Холодильник-экономайзер

Холодильник-экономайзер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к бытовой холодильной технике, к устройствам и системам холодо-, теплоснабжения жилых и производственных помещений.

Рассматривается задача использования наиболее широко распространенных маломощных термопреобразователей - бытовых холодильников для утилизации отработанного тепла сбросной воды, вытяжного воздуха, тепла окружающей среды и использования утилизируемого тепла в целях экономии энергозатрат основного источника энергоснабжения. Одновременно решается задача сокращения расхода топливных ресурсов и выбросов СО₂ в атмосферу.

Представляется двухфункциональный термопреобразователь - холодильник-экономайзер (ХЭ), совмещающий функции холодильника и экономайзера. Основным - базовым агрегатом в конструкции ХЭ является холодильник, работающий с относительно низким коэффициентом рабочего времени (КРВ), обычно в пределах 0.20÷0.35. При таком КРВ от 65 до 80% времени холодильный агрегат холодильника бездействует. Это время холодильником-экономайзером используется для утилизации тепла внешних источников - вторичных энергоресурсов, тепла окружающей среды. Утилизируется холодильником-экономайзером и тепло внутренних источников - охлаждаемых камер. Помимо того, ХЭ способен передавать тепло от внешнего источника к внешнему приемнику без использования холодильного агрегата при подходящем соотношении температур источника и приемника тепла.

Очевидно, что при использовании пауз в охлаждении камер холодильника для утилизации тепла внешних источников продолжительность безотказной работы компрессора сокращается. При достигнутом моторесурсе 74 тыс. часов компрессор способен работать 8.5 лет непрерывно, а при неизбежных паузах - 10 лет и более. Такой срок работы компрессора вполне согласуется со сроком морального износа холодильника, который постоянно сокращается с развитием и применением высоких технологий в новых моделях холодильников.

Холодильник-экономайзер - устройство, в котором базовый агрегат - холодильник с компрессорным холодильным агрегатом и блоком управления (БУ), оснащенный дополнительными техническими средствами:

- присоединения внешних источников и внешних приемников тепла посредством двух соответствующих контуров циркуляции промежуточного теплоносителя;

- управляемого с помощью БУ теплообмена между присоединенными внешними источниками и внешними приемниками тепла через посредство холодильного агрегата, трансформирующего тепло внешних низкопотенциальных источников на более высокий температурный уровень;

- управляемого с помощью БУ теплообмена между присоединенными внешними источникам и внешними приемниками тепла без посредства холодильного агрегата,

применяется в качестве холодильника и в качестве экономайзера - энергосберегающего термопреобразователя индивидуального пользования, сокращающего затраты основного энергоисточника на тепло-, холодоснабжение загородного дома, квартиры, офиса и т.п.

Холодильник-экономайзер, как и холодильник, изготавливается в виде перемещаемого или встроенного агрегата. Здесь и далее подразумевается наличие вблизи ХЭ хотя бы одного доступного потребителя или аккумулятора утилизируемого тепла и хотя бы одного доступного источника тепла, т.к. только при таком условии применение ХЭ вместо холодильника позволяет получить желаемый технический результат. ХЭ способен осуществлять энергосбережение и при присоединении к нему только приемника или аккумулятора тепла, но при этом он утилизирует тепло только охлаждаемых камер и недоиспользует возможность утилизации тепла внешних источников. Присоединяемые внешние источники тепла могут быть не только низкопотенциальными, т.к. в режиме прямой теплопередачи без использования холодильного агрегата возможна передача тепла и более высокого потенциала, например выхлопных газов дизель-генераторной установки, отработанной горячей воды из стиральной машины и т.п.

Технический результат:

- применение модифицированного бытового холодильника - ХЭ в качестве экономайзера в системе тепло-, холодоснабжения;

- расширение арсенала технических средств утилизации и использования вторичных энергоресурсов, энергоресурсов окружающей среды;

- экономия расхода топливных ресурсов на горячее водоснабжение, теплоснабжение и, как следствие, снижение выбросов СО₂ в атмосферу.

Холодильник-экономайзер называется далее энергопреобразователем двойного назначения или двухфункциональным энергопреобразователем и в тех случаях, когда он предоставляет пользователю и другие возможности базового холодильника, например возможность подключения к сети Интернет, просмотра телевизионных программ и т.п. Это мотивируется тем, что прочие функции базового холодильника не являются существенными для достижения сформулированного технического результата.

Так как холодильник-экономайзер является термопреобразователем двойного назначения, аналогами ХЭ по функции холодильника являются холодильники, а аналогами ХЭ по функции экономайзера являются установки для одновременного получения тепла и холода, теплонасосные установки в системах тепло-, водоснабжения. Существует большое количество аналогов ХЭ, выполняющих первую или вторую функцию, но прямых аналогов - маломощных, бытовых холодильников, выполняющих обе функции холодильника-экономайзера, патентный поиск не выявил. Далее сначала рассматриваются аналоги ХЭ по функции экономайзера, а затем - по функции холодильника. В функции экономайзера ХЭ согласно заявленному техническому результату лишь расширяет арсенал технических средств аналогичного назначения. В качестве наиболее близких аналогов выбраны две отечественные и две зарубежные разработки.

В SU 1229532, 1984.04.24 - «Способ одновременного получения тепла и холода» - испарители одного или нескольких тепловых насосов охлаждают промежуточный теплоноситель (ПТ), он поставляется потребителю холода, а конденсаторы подогревают промежуточный теплоноситель, который поставляется потребителю тепла. Измеряется температура ПТ, возвращаемого от названных потребителей. Повышение экономичности теплового насоса достигается направлением менее нагретого возвращаемого промежуточного теплоносителя в испаритель, а более нагретого - в конденсатор. В сравнении с этим аналог ХЭ использует не только периоды работы, но и паузы в работе холодильного агрегата, а также режим теплопередачи без использования холодильного агрегата при подходящем соотношении температур промежуточного теплоносителя, возвращаемого от охлаждаемой и от нагреваемой среды соответственно.

В RU 2023962, 1989.03.06 - «Способ работы компрессорной холодильной машины» - экономичность холодильной машины повышается за счет пауз в ее работе, но существенно иным путем в сравнении со способом использования пауз холодильником-экономайзером. В данном аналоге сокращается энергопотребление компрессора удлинением пауз в его работе посредством приведения частей теплообменных поверхностей испарителя и конденсатора в интервалах работы компрессора в тепловой контакт с аккумуляторами холода и теплоты соответственно. ХЭ, напротив, заполняет паузы в работе компрессора холодильника передачей низкопотенциального тепла в систему теплоснабжения. Экономия энергозатрат на теплоснабжение значительно превышает экономию электроэнергии компрессором при удлинении пауз в работе компрессора. Это особенно очевидно, когда речь идет об удлинении изначально длинных пауз в работе маломощного компрессора, работающего с низким КРВ.

В СН 625038, 1977.11.29 - «Теплонасосная установка для нагрева и охлаждения» - тепло охлаждаемого интерьера, утилизируемое испарителем теплонасосной установки (ТНУ), используется для подогрева посредством конденсатора ТНУ воды в баке-аккумуляторе.

В GB 2247072, 1991.06.11 - «Нагревающая или охлаждающая система» - тепло, утилизируемое теплообменниками из наружного воздуха и сбросной воды, посредством этиленгликолевого теплоносителя транспортируется в фазовый аккумулятор, из которого по мере необходимости поставляется в испаритель ТНУ. Тепло от конденсатора ТНУ поставляется в бак-аккумулятор горячей воды или в теплообменник кондиционера. В летнее время теплообменник кондиционера снабжается охлажденным в испарителе ТНУ теплоносителем.

Теплонасосные установки в двух последних патентах не только выполняют функцию экономайзера, но и могут быть основным источником теплоснабжения. Маломощный холодильник-экономайзер не способен заменить основной источник теплоснабжения, но, в отличие от ТНУ, он пригоден для размещения и эксплуатации в жилых помещениях.

В качестве аналогов холодильника-экономайзера по функции холодильника рассматривались холодильники, выполняющие дополнительные функции по поддержанию комфортных условий в жилых или производственных помещениях, на транспорте.

В RU 2061198, 1994.01.11 - «Устройство для охлаждения воздуха и пищевых продуктов» - представляется кондиционер-холодильник для транспортных средств, бытовых, офисных и других помещений. В нем часть поверхности змеевикового испарителя находится в охлаждаемом помещении, и часть - в холодильной камере. Принципиально схожее, но конструктивно иное решение применяется и в ХЭ, где один испаритель отводит тепло из охлаждаемой камеры, а другой испаритель отбирает тепло от внешнего низкотемпературного источника, которым может быть, в частности, и охлаждаемое помещение. Данный аналог в отличие от ХЭ работает только на охлаждение помещения и не предназначен для подогрева воды, воздуха.

В RU 2084795, 1994.03.31 - «Бытовой холодопроизводящий комплекс» - холодильный энергоагрегат смонтирован в отдельном модуле, на верхней панели которого располагается один или несколько модулей холодильных камер. Холодильный энергоагрегат поставляет охлажденный испарителем воздух по вертикальным каналам в холодильные камеры, а также в интерьер помещения при необходимости. В отличие от ХЭ, данный агрегат с внешними источниками и приемниками тепла не связан, и поэтому с его помощью нельзя утилизировать тепло внутренних и внешних источников и использовать его для подогрева воды или воздуха.

Патент US 2002108393, 2002.08.15 - «Системы передачи энергии для холодильных/морозильных блоков» - представляет бытовой и торговый холодильники с системами циркуляции жидкого теплоносителя по каналам, частично расположенным: в машинном отделении, в изоляции корпуса холодильника, за наружными ограждениями дома. Жидкий теплоноситель отводит тепло от энергоагрегатов и корпуса бытового холодильника в окружающую среду и таким образом сокращает энергопотребление компрессора холодильной машины. Однако отведение тепла из корпуса холодильника достигается ценой весьма ощутимого усложнения корпуса каналами циркуляции теплоносителя, повышения материалоемкости и себестоимости корпуса. Помимо того, тепло, отводимое от бытового холодильника-аналога за наружные ограждения дома, недостаточно для целей теплоснабжения. В варианте более мощного торгового холодильника подогретый в корпусе холодильника и затем в машинном отделении с компрессором и конденсатором теплоноситель может не только отводить тепло в окружающую среду, но и подогревать воздух интерьера, испаритель теплонасосной установки системы теплоснабжения, отводить избыточное тепло в теплоаккумулятор. Поэтому данный аналог, применяемый и как холодильник, и как энергосберегающий агрегат в системе теплоснабжения, принят за прототип представляемого изобретения.

Холодильник-прототип, в отличие от холодильника-экономайзера, утилизирует тепло только внутренних источников - охлаждаемых шкафов, витрин, прилавков и не пригоден для использования в качестве энергосберегающего агрегата индивидуального пользования в квартире, офисе, небольшом доме. Это очевидно, так как гораздо более мощный в сравнении с ХЭ торговый холодильник, тем более, в паре с теплонасосной установкой потребовал бы для размещения достаточно большой полезной площади, оборудованной в соответствии с нормативными требованиями по безопасности эксплуатации такого рода агрегатов, подведения более мощного энергоснабжения, периодического квалифицированного обслуживания.

Существенным отличием ХЭ от прототипа и других аналогов по функции экономайзера является также конструктивная обособленность ХЭ от присоединяемой к нему внешней периферии - источников и приемников тепла. Благодаря этому ХЭ является универсализированным энергосберегающим агрегатом, т.е. способным выполнять функцию экономайзера а) при присоединении к нему любых весьма многообразных в конкретных условиях эксплуатации доступных источников и приемников тепла и б) посредством любых технических средств, подходящих для теплопередачи между холодильником-экономайзером и присоединяемой к нему внешней периферией. Помимо того, количество и состав присоединяемых к ХЭ источников и приемников тепла могут меняться по мере наращивания периферии, в зависимости от сезона, при смене места эксплуатации перемещаемого ХЭ и т.п. Холодильник-экономайзер занимает в интерьере примерно такую же полезную площадь, как и холодильник, и может размещаться как в жилых, так и в подсобных помещениях.

Описание устройства и работы холодильника-экономайзера осуществляется со ссылками на фигуры 1-9 и иллюстрируется Таблицами 1,2 с условиями и расчетными данными Примеров 1, 2. На фигурах 3, 4 различным режимам работы ХЭ сопоставлены соответствующие режимам варианты схем, на которых трубопроводы с движущимся теплоносителем изображены жирными линиями со стрелками, указывающими направление движения теплоносителя, а трубопроводы с неподвижным теплоносителем изображены тонкими линиями. За счет этого сокращается текстовая часть описания работы ХЭ в части, касающейся изменения путей движения теплоносителей при изменении режима работы ХЭ. Электрические связи изображаются пунктирными тонкими линиями, шины передачи данных и управляющих сигналов с несколькими каналами - пунктирными жирными линиями.

На фиг.1 изображена известная схема холодильной машины однокамерного холодильника, являющегося базовым агрегатом для однокамерного холодильника-экономайзера. Холодильный контур холодильного агрегата (ХА) содержит компрессор 1, конденсатор 3 с вентилятором 2, капиллярную трубку 5, выполняющую функцию дроссельного устройства, испаритель 6 с вентилятором 7. Испаритель с вентилятором размещаются в среднетемпературной - холодильной камере 10, компрессор - в машинном отделении 11. Змеевик конденсатора располагается в машинном отделении 11 или вдоль вертикальных ограждений корпуса 71 холодильника. Для определенности (и в целях упрощения начертания схем) на фиг.1 и на других фигурах показан вертикальный вариант размещения змеевика 3 конденсатора в кожухе 4. Включение/выключение компрессора и вентиляторов осуществляется в зависимости от показаний датчиков температуры (не показаны) в охлаждаемой камере по сигналам с блока управления 9.

На фиг.2 представлена известная схема двухконтурного, двухкомпрессорного ХА двухкамерного холодильника со среднетемпературной - холодильной камерой 10 и низкотемпературной - морозильной камерой 18, являющегося базовым агрегатом для двухкамерного холодильника-экономайзера. Для двухуровневого охлаждения применима двухступенчатая или каскадная схема. На фиг.2 изображена каскадная схема. Элементы холодильного контура те же, что и на фиг.1. Морозильный контур содержит компрессор 12, конденсатор-испаритель 13, капиллярную трубку 14, испаритель 16 с вентилятором 15. Выбрана двухкомпрессорная схема ХА базового холодильника, т.к. охлаждение среднетемпературной камеры и утилизация посредством ХА тепла внешних, преимущественно, положительно-температурных источников осуществляется с помощью компрессора 1 при неотрицательной температуре кипения хладагента, близкой к 0°С, а охлаждение морозильной камеры осуществляется компрессором 12 при температуре кипения хладагента, существенно (градусов на 20-25) более низкой. За счет такого разделения функций повышается холодильный коэффициент и энергоэффективность среднетемпературного контура ХА, выполняющего основную нагрузку по утилизации низкопотенциального тепла как внутренних источников - охлаждаемых камер, так и внешних источников. Применение однокомпрессорного двухуровневого ХА возможно, но менее эффективно.

На фиг.1 и 2 приведены в качестве примеров простейшие схемы холодильных агрегатов базовых холодильников, но при этом подразумевается возможность использования холодильников с любыми подходящими для выполнения целевых функций ХЭ холодильными агрегатами. Устройство используемого в составе ХЭ холодильника не является предметом данной заявки.

На фиг.3 показана функциональная схема однокамерного холодильника-экономайзера в шести вариантах, соответствующих различным режимам работы ХЭ. Для описания ХЭ в статическом состоянии наиболее удобна схема 0.0). Так как данная схема получается дополнением схемы на фиг.1 рядом новых конструктивных элементов, то, во избежание повторов, описываются только новые элементы. В холодильный контур холодильной машины базового холодильника включен дополнительный испаритель 31 между испарителем 6 и компрессором 1 и дополнительный конденсатор 22 - между компрессором 1 и воздушным конденсатором 3. Посредством этих теплообменников осуществляется теплообмен рабочего тела холодильного агрегата ХЭ с промежуточным теплоносителем. Входным а1 и выходным b1 патрубками ограничивается внутренний, т.е. расположенный в машинном отделении ХЭ, сегмент первого контура циркуляции промежуточного теплоносителя, включающий: охлаждающий змеевик дополнительного конденсатора 22, циркуляционный насос 21 с байпасным трубопроводом 25, содержащим обратный клапан 74, трехходовой регулирующий клапан 20 для отвода по трубопроводу 19 вычисляемой БУ части расхода ПТ через выходной патрубок b1 во внешний сегмент первого контура циркуляции ПТ и возврата по трубопроводу 24 остальной части расхода ПТ на вход внутреннего сегмента первого контура циркуляции ПТ. За входным патрубком а1 размещается датчик температуры 26 промежуточного теплоносителя, входящего во внутренний сегмент первого контура циркуляции ПТ. Двухпозиционный трехходовой клапан 27 предназначен для направления ПТ в теплообменник 22 или в трубопровод 23, подающий ПТ на выход из теплообменника 31 во втором контуре циркуляции ПТ. Симметрично, входным а2 и выходным b2 патрубками ограничивается внутренний, т.е. расположенный в корпусе ХЭ, сегмент второго контура циркуляции промежуточного теплоносителя, включающий: циркуляционный насос 30 с байпасным трубопроводом 35, содержащим обратный клапан 74, двухпозиционный трехходовой клапан 34, нагревающий змеевик дополнительного испарителя 31, трехходовой регулирующий клапан 29 для отвода по трубопроводу 28 вычисляемой БУ части расхода ПТ с выхода испарителя 31 через выходной патрубок b2 во внешний сегмент второго контура циркуляции ПТ и возврата по трубопроводу 32 остальной части расхода ПТ на вход внутреннего сегмента второго контура циркуляции ПТ. За входным патрубком а2 размещается датчик температуры 36 промежуточного теплоносителя, входящего во внутренний сегмент второго контура циркуляции ПТ. Двухпозиционный трехходовой клапан 34 предназначен для направления ПТ в теплообменник 31 или в трубопровод 33, подающий ПТ на выход из теплообменника 22 в первом контуре циркуляции ПТ.

На фиг.4 показана функциональная схема двухкамерного, двухкомпрессорного холодильника-экономайзера в четырех вариантах, соответствующих различным режимам работы ХЭ. Собственно функциональная схема на фиг.4 отличается от функциональной схемы на фиг.3 только наличием второго - морозильного контура ХА, представленного ранее на фиг.2. В данной схеме, как и в схеме на фиг.3, дополнительный конденсатор 22 и дополнительный испаритель 31 осуществляют теплообмен промежуточного теплоносителя с хладагентом только в холодильном контуре ХА. Внутренние сегменты обоих контуров циркуляции промежуточного теплоносителя на фиг.3 и 4 идентичны. Таким образом, функциональная схема на фиг.4 не имеет не описанных ранее элементов.

Сравнение схем на фиг.3 и 4 выявляет один и тот же набор дополнительных конструктивных элементов, отличающих одно- и двухкамерный ХЭ от соответствующего одно- и двухкамерного базового холодильника. Эти элементы отдельно изображены на фиг.5а). Данные конструктивные отличия, а именно описанные выше внутренние сегменты обоих контуров циркуляции ПТ с дополнительным конденсатором 22 и дополнительным испарителем 31 в холодильном контуре ХА, и являются существенными признаками холодильника-экономайзера, отличающими его от базового холодильника. Фрагмент 5а) общей схемы ХЭ имеет несколько достаточно очевидных модификаций, не изменяющих физическую и математическую модель ХЭ, его функции и характеристики энергоэффективности. Две из таких модификаций приведены на фигурах 5b) и 5 с). В них в сравнении с фиг.5а) имеются некоторые перестановки точек разветвления трубопроводов, отсутствуют байпасные трубопроводы 25, 35 циркуляционных насосов 21, 30, что исключает возможность выбора посредством БУ действующего насоса в режиме прямой теплопередачи. Действующим насосом объединенного контура циркуляции ПТ в режиме прямой теплопередачи является только насос 21 согласно фиг.5b) или только насос 30 согласно фиг.5с). Вместо двухпозиционных трехходовых клапанов 27, 34 могут использоваться пары запорных клапанов, как показано на фиг.5b). Схема 5а) используется в данной заявке как представитель совокупности всех ее модификаций, сохраняющих названные выше свойства ХЭ. Схема 5а) в сравнении с другими ее модификациями наиболее удобна для вынесения некоторых элементов внутренних сегментов контуров циркуляции ПТ во внешние сегменты данных контуров. Последнее иллюстрируется ниже после описания работы ХЭ с присоединяемой к нему внешней периферией. На схеме фиг.5d) показан частный случай схемы 5а) без трехходовых регулирующих клапанов 20, 29. Она применима в частных режимах работы ХЭ, что поясняется Примером 2.

На фиг.3, 4 изображено еще одно отличие ХЭ от базового холодильника, не отраженное на фиг.5, - конденсатор 3 в теплоизолирующем кожухе 4 из полимерного материала с жалюзи или заслонкой 37, открываемой напором воздуха при включении вентилятора 2. Эти детали не относятся к существенным для достижения технического результата признакам предлагаемого изобретения. На фиг.3, 4 (и других) изображены пунктирными линиями каналы связи БУ с элементами автоматики внутри ХЭ. Помимо того, БУ связан с двумя разъемами, к которым присоединяются каналы связи БУ с исполнительными и измерительными устройствами во внешних сегментах первого и второго контуров циркуляции ПТ соответственно. Эти разъемы и соединяющие их с БУ каналы связи на схемах не показаны.

Фиг.6 поясняется возможность осуществления изобретения - показан один из вариантов увеличения объема базового холодильника с целью размещения в корпусе ХЭ дополнительных конструктивных элементов, представленных на фиг.5. Изображения 6а) - базового холодильника и 6b) - соответствующего холодильника-экономайзера пропорциональны габаритным размерам 600×600×1300 и 600×600×1700 мм соответственно. За счет увеличения высоты базового холодильника на 400 мм в его корпусе высвобождается дополнительный объем 140 литров для размещения элементов, показанных на фиг.5. Возможны и иные варианты высвобождения дополнительного объема: увеличением ширины, глубины базового холодильника, сокращением суммарного объема охлаждаемых камер при сохранении габаритов корпуса, комбинацией перечисленных способов. В данном примере компоновки ХЭ испаритель 31 размещен в теплоизолированной части корпуса ХЭ - под дном холодильной камеры, а конденсатор 22 и остальные дополнительные элементы, изображенные на фиг.5, - в увеличенном машинном отделении ХЭ. На фигуре 6b) на переднем плане изображены только наиболее крупногабаритные элементы фигуры 5а): компрессор 1, теплообменники 22, 31, трехходовые регулирующие клапаны 20, 29, циркуляционные насосы 21, 30. Требуемый дополнительный объем для размещения элементов, представленных на фиг.5, существенно зависит от конструкции и эксплуатационных параметров этих элементов. Подходящим вариантом конструктивного исполнения для конденсатора 22 и испарителя 31 могут быть малогабаритные паяные пластинчатые теплообменники. С целью расширения многообразия возможных условий эксплуатации холодильник-экономайзер каждой модели - однокамерный, двухкамерный, перемещаемый, встроенный и т.п. представляется параметрическим рядом с несколькими вариантами комплектации агрегатами различной производительности - компрессорами, циркуляционными насосами, теплообменниками. Варьируются и характеристики блока управления - производительность, интерфейс, программное обеспечение. Они должны быть достаточными для управления как внутренними агрегатами холодильника-экономайзера, так и внешними устройствами, присоединяемыми к ХЭ посредством контуров циркуляции ПТ и каналов передачи информационно-управляющих сигналов. В качестве базового холодильника для ХЭ наиболее пригодны однокамерные холодильники среднего и большого объема и двухкамерные средне- и крупногабаритные холодильники, в частности, типа "Side-by-Side". Коммуникации, соединяющие ХЭ с внешними источниками и приемниками тепла, могут быть скрыты в декоративных плинтусах или за подшивным потолком.

На фиг.7 изображена схема двухкамерного ХЭ с присоединенной к нему внешней периферией, иллюстрирующей возможное многообразие присоединяемых внешних устройств. Для присоединения приемников тепла к первому контуру циркуляции ПТ и источников тепла ко второму контуру циркуляции ПТ использована известная схема, состоящая из первичного контура (кольца) циркуляции теплоносителя и присоединяемых к нему одного или нескольких вторичных контуров циркуляции ПТ с приемниками и/или источниками тепла. Вторичные контуры присоединяются к первичному кольцу посредством пары рядом расположенных тройников. Расход ПТ через вторичные контуры при отсутствии насосов во вторичных контурах обеспечивается закрытием клапанов между тройниками, как показано на фиг.7а), а при отсутствии упомянутых клапанов и наличии насосов во вторичных контурах - включением насосов, как показано на фиг.7b).

На фиг.7а) к патрубкам а1, b1 присоединен внешний сегмент первого контура циркуляции ПТ, состоящий из трубопроводов 40 первичного кольца циркуляции и присоединенных к нему трех вторичных контуров циркуляции ПТ с одним приемником тепла в каждом вторичном контуре:

- теплообменником 67 типа «жидкость-воздух» с вентилятором 66;

- баком подогреваемой воды 43 с греющим змеевиком 42;

- «теплым полом» 44 с аккумулятором тепла 45 и с температурным доводчиком 64, питаемым от основной системы теплоснабжения.

К патрубкам а2, b2 присоединен внешний сегмент второго контура циркуляции ПТ, состоящий из трубопроводов 49 первичного кольца циркуляции и присоединенных к нему шести вторичных контуров циркуляции ПТ с одним источником тепла в каждом вторичном контуре:

- теплообменником 50 типа «воздух-жидкость» с вентилятором 51;

- утилизатором тепла дымовых газов от дизель-генератора 52;

- солнечным коллектором 55 с теплообменником 54;

- фэн-койлом 56, 57;

- баком сбросной воды 60 с охлаждающим змеевиком 59;

- скважиной 62 - источником тепла грунтовой воды - с циркуляционным насосом 47 и теплообменником 48.

На фиг.8 изображены холодильные циклы фреона R134a для базового холодильника и для различных режимов работы ХЭ, рассматриваемых в примерах 1 и 2.

Фиг.9 иллюстрируется возможность вынесения части дополнительных конструктивных элементов, изображенных на фиг.5а), из внутренних сегментов во внешние сегменты контуров циркуляции промежуточного теплоносителя.

Работает холодильник-экономайзер в трех качественно различных основных режимах: холодильника, теплового насоса, прямой теплопередачи. Каждый из основных режимов в любой текущий момент времени реализуется одним из нескольких наиболее простых режимов, называемых базисными в отличие от основных. Работа ХЭ в реальном времени является последовательностью чередуемых блоком управления базисных режимов.

Однокамерный холодильник способен работать в шести базисных режимах, изображенных отдельными схемами на фиг.3.

Режим холодильника реализуется базисными режимами:

0.0) сохранения холода в холодильной камере за счет теплоизоляции корпуса ХЭ;

0.1) отвода тепла из холодильной камеры через воздушный конденсатор 3.

Здесь и далее индексы режимов работы ХЭ совпадают с обозначениями соответствующих режимам схем на фиг.3, 4. БУ переводит ХЭ в режим холодильника, когда состояние внешних приемников и источников тепла таково, что не позволяет использовать ХЭ в режиме экономайзера. Этот режим используется также в различных нештатных ситуациях: при неприсоединенных внешних устройствах, при ремонте или замене агрегатов внешних устройств и т.п.

Режим теплового насоса реализуется базисными режимами:

1.0) утилизации (отвода) тепла внешнего источника в паузах отвода тепла из холодильной камеры;

1.1) утилизации тепла внутреннего источника - холодильной камеры.

В режиме 1.0) утилизируемое тепло поставляется внешнему приемнику тепла, например, так, как показано на фиг.7. Этот режим может также использоваться с целью охлаждения внешнего (по отношению к ХЭ) источника тепла с отводом избыточного тепла в атмосферу. Такое применение иллюстрируется фиг.7 при условии, что действующей парой источник-приемник тепла является фэн-коил 56, 57 в охлаждаемом интерьере и теплообменник 67 с вентилятором 66 за наружными ограждениями дома. Состояния агрегатов и пути движения теплоносителей определяются непосредственно схемой 1.0). При выключении вентилятора 2 заслонка (жалюзи) 37 закрывается, и конденсатор 3, остающийся в теплоизолирующем кожухе 4, практически полностью исключается из процесса теплообмена, его функция переходит к теплообменнику 22. При выключении вентилятора 7 поступление тепла в контур ХА через испаритель 6 существенно сокращается, и испарителем становится теплообменник 31. Управляемый посредством БУ трехходовой регулирующий клапан 20 с отводящими ПТ трубопроводами 19, 24 позволяет регулировать расход теплоносителя во внешнем сегменте первого контура циркуляции ПТ, а вместе с ним и интенсивность теплового потока, направляемого потребителю тепла. Аналогично управляемый посредством БУ трехходовой регулирующий клапан 29 с отводящими ПТ трубопроводами 28, 32 позволяет регулировать расход теплоносителя во внешнем сегменте второго контура циркуляции ПТ, а вместе с ним и интенсивность теплового потока, получаемого испарителем от внешнего источника тепла. В частности, интенсивности тепловых потоков в 1-м и 2-м контурах циркуляции ПТ можно поддерживать заданными, постоянными, равными теплопроизводительности конденсатора и холодопроизводительности испарителя соответственно. Такой способ регулирования расхода ПТ используется ниже в примерах. При повышении температуры в холодильной камере БУ переводит ХЭ в режим 1.1). Состояния всех агрегатов в этом режиме и пути движения теплоносителей показаны на схеме 1.1). Этот режим поддерживается БУ до момента возврата температуры холодильной камеры в допустимый диапазон.

Режим прямой передачи тепла от внешнего источника к внешнему приемнику реализуется базисными режимами:

2.0) утилизации тепла внешнего источника без использования ХА в паузах отвода тепла из холодильной камеры;

2.1) утилизации тепла внешнего источника без использования ХА одновременно с отводом тепла из холодильной камеры через воздушный конденсатор 3.

Режим 2.0) применяется, когда температура в холодильной камере находится в норме и когда среди присоединенных к ХЭ внешних источников и приемников тепла БУ находит пару, для которой температура ПТ, возвращаемого от внешнего источника тепла, превышает температуру ПТ, возвращаемого от внешнего приемника тепла, что определяется по сигналам с датчиков температуры 36, 26. При этом БУ переводит трехходовые двухпозиционные клапаны 34 и 27 в такие состояния, при которых первый и второй внутренние сегменты обоих контуров циркуляции ПТ объединяются в один внутренний сегмент, как показано на схемах 2.0) и 2.1). Объединенный внутренний сегмент вместе с внешними сегментами, присоединенными посредством патрубков а1, b1 и а2, b2 к внутреннему сегменту, образуют единый контур циркуляции ПТ, связывающий внешний источник и внешний приемник тепла. По выбору блока управления циркуляционным насосом объединенного контура на схеме 2.0) является насос 21, а на схеме 2.1) - насос 30. При превышении заданного предела температурой в холодильной камере БУ переводит ХЭ из режима 2.0) в режим 2.1) включением компрессора 1 и вентиляторов 2, 7. По той же причине возможен перевод ХЭ из режима 2.0) в режим 1.1) теплового насоса. Режим 1.1), в отличие от режима 2.1), позволяет утилизировать тепло, отводимое из холодильной камеры.

Работа двухкамерного холодильника реализуется в общей сложности двенадцатью базисными режимами, шесть из которых аналогичны по сути вышеперечисленным. Во избежание повторов ниже определяются лишь шесть не определенных ранее базисных режимов, присущих только двухкамерному, двухкомпрессорному холодильнику. На фиг.4 изображены схемы двух режимов - 0.1) и 1.0), присущих одно- и двухкамерному ХЭ, и дух режимов - 1.3) и 2.2), присущих только двухкамерному ХЭ.

Режим холодильника реализуется базисными режимами 0.0), 0.1), а также:

0.2) отвода тепла из морозильной камеры через воздушный конденсатор 3;

0.3) отвода тепла из холодильной и из морозильной камер через воздушный конденсатор 3.

В отличие от режима 0.1), изображенного одноименной схемой на фиг.4, в режиме 0.2) включается компрессор 12 и вентилятор 15 в морозильной камере, вентилятор 7 выключен, а в режиме 0.3) включается компрессор 12 и вентиляторы 7, 15 в обеих камерах.

Режим теплового насоса реализуется базисными режимами 1.0), 1.1), а также:

1.2) утилизации тепла внутреннего источника - морозильной камеры;

1.3) утилизации тепла внутренних источников - холодильной и морозильной камер.

В отличие от режима 1.3), изображенного одноименной схемой на фиг.4, в режиме 1.2) включается только вентилятор 15 в морозильной камере, вентилятор 7 выключен.

Режим прямой передачи тепла от внешнего источника к внешнему приемнику реализуется базисными режимами 2.0), 2.1), а также:

2.2) утилизации тепла внешнего источника без использования ХА одновременно с отводом тепла из морозильной камеры через воздушный конденсатор 3;

2.3) утилизации тепла внешнего источника без использования ХА одновременно с отводом тепла из холодильной и из морозильной камер через воздушный конденсатор 3.

В отличие от режима 2.2), изображенного одноименной схемой на фиг.4, в режиме 2.3) включается дополнительно вентилятор 7 в холодильной камере. В режимах 2.2), 2.3) ХА используется только для отвода в окружающую среду тепла внутренних источников

Шесть базисных режимов: 0.0), 1.1), 1.0), 1.1), 2.0), 2.1) общих для одно- и двухкамерного холодильников иллюстрируются одноименными схемами на фиг.3, дополненными изображением неработающего морозильного контура - с выключенным компрессором 12 и выключенным вентилятором 15.

На основе получаемой информации о температуре возвращаемого в ХЭ промежуточного теплоносителя, о состоянии внутренних и внешних устройств, о приоритетах пользователя БУ выбирает наиболее подходящий на данный момент базисный режим и таким образом формирует рабочий режим функционирования ХЭ в виде последовательности базисных режимов с определяемой БУ продолжительностью каждого из них.

В системе холодо-, теплоснабжения с присоединенной внешней периферией холодильник-экономайзер работает следующим образом. На основе информации о состоянии внутренних и внешних источников и приемников тепла БУ выбирает из числа присоединенных к ХЭ источников и приемников тепла одну наиболее подходящую на данный момент пару источник-приемник тепла и базисный режим работы ХЭ с выбранной парой. На фигуре 7а) действующей парой источник-приемник тепла является охлаждающий змеевик 59 в баке сбросной во