КОНДИЦИОНЕР-ОТОПИТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК F24F5/00 F24D15/04 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в области применения реверсивных кондиционеров воздуха-устройств, охлаждающих воздух в жилых и иных помещениях в теплый период года и нагревающих эти помещения в холодное время года.

Известны воздушные кондиционеры, которые охлаждают воздух в помещениях в теплое время года, используя для этого испаритель, расположенный внутри помещений, отбирающий тепло от воздуха в комнате, компрессор с приводом, в котором сжимают пары рабочего тела, и конденсатор, в котором пары рабочего тела, претерпевая фазовый переход и, превращаясь в жидкость, отдают скрытую теплоту наружному воздуху. Известны устройства, осуществляющие нагрев, например, тепловые насосы, использующие тепло низкопотенциальных источников (см. "Описание изобретения к патенту Российской Федерации №2264585 С1", МПК F24D 17/02).

Известны воздушные реверсивные кондиционеры-отопители типа "воздух-воздух", в которых в холодное время года испаритель и конденсатор меняются местами, например, имеющие для целей реверсирования четырехходовой клапан. В них в холодный период года конденсатором служит теплообменник, находящийся внутри комнаты. И пары рабочего тела отдают тепло воздуху, находящемуся внутри помещений, тем самым отапливая эти помещения. Тепло при этом забирают у наружного воздуха в испарителе, которым в холодное время года служит внешний теплообменник.

Однако эти устройства могут работать только при относительно высоких температурах наружного воздуха, т.е. при температурах выше примерно -10°C. При более низких температурах наружного воздуха, которые часто наблюдаются, например в Сибири, коэффициент преобразования тепловой энергии падает, и отопление помещений с помощью подобных устройств становится не выгодным. При низких температурах работа таких устройств становится нежелательной так же из-за замерзания масла в компрессоре. Таким образом параллельно с имеющимся кондиционером-отопителем приходится иметь, как правило, качественно другие отопительные устройства, использующие топливо или подключенные к централизованным сетям теплоснабжения, например, приходится иметь котельные и использовать их для отопления помещений при относительно низких температурах и нести при этом соответственно дополнительные капитальные и эксплуатационные затраты.

Целью настоящего изобретения является обеспечение работы широкого класса кондиционеров-отопителей, в том числе на основе серийных изделий в качестве отопительных устройств, и при относительно низких температурах наружного воздуха и с сохранением относительно высокого коэффициента преобразования энергии.

Эта цель достигается тем, что кондиционер-отопитель, состоящий из находящегося внутри помещения теплообменника, работающего в летний период года как испаритель, и внешнего теплообменника с вентилятором, работающего в летний период как конденсатор, рабочего тела компрессора с электрическим приводом четырехходового клапана, и патрубков, связывающих названные агрегаты в единую установку с возможностью реверсирования ее работы, при котором внешний теплообменник работает в холодный период года как испаритель, согласно изобретению имеет в своем составе термосифоны, в виде вертикальных гравитационных тепловых труб, испарительные части которых погружены в грунт, а конденсаторные части выступают над поверхностью Земли и снабжены теплообменниками с воздухом, конденсаторные части тепловых труб с теплообменниками заключены вместе с внешним теплообменником и вентилятором в герметичный теплоизолированный кожух, снабженный люками с возможностью открытия последних для пропуска наружного воздуха во внутреннее пространство кожуха.

В частном случае люки могут быть оснащены приводами, их системой управления с датчиком температуры наружного воздуха с возможностью открытия люков при температуре наружного воздуха выше некоторой, заранее установленной, и закрытия люков при температуре ниже некоторой, заранее установленной.

На Фиг.1 приведена схема кондиционера-отопителя. На Фиг 2. изображен в разрезе наружный блок, представляющий собой объединение, заключенных в теплоизолированный кожух, вместе с вентилятором и его приводом, внешнего теплообменника и конденсаторных частей тепловых труб.

Кондиционер-отопитель состоит из находящегося внутри помещения теплообменника 1, служащего в летний период года испарителем, охлаждающим помещение, а в зимний период конденсатором, нагревающим помещение и наружного теплообменника 2, служащего в летний период конденсатором, а в зимний период испарителем и в этот период, забирающим тепло у наружного воздуха. Теплообменники посредством труб объединены в общую систему друг с другом и с компрессором 3. Вся система заполнена рабочим телом. Внутри теплоизолированного кожуха 4 размещены оребренные конденсаторные части тепловых труб 7. Они расположены во внутреннем воздуховоде 6 так, чтобы быть в потоке воздуха, проходящем через внешний теплообменник 2. В воздуховоде 6 расположен и вентилятор 5 с приводом. Испарительные части тепловых труб заглублены в грунт 8. Открытые участки тепловых труб снабжены теплоизоляцией 9. В кожухе 4 по обе стороны от теплообменника 2 установлены с возможностью открытия и закрытия люки 10 в закрытом положении, делающие теплоизолированный кожух 4 практически герметичным.

Работает устройство следующим образом. В летний период люки 10 открыты и воздух из атмосферы подается вентилятором 5 через внешний теплообменник 2, при этом гравитационные тепловые трубы 7 не меняют температуру воздуха, поскольку они работают как тепловые диоды, т.е. передают тепло снизу вверх только в холодный период, когда температура в районе их конденсаторных частей становится ниже температуры грунта. Воздух нагревается во внешнем теплообменнике 2, который в этот теплый период служит конденсатором и беспрепятственно покидает кожух 4. При необходимости в работе устройства на нагрев помещений с помощью четырехходового клапана (не показан) роли теплообменников 1 и 2 меняются местами и теплообменник 2 в этом случае работает на охлаждение наружного воздуха. Люки 10 закрываются в наиболее холодные периоды года при температурах меньше скажем минус 8°C. Воздух, перемещаемый вентилятором 5 через конденсаторные части тепловых труб 7 и, нагреваемый в этой части устройства, поступает далее на внешний теплообменник 2, служащий в этот период года испарителем, где воздух охлаждается и, далее, поскольку люки 10 закрыты, воздух возвращается назад через свободный канал, образованный внутренним воздуховодом 6 и внешним кожухом 4. Поскольку кожух 4 и люки 10 выполнены теплоизолированными, даже в сильные морозы почти все тепло, поступающее от более нагретого чем наружный воздух грунта, попадает на теплообменник 2. В межсезонье при умеренно низких температурах, скажем от плюс 5 до минус 8°C люки 10 открыты и воздух из окружающего пространства несколько нагреваясь в конденсаторной части тепловых труб 7, затем охлаждается в теплообменнике 2 и выходит наружу. В последнем случае реализуется промежуточный режим работы устройства, в котором тепло забирается теплообменником 2 как от наружного воздуха, так и от грунта.

Таким путем обеспечивается принципиальная возможность работы устройства в морозы и, при этом тепло грунта расходуется только в ограниченный период отопительного сезона. Поскольку внутри кожуха 4 поддерживается с помощью тепловых труб относительно высокая температура воздуха перед поступлением его в испаритель 2 коэффициент преобразования энергии будет оставаться достаточно высоким в течение всего отопительного сезона. Существенным положительным результатом является так же и то, что приводимое здесь устройство можно собрать на основе практически любого серийного кондиционера типа "воздух-воздух" с функцией получения тепла в холодный период года.

Кондиционер-отопитель предназначен для отопления и может быть использован в реверсивных кондиционерах воздуха. Кондиционер-отопитель состоит из находящегося внутри помещения теплообменника, работающего в летний период года как испаритель, и внешнего теплообменника с вентилятором, работающего в летний период как конденсатор, рабочего тела, компрессора с электрическим приводом, четырехходового клапана и патрубков, связывающих названные агрегаты в единую установку с возможностью реверсирования ее работы, при котором внешний теплообменник работает в холодный период года как испаритель. Он имеет в своем составе термосифоны в виде вертикальных гравитационных тепловых труб, испарительные части которых погружены в грунт, а конденсаторные части выступают над поверхностью земли и снабжены теплообменниками с воздухом, конденсаторные части тепловых труб с теплообменниками заключены вместе с наружным теплообменником и вентилятором в герметичный теплоизолированный кожух, снабженный люками с возможностью открытия последних для пропуска наружного воздуха во внутреннее пространство кожуха. Технический результат - повышение коэффициента преобразования тепловой энергии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Кондиционер-отопитель, состоящий из находящегося внутри помещения теплообменника, работающего в летний период года как испаритель, и внешнего теплообменника с вентилятором, работающего в летний период как конденсатор, рабочего тела, компрессора с электрическим приводом, четырехходового клапана и патрубков, связывающих названные агрегаты в единую установку с возможностью реверсирования ее работы, при котором внешний теплообменник в холодный период года служит испарителем, отличающийся тем, что он имеет в своем составе термосифоны, в виде вертикальных гравитационных тепловых труб, испарительные части которых погружены в грунт, а конденсаторные части выступают над поверхностью Земли и снабжены теплообменниками с воздухом, конденсаторные части тепловых труб с теплообменниками заключены вместе с внешним теплообменником и вентилятором в герметичный теплоизолированный кожух, снабженный люками с возможностью открытия последних для пропуска наружного воздуха во внутреннее пространство кожуха.2. Кондиционер-отопитель по п.1, отличающийся тем, что люки снабжены приводами, системой управления этими приводами с датчиком температуры наружного воздуха, с возможностью открытия люков при температуре наружного воздуха выше некоторой заранее установленной и закрытия люков при температуре ниже некоторой заранее установленной.