PL220821B1 - Ciepłowodowe urządzenie grzewczo chłodzące - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ciepłowodowe urządzenie grzewczo chłodzące mające zastosowanie w telekomunikacyjnych szafach dostępowych, służące do utrzymywania temperatury w wymaganym zakresie wewnątrz komory bateryjnej telekomunikacyjnych szaf dostępowych (ONU oraz SDA) pracujących w zewnętrznych warunkach atmosferycznych.

W znanych systemach klimatyzacyjnych oraz lodówkach wykorzystywana jest pompa ciepła pracująca w cyklu Carnota w oparciu o odpowiedni czynnik chłodzący, zaś w znanych termoelektrycznych urządzeniach grzewczo-chłodzących wykorzystywana jest pompa ciepła w oparciu o efekt Peltiera, przy czym w każdym z tych rozwiązań stosowane są dwa wymienniki ciepła, jeden po stronie chłodzącej, drugi oddający (rozpraszający) ciepło do otoczenia zwany wymiennikiem gorącym.

W ciepłownictwie powszechnie znane i stosowane są ciepłowodny. Są to najczęściej zamknięte obustronnie rurki napełnione odpowiednią ilością czynnika chłodzącego, pod ciśnieniem tak dobranym aby temperatura wrzenia tego czynnika była właściwa dla tego zastosowania, dzięki czemu ciepłowodny mają zdolność przekazywania z jednego końca ciepłowodu na drugi znacznych ilości ciepła przy stosunkowo niedużej różnicy temperatur. Ciepłowód przenosi ciepło w jednym kierunku zazwyczaj z dołu do góry, dlatego jego dolny koniec zwany jest parownikiem.

Znane z dokumentu patentowego DE 102010001460 urządzenie chłodzące, zwłaszcza lodówka domowa, zawiera urządzenia 9 do wytwarzania kostek lodu 22, zawierające pojemnik płynu 13 z cieczą, co najmniej jeden element nurnikowy 11, który jest dostosowany do zanurzenia w cieczy, w celu zwiększenia zamrożenia na powierzchni elementu zanurzeniowego 11 i charakteryzuje się tym, że urządzenie chłodnicze zawiera układ chłodniczy 12, mający powierzchnię parownika 33 oraz że element zanurzeniowy 11 z powierzchnią parownika 33 jest połączony w sposób przewodzący ciepło. Element zanurzeniowy 11 w celu jego chłodzenia poniżej punktu zamarzania cieczy jest termicznie sprzężony z zimną stroną 37 układu chłodzącego 12a, w szczególności jest połączony elementem Peltiera i gorąca strona 38 termoelektrycznego urządzenia chłodzącego 12a jest połączona na powierzchni parownika 33 w sposób przewodzący ciepło na powierzchnię odparowania. Gorący koniec 38 termoelektrycznego urządzenia chłodzącego 12a jest połączony z rurami parownika 33c poprzez uzwojenie parownika 42, w sposób przewodzący ciepło.

Znane ze zgłoszenia patentowego P.378425 urządzenie do zmniejszania temperatury w komorze klimatycznej posiada radiator chłodzenia cieczowego, pompę obiegową, zbiornik cieczy chłodzącej, kanał powietrzny z umieszczonymi w ścianach kanału ogniwami termoelektrycznymi, z radiatorem powietrznym i radiatorem chłodzenia cieczowego, kraty w otworach wlotowym i wylotowym kanałów i umieszczone w otworach wentylatory.

W znanych, obecnie produkowanych systemach zasilania urządzeń telekomunikacyjnych jest obserwowany wzrost zapotrzebowania mocy jednostkowej urządzeń zasilających zainstalowanej w jednym systemie. Baterie akumulatorów są często zainstalowane w jednej obudowie (szafie) wraz z urządzeniami zasilającymi i rozdzielnią. Temperatura pracy baterii jest krytycznym parametrem prawidłowej jej eksploatacji i nie powinna nigdy przekraczać 25°C. W rzeczywistych warunkach eksploatacji warunek ten nie jest zapewniany, szczególnie w obiektach instalowanych na zewnątrz budynków. Dlatego też czas pracy baterii akumulatorów, w którym zachowują wymagane parametry, często odbiega od czasu deklarowanego przez producenta. W tego typu systemach telekomunikacyjnych występuje szereg trudności z odprowadzaniem ciepła emitowanego przez pracujące urządzenia, szczególnie z komory bateryjnej. Stosowane obecnie układy klimatyzacji nie polepszają warunków chłodzenia elementów generujących ciepło. Umożliwiają jedynie stabilizację średniej temperatury wewnątrz chłodzonej komory i nie gwarantują odbioru wydzielanego ciepła z punktów, w których się ono wydziela. Ponadto zastosowanie urządzeń poprawiających warunki temperaturowe pracy baterii akumulatorów jest najczęściej związane z ingerencją w konstrukcję szafy systemowej, co nie jest wykonalne w przypadku działającego, zainstalowanego wcześniej systemu.

Ciepłowodowe urządzenie grzewczo chłodzące według wynalazku charakteryzuje się tym, że strona gorąca pompy ciepła połączona jest z oddaloną chłodnicą, poprzez co najmniej jeden ciepłowód, przy czym co najmniej jeden radiator strony zimnej pompy ciepła połączony jest ze stroną zimną pompy ciepła, natomiast strona gorąca pompy ciepła 4 połączona jest z parownikiem 6, co najmniej jednego ciepłowodu, zaś drugi koniec ciepłowodu połączony jest z oddaloną chłodnicą.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest możliwość odprowadzenia ciepła za pomocą ciepłowodów w miejsce, w którym jest możliwe jego efektywne rozproszenie. Rozwiązanie umożliwia zastoPL 220 821 B1 sowanie systemów chłodzących baterie akumulatorów praktycznie w każdym z obecnie stosowanych systemów zasilania urządzeń telekomunikacyjnych.

Ciepłowodowe urządzenie grzewczo chłodzące według wynalazku uwidocznione jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat poglądowy działania układu, fig. 2 przedstawia rysunek urządzenia, zaś fig. 3 przedstawia budowę części chłodzącej urządzenia.

W ciepłowodowym urządzeniu grzewczo-chłodzącym według wynalazku radiator strony zimnej 1 połączony jest z oddaloną chłodnicą 2 poprzez pompę ciepła 4 i Ciepłowody 3, przy czym radiator strony zimnej 1 wyposażony w wentylatory 5, jest połączony z pompą ciepła 4, z przekładkami dystansowymi 10, razem z matą izolacyjną 9 jest połączony śrubami montażowymi 11 z płytą chłodzącą strony gorącej 8, która jest połączona z parownikiem 6, dociśniętym do drugiej strony płyty chłodzącej strony gorącej 8 płytą dociskową 7 za pomocą montażowych śrub dociskowych 11, zaś co najmniej jeden ciepłowód 3 połączony z parownikiem 6, jest połączony w oddalonej chłodnicy 2 z płytą dociskową chłodnicy 12 przy użyciu montażowych śrub dociskowych 11, a ponadto oddalona chłodnica 2 jest połączona z wentylatorami 5.

Urządzenie według wynalazku umożliwia przekazywanie ciepła z ośrodka o temperaturze niższej do ośrodka o temperaturze wyższej lub niższej za pośrednictwem pompy ciepła 4, układu wymienników ciepła, radiatorów 1 oraz Ciepłowodów 3.

Zastosowane są Ciepłowody 3, w postaci cienkich elastycznych elementów (przykładowo - rurek wykonanych z miedzi anodowej) o bardzo niskiej rezystancji cieplnej, które mogą być wyprowadzone z systemu (jak przewody elektryczne) do zewnętrznego wymiennika ciepła (chłodnicy). Ciepło transportowane przez pompy cieplne 4, przykładowo ogniwa Peltiera, jest odbierane przez Ciepłowody 3 i przekazywane do oddalonej chłodnicy 2. Rozwiązanie to umożliwia umieszczenie dużej i ciężkiej oddalonej chłodnicy 2 w najbardziej dogodnym miejscu (najczęściej w górnej części szafy dostępowej - w komorze wentylacyjnej) oraz umieszczenie radiatora strony zimnej 1 w optymalnym miejscu komory bateryjnej. Dodatkowo nie ma potrzeby wykonywania otworów konstrukcyjnych w obudowie szafy. Ciepłowody 3 można poprowadzić przez kablowe otwory technologiczne,

W urządzeniach chłodzących o mocach cieplnych powyżej 100 W stosuje się zespół ciepłowodowy, składający się z co najmniej czterech ciepłowodów 3. Podstawowe parametry użytkowe przykładowego zespołu ciepłowodowego są następujące:

• wymagana przenoszona moc cieplna 125-130 W, • temperatura parowania czynnika chłodzącego ok. 35°C, • temperatura wrzenia czynnika chłodzącego ok. 55-60°C, • długość rurek miedzianych ciepłowodów ok. 2000-2200 mm, • średnica ciepłowodów wynosi 8 mm, • duża szczelność układu zapewniająca czas eksploatacji powyżej 10 lat, • duża powierzchnia parownika 6 w zespole ciepłowodowym ZC umożliwia skuteczne przenoszenie ciepła z pomp cieplnych (np. ogniw Peltiera).

W zespole ciepłowodowym ciepłowody 3, pojemnik z płynem chłodzącym oraz parownik 6 tworzą zespół naczyń połączonych wypełnionych płynem chłodzącym (acetonem) do właściwego poziomu, a zawór technologiczny służy do sprawdzania szczelności całego zespołu ciepłowodowego ZC, do napełniania zespołu ciepłowodowego płynem chłodzącym i obniżania ciśnienia wewnątrz zespołu ciepłowodowego. Opisany powyżej zespół ciepłowodowy ma zastosowanie w konstrukcji przykładowego zespołu chłodzącego komorę bateryjną telekomunikacyjne szafy dostępowej. Jako elementy czynne - pompy cieplne 3 zastosowano ogniwa Peltiera w układzie dwustopniowym, po cztery ogniwa strony zimnej i gorącej.

Wolna powierzchnia płyty chłodzącej strony gorącej 8 jest pokryta matą izolacyjną 9, co eliminuje promieniowanie ciepła z płyty chłodzącej strony gorącej 8 do radiatora strony zimnej 1. Umieszczenie modułu chłodzącego radiatora strony zimnej 1 oraz poprowadzenie ciepłowodów 3 wewnątrz szafy dostępowej wymaga, aby wszystkie elementy gorące były termicznie izolowane od wnętrza komory bateryjnej, do czego zastosowano matę izolacyjną 9 oraz izolację termiczną strony gorącej 12. Proces emisji ciepła transportowanego z wnętrza komory bateryjnej do otoczenia jest realizowany przez oddaloną chłodnicę 2. Ciepłowody 3 są połączone z oddaloną chłodnicą 2 i z płytą dociskową chłodnicy 12, przy czym oddalona chłodnica 2 jest wyposażona w wentylatory 5. Skuteczność pracy oddalonej chłodnicy 2 ma decydujący wpływ na sprawność całego systemu chłodzenia.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Ciepłowodowe urządzenie grzewczo chłodzące wykorzystujące efekt Peltiera, zawierające pompę ciepła, radiator i wentylatory, znamienne tym, że strona gorąca pompy ciepła (4) połączona jest z oddaloną chłodnicą (2) poprzez co najmniej jeden ciepłowód (3), przy czym co najmniej jeden radiator strony zimnej (1) pompy ciepła (4) połączony jest ze stroną zimną pompy ciepła (4), natomiast strona gorąca pompy ciepła (4) połączona jest z parownikiem (6) co najmniej jednego ciepłowodu (3), zaś drugi koniec ciepłowodu (3) połączony jest z oddaloną chłodnicą (2).