию патрубка, при выполнении последнего в вертикальной плоскости. На фиг. 8 изображен накопитель воды 5, расположенный под подводящим воздуховодом 1. Предлагаемаый холодильник-конденсатор работает следующим образом. Для функционирования холодильника с морозильной камерой и конденсатора для получения воды из атмосферы необходим воздух с температурой, меньшей температуры окружающей среды. В предлагаемом устройстве в этом качестве используется холодный воздух из средних и верхних слоев тропосферы. Известно, что температура воздуха уменьшается в пределах тропосферы на 0,5 0,6oС на каждые 100 м высоты [4] Для получения указанного холодного воздуха предусмотрено устройство подводящего воздуховода 1, для обеспечения устойчивости которого в преимущественно вертикальном положении к верхнему концу его прикреплена тонкостенная емкость из гибкого материала 6, заполненная газом 7 с удельным весом меньше удельного веса воздуха. В результате указанная тонкостенная емкость 6 создает подъемную силу, направленную вверх и обеспечивает преимущественно вертикальное положение подводящего воздуховода 1. Включение в работу побудителя потока воздуха 3 создает в подводящем воздуховоде 1 пониженное давление и в результате этого начинается движение холодного воздуха из высокорасположенных слоев вниз по подводящему воздуховоду. Этот поток холодного воздуха подается по отводящим воздуховодам 2 как в морозильную камеру холодильника 4, так и в разветвленную сеть воздуховодов 8 преимущественно горизонтального расположения (конденсатор) с находящимся под ними накопителем 5 сконденсировавшейся воды. Холодильник и конденсатор имеют выходы воздуховодов для обеспечения проточности холодного воздуха в них. При выполнении тонкостенной емкости 6 в виде трубы с двойными стенками последняя становится продолжением подводящего воздуховода 1. Заполнение газом 7 с удельным весом меньше удельного веса воздуха полости, образованной двойными стенками трубы 6, создает в последней подъемную силу, а прикрепление ее нижнего конца к верхнему концу подводящего воздуховода 1 вытягивает трубу 6 в преимущественно вертикальное положение. Таким образом обеспечивается забор холодного воздуха из средних и верхних слоев тропосферы. Выполнение трубы 6 из набора кольцевых торовых элементов 9, заполненных газом 7, позволяет повысить технологичность строительства за счет изготовления этих элементов в заводских условиях и монтажа их на строительной площадке. При герметичном прикреплении элементов 9 друг к другу они образуют цилиндрическую трубу, которая становится продолжением подводящего воздуховода 1 и обеспечивает забор холодного воздуха из средних и верхних слоев тропосферы. Накопитель воды, устроенный под подводящим воздуховодом 1, позволяет аккумулировать воду, сконденсировавшуюся на наружной поверхности подводящего воздуховода 1 и стекающую по ней вниз. Конденсации воды из воздуха происходит в зависимости от разности температур холодного воздуха в подводящем воздуховоде 1 и окружающего его воздуха, а также в зависимости от теплопроводности материала подводящего воздуховода 1. Установка дополнительных побудителей потока воздуха на выходах воздуховодов из морозильной камеры холодильника 4 и разветвленной сети воздуховодов (конденсатора) 8 позволяет предотвратить повышение давления воздуха на участках отводящих воздуховодов 2 от работы основного побудителя потока воздуха 3. Прикрепление к подводящему воздуховоду 1 и тонкостенной емкости 6 канатов 10, противоположные концы которых закреплены у поверхности земли в направлении разных сторон света, повышает устойчивость подводящего воздуховода 1 и тонкостенной емкости 6 в преимущественно вертикальном положении. Выполнение суммарной длины подводящего воздуховода lподв и трубы с двойными стенками lтр по формуле 0,2(Тср-Т)км(lподв+lтр)(18.20)км, где Tcр среднемесячная температура наиболее жаркого месяца у поверхности земли в заданном районе строительства; Т требуемая температура охлаждения холодного воздуха, позволяет получать холодный воздух с температурой не менее требуемого в подводящем воздуховоде. Нижний предел приведенной формулы определен из условия линейного убывания температуры воздуха с высотой в тропосфере в среднем на 0,5 0,6oС на 100 м [4, стр. 72] Верхний предел определен из условия относительного постоянства температуры воздуха (около -60.-65oС) на высоте 18.20 км [4, стр. 71-72, рис. 16] Например, при среднемесячной температуре наиболее жаркого месяца равной Тср +15oС и требуемой температуре холодного воздуха в подводящем воздуховоде равной Т -10oС, суммарную длину подводящего воздуховода 1 и трубы с двойными стенками 6 необходимо выполнить равной (lподв + lтр) 0,2 (Тср Т) 0,2 [15 (-10)] 5 км. В качестве газа с удельным весом меньше удельного веса воздуха для заполнения тонкостенной емкости из гибкого материала, а ровно трубы с двойными стенками или из кольцевых торовых элементов, может использоваться водород или гелий или другие газы с удельным весом, меньшим удельного веса воздуха. Избыточное давление газа в кольцевых торовых элементах повышает жесткость и устойчивость конструкции преимущественно в вертикальном положении. Предлагаемое изобретение позволяет по сравнению с прототипом повысить производительность работы холодильника-конденсатора за счет использования холодного воздуха из средних и верхних слоев тропосферы. Дополнительными преимуществами изобретения являются: защита окружающей среды, а именно озонового слоя атмосферы, от разрушения, за счет отказа от применения фреона в холодильных установках; защита окружающей среды, а именно охлаждающих водоемов атомных и тепловых электростанции, от радиоактивного и теплового загрязнений, а также снижение материалоемкости и стоимости эксплуатационных затрат указанных электростанций, металлургических заводов и т.д. за счет замены водного охлаждения заявленным техническим решением;предотвращение оползневых процессов слабоустойчивых склонов за счет создания мерзлотных скелетных структур;
защита экологии за счет создания практически водонепроницаемых противофильтрационных завес при захоронении токсичных и радиоактивсодержащих отходов;
возможность получения криогенной электроэнергии за счет использования образующегося потенциала температур и т.д. возможность кондиционирования крупных зрелищных и общественных сооружений и помещений (открытых и закрытых стадионов, концертных залов, метро и т. д.) за счет использования освежающего воздуха из тропосферы. Литература
1. Лукин Н. Ф. "Дождь! Иди!", журн. "Памир", г. Душанбе, 6, 1990, с. 152-171. 2. Радость познания. Популярная энциклопедия, т.4. Человек и машины. М. "Мир", 1986. 3. Илюхин В.В. Холодильник. А.с. 1143947 (кл. F 25 D 3/00). БИ 9, 1985. Дерпгольц В.Ф. Мир воды. Л. "Недра", Л.О. 1979, с. 254.
Формула изобретения
0,2 (Тср Т) (lподв+lтр) 18 20,
где Т требуемая температура холодного воздуха в подводящем воздуховоде;
Тср среднемесячная температура воздуха наиболее жаркого месяца у поверхности Земли в заданном районе строительства. 9. Холодильник по пп.2 8, отличающийся тем, что снабжен шарнирно прикрепленным к верхнему концу трубы коленообразным патрубком с вертикальной лопастью, расположенной со стороны, противоположной входному отверстию патрубка, при этом последний выполнен так, что входное отверстие выполнено в вертикальной плоскости.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8