Способ и устройство для обогрева объектов

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к тепловым насосам, и может быть использовано для обогрева объектов. Разделяют воздушный поток на холодную и горячую составляющие. Энергия давления подаваемого воздуха трансформируется в холодный и горячий потоки. Далее холодный воздух выбрасывают в атмосферу и забирают из атмосферы более теплый воздух, чем выбрасываемый. Горячий поток с остаточным давлением подается на вход цилиндра высокого давления. Устройство для обогрева содержит компрессор, за ним первый теплообменник, соединенный выходом с входом в вихревую трубу, патрубок холодного потока, соединенный с атмосферой. Компрессор выполнен двухцилиндровым. Патрубок ввода воздуха в компрессор из атмосферы подключен к первому цилиндру. На линии горячего потока установлен второй теплообменник, обогревающий объект, выход которого соединен патрубком с входом во второй цилиндр компрессора. Выходы из обоих цилиндров соединены с первым теплообменником. Техническим результатом является повышение эффективности обогрева и обеспечение экологической безопасности. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике, а точнее к тепловым насосам и может быть использовано для обогрева жилых, производственных помещений или иных объектов путем разделения воздушного потока на холодную и горячую составляющие, трансформации энергии давления подаваемого воздуха в холодный и горячий потоки, последующего выброса холодного воздуха в атмосферу и забора из атмосферы более теплого воздуха, чем выбрасываемый.

Известны различные конструкции тепловых насосов, которые наиболее часто содержат компрессор, конденсатор, испаритель, теплообменник, дроссельный клапан в качестве запорно-регулирующей трубопроводной арматуры, а в качестве хладагентов служат, как правило, фреоны. Эффективность таких насосов зависит от перепада температур между хладагентом и наружным теплоносителем и возможности отбора тепла, определяющейся нижней температурой фреона, которая составляет около -30°С; при этом коэффициент преобразования (отношение полученной теплоты к затраченной работе) составляет около 4 ед. Недостатками известных тепловых насосов являются опасность загрязнения окружающей среды фреонами, аммиаком и др., а также неработоспособность при температурах ниже температуры жидкого фреона.

Известен тепловой насос [Пиралишвили Ш.А., Поляев В.М., Сергеев М.Н. Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения. / Под ред. А.И. Леонтьева. - М.: УНПЦ «Энергомаш», 2000. - 412 с.], содержащий компрессор, подключенный через теплообменный аппарат к устройствам вихревой трубы с дополнительным потоком и низкотемпературной вихревой трубы. Выход подогретого потока низкотемпературной трубы соединен с приосевой зоной вихревой трубы с дополнительным потоком. Выход подогреваемого потока вихревой трубы с дополнительным потоком через теплообменный аппарат подключен к активному соплу эжектора. Выход охлажденного потока вихревых труб через низкотемпературный источник тепла присоединен к пассивному соплу эжектора, играющего роль сжимающего холодный поток устройства. Камера смешения эжектора соединена со входом в компрессор, привод которого осуществляется от электромотора. К недостаткам указанного теплового насоса относятся: сложность конструкции, низкий коэффициент полезного действия за счет использования эжектора.

Известно использование вихревых труб в качестве холодильников. В парокомпрессорной холодильной машине [Пиралишвили Ш.А., Поляев В.М., Сергеев М.Н. Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения. / Под ред. А.И. Леонтьева. - М.: УНПЦ «Энергомаш», 2000. - 412 с.] вихревая труба использована как расширительное устройство с функциями конденсатора и переохладителя. Здесь горячая составляющая потока охлаждается на периферии вихревой трубы посредством контакта с водой, находящейся в межрубашечном пространстве. К недостаткам данного устройства можно отнести низкий к.п.д., а также то, что горячая составляющая потока не используется для обогрева какого-либо объекта.

Более близким к предлагаемому изобретению является тепловой насос [Патент RU 2152567, 10.07.20002], включающий компрессор с приводом, в который воздух поступает из атмосферы и из обогреваемого помещения с помощью смесителя, а подогретый воздух после вихревого энергоразделителя потока подается в обогреваемое помещение. Недостатком данного устройства является низкая эффективность за счет падения давления горячего потока при выпуске воздуха в обогреваемое помещение. Гораздо эффективнее подавать воздух в компрессор после теплообменника, т.е. без потери давления горячего потока.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является разработка экологически безопасного теплового насоса, обладающего высокой эффективностью благодаря использованию в качестве теплоносителя экологически безопасного вещества - воздуха. В предлагаемом решении отсутствуют дополнительный теплообменный аппарат и эжектор на горячем потоке, к.п.д. которого ниже, чем к.п.д. компрессора примерно в два раза, отработанный воздух выбрасывается в атмосферу, что упрощает конструкцию, а также снижены затраты энергии, потери температуры и давления горячего потока воздуха.

Технический результат достигается в способе работы устройства для обогрева, заключающемся в подаче сжатого воздуха двухцилиндровым компрессором с теплообменником за ним в вихревую трубу с патрубком холодного потока, который соединяют с атмосферой, из которой воздух направляют в двухцилиндровый компрессор, отличающемся тем, что с целью повышения эффективности обогрева патрубок горячего потока соединяют через теплообменник в обогреваемом объекте со входом цилиндра высокого давления двухцилиндрового компрессора, а воздух из цилиндров низкого и высокого давления направляют во входной патрубок вихревой трубы.

Предлагаемое устройство для обогрева приведено на фиг. 1-2.

На фиг. 1 изображена схема вихревой трубы: 1 - вход в улитку вихревой трубы, 2 - регулирующий клапан, 3 - направление движения горячего потока, 4 - выход холодного потока.

Устройство для реализации предлагаемого способа обогрева содержит (фиг. 2) двухцилиндровый компрессор 8 с теплообменником 7 за ним, вихревую трубу 5 с патрубком холодного потока 11, который соединен с атмосферой, при этом двухцилиндровый компрессор также соединен с атмосферой, отличающееся тем, что с целью повышения эффективности обогрева патрубок горячего потока 9 соединен через теплообменник 6 в обогреваемом объекте 10 с цилиндром высокого на входе давления двухцилиндрового компрессора, а выходы из цилиндров низкого и высокого давления соединены с входным патрубком вихревой трубы.

Вихревая труба 5 дает охлаждение на 50°С при давлении 3⋅105 Па, а горячий поток при этом будет иметь температуру около +45°С, что может быть использовано для обогрева помещения. В теплообменнике 7 после компрессора 8 (фиг. 2) воздух охлаждается до комнатной температуры. После вихревой трубы 5 горячий поток отдает тепло в помещение 10 через теплообменник 6. Теплообменник может быть в виде, например, теплого пола. После теплообменника 6 воздух охлаждается до комнатной температуры и поступает на вход в цилиндр компрессора 8. Холодный поток 11 выбрасывается в атмосферу, а вместо него в равном количестве во второй цилиндр компрессора поступает более теплый воздух 12 из атмосферы. Холодный поток можно получить более низкой температуры, повысив давление компрессоре. Тепло от компрессора поступает в помещение, в котором он находится. Компрессор 8 должен быть выполнен двухцилиндровым. На фиг. 2 цилиндры компрессора показаны без разреза, привод компрессора не показан.

Охладить воздух в вихревой трубе можно до -70°С…-100°С и менее, что увеличит перепад температур между наружным воздухом и охлажденным воздухом. Это дает возможность отбирать энергию из охлажденного наружного воздуха с температурой до -50°С, что невозможно в существующих тепловых насосах.

Таким образом, кроме электрической энергии, подведенной к компрессору, которая выделится в помещение в виде тепла, будет подведено дополнительное количество тепла с холодного воздуха атмосферы, пропорциональное разности температур между холодным воздушным потоком вихревой трубы и атмосферным воздухом.

Наиболее эффективной будет схема забора воздуха не из атмосферы, а из вентиляционного канала, где температура воздуха выше, чем атмосферного, а холодный поток также выбрасывается в атмосферу.

Предлагаемый способ и устройство для обогрева работает следующим образом: забираемый из атмосферы воздух предварительно до входа в компрессор получает тепло от других источников тепла, например, вентиляционных или канализационных каналов, земли, водоемов. Воздух в компрессоре сжимается и через теплообменник, расположенный за компрессором, поступает в вихревую трубу, где разделяется на горячую и холодную составляющие. Холодная составляющая воздуха выбрасывается в атмосферу за пределы обогреваемого объекта, а из атмосферы в другом месте забирается эквивалентное количество воздуха в компрессор. Горячая составляющая потока проходит через теплообменник в отапливаемом помещении и поступает через цилиндр высокого давления обратно в компрессор, где смешивается с полученным из атмосферы воздухом, вновь сжимается и процесс повторяется.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для обогрева позволят расширить область его применения и упростить конструкцию без использования фреона, снизить затраты на устройство системы обогрева, снизить эксплуатационные расходы системы обогрева, повысить уровень эксплуатационной надежности и эффективности. Отопительные системы на тепловых насосах компактны, не требуют запасов топлива (кроме электричества) и специальных коммуникаций - тепловых сетей и прочее, энергетически и экономически выгодны, и экологически безопасны. Предложенный способ и устройство для обогрева могут быть использованы для децентрализованного отопления в домашнем хозяйстве, в общественных зданиях, в промышленности, а также объектов, наружная температура которых ниже -30°С, например, в районах крайнего севера. Также предлагаемый способ и устройство для обогрева могут быть использованы в летательных аппаратах, ракетах, где для подачи воздуха в вихревую трубу используется набегающий поток (вместо компрессора) при их движении.

Источники информации:

1. Пиралишвили Ш.А., Поляев В.М., Сергеев М.Н. Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения. / Под ред. А.И. Леонтьева. - М.: УНПЦ «Энергомаш», 2000. - 412 с.

2. Патент RU 2152567, 10.07.2000.

1. Способ обогрева объектов, включающий подачу воздуха из компрессора через теплообменник в вихревую трубу, разделение воздуха в ней на холодную и горячую составляющие, сбрасывание холодного потока воздуха в атмосферу за пределы обогреваемого объекта и отбор из атмосферы эквивалентного количества воздуха в компрессор, отличающийся тем, что горячий поток воздуха подается в теплообменник, обогревающий объект, после которого поток воздуха вводится в дополнительный цилиндр компрессора, также соединенный с вихревой трубой.

2. Устройство для обогрева объектов, содержащее компрессор, за ним первый теплообменник, соединенный выходом с входом в вихревую трубу, патрубок холодного потока, соединенный с атмосферой, отличающееся тем, что компрессор выполнен двухцилиндровым, патрубок ввода воздуха в компрессор из атмосферы подключен к первому цилиндру, на линии горячего потока установлен второй теплообменник, обогревающий объект, выход которого соединен патрубком с входом во второй цилиндр компрессора, а выходы из обоих цилиндров соединены с первым теплообменником.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в комбинированных системах для нагрева и охлаждения. В вихревой трубе, содержащей завихритель и диффузор, соединенные вихревой трубкой, и патрубки холодного и горячего потоков, отверстия и центральные тела завихрителя и диффузора размещены по оси вихревой трубы, причем завихритель соединен с центральным телом радиальными лопатками, имеющими минимальный угол закрутки около центрального тела и максимальный около завихрителя, причем отверстие холодного потока выполнено кольцевым и размещено между завихрителем и вихревой трубкой.

Изобретение относится к устройствам для выделения жидкости из газового потока и может быть применено в газовой, нефтедобывающей, химической и других областях промышленности для осушки и очистки газов от дисперсной влаги, например, перед подачей углеводородных газов в магистральный газопровод для транспорта или для сжигания на энергетических установках.

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к газовой промышленности, и может быть использовано для охлаждения любых газов. Охлаждающий комплекс каскадной холодильной установки содержит корпус с размещенными в нем двумя теплообменниками, основным и дополнительным с вихревым охладителем, имеющим отвод газа низкого давления.

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к вихревым преобразователям энергии перепада давлений на газораспределительных и газоперекачивающих станциях магистральных трубопроводов.

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к вихревым преобразователям энергии перепада давлений на газораспределительных и газоперекачивающих станциях магистральных трубопроводов.

Изобретение относится к энергетике. Вихревая труба состоит из соплового ввода, камеры энергоразделения, дросселя для торможения горячего потока и диффузора.

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки природного или попутного нефтяного газов в сжиженный газ, представляющий собой пропан-бутановую фракцию.

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки попутного газа в товарную продукцию. Попутный газ, после отделения от него конденсата (нефтяных и бензиновых фракций), представляющий легкие фракции газа, охлаждают в теплообменнике, подвергают сепарации в центробежном сепараторе, в результате которой выделенный конденсат вместе с конденсатом после первичной сепарации поступает на разделение ректификацией на нефть и бензин, а легкие фракции подвергают двухступенчатому компремированию.

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки попутного газа в товарную продукцию. Способ заключается в том, что попутный нефтяной газ после охлаждения в рекуперативном теплообменнике сепарируют в многоступенчатом центробежном сепараторе от нефтебензиновых жидких фракций, водного конденсата и механических примесей, которые выводят для дальнейшей переработки на газофракционирующую установку, а газообразную фракцию направляют на двухступенчатое компремирование.

Изобретение относится к холодильной технике. .

Изобретение относится к тепловым насосам. Теплонасосная система содержит контур холодильного агента, компрессор, испаритель и контроллер, запрограммированный на размораживание испарителя в первом режиме размораживания.

Изобретение относится к стендам для проведения термодинамических исследований эффективности работы тепловых насосов. Испаритель, компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль, теплообменник-охладитель хладагента, установленный между конденсатором и регулирующим вентилем расположены последовательно.
Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в воздухоразделительных установках. Способ работы теплового насоса включает сжатие в компрессоре нагретой при охлаждении воздуха воды и нагрев до требуемого значения температуры газа, идущего на регенерацию адсорбента в блоке комплексной очистки воздуха.

Изобретение относится к области теплотехники, в частности - к теплонаносным устройствам. Оно может быть использовано в системах теплоснабжения жилых и производственных объектов, преобразующих тепловой ресурс окружающей среды либо утилизирующих теплоту промышленных сбросов.

Изобретение относится к теплонасосным установкам, использующим низкотемпературное тепло грунта для автономного отопления и горячего водоснабжения помещений. Внешний грунтовый контур для теплонасосной установки содержит помещенный в грунт горизонтальный трубчатый теплообменник, соединенный трубопроводами с теплообменником-испарителем теплового насоса с циркулирующим в нем низкотемпературным теплоносителем-рассолом, а также аккумулятор тепловой энергии, предназначенный для подогрева грунта.

Группа изобретений относится к нагревательному устройству с необратимым термодинамическим циклом. Устройство содержит низкотемпературный контур и высокотемпературный контур, в которых циркулируют первое и второе рабочие тела соответственно.

Изобретение относится к устройствам, использующим тепло низкотемпературных источников естественного или искусственного происхождения для получения воды, пригодной для отопления и горячего водоснабжения до температуры 50-70°С, в жилых домах, промышленных зданий, а также предприятий АПК.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к системам кондиционирования воздуха. .

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплосистемах, использующих тепловые насосы. .

Изобретение относится к тепловым насосам. Замкнутый контур содержит охлаждающую текучую среду и смазку, смешиваемую с охлаждающей текучей средой. Замкнутый контур содержит компрессор (1) текучей среды и обратный контур для возвращения текучей среды в компрессор. Компрессор расположен в замкнутом контуре между входом текучей среды и выходом текучей среды. Обратный контур находится в замкнутом контуре соответственно компрессору между выходом текучей среды и входом текучей среды и содержит конденсатор (2), редуктор (3) и испаритель (4). Обратный контур содержит первый трубопровод, проходящий между выходом текучей среды и конденсатором, второй трубопровод, проходящий между конденсатором и редуктором, третий трубопровод, проходящий между редуктором и испарителем, и четвертый трубопровод, проходящий между испарителем и входом текучей среды. Замкнутый контур содержит первое расширение (5) трубопровода обратного контура, содержащее патрубки (50), и текучая среда содержит смесь первого фреона R32 (дифторметан), второго фреона R125 (пентафторметан) и третьего фреона R134a (1,1,1,2-тетрафторэтан), а смазка содержит синтетическое полиэфирное масло. Техническим результатом является повышение термодинамического КПД теплового насоса. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к тепловым насосам, и может быть использовано для обогрева объектов. Разделяют воздушный поток на холодную и горячую составляющие. Энергия давления подаваемого воздуха трансформируется в холодный и горячий потоки. Далее холодный воздух выбрасывают в атмосферу и забирают из атмосферы более теплый воздух, чем выбрасываемый. Горячий поток с остаточным давлением подается на вход цилиндра высокого давления. Устройство для обогрева содержит компрессор, за ним первый теплообменник, соединенный выходом с входом в вихревую трубу, патрубок холодного потока, соединенный с атмосферой. Компрессор выполнен двухцилиндровым. Патрубок ввода воздуха в компрессор из атмосферы подключен к первому цилиндру. На линии горячего потока установлен второй теплообменник, обогревающий объект, выход которого соединен патрубком с входом во второй цилиндр компрессора. Выходы из обоих цилиндров соединены с первым теплообменником. Техническим результатом является повышение эффективности обогрева и обеспечение экологической безопасности. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх