АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ОБОГРЕВА ПОМЕЩЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F24D3/02 F25B11/00 

Изобретение относится к области автономного получения тепла при высоких экологических показателях. Может широко использоваться для обогрева бытовых и производственных помещений.

В качестве аналога использован бытовой воздухонагреватель ВА-100 на дизельном топливе тепловой мощностью 100 кВт производства ООО "Полиматик" (109316, Москва, Остаповский проезд, 13). Дизельное топливо по аналогу сжигается в топочном устройстве, из которого продукты сгорания с помощью дымохода поступают в окружающую среду. Воздух для нагрева помещения засасывается из атмосферы вентилятором и, проходя через теплообменник, нагревается теплом продуктов сгорания дизельного топлива. Стоимость воздухонагревателя на декабрь 1998 года равна 58.000 руб.

Основным недостатком технического решения по аналогу являются низкие экологические показатели воздухонагревателя, обусловленные сжиганием дизельного топлива в топке ВА-100 и выбросом продуктов сгорания в окружающую среду.

Известно техническое решение по патенту Великобритании N 2237373, F 25 29/00, 1989, принятое за прототип. Техническое решение по прототипу содержит воздушную турбину, компрессор, образующие турбокомпрессор, и приводящий его электродвигатель, теплообменник, расположенный по потоку между турбиной и компрессором, запорно-регулирующие устройства и соединительные воздуховоды, образующие проточную часть агрегата. В зависимости от положения запорно-регулирующих устройств агрегат обеспечивает либо подогрев, либо охлаждение помещения, обслуживаемого этим агрегатом, при достаточно высоких экологических показателях: нет сжигания топлива и выноса продуктов сгорания в окружающую среду.

Однако недостатками технического решения по прототипу являются сложность его конструктивного выполнения, обусловленная использованием теплообменника, а также низкая эффективность использования теплового потенциала источника тепла при реальном значении коэффициента термической эффективности теплообменника.

Задачами предлагаемого изобретения являются упрощение системы обогрева помещения и повышение эффективности использования теплового потенциала источника тепла. Эти задачи решаются тем, что автономная система обогрева помещения содержит воздушный компрессор с приводом, воздушную турбину с потребителем мощности, причем вход воздушной турбины сообщен с атмосферой, а ее выход - с эжектором, активная часть которого соединена с выходом воздушного компрессора, потребителем мощности турбины является жидкостной насос, а выход эжектора подсоединен к жидкостной емкости с устройством отвода воздуха и жидкостная емкость через жидкостный насос подсоединена к замкнутому обогревательному контуру, частично размещенному в обогреваемом помещении.

Заявителю неизвестны технические решения, содержащие признаки, схожие с признаками, отличающими заявленное решение от прототипа, что позволяет считать предложенное решение патентоспособным.

Конструктивная схема автономной системы обогрева помещений представлена на чертеже. Она включает воздушный компрессор 1 с выходом 2 и приводом 3, воздушную турбину 4 со входом 5 и выходом 6, жидкостной насос 7, включенный в замкнутый обогревательный контур 8, эжектор 9 с активной частью 10 и выходом 11, жидкостную емкость 12 с устройством 13 отвода воздуха, обогреваемое помещение 14.

Работа системы, представленной на фиг. 1, осуществляется следующим образом. При поступлении воздуха повышенных давления и температуры от выхода 2 воздушного компрессора 1, вращаемого приводом 3, к активной части 10 эжектора 9 на выходе 6 воздушной турбины 4 создается разрежение, что приводит к всасыванию воздуха из атмосферы через вход 5 и вращению турбины 4. Вращение турбины 4 приводит во вращение жидкостной насос 7, который перекачивает нагретую жидкость из жидкостной емкости 12 с помощью замкнутого контура 8 через помещение 14. Жидкость в емкости 12 нагревается за счет прохождения через нее теплого воздуха, поступающего из эжектора 9 через его выход 11, и уходящего из нее в атмосферу через устройство 13. Теплый воздух образуется в эжекторе 9 в результате смешения горячего воздуха после компрессора 1 и холодного воздуха после турбины 4.

В результате прямого контакта теплого воздуха с жидкостью в емкости 12 повышается эффективность использования теплового потенциала горячего воздуха повышенного давления и упрощается конструкция системы обогрева помещения из-за отсутствия теплообменника, как это выполнено в прототипе. Высокие экологические показатели рассмотренной системы достигаются, как и в прототипе, отсутствием подогрева за счет сжигания топлива. При использовании в качестве привода 3 электродвигателя рассмотренная система выгодно отличается от бытовых обогревателей типа масляных радиаторов, т.к. позволяет осуществлять активный циркуляционный обогрев помещения за счет использования жидкостного насоса 7. При этом на привод насоса 7 не затрачивается дополнительная энергия, в то время как тепловая мощность компрессора, равная мощности привода 3, практически полностью используется на обогрев помещения 14.

Для иллюстрации изложенного приводим результаты расчета системы. схематично представленной на фиг. 1, при следующих исходных данных:
1. Давление воздуха за компрессором 1, МПа ... 0,7
2. Температура воздуха за компрессором 1, K ... 600
3. Расход воздуха через компрессор 1, кг/с ... 1,05
4. Давление воздуха на выходе 6, МПа ... 0,07
5. КПД турбины 4 ... 0,7
6. Температура наружного воздуха, K ... 288
Расчеты при использовании приведенных исходных данных показывают, что при работе представленной на фиг. 1 системы достигается мощность турбины 4 - 18,4 кВт, расход теплого воздуха через эжектор 9 - 1,83 кг/с с температурой 447 K. Это позволяет реализовать тепловую мощность до 300 кВт, что достаточно для обогрева более 3000 метров помещения 14.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для обогрева помещений в населенных пунктах, в которых затруднен подвоз топлива и важны высокие экологические показатели.

В настоящее время изготовлен опытный образец системы автономного обогрева помещений. Планируется испытать опытный образец в 1999 году в ЗАО НГТ "Энергия" (Краснодарский край).

В автономной системе обогрева помещения вход воздушной турбины сообщен с атмосферой, а ее выход - с эжектором. Активная часть эжектора соединена с выходом воздушного компрессора. Потребителем мощности воздушной турбины является жидкостной насос. Выход эжектора подсоединен к жидкостной емкости с устройством отвода воздуха. Жидкостная емкость через жидкостной насос подсоединена к замкнутому контуру обогрева помещения. Использование изобретения позволит упростить систему обогрева помещения и повысить эффективность использования теплового потенциала источника тепла. 1 ил.

Автономная система обогрева помещения, содержащая воздушный компрессор с приводом, воздушную турбину с потребителем мощности, отличающаяся тем, что вход воздушной турбины сообщен с атмосферой, а ее выход - с эжектором, активная часть которого соединена с выходом воздушного компрессора, потребителем мощности воздушной турбины является жидкостной насос, а выход эжектора подсоединен к жидкостной емкости с устройством отвода воздуха и жидкостная емкость через жидкостной насос подсоединена к замкнутому обогревательному контуру, частично размещенному в обогреваемом помещении.