Отопительно-вентиляционный агрегат Советский патент 1993 года по МПК F24H3/12 

Изобретение относится к теплотехнике, а более конкретно к отопительно-вентиля- ционным агрегатам, предназначенным для использования в системах воздушного отопления. .

Целью изобретения является расширение области применения, экономия электрической энергии и повышение энергетической эффективности.

На фиг.1 изображена принципиальная схема отопительно-вентиляционного агрегата с приводом от парожидкостного двигателя,

Отопительно-вентиляционный агрегат содержит теплообменник 1 с подводящим 2 и отводящим 3 патрубками для греющего теплоносителя и вентилятор 4 с приводом для прокачки нагревательного воздуха. Привод выполнен в виде парожидкостного двигателя, включающего последовательно соединенные испаритель 5, парожидкостной адиабатический канал 6 и холодильник 7. Испаритель5 размещен в камере 8, подключенной к подводящему патрубку 2 теплообменника 1, и выполнен в виде цилиндрической полости 9, на цилиндрической поверхности которой установлены полые поперечные ребра 10, полости которых сообщаются с цилиндрической полостью 9, а их стенки 11 в исходном напряженном состоянии примыкают друг к другу. Внутренняя поверхность испарителя 5 покрыта капиллярно-пористым материалом, а парожидкостной канал 6 и холодильник 7 выполнены в виде двух коаксиально расположенных труб, установленных вертикально, причем нижний конец внутренней трубы 12 подсоединен ко всасываюх| о

00 ON О О

щей трубе 13 с образованием канала U-об- разн.ой формы, а нижний конец наружной трубы 14 подсоединен к нагнетательной трубе 15 меньшего сечения также с образованием канала U-образной формы, при этом верхний участок 16 внутренней трубы 12 имеет форму усеченного конуса, отверстие в вершине, которого расположено на входе в испаритель5, а на цйлиндрической повер- хнбсти трубы под основанием конуса 16 выполнены отверстия 7, причем верхняя часть всасывающей трубы 13 подключена к основанию камеры 18, частично заполненной неконденсирующимся газом 19, в которой над жидкостью размещено рабочее колесо 20 турбины, выходной вал 21 которой соединен через редуктор 22 с валом 23 вентилятора 4. К камере 18 герметично подключен выходной участок 24 нагнетательной трубы 15 в виде усеченного конуса, отверстие в вершине которого направлено на лопасти 25 рабочего колеса 20 турбины. Наружная теплообменная поверхность холодильника 7 размещена в потоке воздуха, подаваемого на нагрев в теплообменник 1, Каналы контура парожидкостного двигателя заполнены смесью по крайней мере двух рабочих жидкостей, кипящих при разных температурах, температуры кипения которых выше максимально возможной температуры окружающей среды, при этом часть объема испарителя заполнена неконденсирующимся газом.

Отопительно-вентиляционный агрегат с приводом от парожидкостного двигателя работает следующим образом.

Перед началом работы парожидкостной двигатель заправляется смесью рабочих жидкостей, а в испаритель 5. и камеру 18 вводится неконденсирующийся газ. Затем в отопительно-вентиляционный агрегат по подводящему патрубку подаётся греющий теплоноситель, например, в виде горячей воды, который проходя через камеру 18,пе- редает часть теплоты через теплообменник поверхности испарителя1 5 рабочему телу двигателя в виде паровой смеси и жидкости. Жидкость рабочего тела закипает, а неконденсирующий газ нагревается, что приводит к увеличению в нем давления парогазовой смеси. Под действием давления парогазовой смеси рабочая жидкость перемещается по внутренней трубе 1.2 и межтрубному пространству и поступает соответственно во всасывающую 13 и нагнетательную 15 трубы. Поскольку диаметр внутренней трубы 12 значительно меньше диаметра камеры 18, а диаметр наружной труб.ы 14 значительно больше диаметра нагнетательной трубы 9, подъем жидкости в

нагнетательной трубе 9 будет существенно выше; чем в камере 18, В результате, замыкание конца нагнетательной трубы 15 на всасывающую 13 через камеру 18 и турбину

с рабочим колесом 20 обеспечивает, во-первых, преобразование кинетической энергии струи жидкости в крутящий момент на валу 21 рабочего колеса 20 турбины, во-вторых, циркуляцию рабочей жидкости в контуре

парожидкостного двигателя и, в-третьих, насыщение рабочей жидкости неко,нденси- рующимся газом при ударе струй жидкости, выходящих из межлопаточных промежутков рабочего колеса 20 турбины, о ее поверхность в камере 18, при котором происходит захват жидкой струей неконденсирующегося газа, причем размещение камеры 18 в наиболее холодной части контура двигателя позволяет обеспечить максимальное нашщение рабочей жидкости неконденсирующимся газом. .-..

Процесс расширения парогазовой смеси над жидкостью в парожидкостном канале, как показали исследования на

стеклянных моделях, протекает по принципу затопленных парогазовых струй с образованием в жидкости в конце рабочего хода парогазовых пузырьков, и образованием значительного прогиба поверхности жидко0 сти на границе раздела фаз с увеличением площади этой поверхности4. Это позволяет интенсифицировать процесс конденсации отработанного пара в конце рабочего хода за счет увеличения теплообменной поверх5 ности между паром и жидкостью при образований конуса конденсации и парогазовых пузырьков. Интенсификация процесса.конденсации отработанного пара ускоряет этот процесс и обеспечивает более полную кон0 денсацию отработанного пара. При этом часть образовавшихся пузырьков будет уноситься с жидкостью в нагнетательную трубу 15, а из нее в камеру 18. При выполнении стенок 11 полых поперечных ребер 10 испа5 рителя 5 упругими первоначальный объем этих полостей равен нулю, а по мере повышения давления рабочего тела стенки ребер будут изгибаться, увеличивая объем этих полостей, а следовательно и теплообменную

0 поверхность испарителя 5. При понижении давления рабочего тела в испарителе 5 в конце рабочего хода стенки ребер 10 возвращаются в первоначальное состояние, уменьшая мертвый объем двигателя до ми5 нимума, то есть до размеров цилиндрической полости 9 испарителя 10, обеспечивая, кроме уменьшения мертвого объема двигателя, возможность преобразования вытесненной из полостей ребер 10 испарителя 5 парогаэовой смеси в дополнительную работу по перемещению рабочей жидкости в процессе рабочего хода, что повышает термодинамическую эффективность цикла предложенного двигателя. Капиллярно-пористое покрытие на внутренних поверхно- стях испарителя 5 улучшает подвод жидкости фазы к теплообменным поверхностям, что приводит к интенсификации теплообмена и к улучшению процесса парообразования. После конденсацииотра- ботанного пара, охлаждения неконденсирующегося газа и отвода тепла от рабочей жидкости в холодильнике 7, завершаются процессы рабочего хода. Как только давление парогазовой смеси в рабочем объеме за счет конденсации отработанного пара и перехода части газа в жидкость в виде пузырьков станет ниже i давления в камере, начнется обратное движение жидкости в обоих U-образных каналах в сторону испа- рителя 5.

При обратном ходе жидкости во внутренней трубе 12, насыщенная неконденсирующимся газом, будет двигаться со значительно большей скоростью, чем в меж- трубном пространстве. Поскольку эта жидкость является более холодной, чем жидкость в межтрубном пространстве, то при своем движении в сторону испарителя 5 она будет отбирать тепло от жидкости, движущейся в межтрубном пространстве, обеспечивая процесс регенеративного подогрева рабочей жидкости во внутренней трубе 12, движущейся в сторону испарителя 5. Нагрев насыщенной неконденсирующим- ся газом жидкости сопровождается выделением из нее газа в виде пузырьков и испарением в них пара, за счет чего пузырьки будут увеличиваться в размерах. Использование в качестве рабочей жидкости смеси двух жидкостей с разными температурами кипения усиливает процесс парообразования в пузырьки за счет нйзкокипящей составляющей рабочей жидкости, обеспечивая более глубокую регенерацию тепла отработанного пара. На определенной высоте парожидкостного канала темпе ратуры жидкостей в межтрубном пространстве и во внутренней трубе 12 сравняются. При понижении давления рэ- брчего тела пузырьки смеси неконденсирующихся газов является очагами испарения в них окружающей рабочей жидкости и аккумулируют ее тепловую энергию. Испарение рабочей жидкости в объем пузырьков со- провождается ее охлаждением, в результате чего уменьшается количество тепла, передаваемого от рабочего тела окружающей среды в холодильнике 7. Таким образом, в предложенном двигателе

осуществляется двухступенчатая регенерация отработанного тепла, что существенно повышает его термодинамическую эффективность по сравнению с прототипом. После того как рабочая жидкость с парогазовыми пузырьками, движущимися по внутренней трубе 12, достигнет конического участка 16 с отверстием в вершине и под его основанием, часть ее через отверстие в вершине в виде расширяющегося расплавленного потока поступает на теплообменные поверхности испарителя 5, а другая ее часть вместе с пузырьками будет попадать в межтрубное пространство и затем смешиваться с рабочей жидкостью, находящейся в ней. Парообразование жидкости на теплообменной поверхности испарителя 5 приведет к повышению давления парогазовой смеси в рабочем объеме, в результате чего произойдет упругая деформация стенок 11 полых поперечных ребер 10 испарителя 5, что приведет к многократному увеличению теплообменной поверхности испарителя 5. Кроме этого, повышение давления в рабочем объеме приведет к концентраций пузырьков у границы раздела фаз в межтрубном пространстве при приближении жидкого поршня к испарителю 5 и их несимметричному схлопыва- нию с образованием высокоскоростных струй из окружающей пузырьки жидкости, нагреваемой в процессе их; схлопывания . Механизм образования таких струй подробно рассмотрен в работах. Эти струи практически мгновенно попадают в испаритель 5 и распределятся по всей теплообменной поверхности. Возможно также, что при движении рабочей жидкости к испарителю 5 часть ее, насыщенная парогазовыми пузырьками, в виде пены, войдет в испаритель 5. Однако, в обоих случаях в испаритель попадает ограниченное, дозированное количество жидкости, которая полностью испаряется на теплообменных поверхностях испарителя 5. Жидкий поршень при обратном ходе останавливается у входа в испаритель 1 из-за резкого увеличения давления в рабочем объеме в результате описанных еыше процессов, что существенно уменьшает необратимые потери на нагревание жидкости и последующего отвода этого тепла без совершения работы. Перед входом в испаритель 5 пузырьки сжимаются с повышением термодинамического потенциала их содержимого, которое выбрасывается из жидкого поршня в испаритель 5 с образованием брызг и струй, возвращая тем самым в зону нагрева парогазовую смесь повышенного потенциала для повторного использования, а также дозированное количество жидкости. Унос из рабочего объема с пузырьками неконденсирующегося газа в процессе рабочего хода компенсируется постоянным подводом такого же количества неконденсирующегося газа в рабочий объем с жидкостью, насыщенной этим газом, подаваемой по внутренней трубе 8 во время обратного хода; что позволяет поддерживать в рабочем объеме постоянное количество неконденсирующегося газа. Это позволяет существенно повысить устойчивость и надежность работы двигателя, а отсутствие обратных клапанов в контуре двигателя обеспечивает дополнительное повышение его надежности. Вращение вала 21 турбины через редуктор 22 передается на .вал 23 вентилятора 4, обеспечивая его вращение, который подает воздух в теплообменник 1 для нагревания. Поток воздуха, подаваемый вентилятором 4 в теплообменник 1, проходит снэчалачереэ теплообмен- ные поверхности холодильника 7, обеспечивая предварительный его нагрев перед поступлением в теплообменник 1. То есть, тепло/сбрасываемое из парожидкост- ного двигателя, используется полезно для нагрева воздуха, подаваемого в систему воздушного отопления. Таким образом, предложенная схема включения испарителя 5 и холодильника 7 парожидкостного двигателя обеспечивает 100% использование тепла, отбираемого из магистрали греющего теплоносителя.

Таким образом, выполнение привода вентилятора отопительно-вентиляционного агрегата в виде парожидкостного двигателя с указанным размещением испарителя и холодильника позволяет использовать его в Пожароопасных помещениях, что расширяет область его применения. Кроме этого, для работы такого привода используется теплота гбря чёгб теплоносителя, подаваемого в теплообменник для нагрева приточного воздуха, что позволяет использовать его в местах с ограниченным источником электрической энергии, а высокая эффективность парожидкостного двигателя делает предложенный бтопительно-вентиляционный агрегат компактным, надежным и эффективным. Формула изобретения Отопмтельно-вентиляционный агрегат, содержащий теплообменник с подводящим и отводящим патрубками для греющего теплоносителя и вентилятор с приводом для

прокачки нагреваемого воздуха, отличаю- щ и и с я тем, что привод вентилятора выполнен в виде парожидкостного двигателя, включающего последовательно соединенные испаритель, парожидкостной адиабатический канал и холодильник, при этом испаритель размещен в камере, подключенной к подводящему патрубку теплообменника, и выполнен в виде цилиндрической

полости, на цилиндрической поверхности которой установлены полые поперечные ребра, полости которых сообщаются с цилиндрической полостью, а их стенки в исходном ненапряженном состоянии примыкают одна к другой, причем внутренняя поверхностьиспарителя покрыта капиллярно-пористым материалом, а парожидкостной канал и холодильник выполнены в виде двух коаксиально расположенных

труб, установленных вертикально, причем нижний конец внутренней трубы подсоединен к всасывающей трубе с образованием канала U-образной формы, а нижний конец наружной трубы подсоединен к нагнетательной трубе меньшего сечения также с образованием канала U-образной формы, при этом верхний участок внутренней трубы имеет форму усеченного конуса с отверстием, которое расположено на входе в испаритель, а на цилиндрической поверхности трубы под основанием конуса выполнены отверстия, причем верхняя часть всасывающей трубы подключена к основанию камеры,частично заполненной

неконденсирующимся газом, в которой над жидкостью размещено рабочее колесо турбины, выходной вал которой соединен через редуктор с валом вентилятора, при этом к камаре герметично подключен выходной

участок нагнетательной трубы в виде усечённого конуса, отверстие в вершине которого направлено на лопасти рабочего колеса турбины, наружная поверхность теплообменника размещена в потоке воздуха,

подаваемого на нагрев в теплообменник, а каналы контура парожидкостного двигателя заполнены смесью по крайней мере двух рабочих жидкостей, кипящих при разных, температурах, температуры кипения которых выше максимально возможной температуры окружающей среды, при этом часть объема испарителя заполнена неконденсирующимся газом.

ё I

/ /у

Сущность изобретения: привод вентилятора выполнен в виде парожидкостного двигателя. Парожидкостный канал и холодильник выполнены в виде двух коаксиаль- но расположенных труб, установленных вертикально. Нижний конец внутренней трубы подсоединен к всасывающей трубе с образованием канала U-образной формы, нижний конец наружной трубы - к нагнетательной трубе меньшего-сечения с образованием канала U-образной формы. Верхний участок внутренней трубы имеет форму усеченного конуса с отверстием, расположенным на входе в испаритель. В камере над жидкостью размещены рабочее колесо турбины, выходной вал которой соединен через редукторе валом вентилятора. К камере герметично подключен выходной участок нагнетательной трубы в виде усеченного конуса, отверстие в вершине которого направлено на лопасти рабочего колеса турбин.Наружная поверхность теплообменника размещена в потоке воздуха, подаваемого на нагрев. Каналы контура двигателя заполнены смесью рабочих жидкостей, кипящих при разных т-рах, т-ры кипения которых выше макс, возможной т-ры окружающей среды. Часть обьема испарителя заполнена неконденсирующимся га.зом. 1 ил. ел С

ю

X

5

18 Я t 24

-ЛЛ

V