Способ и устройство для оптимизации теплофизических свойств в теплообменных вентиляционных устройствах

Авторы патента:


Способ и устройство для оптимизации теплофизических свойств в теплообменных вентиляционных устройствах
Способ и устройство для оптимизации теплофизических свойств в теплообменных вентиляционных устройствах
Способ и устройство для оптимизации теплофизических свойств в теплообменных вентиляционных устройствах
Способ и устройство для оптимизации теплофизических свойств в теплообменных вентиляционных устройствах
Способ и устройство для оптимизации теплофизических свойств в теплообменных вентиляционных устройствах

 


Владельцы патента RU 2430322:

НУТСОС Микаэль (SE)

Настоящее изобретение относится к области теплотехники, а именно к способу и установке оптимизации уровня антифриза в жидком теплоносителе в теплообменной системе. Способ включает в себя определение требуемого уровня антифриза, по меньшей мере, частично на основании температуры среды, в которую теплообменная система будет подавать тепло, управление существующим уровнем антифриза в жидком теплоносителе. Антифриз добавляется в жидкий теплоноситель, если существующим уровнем является заданное количество, которое меньше требуемого уровня, и отделяется от жидкого теплоносителя, если существующим уровнем является заданное количество, которое больше требуемого уровня. Технический результат - оптимизация эффективности теплообменной системы. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для оптимизации теплофизических свойств жидких теплоносителей. В частности, настоящее изобретение применимо в теплообменных вентиляционных системах.

Уровень техники

Современные вентиляционные системы как для бытового использования, общественных зданий, так и для производственных помещений часто включают в себя теплообменные системы или системы рекуперации теплоты. Основным принципом таких устройств является то, что тепло забирается из выходящего воздуха и используется для предварительного нагрева приточного воздуха. Ряд различных принципов проектирования (дополнительная ссылка) используется для теплообмена. В соответствии с одним принципом проектирования батареи радиатора в виде металлических пластин попеременно нагреваются (прием тепла) и охлаждаются (подача тепла) посредством попеременного расположения в потоке выходящего воздуха и потоке приточного воздуха соответственно. Если потоки воздуха переключаются на стационарные батареи радиатора, теплообменная установка называется переключаемым теплообменником. Другим осуществлением того же принципа является вращающийся теплообменник, в котором батареи радиатора расположены во вращающемся устройстве, перемещающем пластины батареи радиатора из потока выходящего (нагретого) воздуха в поток приточного (холодного) воздуха.

Установки большого размера вентиляционных систем с теплообменными устройствами, например, как те, которые расположены в больших офисных зданиях, общественных зданиях и производственных помещениях, часто основаны на теплообменном устройстве, использующем жидкий теплоноситель, для передачи тепла от потока выходящего воздуха в поток приточного воздуха. Вентиляционная система известного уровня техники, использующая устройство с жидким теплоносителем, схематически изображена на фиг.1. Вентиляционная система 100 включает в себя канал 105 для прохождения приточного воздуха, оснащенный вентилятором 110 для принудительной подачи воздуха в помещения. Канал 115 для прохождения выходящего воздуха отводит воздух из помещений при помощи вентилятора 120. Жирные стрелки показывают направление потока воздуха. Канал 115 для прохождения выходящего воздуха содержит теплоприемный блок 125, например, в виде радиатора. Канал 105 для прохождения приточного воздуха содержит блок 130 подачи тепла, предпочтительно также в виде радиатора. Теплоприемный блок 125 соединен с блоком 130 подачи тепла при помощи труб 135, образуя теплообменную систему. Теплоприемный блок может дополнительно включать в себя один или более насосов и расширительные баки и т.д. Жидкий теплоноситель циркулирует в теплообменной системе (тонкие стрелки показывают направление потока жидкого теплоносителя). Тепло выходящего воздуха нагревает жидкий теплоноситель в теплоприемном блоке 125, и жидкий теплоноситель передает тепло в блок 130 подачи тепла, который нагревает приточный воздух. Жидкий теплоноситель должен иметь соответствующие термодинамические свойства для приема и подачи тепла, а также соответствующие жидкие свойства. В большинстве случаев вода является наиболее подходящим жидким теплоносителем. Однако в конкретном применении и в конкретных зонах может существовать риск замерзания жидкого теплоносителя в блоке 130 подачи тепла, в котором жидкий теплоноситель охлаждается. Это относится к части света с умеренным климатом, где во время зимнего дня температура приточного воздуха может быть значительно ниже точки замерзания воды. Необходимо отметить, что эффект замерзания в блоке 130 подачи тепла не только зависит от температуры приточного воздуха, но также от скорости потока воздуха, обычно обеспечивающей эффект замерзания значительно ниже, чем указано только температурой. Замерзание жидкого теплоносителя приводит к нарушению теплообмена, а также к возможному отключению всей вентиляционной системы.

Замерзание жидкого теплоносителя предотвращается посредством добавления антифриза в жидкий теплоноситель. Несколько антифризов известны в области техники и могут быть разделены на две основные группы: антифризы, основанные на растворах соли, например соли щелочных металлов, и антифризы, основанные на органических соединениях, например на спирту или этиленгликоле. Несколько антифризов известны в области техники и широко используются для предотвращения замерзания в разных применениях. Ряд антифризов имеется в продаже и продается под разными торговыми марками, например (дополнительная ссылка). В таблице 1 приведены ряд антифризов и их свойства. Перечисленные точки замерзания относятся к разным отношениям составных частей смеси антифриза и воды и отражают обычное применение, в котором оператор точно определяет, какая точка кристаллизации допускается для теплообменной системы, и добавляет некоторое количество антифриза в жидкий теплоноситель для получения отношений составных частей смеси, соответствующих заданной точке кристаллизации.

Таблица 1 иллюстрирует эффективность относительно понижения точки кристаллизации с использованием этих известных антифризов. После контроля очевидно другое внутреннее свойство антифриза, заключающееся в том, что на теплопроводность жидкого теплоносителя оказывает сильное отрицательное влияние добавка антифриза. Выбрав обычный антифриз на основе полипропиленгликоля в качестве примера, смешивание его с водой для достижения точки кристаллизации

-10°C приводит к уменьшению теплопроводности приблизительно на 30% по сравнению с чистой водой. Если полипропиленгликоль был добавлен в количестве, при котором жидкий теплоноситель имеет точку кристаллизации -30°C, теплопроводность уменьшится на 60%. Эффективность теплообменной системы зависит от теплопроводности жидкого теплоносителя и никогда не может быть выше этого значения.

В установках большого размера количество антифриза в жидком теплоносителе обычно определяется в момент завершения монтажа и изменяется только во время полного технического обслуживания и ремонта. Обычно отношения составных частей смеси, часто называемые уровнем антифриза, контролируются во время регулярного технического обслуживания, и если определяют что уровень является низким, добавляют антифриз.

Указанный выше случай является проблематичным в перспективе рекуперации энергии. Уровень антифриза обычно определяется для самого наихудшего случая. В северной Скандинавии, например, адаптированной для работы с приточным воздухом при температуре -30°C или ниже, что в зависимости от используемого антифриза дает уменьшение теплопроводности на 40-60%. Обычно эта низкая точка кристаллизации необходима только несколько дней в году, даже в северной Скандинавии. Поскольку уровень антифриза обычно не изменяется, теплообменная система работает с одинаковой низкой эффективностью, когда это не требуется из-за условий окружающей среды. Так как это продолжается в течение большого количества времени, потери эффективности, измеряемые ежегодно, являются очень большими. Кроме того, в областях с менее холодными зимами, например центральной Европе, где теплообменная система обычно рассчитана на случающуюся время от времени морозную погоду. Кроме того, в этом случае при использовании жидкого теплоносителя с точкой кристаллизации, например -8°C, потери будут значительными. Таким образом, существует проблема оптимизации уровня антифриза как для понижения точки кристаллизации до достаточной температуры, так и для одновременного поддержания более высокой теплопроводности.

Другая проблема возникает в результате того, что неправильное смешивание разных антифризов может привести к проблемам при анализе уровня. Процентное содержание антифриза в жидком теплоносителе часто определяется при помощи простого измерения показателя преломления, которое дает достаточную оценку. Способ измерения обычно является надежным, но если смешиваются определенные антифризы, например антифризы на основе этиленгликоля, разных типов, то измерение может стать ненадежным. Обычно измерение является ошибочным, когда оно показывает низкий уровень антифриза по сравнению с фактическим уровнем. Это побуждает оператора добавлять еще больше антифриза, что обычно приводит к тому, что жидкий теплоноситель имеет точку кристаллизации ниже любой возможной температуры. Необходимо отметить, что на основании перспективы тепловых свойств жидкого теплоносителя смешивание разных антифризов, по меньшей мере, в пределах двух основных групп во многих случаях допустимо или в некоторых случаях возможно даже предпочтительно. Проблема возникает в результате влияния на способ измерения. Проблема осложняется тем, что антифризы обычно продаются под своими названиями, и для оператора вентиляционной системы не понятно ни какие активные вещества используются, ни их свойства перемешивания.

Другие проблемы возникают в результате того, что операторы часто не знают о недостатках, связанных с уменьшением теплопроводности, часто добавляют значительно больше антифриза, чем рекомендуется, только чтобы быть уверенными, что система не замерзнет. Это дополнительно уменьшает эффективность теплообменной системы.

Проблема, связанная с низкой теплопроводностью из-за уровня антифриза, который не нужно поддерживать высоким большую часть времени, не ограничивается теплообменными системами для вентиляции. Те же проблемы могут возникнуть, например, в солнечных панельных устройствах, системах для отопления теплиц, системах для подогрева дорог, на взлетно-посадочных полосах и в уличных пешеходных зонах.

Способы отделения антифриза от воды известны в области техники и используются в основном в целях защиты окружающей среды, так как антифризы часто рассматриваются как загрязняющие вещества. Системы большого размера для отделения антифризов от воды часто установлены в аэропортах и используются для удаления больших количеств антифриза, используемого для защиты от обледенения летательных аппаратов. US 5,626,770 раскрывает систему для удаления охлаждающего средства из транспортного средства посредством использования ряда фильтров. Цель та же, как устройства для аэропорта.

Таблица 1
Название Температура среды Точка кристаллизации
(°)
Передача
(W(m2K)
Передача (%)
Раствор (соль, растворенная в воде) 0 -10 1768,6 0
Этиленгликоль-вода 0 -10 1514,8 -14
Этанол-вода 0 -10 1293,4 -27
Пропиленгликоль-вода 0 -10 1248,9 -29
Раствор (соль, растворенная в воде) 0 -30 1455,4 0
Этиленгликоль-вода 0 -30 1004,8 -43
Этанол-вода 0 -30 898,2 -49
Пропиленгликоль-вода 0 -30 666,6 -62
Раствор (соль, растворенная в воде) 0 -10 1768,6 0
Раствор (соль, растворенная в воде) 0 -30 1455,4 -18
Этиленгликоль-вода 0 -10 1514,8 0
Этиленгликоль-вода 0 -30 1004,8 -34
Этанол-вода 0 -10 1293,4 0
Этанол-вода 0 -30 898,2 -31
Пропиленгликоль-вода 0 -10 1248,9 0
Пропиленгликоль-вода 0 -30 666,6 -47

Сущность изобретения

Целевой задачей является обеспечение способа и устройства для управления уровнем антифризов в теплообменных системах и таким образом оптимизации эффективности теплообменной системы.

Задача решается при помощи способа, как определено в п.1, и устройства, как определено в п.4.

Настоящее изобретение обеспечивает способ и устройство для оптимизации уровня антифриза в жидком теплоносителе в теплообменной системе. Способ включает в себя определение требуемого уровня антифриза, по меньшей мере, частично, на основании температуры сред, в которые теплообменная система будет подавать тепло, контролируя существующий уровень антифриза в жидком теплоносителе. Антифриз добавляется в жидкий теплоноситель, если существующим уровнем является заданное количество, которое меньше требуемого уровня, и удаляется из жидкого теплоносителя, если существующим уровнем является заданное количество, которое больше требуемого уровня.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения требуемый уровень антифриза определяется также на основании длительных измерений температуры приточных сред. В качестве альтернативы или в качестве дополнения прогнозы погоды, получаемые от внешнего источника, могут быть использованы в процессе определения. Посредством сбора и анализа статистических данных выбранных уровней антифриза при разных наружных температурах и эффективной температуры жидкого теплоносителя может быть сделана автоматическая адаптация к местной установке и условиям.

Теплообменная система в соответствии с настоящим изобретением передает тепло из первой среды во вторую среду при помощи жидкого теплоносителя, причем тепло улавливается теплоприемным блоком (225) и подается блоком (230) подачи тепла при жидкостной связи друг с другом. Теплоприемный блок содержит сепаратор, выполненный с возможностью отделения средства антифриза от жидкого теплоносителя, смеситель для вторичного смешивания, выполненный с возможностью добавления антифриза в жидкий теплоноситель, и датчик температуры, регистрирующий температуру первой среды, установленный перед блоком подачи тепла. Блок управления анализирует данные температуры и управляет сепаратором с целью удаления антифриза из жидкого теплоносителя или смесителем для вторичного смешивания с целью добавления антифриза в жидкий теплоноситель, если необходимо. Блок управления может дополнительно содержать средство внешней связи для получения прогнозов наружной температуры или погоды.

Благодаря устройству и способу настоящего изобретения можно оптимизировать уровень антифриза в теплообменной системе относительно наружной температуры и условий. Это, в свою очередь, предотвращает ненужную низкую теплопроводность и, следовательно, низкую эффективность рекуперации системы.

Варианты осуществления настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Другие цели, преимущества и новые отличительные особенности настоящего изобретения станут понятными из нижеследующего подробного описания настоящего изобретения при рассмотрении совместно с прилагаемыми чертежами и формулой изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет подробно описано со ссылкой на чертежи, на которых:

фиг.1 изображает схематический вид теплообменной системы известного уровня техники для вентиляции;

фиг.2 изображает схематический вид системы управления антифризом в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3 изображает схему последовательности операций способа управления уровнем антифриза в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание настоящего изобретения

Принцип настоящего изобретения будет описан со ссылкой на схематический чертеж на фиг.2. Теплообменная система 200 в соответствии с настоящим изобретением представлена в качестве примера в вентиляционной системе 100, содержащей канал 105 для прохождения приточного воздуха, оснащенный вентилятором 110 для принудительной подачи воздуха в помещения. Канал 115 для прохождения выходящего воздуха отводит воздух из помещений с помощью вентилятора 120. Жирные стрелки показывают направление потока воздуха. Канал 115 для прохождения выходящего воздуха содержит теплоприемный блок 225, например, в виде радиатора. Канал 105 для прохождения приточного воздуха содержит блок 230 подачи тепла, предпочтительно также в виде радиатора. Теплоприемный блок 225 соединен с блоком 230 подачи тепла при помощи трубок 235, которые составляют часть теплообменной системы 200. Теплообменная система 200 может дополнительно включать в себя один или более циркуляционных насосов, клапаны и расширительные баки, и т.д., которые для специалиста в данной области техники являются известными средствами для создания такой циркуляционной системы. Жидкий теплоноситель с определенным уровнем антифриза циркулирует в теплообменной системе (тонкие стрелки показывают направление потока жидкого теплоносителя). Тепло выходящего воздуха нагревает жидкий теплоноситель в теплоприемном блоке 225, и жидкий теплоноситель передает тепло в блок 230 подачи тепла, который нагревает приточный воздух. Антифриз снижает риск замерзания жидкого теплоносителя в блоке 230 подачи тепла, в котором жидкий теплоноситель охлаждается.

В соответствии с настоящим изобретением, теплообменная система 200 содержит индикатор 240 уровня антифриза, сепаратор 245 для антифриза и смеситель 250 для вторичного смешивания антифриза. Сепаратор 245 и смеситель 250 для вторичного смешивания предпочтительно соединены при помощи трубок 255, 260, которые включают в себя соответственно емкости для воды 265 и антифриза 270. Конструктивное исполнение, качества и габаритные размеры индикатора 240 уровня антифриза, сепаратора 245 и смесителя должны выбираться в соответствии с рассматриваемой теплообменной системой и, в частности, в соответствии с используемым антифризом или антифризами. Индикатор 240 уровня антифриза может непосредственно измерять уровень жидких теплоносителей и/или получать их характеристики другими способами, например посредством измерения плотности и вязкости жидкого теплоносителя. Таким образом, индикатор 240 уровня антифриза может быть предназначен для определения свойств жидкого теплоносителя.

Теплообменная система предпочтительно содержит ряд датчиков: датчик 275 температуры приточного воздуха, установленный в канале 105 для прохождения приточного воздуха перед блоком 230 подачи тепла. Датчик 275 температуры приточного воздуха может быть предназначен для выдачи информации о действительной охлаждающей способности приточного воздуха, т.е. учитывая поток воздуха. В качестве альтернативы датчик 275 температуры приточного воздуха укомплектован датчиком 276 расхода. Датчик 280 температуры жидкого теплоносителя установлен непосредственно в направлении потока жидкого теплоносителя после блока 230 подачи тепла. В качестве альтернативы датчик 280 температуры жидкого теплоносителя установлен внутри блока 230 подачи тепла. Для эффективного управления процессами теплообменная система 200 содержит дополнительные датчики температуры, отслеживающие, например, температуру приточного воздуха после блока 230 подачи тепла и выходящего воздуха. Расположение датчиков 277 и 278 температуры перед и после теплоприемного блока 225 в канале 105 для прохождения выходящего воздуха может обеспечить важное измерение эффективности теплоприемного блока и, следовательно, также свойств жидкого теплоносителя.

Теплообменной системой управляет блок 285 управления, который соединен с сепаратором 245, смесителем 250 для вторичного смешивания, индикатором 240 уровня антифриза и датчиками 275, 280 температуры. В целях наглядности чертежа эти соединения не показаны. Соединения могут быть проводными или беспроводными. Блок 285 управления может включать в себя средства внешней связи, способные принимать прогнозы погоды, особенно температуры. Блок 285 управления также выполнен с возможностью приема и хранения зависимости между уровнем и точкой кристаллизации антифриза для, по меньшей мере, одного, но предпочтительно ряда антифризов. Кроме того, комбинацией антифризов предпочтительно должен управлять блок 285 управления. Блок 285 управления может быть выполнен, например, в виде персонального компьютера или специального программируемого логического контроллера и предпочтительно соединяться с аппаратурой автоматического регулирования, обычно используемой в вентиляционных системах большого размера.

В соответствии со способом настоящего изобретения, теплообменная система 200 всегда обеспечивает соответствующий уровень антифриза в зависимости от наружных условий, в основном наружной температуры. Это обеспечивается при помощи описанных выше средств.

Способ в соответствии с настоящим изобретением будет описан со ссылкой на схему последовательности операций на фиг.3 и включает следующие этапы:

305: определение требуемого уровня антифриза, L. Определение предпочтительно выполняется блоком 285 управления и основано, по меньшей мере, на температуре приточного воздуха, отслеживаемой датчиком 275 температуры приточного воздуха. Делается ссылка на известное соответствие между точками кристаллизации и уровнем антифриза для конкретной присадки или комбинации присадок. Если, например, температура приточного воздуха равна X градусов, уровень L определяется как уровень антифриза, обеспечивающий точку кристаллизации заданного количества жидкого теплоносителя ниже температуры X.

310: контроль существующего уровня N антифриза. Данный этап предпочтительно выполняется посредством использования индикатора 240 уровня антифриза. В качестве альтернативы существующий уровень может быть расчетной величиной.

315: сравнение существующего уровня N антифриза с требуемым уровнем L, и если

315:1 - существующий уровень N ниже требуемого уровня L, N<L, посылается команда в смеситель 250 для вторичного смешивания с целью добавки антифриза в жидкий теплоноситель. Количество определяется на основании разности между существующим уровнем и требуемым уровнем, L-N;

315:2 - существующий уровень N выше требуемого уровня L, N>L, посылается команда в сепаратор 245 для удаления некоторого количества антифриза из жидкого теплоносителя. Количество определяется на основании разности между требуемым уровнем и существующим уровнем, N-L.

320: в используемом по выбору этапе блок управления отслеживает необходимость в теплообмене, например летом теплообменная система отключается или остается в состоянии покоя, в котором насосы и т.д. приводятся в действие с заданными интервалами для приведения к требуемым условиям.

Процесс добавления или удаления антифриза в/из жидкого теплоносителя обычно не является мгновенным процессом. Предпочтительно данный процесс должен выполняться по большей части ежедневно и даже более предпочтительно еженедельно, т.е. оптимизация уровня антифриза должна быть связана с длительными периодами колебаний, например сменами сезонов, а не кратковременными периодами колебаний, например ежедневными или ежечасными колебаниями температуры. Следовательно, продолжительность оптимизации должна выбираться с учетом сложности операций удаления/вторичного смешивания. Если, например, для выполнения операции удаления требуется порядка дня, оптимизация должна, по меньшей мере, выполняться еженедельно. С другой стороны, если имеется в распоряжении быстрый и оперативный способ удаления, может быть рассмотрен более короткий период оптимизации.

Этап определения требуемого уровня антифриза, L, этап 305, может включать ряд подэтапов:

305:1 - получение температуры приточного воздуха, регистрируемой датчиком 275 температуры приточного воздуха.

305:2 - контроль долговременных изменений температуры приточного воздуха, например, посредством анализа производной от температуры/времени или определения среднего значения в течение заданного периода времени, например недели или пары дней.

305:3 - получение внешней информации в виде прогноза температуры от внешнего источника. Такие прогнозы, которые могут автоматически прерываться, можно получить из метеорологической службы, например, по Интернету. В качестве альтернативы могут быть использованы статистические данные температуры для данного местоположения.

305:4 - использование внутренних статистических данных, полученных на основании зависимостей между температурой приточного воздуха, предварительно выбранными уровнями антифризов для данной температуры и эффективной температурой жидкого теплоносителя, измеренной датчиком 280 температуры.

305:5 - использование информации, полученной с этапов 305:2-305:4 или некоторых из этапов, для определения требуемого уровня антифриза, L.

В основном, колебания температуры являются довольно медленными. Однако иногда температура может изменяться очень быстро. Внезапное повышение температуры не вызывает проблем, за исключением временной низкой эффективности, но внезапный перепад наружной температуры, который больше, чем учитываемый коэффициентом надежности, описанным выше, может стать причиной замерзания жидкого теплоносителя в блоке 230 подачи тепла или около него. Это можно предотвратить посредством контроля температуры жидкого теплоносителя, как описано, при помощи дополнительного и используемого по выбору этапа:

325: непрерывный контроль датчиком 280 температуры жидкого теплоносителя для определения того, что достигает ли температура точки замерзания, связанной с существующим уровнем антифриза. Если достигнута точка замерзания, необходимо включить смеситель 245 для вторичного смешивания с целью добавления антифриза в жидкий теплоноситель.

Этап 325 можно рассматривать как надежную корректировку нормальной работы и обычно должен выполняться в соответствии с предупреждением или уведомлением, выданными оператору.

Сбор и анализ статистических данных температуры и технических характеристик этапа 305:4 могут быть использованы для обеспечения местной адаптации рекомендованных составов смесей, обычно поставляемых производителем антифриза. Потенциальное замерзание в блоке 230 подачи тепла будет зависеть не только от температуры и потока приточного воздуха, но также от параметров проектирования и реализации, например, если теплообменная система 200 расположена в нагретых помещениях, скорости потока жидкого теплоносителя, геометрии блока 230 подачи тепла и т.д. Посредством сравнения, например, температуры приточного воздуха с температурой жидкого теплоносителя указание выдается на основании местных требований по добавлению антифриза. Если, например, установлено, что жидкий теплоноситель никогда не охлаждается ниже -5°C независимо от температуры приточного воздуха, то необязательно устанавливать уровень антифриза, который обеспечивает точку замерзания ниже данной температуры. Следовательно, блок управления может корректировать соответственно свой перечень соответствия температур и уровня антифриза. С другой стороны, если температура жидкого теплоносителя постоянно ниже изначально предполагаемой температуры вследствие мощного потока приточного воздуха, например, перечень соответствия должен быть изменен для указания более высокого уровня антифриза для данной наружной температуры. Примеры способа определения уровня антифриза с использованием хранимых перечней и каким образом они могут быть использованы будут приведены ниже.

Один пример местных факторов, оказывающих влияние на эффективность теплообмена. A. Melinder в «Термофизических свойствах жидких вторичных холодильных агентах», KTH 1998 г., описал, каким образом поток в трубках теплообменника в сочетании со свойствами жидкого теплоносителя оказывает влияние на теплообмен. Теплообмен описывается уравнением:

hturb = Fhturb · w0,8/d0,2 [W/(m2K)], (1)

где w - это скорость жидкости в трубках теплообменника, и d - это диаметр трубок, Fhturb - это коэффициент теплопередачи для турбулентного потока и описывается уравнением:

Fhturb = 0,023k2/3 · (ρ·Cp)1/3 · ν1/3·0,8.

Для ламинарного потока соответствующим соотношением будет:

hturb = Fhturb · (w/(d - L))1/3 [W/(m2K)] (2)

и Fhturb будет описываться уравнением Fhturb = 1,86k2/3 ·(ρ·Cp)1/3.

На основе этих данных могут быть получены таблицы, представленные в качестве примера таблицами 2 и 3, для антифриза на основе хлорида натрия и этиленгликоля соответственно. Эти таблицы могут быть использованы в качестве перечня соответствия, используемого в способе в соответствии с настоящим изобретением для определения соответствующего уровня антифриза. Этот начальный перечень соответствия может быть изменен в соответствии с собранными статистическими данными, если во время работы, как описано выше, определено, что теплоотдача не происходит как, например, ожидалось. Одним изменением могло бы быть измерение теплоотдачи при помощи датчиков 278 и 277 температуры перед и за теплоприемным блоком 225 для определения экспериментальной теплоотдачи для данного условия, например данной наружной температуры и уровня антифриза. Результат может быть сравнен с начальными перечнями соответствия, которые изменяются, если обнаружено несоответствие. Изменение может быть сделано с некоторыми предположениями также для других температур/уровней по сравнению с измеренными условиями. Таким образом, будет возможным изменение перечней соответствия, что дополнительно повысит эффективность и гибкость системы и способа работы в соответствии с настоящим изобретением.

Способ отделения, используемый в сепараторе 245, зависит, в основном, от типа выбранного антифриза, но предпочтительно также от требований относительно объема и ожидаемого колебания температуры, т.е. времени, затрачиваемого на осуществление процесса. Обычно для двух основных групп антифризов, основанных на растворах солей, например солях щелочных металлов, и антифризов, основанных на органических соединениях, например спирте или этиленгликоле, требуются совершенно разные способы отделения. Несколько способов для обеих категорий известны в области техники, и устройства имеются в продаже. Антифризы, основанные на углеводородах, могут быть отделены от воды при помощи, например, способов фильтрации, электродиализа, способов с центрифугированием или при помощи грязеотстойников/гравитационных емкостей. Соли, используемые в некоторых антифризах, можно отделять при помощи различных электромеханических способов, например электролиза. Примеры должны рассматриваться в качестве неограничивающих примеров.

Смешивание является обычно менее сложным процессом, чем удаление. Однако есть необходимость следить за тем, чтобы смесь жидкого теплоносителя получалась однородной и чтобы в нее не попали воздух или загрязняющие вещества.

Средства антифриза имеются в продаже под торговой маркой, например, DowthermTM, DowfrostTM, DowcalTM (на основе этилена/пропилена) от компании Dow Chemical Company and TemperTM (на основе соли) от компании Temper Technology AB.

Способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением никоем образом не ограничиваются теплообменными системами для вентиляции. Те же проблемы могут возникнуть, например, в солнечных панельных устройствах, системах для отопления теплиц, системах для подогрева дорог, на взлетно-посадочных полосах и в уличных пешеходных зонах, в которых настоящее изобретение с модификациями, которые очевидны для специалиста в данной области техники, может быть преимущественно использовано.

Таким образом, на основании описанного настоящего изобретения будет понятно, что настоящее изобретение может быть изменено при помощи многих способов. Подразумевается, что такие изменения не должны рассматриваться как отход от сущности и объема настоящего изобретения и что все такие модификации, как должно быть понятно специалисту в данной области техники, входят в объем нижеследующей формулы изобретения.

Таблица 2

Таблица 3

1. Способ оптимизации уровня антифриза в жидком теплоносителе теплообменной системы, в котором теплообменная система подает тепло приточному воздуху, и температура приточного воздуха контролируется (305:1), и уровень антифриза в жидком теплоносителе зависит от температуры приточного воздуха, отличающийся тем, что содержит этапы:
контроля (305:4) температуры жидкого теплоносителя;
определения (305) требуемого уровня антифриза на основании, по меньшей мере, температуры приточного воздуха, которому теплообменная система будет подавать тепло, и статистических данных, полученных на основании зависимостей между температурой приточного воздуха, предварительно выбранными уровнями антифриза, связанными с данной температурой приточного воздуха, и эффективной температурой жидкого теплоносителя;
управления (310) существующим уровнем антифриза в жидком теплоносителе;
добавления (315:1) антифриза в жидкий теплоноситель, если существующим уровнем является заданное количество, которое ниже требуемого уровня, и удаления (315:2) антифриза из жидкого теплоносителя, если существующим уровнем является заданное количество, которое выше требуемого уровня.

2. Способ по п.1, в котором на этапе (305) определения определение требуемого уровня также основано на длительных изменениях температуры среды.

3. Способ по любому из пп.1-2, в котором на этапе (305) определения, определение требуемого уровня также основано на внешней информации в виде прогноза температуры от внешнего источника.

4. Теплообменная система (200), передающая тепло от первой среды второй среде через жидкий теплоноситель, причем тепло улавливается теплоприемным блоком (225) и передается блоком 230 подачи тепла при жидкостной связи друг с другом, причем теплообменная система содержит:
сепаратор, выполненный с возможностью отделения антифриза от жидкого теплоносителя;
смеситель для вторичного смешивания, выполненный с возможностью добавления антифриза в жидкий теплоноситель;
первый датчик (275) температуры, отслеживающий температуру первой среды, перед блоком (230) подачи тепла и отличается наличием второго датчика (280) температуры, отслеживающего температуру жидкого теплоносителя; и
блок (285) управления, соединенный с сепаратором (250), смесителем (245) для вторичного смешивания, а также первым и вторым датчиками (275, 280) температуры, причем блок выполнен с возможностью анализа данных температуры, предоставленных датчиками (275) температуры, и предписывает сепаратору отделения антифриза от жидкого теплоносителя или смесителю для вторичного смешивания добавление антифриза в жидкий теплоноситель на основании текущих данных температуры и статистических данных, полученных на основании зависимостей между температурой приточного воздуха, предварительно выбранными уровнями антифриза, связанными с данной температурой приточного воздуха, и эффективной температурой жидкого теплоносителя.

5. Теплообменная система (200) по п.4, в которой блок управления содержит средство внешней связи для приема прогнозов наружной температуры или погоды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устойчивым к коррозии, проводящим жидкий поток частям оборудования и оборудованию, включающему в себя одну или более таких частей. .

Изобретение относится к аппаратам, предназначенным для работы с обладающими высокой коррозионной активностью химическими веществами, которые требуют специальной, эффективной и долговечной защиты аппарата от возможной коррозии.

Изобретение относится к области очистки труб теплообменников чистящими телами в виде шаров. .

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в химической, нефтехимической, энергетической и других отраслях промышленности, где осуществляется нагрев или охлаждение технологических жидкостей и растворов.

Изобретение относится к атомной и теплоэнергетике и может быть использовано в металлургической, стекольной и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к способам консервации котлов после останова со снижением давления до атмосферного, и может быть применено для консервации барабанных, прямоточных и водогрейных котлов.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в котельных установках, теплоиспользующих установках и тепловых электрических станциях.
Изобретение относится к теплотехнике, в частности к теплообменнику отработавших газов, и способу его изготовления

Изобретение относится к области защиты систем теплоснабжения от коррозии и накопления отложений

Изобретение относится к области теплотехники и может быть применено в радиаторах отопительных и охлаждающих установок

Изобретение относится к области энергетики, в частности к способам предотвращения отложений на стенках теплообменных каналов, и может быть применено в энергоустановках многоразового использования на жидких углеводородных горючих

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при изготовлении теплообменников, работающих при высоких давлениях и температурах в условиях высокой агрессивности технологических текучих сред. Оборудование, включающее пучок труб, для процессов теплообмена, включающее титановую облицовку и ряд труб, состоящих из по меньшей мере одного слоя циркония, размещенного в контакте с указанными текучими средами, причем трубная решетка, в которую вставлены указанные трубы, включает внешний слой из циркония или его сплава и нижележащий слой из титана, приваренный к облицовке оборудования. Указанное оборудование применяют, в частности, в качестве теплообменника, например в качестве стриппинг-колонны в цикле высокого давления процессов синтеза мочевины. Технический результат - снижение количества антикоррозионного материала, применяемого для облицовки, упрощение технологии изготовления, а также повышение долговечности и безопасности оборудования. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к холодильному контуру. Сущность изобретения: холодильный контур (3) для бытовой техники, в частности бытовой техники для охлаждения, такой как холодильники и морозильники, включает первый теплообменник (5), выполненный с возможностью гидравлического сообщения с компрессором (4), обеспечивающий охлаждение проходящей через него охлаждающей текучей среды и ее переход по существу в жидкую фазу. Также он включает второй теплообменник (7), гидравлически сообщающийся с указанным первым теплообменником (5) и действующий в пространстве (2), подлежащем охлаждению. Второй теплообменник (7) обеспечивает частичный переход охлаждающей текучей среды в газообразную фазу с поглощением тепла, посредством чего охлаждается указанное пространство (2). Охлаждающая текучая среда циркулирует от первого теплообменника (5) ко второму теплообменнику (7) и, таким образом, поступает в компрессор (4) для следующего цикла. Капиллярное устройство (6), расположенное между первым теплообменником (5) и вторым (7) теплообменником, для расширения указанной охлаждающей текучей среды. Один из указанных первого теплообменника (5) и второго теплообменника (7) включает гибкую трубу (9), причем участок указанной трубы (9) имеет такой гофрированный профиль, который придает ей гибкость, и указанная труба (9) в сечении включает слой (100) из пластмассы и слой (101), включающий металлический материал. Металлический слой (101) соединен со слоем пластмассы, а указанный металлический материал выполнен с возможностью образования барьера против влаги. Указанный слой (100) из пластмассы представляет собой слой, конструкционное назначение которого состоит в сохранении формы трубы (9), и предпочтительно изготовлен из термопластичного материала. Металлический слой (101) является гибким, не выполняет функции опорной конструкции и включает однослойную металлическую пленку или многослойную пленку, включающую одну или несколько металлических пленок, соединенных или не соединенных со слоем материала, выполненного с возможностью сохранения формы. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности теплообмена и обеспечение водонепроницаемости. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 27 ил., 1 табл.
Изобретение относится к технологии защиты и консервации металла внутренних поверхностей оборудования закрытых систем теплоснабжения. Способ осуществляется введением в теплоноситель реагента, который представляет собой смесь твердого и жидкого парафинов. В диапазоне температур теплоносителя от 26 до 300°C под действием рабочих условий происходит диспергация реагента в теплоносителе до размера коллоидных частиц. При содержании в теплоносителе до 0,5% объема водной части теплоносителя реагент способен предотвратить взаимодействие водной части теплоносителя с поверхностями металла и шламовых частиц за счет формирования жидкофазного слоя, исключающего любые виды коррозии, образование коррозионно-накипных и шламовых отложений. Преимуществами реагента являются незначительный расход, низкая стоимость, отсутствие токсичности, экологическая безопасность, простота хранения, приготовления, применения и аналитического контроля. Технический результат - повышение надежности и качества теплоснабжения, повышение эффективности защиты металла внутренних поверхностей оборудования, а также снижение затрат на эксплуатацию и ремонт.

Изобретение относится к теплотехнике и может использоваться при изготовлении пластинчатых теплообменников. Пластинчатый теплообменник блочного типа содержит пакет (30) теплообменных пластин, которые включают первую теплообменную пластину (51) и вторую теплообменную пластину (52). По меньшей мере часть каждой из первой теплообменной пластины (51) и второй теплообменной пластины (52) содержит покрытие, которое: i) имеет толщину слоя 1-30 мкм, ii) приготовлено с применением золь-гель технологии, iii) содержит оксид кремния (SiOx), имеющий атомное соотношение O/Si>1, и iv) содержит ≥5 или ≥10 атомных процентов углерода (С). Технический результат - сохранение покрытия на областях, на которые оно нанесено, в течение длительного времени работы теплообменника. 11 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл.
Наверх