устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений

Классы МПК:F24F5/00 Системы и устройства кондиционирования воздуха, не отнесенные к группам  1/00 или  3/00
F25B29/00 Комбинированные нагревательные и охладительные системы, например работающие одновременно или попеременно
F24F3/147 с передачей тепла или влажности между подаваемым и уносимым воздухом
Патентообладатель(и):Мазий Василий Иванович (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-09-30
публикация патента:

Устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений при помощи электроэнергии центробежных воздушных насосов, аммиачного теплового насоса управляемого электродвигателя, теплообменников, радиаторов, управляемого редукционного клапана, реверсивных электродвигателей, терморегуляторов, реле давлений. В режиме воздушного отопления и вентиляции помещений аммиачный тепловой насос (АТН) при кипении NH3 отнимает тепло от воздуха помещений и выбрасывает воздух помещений в атмосферу с температурой, равной температуре атмосферы. В режиме воздушного охлаждения и вентиляции помещений АТН при кипении NH3 отнимает тепло от атмосферного воздуха и охлажденный воздух выбрасывает в помещения. Обеспечивает свежий воздух и постоянный климат помещений с колебанием температуры воздуха помещений от +20 до +25°С при воздушном отоплении и колебания температуры воздуха помещений от +25 до +20°С при воздушном охлаждении помещений. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

Формула изобретения

1. Устройство воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений, состоящее из: электродвигателей, аммиачного теплового насоса, центробежных нагнетателей воздуха, теплообменников, радиаторов, запорных вентилей, термореле, реле давлений, отличающееся тем, что в режиме воздушного отопления и вентиляции помещений заборник атмосферного воздуха (2) связан с входом в центробежный нагнетатель (3), выход из которого связан с входом в воздушно-аммиачный радиатор (4), выход из которого связан с выходным соплом нагретого воздуха помещений (5); далее заборник воздуха помещений (6) связан центробежным нагнетателем (7), выход из которого связан с входом в воздушно-аммиачный радиатор (16), выход из которого связан с выходным соплом (9); далее выход аммиачного компрессора (10) связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник (11), выход из которого связан с входом в управляемый редукционный клапан (13), выход из которого связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник (8), выход из которого связан с входом в аммиачный компрессор (10); далее в режиме воздушного охлаждения и вентиляции помещений заборник атмосферного воздуха (19) связан с центробежным нагнетателем (7), выход из которого связан с воздушно-аммиачным радиатором (16), выход из которого связан с входом в выходное сопло воздушного охлаждения и вентиляции помещений (24); далее заборник воздуха помещений (25) связан с входом в центробежный нагнетатель (3), выход из которого связан с входом в воздушно-аммиачный радиатор (4), выход из которого связан с выходным соплом воздушного охлаждения и вентиляции помещений (30); далее выход аммиачного компрессора (10) связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник (11), выход из которого связан с входом в управляемый редукционный клапан (13), выход из которого связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник (8), выход из которого связан с входом в аммиачный компрессор (10); далее центробежный нагнетатель (7), аммиачный компрессор (10), электродвигатель (17), центробежный нагнетатель (3) - все установлены на одном валу.

2. Способ воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений состоит в том, что для целей воздушного отопления, воздушного охлаждения и вентиляции помещений используется аммиачный тепловой насос, который в режиме отопления и вентиляции помещений и в режиме охлаждения и вентиляции помещений обеспечивает постоянный климат помещений с колебанием температуры воздуха помещений от +20 до +25 при воздушном отоплении и колебания температуры воздуха помещений от +25 до +20 при воздушном охлаждении помещений.

3. Способ по п.2 обеспечивается при воздушном отоплении и вентиляции помещений при помощи аммиачного теплового насоса с параметрами (см. фиг.1, фиг.2 режим отопления) Т14н '-10°С Р14=f(Тн) и термореле атмосферного воздуха (15), реверсивным электродвигателем (14), управляемым редукционным клапаном (13), и реле давления (35), которое обеспечивает Р23-conCt и Т23-conCt.

4. Способ по п.2 обеспечивается при воздушном охлаждении и вентиляции помещений при помощи аммиачного теплового насоса с параметрами (см. фиг.1, фиг.2 режим охлаждения) Т23н'+10°С; P 2=P3=F (Тн') и термореле (33), реверсивным электродвигателем (32), реостатом управления (31) и электродвигателем (17) и реле давления (35), которое обеспечивает Р14-conCt и Т12 -conCt.

Описание изобретения к патенту

Изобретение «Устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений» относится к области энергетики и может использоваться в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Для отопления и охлаждения: жилых помещений, железнодорожных вокзалов, станций метро, вагонов пассажирских поездов, квартир жителей города и села.

Известны электрические приборы для подогрева воздуха помещений, известны кондиционеры для охлаждения воздуха помещений. Основной их недостаток состоит в том, что они используют тепло, которое вырабатывает электрический ток, поэтому их КПД не может быть больше единицы.

В изобретении «Устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений» используется энергия электрического тока не непосредственно для выработки тепла, а используется для привода аммиачного теплового насоса (АТН), который отнимает тепло от воздуха, добавляет к этому теплу тепло от сжатия паров аммиака и передает это суммарное тепло помещению.

При этом в режиме воздушного отопления и вентиляции помещений аммиачный компрессор отнимает тепло от атмосферного наружного воздуха, а в режиме охлаждения и вентиляции помещений, аммиачный компрессор отнимает тепло от воздуха самих помещений.

В первом случае тепло подается в помещения, во втором случае тепло выводится из помещений.

Экономия электроэнергии в «Устройстве и способе воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений» определяется коэффициентом теплопроизводительности аммиачного теплового насоса «устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 » и коэффициентом эффективности производства электроэнергии «устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 э» который составляет в лучшем случае не более устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 э=0,4.

Таким образом коэффициент эффективности «Устройства и способа воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений» рассчитывается по формуле устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 от=устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 э, и при устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 2,5 устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 отустройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 1,0.

На фиг.1 изображена кинематическая схема «Устройства и способа воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений», где:

1 - помещение

2 - заборник атмосферного воздуха при воздушном отоплении и вентиляции помещений

3 - центробежный нагнетатель подачи воздуха в воздушно-аммиачный радиатор (4)

4 - воздушно-аммиачный радиатор

5 - выходное сопло нагретого воздуха помещений

6 - заборник воздуха помещений воздушного отопления

7 - центробежный нагнетатель подачи воздуха в воздушно-аммиачный радиатор (16)

8 - аммиачно-воздушный теплообменник охлаждения воздуха

9 - выходное сопло воздушного отопления, установленное на выходе из помещений

10 - аммиачный компрессор АТН

11 - аммиачно-воздушный теплообменник

12 - ресивер (сборник) жидкого аммиака

13 - управляемый редукционный клапан

14 - реверсивный электродвигатель управления редукционным клапаном (13)

15 - термореле атмосферного воздуха в системе воздушного отопления помещений

16 - воздушно-аммиачный радиатор

17 - электродвигатель

18 - реверсивное термореле включения и отключения электродвигателя (17)

19 - заборник атмосферного воздуха при воздушном охлаждении и вентиляции помещений

20 - запорный вентиль, отключения и включения воздушного охлаждения помещений, на входе в центробежный нагнетатель (7)

21 - запорный вентиль, отключения и включения воздушного отопления помещений, на входе в центробежный нагнетатель (7)

22 - запорный вентиль, включения и отключения воздушного отопления помещений, на выходе из аммиачно-воздушного теплообменника (8)

23 - запорный вентиль, включения и отключения воздушного охлаждения помещений, на выходе из воздушно-аммиачного теплообменника (16)

24 - выходное сопло воздушного охлаждения и вентиляции помещений, установленное в помещении

25 - заборник воздуха помещений при воздушном охлаждении и вентиляции помещений

26 - запорный вентиль, включения и отключения воздушного охлаждения и вентиляции помещений, на входе в центробежный нагнетатель (3)

27 - запорный вентиль, включения и отключения воздушного отопления и вентиляции помещений, на входе в центробежный нагнетатель (3)

28 - запорный вентиль, включения и отключения воздушного отопления и вентиляции помещений, на выходе из воздушно-аммиачного радиатора (4)

29 - запорный вентиль, включения и отключения воздушного охлаждения и вентиляции помещений, на выходе из воздушно-аммиачного радиатора (4)

30 - выходное сопло воздушного охлаждения и вентиляции помещений установленное на выходе из помещений

31 - реостат управления оборотами электродвигателя (17)

32 - реверсивный электродвигатель управления реостатом (31)

33 - термореле воздушного охлаждения помещений установленное в атмосферном воздухе.

34 - реле давления установленное в аммиачно-воздушном теплообменнике (11)

35 - реле давления установленное в аммиачно-воздушном теплообменнике (8).

На фиг.2 изображен термодинамический цикл аммиачного теплового насоса в координатах абсолютная температура (Т К) в функции энтропии (устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 ).

Где: линия а-к - начало кипения аммиака. Точка «к» точка критическая параметров аммиака.

линия к-б - линия конца кипения аммиака.

линия 1-2 - адиабата сжатия паров NH3

линия 2-3 - изотерма (изобара) конденсации паров NH3

линия 3-2 - адиабата расширения аммиака

линия 4-1 - изотерма (изобара) кипения NH3

S2 - энтропия точки «2»

S 3 - энтропия точки «3»

Работа «Устройства и способа воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений» в режиме отопления и вентиляции помещений

(см. кинематическую схему «режим отопления» фиг.1(а), 2(а).

В этом случае запорные вентили (20) (23) (26) и (29) закрываются, а запорные вентили (21) (22) (27) и (28) открываются.

Кинематическая схема «Устройства и способа воздушного отопления, воздушного охлаждения и вентиляция помещения»

(см. Фиг.1)

Заборник атмосферного воздуха (2) связан с входом в центробежный нагнетатель (3), выход из которого связан с входом в воздушно-аммиачный радиатор (4) выход из которого связан с выходным соплом нагретого воздуха помещений (5); далее: заборник воздуха помещений (6) связан центробежным нагнетателем (7) выход из которого связан с входом в воздушно-аммиачный радиатор (16) выход из которого связан с выходным соплом (9); далее выход аммиачного компрессора (10) связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник (11), выход из которого связан с входом в управляемый редукционный клапан (13) выход из которого связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник (8) выход из которого связан с входом в аммиачный компрессор (10); далее: в режиме воздушного охлаждения и вентиляции помещений заборник атмосферного воздуха (19) связан с центробежным нагнетателем (7) выход из которого связан с воздушно-аммиачным радиатором (16) выход из которого связан с входом в выходное сопло воздушного охлаждения и вентиляции помещений (24); далее: заборник воздуха помещений (25) связан с входом в центробежный нагнетатель (3) выход из которого связан с входом в воздушно-аммиачный радиатор (4) выход из которого связан с выходным соплом воздушного охлаждения и вентиляции помещений (30); далее: выход аммиачного компрессора (10) связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник (11) выход из которого связан с входом в управляемый редукционный клапан (13) выход из которого связан с входом в аммиачно-воздушный теплообменник (8) выход из которого связан с входом в аммиачный компрессор (10); далее: центробежный нагнетатель (7), аммиачный компрессор (10), электродвигатель (17), центробежный нагнетатель (3) - все установлены на одном валу.

Термореле (18) включения и выключения электродвигателя (17) отрегулировано на включение электродвигателя при Tmin=293 К (+20°С) минимальная температура воздуха в помещении и на выключение электродвигателя (17) при Tmax=298 К (+25°С) максимальная температура воздуха в помещении.

Термореле (15) отрегулировано на обеспечение температуры АТН, T1=Tн'-10°С

Реле давления 35 отключается, реле давления 34 включается.

Аммиачный тепловой насос отбирает тепло от воздуха помещений и с добавкой тепла полученного от сжатия паров NH 3 в аммиачном компрессоре (10) АТН передает суммарное тепло, при конденсации паров NH3 аммиачно-воздушном теплообменнике (11), атмосферному воздуху движущемуся в воздушно-аммиачном радиаторе (4). Температура Т2 - const и равна T2=T max+10°С. Температура атмосферного воздуха поступающего в воздушно-аммиачный радиатор (4) равна Tн'

Термореле (33) отключено.

Реостат (31) установлен на постоянные обороты электродвигателя (17). Реле давления (34) обеспечивает постоянство давления NH3 (P2=P3) при изменении давления (Р14).

Температура (T1) кипения NH3 является функцией давления P1, т.е. T1=F(P1) и обеспечивается редукционным клапаном (13), реверсивным электродвигателем (14) и термореле (15).

Работа «Устройства и способа воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений» в режиме охлаждения и вентиляции помещений

(см. кинематическую схему «режим охлаждения фиг.1(б), 2(б))

В этом случае запорные вентили (21) (22) (27) и (28) закрываются, а запорные вентили (20) (23) (26) и (29) открываются.

Термореле (15) отключается. Реле давления (34) отключается, реле давления (35) включается.

Электродвигатель (17) совместно с реостатом (31), реверсивным электродвигателем (32) и термореле (33) обеспечивает температуру T2=T max+10°С;

Температура (T2 ) конденсации NH3 является функцией давления (Р 2), т.e. T2=Ф(Р2) и обеспечивается термореле (33), реостатом (31) и электродвигателем (17).

Реверсивное термореле (18) включает электродвигатель (17) при (Tmax=298°K) и выключает электродвигатель при (Tmin=293°K). Реле давления (35) обеспечивает постоянство давления (P14). При изменении давления (P2=P3).

T max - максимально допустимая температура помещений.

Tmin - минимально допустимая температура помещений.

Изготовление «Устройства и способа воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений» возможно, так как указанные на кинематической схеме (см. фиг.1) узлы и агрегаты широко используются в технике (электродвигатели, тепловые насосы, теплообменники, радиаторы, запорные вентили).

Изготовление «Устройства и способа воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений» подтверждается элементарным термодинамическим расчетом.

Расчет производим в удельных параметрах по теплосодержаниям и абсолютным температурам с учетом изменения теплосодержания атмосферного воздуха при постоянном давлении (устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 ) с изменением температуры Т К.

Расчет аммиачного теплового насоса при работе «Устройства и способа воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений» в режиме воздушного отопления и вентиляции помещений

(см. кинематическую схему «Устройства и способа воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений» работающего в режиме отопления).

Принимаем: T max=298 К (+25°С) - максимальная температура помещений

Tmin=293 K (+20°C) - минимальная температура помещений

Тн'=263 К (-10°С)

При этих условиях параметры АТН

T1=T4=(Tн'-10°С)=263-10=253°К (-20°С)

T2=T3=(T max+10°С)=298+10=308°K (+35°С)

Соответственно давление аммиака в контуре АТН в зоне кипения аммиака (аммиачно-воздушного теплообменника (8)) при T1 =T4=253°К рассчитываем, используя термодинамические экспериментальные данные изложенные в справочнике тепло-физических свойств аммиака.

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

Q308устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 0 - тепло конденсации аммиака при Т23=308 K и Р23=13,7999устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

Q253устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 0 - тепло кипения аммиака при T1 4=253 К; P1=P4=1,9644устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 .

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

Qак - тепло эквивалентное мощности потребной, для привода аммиачного компрессора (10) Q ак=Q308устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 0-Q253устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 0=268,4572-225,2333=43,2239 кк

Эффективный КПД при производстве электроэнергии устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 э=0,4.

Экономия электроэнергии при воздушном отоплении помещений, в нашем случае, составляет устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 от=устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 э.

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 от=2,48 экономия электроэнергии 148%

Расчет аммиачного теплового насоса при работе «Устройства и способа воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений» в режиме воздушного охлаждения и вентиляции помещений

(см. кинематическую схему «Устройства и способа воздушного отопления воздушного охлаждения и вентиляции помещений» режим охлаждения).

Принимаем: Tmax =298 K (+25°С) - максимальная температура помещений

Tmin=293 K (+20°С)- минимальная температура помещений

Tн'=313 K (+40°С)

При этих условиях параметры АТН

T1 =Tmin-10°C; T2=Tн'+10°C

Принимаем: Tmax=298 K (+25°С)- максимальная температура помещений

Tmin=293 K (+20°С) - минимальная температура помещений.

Tн '=313 K (+40°С)

При этих условиях параметры АТН

T2=313+10=323 K (+50°С)

Т1=293-10=283 K (+10°С)

Соответственно давление аммиака в контуре АТН в зоне кипения аммиака (аммиачно-воздушный радиатор (16)) при T1 4=283°K рассчитываем, используя термодинамические экспериментальные данные изложенные в справочники теплофизических свойств аммиака

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

Q323 - тепло конденсации аммиака при

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560

устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 от=устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 устройство и способ воздушного отопления воздушного охлаждения   и вентиляции помещений, патент № 2490560 э=8,0043×0,4=3,2 экономия электроэнергии 220%.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2490560

patent-2490560.pdf

Класс F24F5/00 Системы и устройства кондиционирования воздуха, не отнесенные к группам  1/00 или  3/00

составная конденсационная установка для системы охлаждения -  патент 2524905 (10.08.2014)
устройство для тепловлажностной обработки воздуха -  патент 2522069 (10.07.2014)
наружный модуль кондиционера воздуха -  патент 2520015 (20.06.2014)
система обеспечения микроклимата -  патент 2519907 (20.06.2014)
способ тепловлажностной обработки воздуха с утилизацией тепла -  патент 2512892 (10.04.2014)
приточно-вытяжная установка с утилизацией тепла -  патент 2493501 (20.09.2013)
ветровой термоэлектрический кондиционер -  патент 2490559 (20.08.2013)
термоэлектрическая система климат-контроля -  патент 2482396 (20.05.2013)
кондиционер и вихревой аппарат для него -  патент 2473019 (20.01.2013)
устройство для тепловлажностной обработки воздуха -  патент 2473018 (20.01.2013)

Класс F25B29/00 Комбинированные нагревательные и охладительные системы, например работающие одновременно или попеременно

Класс F24F3/147 с передачей тепла или влажности между подаваемым и уносимым воздухом

утилизатор теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного -  патент 2499199 (20.11.2013)
устройство для сбережения тепла и кондиционирования воздуха в жилых зданиях -  патент 2476777 (27.02.2013)
устройство тепломассообмена -  патент 2473016 (20.01.2013)
способ вентиляции и кондиционирования воздуха и устройство для реализации способа (варианты) -  патент 2427765 (27.08.2011)
система воздушного охлаждения помещений и оболочка для кусков льда теплоизолированной камеры для льда такой системы -  патент 2411418 (10.02.2011)
высокотемпературный коаксиальный воздухонагреватель-теплообменник -  патент 2383823 (10.03.2010)
система кондиционирования воздуха с комбинированным косвенным охлаждением -  патент 2349841 (20.03.2009)
способ тепловлажностной обработки воздуха с утилизацией тепла -  патент 2346209 (10.02.2009)
электротеплоутилизатор с озонированием и рециркуляцией воздуха -  патент 2337276 (27.10.2008)
вентиляционная установка -  патент 2328660 (10.07.2008)
Наверх