Способ комбинированного получения холода и тепла для кондиционирования помещения и установка для его осуществления

 

Использование: комбинированные системы для нагрева и охлаждения, в частности для кондиционирования помещений. Сущность изобретения: в режиме получения холода после расширения в турбине основной поток воздуха направляют на нагревание в процессе регенеративного теплообмена с циркуляционным потоком воздуха кондиционируемого помещения. В режиме получения тепла после вторичного сжатия в компрессорно-турбинном агрегате основной поток воздуха направляют в регенеративный теплообменник на охлаждение циркуляционным потоком кондиционируемого помещения, затем подают на расширение в турбину и отводят и подают на смешение с воздухом, поступающим из кондиционируемого помещения перед вторичным охлаждением основного потока воздуха. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к комбинированным системам хлада- и теплоснабжения кондиционируемых помещений зданий и помещений для экипажа, пассажиров или грузовых отсеков различных транспортных средств.

Задача воздушных холодильных машин состоит в охлаждении помещения за счет использования термодинамических свойств воздуха в цикле Джоуля. Для осуществления этого процесса известны различные способы. Одна простая схема обеспечивает замкнутый процесс и состоит из моторного компрессорно-детандерного агрегата, а также двух теплопередатчиков тепла (Bosnjakowic: "Тесhnische Thermodynamik", Teil-1,4. Auflage, Leipzig, Dresden, 1973, c. 291-295). Для улучшения полезного эффекта этот основной способ был дополнен многоступенчатым сжатием с промежуточным охладителем и без него, регенеративным теплообменом, открытием цикла на холодной, теплой или обеих сторонах (Kauff eld, Кonig, Kruse: "Luft als Kaltemittel", DKV- Tagungsbericht, 1991, с. 217-237). Другое усовершенствование описано в заявке ФРГ N 31 39 398, кл. F 25 В 29/00, опубл. 1983, где в открытом процессе в воздушной холодильной машине с двухступенчатым сжатием конденсирующаяся в дополнительным охладителе влажность воздуха по меньшей мере частично снова регенеративно подается в процесс перед компрессором второй ступени с тем, чтобы использовать содержание энергии в воде за счет испарения и тем самым повысить КПД установки.

Всем этим способам присущ тот недостаток, что им требуется больше энергии привода на единицу холодопроизводительности, чем сопоставимым процессам в воздушной холодильной машине, так что их применение остается ограниченным особым случаем.

Широкое распространение нашли воздушные холодильные машины для охлаждения кабин самолетов, причем энергетическое преимущество состоит в том, что разность мощностей турбины и компрессора возникает за счет подачи сжатого воздуха от двигателя, который и без того должен быть получен для его работы. В ином случае подготовка энергии посредством процесса сжатия оказывается слишком дорогостоящей.

Это решение усовершенствовано в заявке ФРГ N 33 30 556, кл. F 24 F 11/02, опубл. 1984 способом одновременного производства тепла и холода в турбинно-детандерном агрегате и соответствующих теплопередатчиках.

Недостаток этого способа состоит в необходимости одновременного наличия потребности в тепле и холоде.

В основу изобретения положена задача разработки способа и устройства для кондиционирования помещения, с помощью которых можно либо нагревать его, либо охлаждать и значительно снизить годовое потребление энергии.

Согласно изобретению, эта задача решается посредством признаков пп. 1 и 3 формулы. Предпочтительное усовершенствование изобретения приведено в зависимых пунктах.

У способа согласно изобретению речь идет о комбинированном холодильно-нагревательном процессе для кондиционировании помещения, в частности пассажирских вагонов, при котором может производится либо охлаждение, либо нагрев.

Если помещение не должно больше охлаждаться, а должно нагреваться, согласно изобретению переключаются два клапана и через необходимые для охлаждения агрегаты, теплопередатчик и регенератор воздух процесса протекает без теплообмена. Нагретый компрессором воздух попадает по обводной линии к теплопередатчику полезного тепла. Охлажденный в нем или находящийся еще под давлением воздух направляется по другой обводной /байпасной/ линии к входной стороне турбины, где он расширяется и отдается в окружающее пространство. Воздух нагреваемого помещения всасывается при этом поджимающим компрессором.

Согласно одному предпочтительному признаку изобретения, скапливающийся при холодильном процессе в теплопередатчике полезного тепла конденсат из приточного воздуха, состоящего из циркуляционного и свежего воздуха, подается вместе с отработавшим воздухом к регенератору, за счет чего можно значительно повысить КПД установки.

Другой предпочтительный признак изобретения состоит в том, что на тот случай, если при нагревательном процессе в нагреваемое помещение нельзя подать свежий воздух, сторона всасывании поджимающего компрессора открывается к окружающему пространству. Изобретение включает также устройство для осуществления способа. При этом речь идет об установке, содержащий поджимающий компрессор с электроприводом, компрессорно-турбинный агрегат с промежуточным теплопередатчиком, состоящим из первичного воздухо-воздушного теплообменника и вторичного регенеративного теплообменника, подключенный к нему теплопередатчик полезного тепла (регенеративный теплообменник) для охлаждения приточного воздуха кондиционируемого помещения и соответствующие соединительные линии (трубопроводы). Между выходом воздуха из вторичного регенеративного теплообменника и входом в регенеративный теплообменник установлен байпасный трубопровод с переключающимся клапаном, а между выходом воздуха из регенеративного теплообменника и входом в турбину ycтaнoвлен второй байпасный трубопровод со вторым переключающимся клапаном.

Преимущество изобретения состоит в том, что по сравнению с отоплением пассажирских вагонов электрическими резистивными нагревательными элементами и охлаждением посредством паровых холодильных машин можно значительно снизить расход энергии и существенно повысить КПД установки. Ниже изобретение подробнее поясняется с помощью примеров осуществления.

На фиг. 1 представлена схема установки при работе в режиме охлаждения помещения; а на фиг.2 то же, при работе в режиме нагрева помещения.

Установка состоит из приводимого в действие электродвигателем 1 поджимающего компрессора 2 и включенного в качестве второй- ступени компрессора 3, приводимого в действие холодильной турбиной 4. Кроме того, предусмотрены первичный воздуха-воздушный теплообменник 5 и вторичный регенеративный теплообменник 6, включенные между компрессором 3 и турбиной 4, и регенеративный теплообменник 7 полезного тепла для охлаждения или нагрева кондиционируемого помещения 8. Отдельные рабочие элементы соединены трубопроводами, содержащими для переключения с охлаждения на нагрев соответствующие клапаны. При охлаждении сжатый поджимающим компрессором 2 воздух подается по трубопроводу 9 к компрессору 3 второй ступени. За счет сжатия воздух нагревается и поступает по трубопроводу 10 и 11 через первичный ВВТ 5 и вторичный регенеративный теплообменник 6 в турбину 4, в которой расширяется с понижением температуры и отдачей механической энергии компрессору 3. После турбины 4 охлажденный воздух направляется по трубопроводам 12, 13 в регенеративный теплообменник 7, в котором за счет теплообмена подаваемый вентилятором 18 по каналам 15 и 16 воздух помещения 8 также охлаждается.

Эффективность вторичного регенеративного теплообменника 6 повышается за счет подачи к нему по линии 32 конденсирующейся в регенеративном теплообменнике 7 влажности воздуха. Требуемая для помещения 8 доля свежего воздуха всасывается из окружающего пространства по каналу 20 за счет соответствующего регулирования заслонки 19. Поток отработавшего воздуха, соответствующий по количеству потоку свежего воздуха, попадает по каналу 17 к вторичному регенеративному теплообменнику 6 и улучшает тем самым уже достигнутый в первичном воздухо-воздушном теплообменнике 5 охлаждающий эффект. Нагретый в регенеративном теплообменнике 7 воздух направляется по линии трубопроводу 14 к компрeccoрy 2, замыкая цикл.

В режиме нагрева помещения (фиг.2) происходит переключение клапанов 23 и 24 и прекращение активности первичного воздуховоздушного теплообменника 5 и вторичного регенеративного теплообменника 6, за счет чего нагретый компрессором воздух по байпасному трубопроводу 31 и трубопроводу 13 к регенеративному теплообменнику 7, а затем идет к турбине 4 по второму байпасному трубопроводу 22. Расширившийся в турбине воздух попадает по трубопроводу 12 за счет переключения клапана 25 и по трубопроводу 26 в окружающее пространство. Воздух помещения 8 нагревается в регенеративном теплообменнике 7. Доля свежего воздуха, поступающая в патрубок 20, попадает за счет переключения клапана 27 по трубопроводам 30 и 14 к всасывающему патрубку поджимающего компрессора 2. По патрубку 29 происходит всасывание воздуха поджимающим компрессором 2 из окружающего пространства. Если клапан 28 переключается в том случае, когда при нагревательном процессе в помещение 8 нельзя подать свежий воздух.

Формула изобретения

1. Способ комбинированного получения холода и тепла для кондиционирования помещении, включающий предварительное сжатие основного потока воздуха, вторичное сжатие с повышением температуры, первичное охлаждение основного потока воздуха с отводом тепла воздуху окружающей среды, вторичное охлаждение в регенеративном теплообмене с воздухом, поступающим из кондиционируемого помещения, расширение с понижением температуры и отводом механической энергии на вторичное сжатие, отличающийся тем, что в режиме получения холода после расширения основной поток воздуха направляют на нагревание в процессе регенеративного теплообмена с циркуляционным потоком воздуха кондиционируемого помещения, в режиме получения тепла после вторичного сжатия основной поток воздуха направляют на охлаждение в процессе регенеративного теплообмена с циркуляционным потоком воздуха кондиционируемого помещения, подают на расширение и отводят в окружающую среду.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в режиме получения холода конденсат, образовавшийся в результате регенеративного охлаждения циркуляционного потока воздуха, отводят и подают самотеком или с помощью насоса на смешение с воздухом, поступающим из кондиционируемого помещения, перед вторичным охлаждением основного потока воздуха.

3. Установка для комбинированного получения холода и тепла для кондиционирования помещения, содержащая соединенные трубопроводами с переключающими клапанами поджимающий компрессор, компрессорно-турбинный агрегат с включенными между компрессором и турбиной первичным воздухо-воздушным теплообменником и вторичным регенеративным теплообменником и рециркуляционный контур кондиционируемого помещения, отличающаяся тем, что установка снабжена регенеративным теплообменником, включенным в рециркуляционный контур, байпасным трубопроводом, включенным через переключающийся клапан между выходом воздуха из вторичного регенеративного теплообменника и входом в регенеративный теплообменник и вторым байпасным трубопроводом, включенным через второй переключающийся клапан между выходом воздуха из регенеративного теплообменника и входом в турбину.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2