УСТРОЙСТВО УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ И ХОЛОДА Российский патент 2005 года по МПК F28D11/02 

Изобретение относится к технике кондиционирования воздуха и предназначено для энергосбережения вторичных энергоресурсов.

Известны устройства для экономии тепла и холода, описанные в учебном пособии Ананьева В.А., Балуева Л.Н., Гольперина А.Д. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Теория и практика. М.: “Евроклимат”, Издательство “Арина”, 2000-416 с. К этим устройствам относятся перекрестноточные вращающиеся теплообменники и теплообменники с промежуточным теплоносителем.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются вращающийся теплообменник и теплообменник с промежуточным теплоносителем.

Теплообменник с промежуточным теплоносителем состоит из двух теплообменников, соединенных трубопроводами в замкнутый контур, по которым насосом прокачивается теплоноситель (этиленгликоль).

Недостатком теплообменника с промежуточным теплоносителем является снижение эффективности экономии энергии за счет потребления электроэнергии в приводе циркуляционного насоса для перекачивания промежуточного теплоносителя.

Вращающийся теплообменник - это устройство, в котором теплообмен происходит в результате аккумуляции тепла вращающейся регенеративной “насадкой”. Насадка представляет собой гофрированный лист из металла, свернутый так, чтобы были созданы каналы для горизонтального перетекания воздуха. Изготовленная в форме колеса, она вращается электродвигателем с редуктором и ременной передачей.

Недостатком вращающего теплообменника (прототип) является снижение эффективности экономии энергии за счет потребления электроэнергии для электродвигателя с клиноременной передачей вращения.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности утилизации вторичных энергетических ресурсов.

Поставленная цель достигается в устройстве утилизации теплоты и холода, содержащем вращающийся теплообменник, помещенный в корпус с отверстиями, разделенный перегородкой на две камеры, и привод вращения, причем согласно изобретению с целью повышения эффективности утилизации вторичных энергетических ресурсов теплообменник выполнен из гофрированного металла, обернутого вокруг запаянных трубок, предварительно заполненных легкокипящей жидкостью.

Согласно второму пункту изобретения привод вращения теплообменника выполнен из двух крыльчатых шестерней, кинематически соединенных с валом теплообменника.

Согласно третьему пункту изобретения привод вращения теплообменника выполнен в виде шнека, обвитого вокруг теплообменника и размещенного в кольцевом зазоре между корпусом устройства и теплообменником.

Согласно четвертому пункту изобретения привод вращения теплообменника выполнен в виде балансиров, симметрично прикрепленных к валу вращения теплообменника и изготовленных из изменяющих свою длину материалов, а само устройство устанавливается перегородкой перпендикулярно поверхности Земли.

Указанная цель также достигается использованием для вращения теплообменника напора, развиваемого приточно-вытяжными вентиляторами, или сил гравитации, а также теплоты парообразования и конденсации для интенсификации теплообмена.

Изобретение иллюстрируются графическими материалами, где

на фиг.1 схематично изображено устройство утилизации теплоты и холода с приводом от воздушного давления, создаваемого приточно - вытяжными вентиляторами системы вентиляции воздуха;

на фиг.2 схематично изображено устройство утилизации теплоты и холода с шнековым приводом от воздушного давления, создаваемого приточно-вытяжными вентиляторами системы вентиляции;

на фиг.3 схематично изображено устройство утилизации теплоты и холода с гравитационным приводом;

на Фиг. 4 – разрез А-А на фиг. 3.

Устройство содержит корпус 1 с перегородкой 2, отверстиями 3, сепараторами 4, конденсатоотводчиком 5, внутри которого соосно на валу с шестерней 6 установлен теплообменник 7. Внутри корпуса размещены две крыльчатые шестерни 8. Теплообменник 7 изготовлен из хорошо теплопроводящего гофрированного листа металла, обернутого вокруг запаянных трубок, предварительно заполненных легкокипящей жидкостью.

Устройство работает следующим образом. При прохождении через одну половину корпуса 1 теплого, отработанного в системе вентиляции воздуха происходит нагревание половины поверхности теплообменника 7 и парообразование легкокипящей жидкости в трубках теплообменника. Теплота для нагрева металла теплообменника и для фазового перехода легкокипящей жидкости в пар отбирается от отработанного в системе вентиляции воздуха. Под действием напора воздуха крыльчатые шестерни 8 поворачиваются вокруг своей оси и передают вращение на вал с шестерней 6. За счет этого теплообменник 7 поворачивается и переносит трубки с парами легкокипящей жидкости в другую половину корпуса 1. Другая половина корпуса 1 продувается приточным (холодным) потоком воздуха, поступающим в систему вентиляции. Нагретая половина теплообменника 7 отдает свою теплоту приточному воздуху. При этом пары легкокипящей жидкости в трубах конденсируются, передавая теплоту, выделяющуюся при фазовом переходе, также приточному воздуху.

При дальнейшем вращении теплообменника 7 процесс передачи теплоты от вытяжного воздуха к холодному приточному воздуху повторяется. Выделяющаяся из воздуха на поверхности теплообменника 7 влага задерживается сепараторами 4 и удаляется через конденсатоотводчик 5.

В летнее время, когда удаляемый из помещения воздух может быть холоднее, чем наружный приточный, устройство самостоятельно переходит из режима утилизации теплоты в режим утилизации холода. При этом энергия, затраченная для выработки холода в системе кондиционирования, используется для охлаждения приточного воздуха в том же самом устройстве.

Лопасти шнека 9 обвиты вокруг теплообменника 7 и размещены в кольцевом зазоре между корпусом 1 и теплообменником 9. Приточный и вытяжной воздух, проходя по кольцевому зазору между корпусом 1 и теплообменником 7 и воздействуя на лопасти шнека 9, приводит во вращение теплообменник 7. Все теплообменные процессы аналогичны процессам, проходящим в утилизаторе с крыльчатым приводом.

На валу теплообменника 7 симметрично размещены балансиры 10, выполненные из биметаллического материала, изменяющего свою длину при изменении температуры, или изготовленные в виде термосифонов, заполненных жидкостью с большим коэффициентом объемного расширения.

Гравитационный привод вращения теплообменника работает следующим образом. Устройство при монтаже систем вентиляции устанавливают в положение, при котором ось симметрии, соединяющая центры входных и выходных отверстий 3 воздуховодов, была горизонтальна поверхности Земли (или перегородка 2, разделяющая “холодную” и “теплую” половины теплообменника, была перпендикулярна поверхности Земли). При нагревании балансиров 10, находящихся в “теплой” половине устройства, происходит их перемещение от центра к периферии, а при охлаждении балансиров 10 в “холодной” половине устройства происходит их перемещение от периферии к центру. Таким образом, балансиры смещают центр тяжести теплообменника относительно оси вращения в сторону “теплой” половины, при этом под воздействием гравитационных сил возникает крутящий момент, который вращает теплообменник 7. Все теплообменные процессы происходят аналогично процессам в устройстве с крыльчатым или шнековым приводом.

Изобретение предназначено для применения в вентиляции и кондиционировании воздуха, а также может найти применение в энергосберегающих технологиях. Устройство утилизации теплоты и холода содержит вращающийся теплообменник, помещенный в корпус с отверстиями, разделенный перегородкой на две камеры, и привод вращения, причем, согласно изобретению, теплообменник выполнен из гофрированного металла, обернутого вокруг запаянных трубок, предварительно заполненных легкокипящей жидкостью. Кроме того, привод вращения теплообменника выполнен из двух крыльчатых шестерней, кинематически соединенных с валом теплообменника. Привод вращения теплообменника также может быть выполнен в виде шнека, обвитого вокруг теплообменника и размещенного в кольцевом зазоре между корпусом устройства и теплообменником. Привод вращения теплообменника также может быть выполнен в виде балансиров, симметрично прикрепленных к валу вращения теплообменника и изготовленных из изменяющих свою длину материалов, а само устройство устанавливается перегородкой перпендикулярно поверхности Земли. Изобретение позволяет повысить эффективность утилизации вторичных энергетических ресурсов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство утилизации теплоты и холода, содержащее вращающийся теплообменник, помещенный в корпус с отверстиями, разделенный перегородкой на две камеры, и привод вращения, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности утилизации вторичных энергетических ресурсов, теплообменник выполнен из гофрированного металла, обернутого вокруг запаянных трубок, предварительно заполненных легкокипящей жидкостью.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод вращения теплообменника выполнен из двух крыльчатых шестерён, кинематически соединенных с валом теплообменника.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод вращения теплообменника выполнен в виде шнека, обвитого вокруг теплообменника и размещенного в кольцевом зазоре между корпусом устройства и теплообменником.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод вращения теплообменника выполнен в виде балансиров, симметрично прикрепленных к валу вращения теплообменника и изготовленных из изменяющих свою длину материалов, а само устройство устанавливается перегородкой перпендикулярно поверхности Земли.