СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АЭРОДРОМА В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК F24D10/00 F24D11/02 F25B29/00 

Описание патента на изобретение RU2813579C1

Изобретение относится к энергетике, в частности к способам генерации высоко- и низкопотенциальной энергии для получения теплого и холодного воздуха при проведении эксплуатационных мероприятий на авиационной технике и для обеспечения энергосберегающего автономного отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования, а также для предотвращения оттаивания многолетнемерзлых слоев грунта под зданиями и сооружениями в районах Крайнего Севера.

Известен ряд способов для отопления зданий и сооружений парокомпрессионным тепловым насосом и установок для их осуществления [RU 2350847 C1, RU 2161759 C2, RU 2239129 C1, RU 2507453 C2, RU 2382281 C1, RU 2520003 C2]. Общим недостатком данных технических решений является то, что вырабатываемый тепловой потенциал, генерируемый при конденсации хладагента в конденсаторе теплового насоса, ограничен температурой не более 80°С, что не будет способствовать эффективному отоплению и горячему водоснабжению зданий и сооружений при температуре окружающей среды менее - 20°С. Решения не рассчитаны на создание системы оборотного кондиционирования помещений. Способы не предусматривают отвода части генерируемой тепловой энергии для осуществления смежных технологических процессов. Кроме того, холод вырабатываемый тепловым насосом при кипении хладагента в испарителе теплового насоса также не используется для реализации смежных технологических процессов, а отводится низкопотенциальным источникам тепла (грунту, воздуху, воде). Следовательно, принцип энергосбережения реализуется не в полной мере, а общего теплового потенциала недостаточно для отопления зданий, расположенных в районах Крайнего Севера.

Известен ряд способов сохранения свойств вечномерзлых слоев под зданиями и сооружениями посредством понижения температуры грунта либо нисходящими массами атмосферного воздуха [RU 2776017 C1], либо путем охлаждения рабочей жидкости с подачей в Т-образную тепловую сваю [RU 2256746 C2], либо с использованием теплового насоса для подготовки низкотемпературного энергоносителя с частичным покрытием тепловой нагрузки для сооружений [RU 2519012 C2] и установок для их осуществления.

В известных изобретениях не рассматривается задача подготовки низко- и высокопотенциальной энергии для получения теплого и холодного воздуха, их нельзя считать энергоэффективными, так как они не предусматривают получение энергоносителей в интервале температур от -18 до 120°С.

Известен способ теплоснабжения зданий и сооружений и установка для его осуществления при использовании парокомпрессионного теплового насоса [Шевцов С.А., Фетисов Е.В., Чернобровкин К.Ю. Теплонасосная технология сопряжения процессов хранения авиационного топлива и теплоснабжения помещений технико-эксплуатационной части // Военный инженер. - 2022. №2 (24). - С. 32-37].

Недостатком известного способа и установки для его осуществления является низкий температурный потенциал горячего теплоносителя для отопления и горячего водоснабжения, отсутствие подвода теплого и холодного воздуха для обеспечения эксплуатационных мероприятий на авиационной технике. Технология, реализуемая с помощью способа, не предусматривает систему оборотного кондиционирования помещений и аккумуляции холода под зданиями и сооружениями, препятствующей оттаиванию многолетнемерзлых слоев грунта от теплоты, выделяемой конструкциями строений, что может привести к их смещению и, как следствие, к разрушению. При высокой разнице между температурами конденсации и кипения хладагента реализация термодинамического цикла теплового насоса приводит к значительным энергетическим затратам на работу компрессора для сжатия фреона R-12 до заданного давления, а также сопровождаться необходимым усилением прочностных характеристик конструктивных элементов и повышением металлоемкости устройств и механизмов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ генерации и подвода теплоты грунта поверхностных слоев Земли к авиационной технике с использованием парокомпрессионного теплового насоса и установка для его осуществления [Шевцов С.А., Фетисов Е.В. Использование геотермальной энергии земли для генерации и подвода теплоты к авиационной технике в условиях Арктики // Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы. Арктика - регион стратегических интересов: правовая политика и современные технологии обеспечения безопасности в арктическом регионе: сборник мат-ов междунар. науч.-практ.конф. / Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России. - Санкт-Петербург, 2022. - С. 112-115].

Недостатком известного способа является отсутствие решений по аккумуляции холода под зданиями и сооружениями, препятствующих оттаиванию многолетнемерзлых слоев грунта от теплоты, выделяемой конструкциями строений. Отсутствует возможность подвода холодного воздуха к авиационной технике для осуществления эксплуатационных мероприятий при высоких температурах окружающей среды. Тепловой насос не предусматривает ступенчатого исполнения, а учитывая большую разницу в перепаде температур и давлений в испарителе и конденсаторе энергетические затраты на работу компрессора существенно увеличиваются. Для реализации способа необходимы значительные финансовые затраты на организацию контура рециркуляции охлаждающей жидкости, которая предусматривает бурение скважины глубиной до 200 м в условиях Севера. Отсутствует отвод тепла для обеспечения энергосберегающего автономного отопления и горячего водоснабжения зданий и сооружений, не предусмотрена система оборотного кондиционирования помещений. При этом не учтены основные принципы энергосбережения, связанные с максимальным использованием энергии теплоносителей различного температурного потенциала для реализации смежных задач.

Технической задачей изобретения является организация и повышение энергетической эффективности сопряженных технологических процессов генерации и подвода горячего и холодного воздуха к авиационной технике для осуществления эксплуатационных мероприятий, автономного отопления и горячего водоснабжения, кондиционирования помещений, а также предотвращения оттаивания многолетнемерзлых слоев грунта под зданиями в районах Севера, создание условий экологической и промышленной безопасности с возможностью применения возобновляемых источников энергии.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе генерации альтернативной энергии для функционирования аэродрома в условиях Севера предусматривается подготовка высокопотенциального энергоносителя, в качестве которого используют горячий воздух, и низкопотенциального энергоносителя, причем горячий воздух с температурой 100…120°С получают посредством рекуперативного теплообмена с конденсирующимся фреоном при температуре 130…140°С, а низкопотенциальный энергоноситель с температурой -14…-18°С получают за счет рекуперативного теплообмена с кипящим фреоном при температуре -26…-20°С; полученный горячий воздух разделяют на два потока и используют для проведения эксплуатационных мероприятий на авиационной технике и на нагревание промежуточного теплоносителя до температуры 70…90°С для системы автономного отопления и горячего водоснабжения; объединяют потоки отработанного горячего воздуха и возвращают на нагревание в режиме замкнутого цикла; охлажденный низкопотенциальный энергоноситель подают на предотвращение оттаивания многолетнемерзлых слоев грунта; полученный холодный воздух с температурой 10…14°С за счет рекуперативного теплообмена с отработанным низкопотенциальным энергоносителем отводят на проведение эксплуатационных мероприятий на авиационной технике и в систему оборотного кондиционирования здания; объединяют потоки отработанного холодного воздуха и возвращают на охлаждение в режиме замкнутого цикла. Причем установка для осуществления предлагаемого способа включает трехступенчатый парокомпрессионный тепловой насос, содержащий испаритель I ступени, испаритель-конденсатор ступени, испаритель-конденсатор ступени, конденсатор III ступени, компрессоры I, II и III ступеней и терморегулирующие вентили I, II и III ступеней, причем в конденсаторе III ступени осуществляют нагрев воздуха, а в испарителе I ступени осуществляют подготовку низкопотенциального энергоносителя; вентиляторы высокого давления горячего и холодного воздуха; распределители потока; трехходовые клапаны; воздушный коллектор, установленный вдоль мест стоянки авиационной техники для аккумулирования горячего или холодного воздуха, к которому через штуцеры подсоединяют гибкие рукава для подачи воздуха к воздушным судам; смесители; холодопримник для охлаждения воздуха; рекуперативный теплообменник для нагрева промежуточного теплоносителя; рециркуляционные насосы низкопотенциального энергоносителя и промежуточного теплоносителя; здание аэродромного комплекса, установленного на фундаменте; платформу со встроенной системой труб с патрубками входа и выхода низкопотенциального энергоносителя; линии рециркуляции хладагентов I, II и III ступеней парокомпрессионного теплового насоса; замкнутую линию подачи горячего воздуха, разделяемую распределителем потока на два контура, по одному из которых горячий воздух через трехходовой клапан направляют в воздушный коллектор, а по второму контуру направляют в рекуперативный теплообменник для нагрева промежуточного теплоносителя, в смесителе объединяют потоки отработанного горячего воздуха и подают в конденсатор третей ступени; линию рециркуляции низкопотенциального энергоносителя, в которой последовательно соединены испаритель I ступени, платформа со встроенной системой труб под фундаментом здания аэродромного комплекса и холодоприемник для передачи остаточного холода воздуху; замкнутую линию подачи промежуточного теплоносителя в систему автономного отопления и горячего водоснабжения здания аэродромного комплекса; линию рециркуляции холодного воздуха, по который холодный воздух через распределитель потока падают в воздушный коллектор для осуществления эксплуатационных мероприятий и в систему оборотного кондиционирования здания аэродромного комплекса, в смесителе объединяют потоки отработанного холодного воздуха и направляют в холодоприемник.

На фиг. 1 представлена схема установки для осуществления предлогаемого способа генерации альтернативной энергии для функционирования аэродрома в условиях Севера.

Установка содержит трехступенчатый тепловой насос, содержащий испаритель I ступени 1, испаритель-конденсатор I-II ступени 4, испаритель-конденсатор ступени 7, конденсатор III ступени 10, компрессоры I ступени 3, II ступени 6 и III ступени 9, терморегулирующие вентили I ступени 2, II ступени 5 и III ступени 8; вентиляторы высокого давления подачи воздуха 11, 32; распределители потока воздуха 12, 31; трехходовые клапаны 13, 19; места стоянки авиационной техники 14; воздушный коллектор 15; штуцеры 16; гибкие рукава 17; авиационная техника 18; смесители потока воздуха 20, 21; вентиль 22; здание аэродромного комплекса 23; фундамент здания аэродромного комплекса 24; платформа со встроенной системой труб 25; система автономного отопления и горячего водоснабжения 26; система оборотного кондиционирования 27; насосы 28, 33; рекуперативный теплообменник 29; холодоприемник 30; линии подачи: 1.0 - хладагент I ступени, 2.0 - хладагент II ступени, 3.0 - хладагент III ступени, 4.0 - горячий воздуха, 4.1 - горячий воздух на проведение эксплуатационных мероприятий, 4.2 - горячий воздух на подогрев воды; 5.0 - низкопотенциальный энергоноситель, 6.0 - промежуточный теплоноситель в системе автономного отопления, 6.1 - промежуточный теплоноситель для пополнения системы автономного отопления, 7.0 - холодный воздух, 7.1 - холодный воздух на проведение эксплуатационных мероприятий, 7.2 - холодный воздух для системы оборотного кондиционирования.

Предлагаемая схема позволяет реализовать способ генерации альтернативной энергии для функционирования аэродрома в условиях Севера следующим образом.

Высокопотенциальный энергоноситель, в качестве которого используют горячий воздух, по линии 4.0 подают в конденсатор III ступени 10 трехступенчатого парокомпрессионного теплового насоса, где он за счет рекуперативного теплообмена с конденсирующимся холодильным агентом III ступени нагревается до температуры 100…120°С. Полученный горячий воздух с заданной температурой с помощью вентилятора высокого давления 11 подают в распределитель потока воздуха 12, где его разделяют на два потока. По линии 4.1 через трехходовой клапан 13 высокопотенциальный энергоноситель одного потока направляют в воздушный коллектор 15, расположенный вдоль мест стоянки авиационной техники 14. По длине воздушного коллектора 15 с определенным шагом в зависимости от мест расположения авиационной техники предусмотрены штуцеры 16. При необходимости к штуцерам 16 подсоединяют гибкие рукава 17, по которым потоки горячего воздуха из воздушного коллектора 15 направляют в двигатели и кабины летательных аппаратов, в отсеки специального оборудования, на удаление льда с элементов планера, к местам проведения технического обслуживания авиационной техники для создания комфортных условий проведения эксплуатационных мероприятий при температуре окружающей среды менее 10°С. Отработанный горячий воздух выводят из воздушного коллектора 15 через трехходовой клапан 19 в линию 4.1. Другой поток горячего воздуха по линии 4.2 направляют в теплообменник 29 для нагрева промежуточного теплоносителя, используемого в системе автономного отопления и горячего водоснабжения здания аэродромного комплекса 23. Отдавший тепло горячий воздух в линиях 4.1 и 4.2 объединяют в смесителе 20 и по линии 4.0 подают в конденсатор III ступени 10 с образованием контура рециркуляции.

Низкопотенциальный энергоноситель, в качестве которого используют, например, Тосол А-65, получают в испарителе I ступени 1 трехступенчатого парокомпрессионного теплового насоса, доводя его температуру до -14…-18°С за счет рекуперативного теплообмена с кипящим хладагентом I ступени и с помощью насоса 33 по линии 5.0 подают в платформу со встроенной системой труб 25, установленной под фундаментом 24 здания аэродромного комплекса 23. Система труб в платформе 25 имеет патрубки входа и выхода и обеспечивает равномерное распределение Тосола А-65 под фундаментом 24 здания аэродромного комплекса 23. Тосол А-65 с заданной температурой заполняет систему труб платформы 25, поддерживая отрицательную температуру грунта под фундаментом 24, который в условиях Севера представляет собой слой вечной мерзлоты. Платформа со встроенной системой труб 25 препятствует оттаиванию многолетнемерзлых слоев грунта от воздействия теплоты, выделяемой зданием аэродромного комплекса в результате его эксплуатации, тем самым сохраняя его устойчивость, исключая предпосылки к разрушению конструкций здания. После платформы со встроенной системой труб 25 Тосол А-65 с температурой -6…-10°С направляют в холодоприемник 30 для передачи остаточного холода воздуху, который используют для эксплуатационных мероприятий на авиационной технике и оборотного кондиционирования здания аэродромного комплекса при температуре окружающей среды более 10°С. После холодоприемника 30 отработанный Тосол А-65 по линии 5.0 возвращают в испаритель I ступени 1 трехступенчатого парокомпрессионного теплового насоса для восстановления температурного потенциала с образованием замкнутого цикла.

Подготовленный холодный воздух за счет рекуперативного теплообмена с низкопотенциальным энергоносителем в холодоприемнике 30 с температурой 10…14°С вентилятором высокого давления 32 по линии 7.0 направляют в распределитель 31 и разделяют на два потока. Один поток холодного воздуха по линии 7.1 через трехходовой клапан 13 направляют в воздушный коллектор 15, а через штуцеры 16 с помощью гибких рукавов 17 подводят к авиационной технике для создания комфортных условий проведения эксплуатационных мероприятий при температуре окружающей среды более 10°С. Отработанный холодный воздух выводят из воздушного коллектора 15 через трехходовой клапан 19 в линию 7.1. Другой поток холодного воздуха по линии 7.2 направляют в систему оборотного кондиционирования 27 здания аэродромного комплекса 23 для создания комфортных условий жизнедеятельности в помещениях при температуре окружающей среды более 10°С. Отработанный холодный воздух в линиях 7.1 и 7.2 объединяют в смесителе 21 и по линии 7.0 подают в холодоприемник 30 для восстановления температурного потенциала с образованием замкнутого цикла.

В качестве промежуточного теплоносителя используют, например, воду. Нагретую в теплообменнике 29 воду до температуры 70…90°С за счет рекуперативного теплообмена с горячим воздухом насосом 28 по линии 6.0 подают в систему автономного отопления и горячего водоснабжения 26 здания аэродромного комплекса 23. По линии 6.1 с помощью вентиля 22 осуществляют пополнение убыли промежуточного теплоносителя в системе автономного отопления и горячего водоснабжения 26. После системы автономного отопления и горячего водоснабжения 26 воду направляют в теплообменник 29 для восстановления температурного потенциала с образованием замкнутого цикла.

Для создания необходимых температурных потенциалов энергоносителей трехступенчатый парокомпрессионный тепловой насос функционирует по термодинамическим циклам, представленных на фиг. 1.

Хладагент III ступени, в качестве которого используют, например, фреон R113 с температурой кипения 48°С и критической температурой 214°С, сжимают в компрессоре III ступени 9 до давления конденсации 0,8…1,0 МПа и по линии 3.0 направляют в конденсатор III ступени 10. Теплоту конденсации при температуре 130…140°С используют для получения горячего воздуха. Затем хладагент III ступени направляют в терморегулирующий вентиль III ступени 8, где он дросселируется до давления -0,1 МПа. С этим давлением хладагент III ступени поступает в секцию испарителя-конденсатора II-III ступени 7, где он кипит при температуре ~ 50°С. Пары хладагента III ступени по замкнутому циклу 5.0 направляют в компрессор III ступени 9, сжимают до давления конденсации и термодинамический цикл хладагента III ступени повторяется (фиг. 1, в).

Хладагент II ступени, в качестве которого используют, например, фреон R600 с температурой кипения -12°С и критической температурой 135°С, сжимают в компрессоре II ступени 6 до давления конденсации ~ 0,5 МПа и по линии 2.0 направляют в испаритель-конденсатор II-III ступени 7. Температура кипения хладагента III ступени фреона R113 соответствует температуре конденсации хладагента II ступени фреона R600, что создает условия сопряжения работы II и III ступеней трехступенчатого теплового насоса. После компрессионного сжатия хладагент II ступени направляют в терморегулирующий вентиль II ступени 5, где он дросселируется до давления ~0,1 МПа. С этим давлением хладагент II ступени поступает в секцию испарителя-конденсатора I-II ступени 4, где он кипит при температуре ~ 0°С.Пары хладагента II ступени по замкнутому циклу 2.0 направляют в компрессор II ступени 6, сжимают до давления конденсации и термодинамический цикл хладагента II ступени повторяется (фиг.1, б).

Хладагент I ступени, в качестве которого используют, например, фреон R134a с температурой кипения -27°С и критической температурой 102°С, сжимают в компрессоре I ступени до давления конденсации ~ 0,3 МПа и по линии 1.0 направляют в испаритель-конденсатор I-II ступени 4. Температура кипения хладагента II ступени фреона R600 соответствует температуре конденсации хладагента I ступени фреона R134a, что создает условия сопряжения работы I и II ступеней трехступенчатого теплового насоса. После компрессионного сжатия хладагент I ступени направляют в терморегулирующий вентиль I ступени 2, где он дросселируется до давления 0,10…0,13 МПа. С этим давлением хладагент I ступени поступает в секцию испарителя I ступени 1, где кипит при температуре -26…-20°С, охлаждая низкопотенциальный энергоноситель до температуры -14…-18°С.Пары хладагента I ступени по замкнутому циклу 1.0 направляют в компрессор I ступени 3, сжимают до давления конденсации и термодинамический цикл хладагента I ступени повторяется (фиг. 1, а).

Организация последовательного трехступенчатого сжатия различных холодильных агентов позволяет снизить нагрузку на работу компрессоров каждой ступени, получить необходимую температуру кипения холодильных агентов при давлениях близких к атмосферному, обеспечивая заданные температурные режимы.

В схеме предусмотрено переключение линий 4.1 и 7.1 в зависимости от температуры окружающей среды на горячий или холодный воздух соответственно при проведении эксплуатационных мероприятий на авиационной технике. Линия 7.2 также может временно не использоваться при отсутствии необходимости кондиционирования здания аэродромного комплекса 23.

Режимы работы схемы при различной температуре окружающей среды представлены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ генерации альтернативной энергии для функционирования аэродрома в условиях Севера и установка для его осуществления имеет следующие преимущества:

- создает условия для получения альтернативных энергоносителей с помощью рационального использования трехступенчатого парокомпрессионного теплового насоса;

- обеспечивает бесперебойный и непрерывный подвод теплого или холодного воздуха, в зависимости от времени года, к авиационной технике для проведения эксплуатационных мероприятий с возможностью использования при решении различных задач аэродромного комплекса;

- поддерживает отрицательную температуру под фундаментом здания, исключает оттаивание многолетнемерзлых слоев грунта, характерных для районов Севера, от теплоты выделяемой конструкциями при эксплуатации сооружений, предотвращая их смещение и последующее разрушение;

- обеспечивает комфортные бытовые и производственные условия в помещениях за счет организации автономных систем отопления, горячего водоснабжения и оборотного кондиционирования в здании аэродромного комплекса;

- снижает энергетические затраты на работу теплового насоса в условиях высокого перепада температур энергоносителей более 160°С за счет трехступенчатого компрессионного сжатия различных холодильных агентов при конденсации и обеспечения необходимых температур их кипения при давлениях близких к атмосферному;

- повышает энергетическую эффективность реализации сопряженных технологических процессов за счет максимальной рекуперации и утилизации энергии теплоносителей;

- обеспечивает экологическую и промышленную безопасность сопряженных технологических процессов за счет организации замкнутых рециркуляционных схем по материальным и энергетическим потокам, исключающих выброс вредных веществ в атмосферу.

Похожие патенты RU2813579C1

название год авторы номер документа
СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ 2008
  • Стребков Дмитрий Семенович
  • Харченко Валерий Владимирович
  • Чемеков Вячеслав Викторович
RU2382281C1
ТЕПЛОНАСОСНАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ 2007
  • Васильев Григорий Петрович
RU2351850C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ 2005
  • Калинин Михаил Иванович
  • Кудрявцев Евгений Павлович
RU2292000C1
Способ производства хлебобулочных изделий 2021
  • Шевцов Александр Анатольевич
  • Куликов Сергей Сергеевич
  • Пономарева Елена Ивановна
  • Логунова Людмила Владимировна
  • Засыпкин Никита Владимирович
RU2758514C1
СПОСОБ ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ АБСОРБЦИОННОГО ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРА С ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ АБСОРБЦИЕЙ 2020
  • Степанов Константин Ильич
  • Мухин Дмитрий Геннадьевич
RU2755501C1
СИСТЕМА ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ 2020
  • Кобылкин Михаил Владимирович
  • Риккер Юлия Олеговна
  • Батухтин Андрей Геннадьевич
  • Батухтин Сергей Геннадьевич
RU2793831C2
ГИБРИДНАЯ ТЕПЛОНАСОСНАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ 2010
  • Васильев Григорий Петрович
  • Лесков Виталий Александрович
  • Горнов Виктор Федорович
  • Юрченко Игорь Андреевич
RU2436016C1
Способ производства пеллет из жмыха семян масличных культур и устройство для его осуществления 2019
  • Тертычная Татьяна Николаевна
  • Шевцов Сергей Александрович
  • Ткач Владимир Владимирович
  • Сердюкова Наталья Алексеевна
RU2721704C1
Способ управления линией производства растительного масла 2021
  • Шевцов Александр Анатольевич
  • Василенко Виталий Николаевич
  • Фролова Лариса Николаевна
  • Драган Иван Вадимович
  • Жильцова София Игоревна
RU2773436C1
Способ получения сухих СО-экстрактов из растительного сырья и установка для его осуществления 2023
  • Домбровская Яна Петровна
  • Дранников Алексей Викторович
  • Шевцов Александр Анатольевич
RU2810005C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 813 579 C1

Реферат патента 2024 года СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АЭРОДРОМА В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к способам генерации высоко- и низкопотенциальной энергии для получения теплого и холодного воздуха при проведении эксплуатационных мероприятий на авиационной технике и для обеспечения энергосберегающего автономного отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования, а также для предотвращения оттаивания многолетнемерзлых слоев грунта под зданиями и сооружениями в районах Крайнего Севера. Технические задачи предложенного способа генерации альтернативной энергии для функционирования аэродрома в условиях Севера и установки для его осуществления следующие: создание условий для получения альтернативных энергоносителей с помощью рационального использования трехступенчатого парокомпрессионного теплового насоса; обеспечение бесперебойного и непрерывного подвода теплого или холодного воздуха, в зависимости от времени года, к авиационной технике для проведения эксплуатационных мероприятий с возможностью использования при решении различных задач аэродромного комплекса; поддерживание отрицательной температуры под фундаментом здания аэродромного комплекса, что исключает оттаивание многолетнемерзлых слоев грунта, характерных для районов Крайнего Севера, от теплоты, выделяемой конструкциями при эксплуатации сооружений, предотвращая их смещение и последующее разрушение; обеспечение комфортных бытовых и производственных условий в помещениях за счет организации автономных систем отопления, горячего водоснабжения и оборотного кондиционирования в здании аэродромного комплекса; снижение энергетических затрат на работу теплового насоса в условиях высокого перепада температур энергоносителей более 160°С за счет трехступенчатого компрессионного сжатия различных холодильных агентов при конденсации и обеспечения необходимых температур их кипения при давлениях, близких к атмосферному; повышение энергетической эффективности реализации сопряженных технологических процессов за счет максимальной рекуперации и утилизации энергии теплоносителей; обеспечение экологической и промышленной безопасности сопряженных технологических процессов за счет организации замкнутых рециркуляционных схем по материальным и энергетическим потокам, исключающих выброс вредных веществ в атмосферу. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 813 579 C1

1. Способ генерации альтернативной энергии для функционирования аэродрома в условиях Севера, предусматривающий подготовку высокопотенциального энергоносителя, в качестве которого используют горячий воздух, и низкопотенциального энергоносителя, причем горячий воздух с температурой 100…120°С получают посредством рекуперативного теплообмена с конденсирующимся фреоном при температуре 130…140°С, а низкопотенциальный энергоноситель с температурой -14…-18°С получают за счет рекуперативного теплообмена с кипящим фреоном при температуре -26…-20°С; полученный горячий воздух разделяют на два потока и используют для проведения эксплуатационных мероприятий на авиационной технике и на нагревание промежуточного теплоносителя до температуры 70…90°С для системы автономного отопления и горячего водоснабжения; объединяют потоки отработанного горячего воздуха и возвращают на нагревание в режиме замкнутого цикла; охлажденный низкопотенциальный энергоноситель подают на предотвращение оттаивания многолетнемерзлых слоев грунта; полученный холодный воздух с температурой 10…14°С за счет рекуперативного теплообмена с отработанным низкопотенциальным энергоносителем отводят на проведение эксплуатационных мероприятий на авиационной технике и в систему оборотного кондиционирования здания; объединяют потоки отработанного холодного воздуха и возвращают на охлаждение в режиме замкнутого цикла.

2. Установка для осуществления способа генерации энергоносителей для функционирования аэродрома в условиях Севера по п. 1, включающая трехступенчатый парокомпрессионный тепловой насос, содержащий испаритель I ступени, испаритель-конденсатор I-II ступени, испаритель-конденсатор II-III ступени, конденсатор III ступени, компрессоры I, II и III ступеней и терморегулирующие вентили I, II и III ступеней, причем в конденсаторе III ступени осуществляют нагрев воздуха, а в испарителе I ступени осуществляют подготовку низкопотенциального энергоносителя; вентиляторы высокого давления горячего и холодного воздуха; распределители потока; трехходовые клапаны; воздушный коллектор, установленный вдоль мест стоянки авиационной техники для аккумулирования горячего или холодного воздуха, к которому через штуцеры подсоединяют гибкие рукава для подачи воздуха к воздушным судам; смесители; холодопримник для охлаждения воздуха; рекуперативный теплообменник для нагрева промежуточного теплоносителя; рециркуляционные насосы низкопотенциального энергоносителя и промежуточного теплоносителя; здание аэродромного комплекса, установленного на фундаменте; платформу со встроенной системой труб с патрубками входа и выхода низкопотенциального энергоносителя; линии рециркуляции хладагентов I, II и III ступеней парокомпрессионного теплового насоса; замкнутую линию подачи горячего воздуха, разделяемую распределителем потока на два контура, по одному из которых горячий воздух через трехходовой клапан направляют в воздушный коллектор, а по второму контуру направляют в рекуперативный теплообменник для нагрева промежуточного теплоносителя, в смесителе объединяют потоки отработанного горячего воздуха и подают в конденсатор третей ступени; линию рециркуляции низкопотенциального энергоносителя, в которой последовательно соединены испаритель I ступени, платформа со встроенной системой труб под фундаментом здания аэродромного комплекса и холодоприемник для передачи остаточного холода воздуху; замкнутую линию подачи промежуточного теплоносителя в систему автономного отопления и горячего водоснабжения здания аэродромного комплекса; линию рециркуляции холодного воздуха, по которой холодный воздух через распределитель потока подают в воздушный коллектор для осуществления эксплуатационных мероприятий и в систему оборотного кондиционирования здания аэродромного комплекса, в смесителе объединяют потоки отработанного холодного воздуха и направляют в холодоприемник.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2024 года RU2813579C1

ТЕПЛОНАСОСНАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ 2007
  • Васильев Григорий Петрович
RU2351850C1
Передвижной тепляк для дорожных работ 1930
  • Надеждин В.И.
SU24574A1
ГИДРОПОДКОРМЩИК К ДОЖДЕВАЛЬНЫМ И ПОЛИВНЫММАШИНАМ 0
SU183519A1
СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ИСТОЧНИКА ТЕПЛА И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОТ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ 2007
  • Стребков Дмитрий Семенович
  • Харченко Валерий Владимирович
  • Чемеков Вячеслав Викторович
RU2350847C1
ТЕПЛОАККУМУЛЯЦИОННАЯ СИСТЕМА 2010
  • Кристьянссон Хальдор
RU2520003C2
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРУГЛОГОДИЧНЫХ ОХЛАЖДЕНИЯ, ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТА ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТА И ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ СООРУЖЕНИЯ НА ВЕЧНОМЕРЗЛОМ ГРУНТЕ В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ 2012
  • Трушевский Станислав Николаевич
  • Стребков Дмитрий Семенович
RU2519012C2

RU 2 813 579 C1

Авторы

Шевцов Сергей Александрович

Фетисов Евгений Вячеславович

Емец Александр Александрович

Сапунов Денис Михайлович

Даты

2024-02-13Публикация

2023-06-29Подача