Спосіб автономного кондиціювання повітря в період інсоляції

1. Спосіб кондиціювання повітря в період інсоляції шляхом використання легкокиплячої робочої речовини у сонячному парогенераторі, яка циркулює у ежекторному холодильному циклі, де після конденсації частина рідини повертається у парогенератор, а решта - після дроселювання - до кондиціонера, який відрізняється тим, що повна енергетична автономність системи досягається внаслідок використання енергії (стисненої) тиску пари робочої речовини, яка рециркулює у замкне U 2 (19) 1 3 А.с. 494568, 05.12.1975 Бюл. №45. F24f1/02; F25b1/08 Пароежекторний кондиціонер Мета - підвищення економічної і експлуатаційної надійності. На валу, що обертається розміщені теплообмінні поверхні випарника конденсатору. парогенератору з ежекторами, які розміщуються на різних відстанях відносно валу. Поверхні парогенератору обігріваються гарячою водою, яка під час руху обертає турбіну і приводить у рух теплообмінні поверхні і ежектори. Під час руху виникають відцентрові сили і внаслідок цього частина рідкого холодоагенту з конденсатору попадає без участі насосу у парогенератор. З парогенератору пара холодоагенту під високим тиском направляється у робочі сопла ежекторів і за рахунок вакууму, що утворюється відсмоктує холодну пару з випаровувача де кипить холодоагент, який охолоджує повітря для кондиціонування. Суміш пари з випаровувача і парогенератору поступає у конденсатор повітряного охолодження. Як показано на схемі рідкий холодоагент з конденсатору направляється у випаровувач без будь якого регулюючого пристрою. Але є рядок зауважень, які викликають сумнів у працездатності пристрою. По-перше, відцентрові сили не дадуть змоги рідкому хладоагенту зливатися з конденсатору у парогенератор, тому що у нього значно вищий тиск ніж у конденсаторі. Навпаки, завдяки інтенсивному охолодженню поверхні конденсатору пара буде поступати в нього з парогенератору. Невиправдані додаткові витрати енергії, крім підігріву води. на привід для турбіни, що обертає поверхні. Конструкція громіздка, металоємна і малоефективна. А.с. 1231324, 15.05.86 Бюл. №18. F24F3/14; F25В15/06, 27/00 Геліоустановка для кондиціонування повітря Мета підвищення економічності при високій вологості повітря. Система працює тільки під час інсоляції і містить дві осушувальні і одну зволожувальну камери. Камери оснащені автономними насосними рециркуляційними контурами. При цьому, у двох перших рециркулюють водосольові розчини, а у третьому - вода, що зволожує і охолоджує повітря. У перших двох камерах повітря послідовно осушується водо-сольовими розчинами, а після деконцентрації розчину насосами подаються на сонячні генератори, де залишки води випарюються, а міцний розчин після охолодження водою знову зрошує потік повітря. Тому повітря у двох камерах сягає мінімальної вологості, а у третій камері доводиться до заданого рівня вологості і температури внаслідок зрошування потоку повітря холодною водою. Перш за все звертає на себе увагу громіздкість системи, що включає у себе три камери і насосно-циркуляційні контури, два геліоколектори, систему водо-сольових розчинів. Малоефективність системи обумовлена високою тепловою інерцією. призначення системи - кондиціонування повітря в літні сонячні дні, але вона може почати працювати тільки після досягненні 25% концентрації у першій камері і 40% у другій, а на це необ 40087 4 хідно певний час для "розгону" рециркуляційних контурів водо-сольових розчинів. У роботі не зазначені рівні міцних розчинів які створюються на гарячих поверхнях генераторів, де здійснюється охолодження водою, яка не може забезпечити охолодження повітря у першій двох камерах. В них здійснюється зрошування потоку міцними розчинами. Тому основний холодильний ефект досягається тільки у третій камері. де повітря охолоджується водою, що ре циркулює у замкненому контурі і постійно підігрівається. Якщо проаналізувати тепловий баланс потоків, то повітря після третьої камери не буде охолоджене повністю, тому що у перших двох камерах потік повітря зрошуватиметься теплим міцним (якщо не гарячим) розчином, а у третій камері, при відсутності зовнішнього джерела охолодження води, ефект охолодження за рахунок адіабатного зволоження повітря нівелюватиметься тепловим еквівалентом потужності рециркуляційного насосу. А.с. 956933, 07.09.82 Бюл. №33. F25B1/06; F25В15/02 Спосіб виробництва холоду і установка для його здійснення Мета - одержання більш низьких температур. Установка, на якій здійснюється спосіб, що пропонується складається з кристалізатору, плавителя-відстойника з краплевідбійником, випаровувача, водовідокремлювача з насосом, ежектора, дросельного вентиля, а також двох змійовиків: один підігрівається теплоносієм у плавителівідстойнику, а другий охолоджується водою у кристалізаторі. Суть способу полягає у тому, що плавлення утворених у кристалізаторі кристалогідратів здійснюється у двофазній області з одержанням, крім рідких компонентів і необхідної кількості пари, холодоагенту високого тиску, яка ежектує пару низького тиску перед їх змішуванням з водою. Холодоагентом є хлор, а у схемі циркулюють хлорогідратні сполуки. У кристалізаторі при температурі 293К і тиску у 400кПа утворюються кристалогідрати з виділенням тепла, яке відводиться у змійовику, що охолоджується водою. Кристалогідратна суспензія перекачується насосом через водовідокремлювач до плавителя-відстойника, де підігрівається теплоносієм і у змійовику відбувається розділення кристалогідрата на воду і рідкий хлор під тиском 900кПа. Третій компонент - пара хлору через краплевідбійник під тиском поступає на ежектор. Рідкий хлор із плавителя-відстойника після дроселювання поступає у випарник, де кипить при температурі 258К і тиску у 225кПа. Досягти такого рівня температури стало можливим завдяки роботі ежектору. Пара із випаровувача засмоктується ежектором і у суміші з "робочою" парою нагнітається до кристалізатору. У кристалізатор також повертається вода із плавителя-відстойника і водовідокремлювача. Надалі усе повторюється. Спосіб використання пари хлору високого тиску у ежекторі дає можливість вирішити проблему значного зниження температури у випарнику. Але наведений спосіб одержання низької температури з використанням кристалогідратів з хлором обмежений у зв’язку і токсичністю хлору, 5 який у традиційній холодильній техніці не використовується. У зв'язку з тим, що у кристалізаторі постійно виділяється тепло, яке відводиться охолоджуючою водою, доцільно було б змійовик кристалізатору підключити до змійовика плавителя-відстойника, де постійно необхідно мати підігрів. Крім цього, мішалка у кристалізаторі своєю роботою добавляє зайве тепло і доцільно було б обмежитись барботажною парою, яка нагрівається після ежектора. У схемі спостерігається невідповідність рівня тиску, наприклад у плавителі-відстойнику 900кПа, а у кристалізаторі лише 400кПа, а обидва апарати зв'язані між собою комунікаціями без будь-яких регулюючих пристроїв, тому схема не може бути працездатною. А.с. 267212, 15.04.75 Бюл. №14. F25В1/06 Пароежекторна фреонова холодильна машина Мета - підвищення економічності пароежекторної фреонової холодильної машини. До складу машини входять генератор робочої пари, перегрівач, ежектор, випаровувач, регенеративний (рекуперативний) теплообмінник, конденсатор повітряного охолодження, переохолоджувач рідкого фреону, фреоновий насос виготовлений у вигляді струменевого ежектора, який працює робочою парою від генератора, регвентіль. Робоча пара після перегрівача поступає у ежектор, який відсмоктує пару фреону із випарника і суміш спочатку надходить у регенеративний теплообмінник де охолоджується рідким фреоном, виходячим з переохолоджувача, а потім поступає у конденсатор. Із переохолоджувача частина рідкого фреону дроселюється у регвентілі і направляється у випаровувач, де генерується холод, а решта насосом, через теплообмінник, де підігрівається за рахунок тепла суміші пари після ежектора, нагнітається у генератор робочої пари. Цикл повторюється. Проблемне питання - чи достатньо буде тиску, який утворює струменевий насос для повернення робочої речовини у парогенератор? Внаслідок гідравлічних опорів у інжекторі і магістралях, тиск після інжекторного насосу завжди нижче тиску у парогенераторі. тому можливо розімкнення циклу, але для повернення рідини у парогенератор необхідно значно підвищити питомі витрати робочої пари, внаслідок чого ефект охолодження у теплообміннику викликає сумнів. Крім цього, охолодження суміші пари у теплообміннику призводить до підвищення теплового навантаження на конденсатор повітряного охолодження. Для зменшення незворотних втрат і матеріалоємності вважається за доцільне замість малоефективних теплообмінника і конденсатора повітряного охолодження прийняти один високоефективний конденсатор водяного охолодження з переохолоджувачем. При цьому, крім звичайного спрощення системи, відпадає необхідність у електровентиляторі для конденсатора повітряного охолодження. А.с. 1070393, 30.01.84 Бюл. №4. F25В1/06; F25В17/02; В27/00 Спосіб виробництва холоду у геліохолодильнику 40087 6 Тема - підвищення економічності. Установка, у якій здійснюється спосіб, що пропонується складається із пароутворювача високого тиску, сонячного відображувача, ежектора, конденсатора, насоса, дросельного вентиля, випарника, генератора з теплообмінною поверхнею і додаткових конденсатора і випарника. Суть способу полягає у тому. що шляхом здійснення ежекторного циклу і одержання холодильного ефекту, додатково здійснюється абсорбційний цикл періодичної дії на бінарній суміші, переважно водоаміачний, а суміш пари одержаної після ежектування перед конденсацією використовують у абсорбційному циклі для випарювання холодоагенту із бінарної суміші. У сонячному відображувачі пароутворювач направляє пару агента високого тиску до ежектору, який інжектує пару низького тиску із випарника. Стиснена у ежекторі парова суміш з високою температурою поступає у змійовик генератора абсорбційної машини, у якому випарюють пару холодоагенту із бінарного розчину, далі охолоджена парова суміш поступає до конденсатору, після чого рідина розділяється на два потоки: один після дроселювання подається у випаровувач з виробництвом холоду, а другий насосом перекачується у пароутворювач. У денні часи, під час інсоляції, пара, що утворюється із бінарної суміші у генераторі поступає у додатковий конденсатор, а рідкий аміак зливається у додатковий випаровувач, у якому накопичується. У вечірні і нічні часи відбувається охолодження випареного бінарного розчину у генераторі, при цьому, відбувається падіння тиску у системі (генератор, додаткові конденсатор і випарник). При відповідному низькому тиску рідкий аміак, накопичений у додатковому випаровувачі, закипає при від'ємній температурі з виробництвом холоду, а утворена пара потрапляє до генератору, де поглинається випарним бінарним розчином. Після заходу сонця цикл повторяється знову. У способі виробництва холоду у геліохолодильнику практично запропоновано дві взаємозалежні схеми. Якщо перша - ежекторна реальна працездатна, то друга - абсорбційна, носить характер глухого кута, тому що у нічні часи, під час абсорбції температура пари аміаку у генераторі підвищиться і зросте тиск і "всмоктування" пари із додаткового випаровувача припиниться. Після заходу сонця теплота абсорбції, яка накопичена у генераторі, довго буде гальмувати нормальну роботу ежекторного циклу внаслідок високої температури конденсації. Схема невиправдано ускладнена додатковими апаратами, а ефективність абсорбційного циклу мізерна внаслідок її періодичності. A.с. 1179043, 15.09.85 Бюл. №34. F25B1/06; 29/00; 27/00; F24В2/24 Геліоустановка для виробництва холоду і гарячої води Мета - підтримання постійної температури води. Геліоустановка складається із двох контурів: холодильного і контуру циркуляції води. До складу першого контуру входять парогенератор, ежектор, конденсатор, насос, регвентіль і випарник. Контур 7 циркуляції води сполучається з елементами холодильного контуру, з конденсатором та парогенератором, крім цього, до нього входять сонячний нагрівач. теплообмінник, термодатчик і електромагнітний вентиль. Вода нагріта у сонячному нагріванні поступає у парогенератор, у якому знаходиться холодоагент, пара його під високим тиском направляється до ежектору і внаслідок адіабатичного розширення під високою швидкістю ежектує пару із випарника, здійснюючи холодильний ефект. Утворена парова суміш конденсується і рідина частково дроселюється у регвентилі і потрапляє у випарник де кипить при низькій температурі, а решта насосом повертається до парогенератора. Це все що стосується холодильного циклу установки. Вода яка подається на конденсатор спочатку нагрівається за рахунок тепла конденсації суміші пари після ежектора, потім підігрів води до високої температури здійснюється послідовно у теплообміннику і у сонячному нагрівачі, а після нього - у парогенераторі, де за рахунок тепла води кипить холодоагент під високим тиском. Дещо охолоджена вода, але з достатньо високою температурою, поступає до споживачів гарячої води. З метою підтримання постійної температури води перед паронагрівачем частина води після нього перепускається за допомогою електромагнітного вентиля через теплообмінник, у якому циркулює вода після конденсатору, і підвищує свою температуру. Електромагнітний вентиль керується термодатчиком і при зниженні температури води після сонячного нагрівача припиняє подачу води на теплообмінник. Ординарна схема з ежекторним холодильним циклом не викликає сумніву стосовно її працездатності, але спосібпідтримання постійної температури перед парогенератором недосконалий, тому що контролюється тільки температура яка перевищує задану межу. При наявності погоди без сонця, у ранкові та вечірні часи. коли інсоляція погіршується, досягнути попереднього рівня температури неможливо і підігрів води у теплообміннику не здійснюється. Тому вважається зайвим конструктивне ускладнення системи дорогими теплообмінником, термодатчиком, електромагнітним вентилем з виконавчим механізмом. Для забезпечення надійної роботи системи, за умов використання автоматики, слід додержуватись чіткого матеріального балансу води між конденсатором, парогенератором і споживачами гарячої води. Розглянуті способи і пристрої, які присвячені ефективному використанню інсоляції та інших енергоджерел для систем кондиціювання повітря, одержання холоду і гарячої води. ежекторних, абсорбційних і кристалогідратних циклах, володіють окремими недоліками: це - енергозатратні способи кондиціювання повітря та одержання холоду і гарячої води: неефективне використання енергоджерел пристроями, громіздкість обладнання; висока питома матеріалоємність; екологічна небезпека при обслуговуванні. Найбільш близьким до заявленого способу, який можна прийняти у якості прототипу є А.с. 881476, 15.11.81 Бюл. №42. F25B1/06 40087 8 Спосіб роботи пароежекторної фреонової холодильної машини Мета - підвищення економічності. До складу пристрою, у якому здійснюється спосіб, входять: паровий котел, перегрівач, привід (парова турбінка), нагнітач (насос), ежектор, теплообмінник - регенератор. конденсатор, переохолоджувач рідкого холодоагенту, дросельний вентиль, випаровувач. Спосіб роботи пароежекторної фреонової холодильної машини шляхом виробництва пари високого тиску у паровому котлі, розділення його на два потоки, перший із яких розширюючись, видає механічну роботу для переміщення рідкого фреону у котел, а другий, використовується для здійснення холодильного циклу шляхом ежектування пари низького тиску, конденсації парової суміші при температурі оточуючого середовища, дроселювання частки одержаної рідини і її кипіння при низькому тиску з одержанням холодильного ефекту відрізняється тим, що підвищення економічності досягається розширенням першого потоку до низького тиску і переохолодженням цим потоком рідини перед його дроселюванням з одержанням перегрітої пари, яка ежектується разом з парою низького тиску із випаровувача. Стабільність роботи ежектору залежить від однорідності структури парового потоку, тому доцільним було б направити потік перегрітої пари з охолоджувача рідини не після випаровувача з вологою парою, а до входу в нього, після регвентиля. Завдяки цьому потік перегрітої пари турбулізуватиме паро-рідину суміш, інтенсифікуючи внутрішній теплообмін і забезпечуючи однорідність потоку пари перед ежектором. Рідкий фреон після конденсатору охолоджується у переохолоджувачі до температури оточуючого середовища, але ефективніше було б замість нього охолоджувати рідину у охолоджувачі рідини холодними парами після турбінки. Крім цього, недоцільно охолоджувати всю рідину у переохолоджувані, а потім значну її частину підігрівати у теплообміннику - регенераторі для подачі у паровий котел. Краще підігріту рідину після конденсатору, обминаючи теплообмінник - регенератор, забирати насосом і одразу подавати її на паровий котел, а другу частину рідини подавати на охолодження рідини. Тобто, система може успішно працюватиме без двох зайвих апаратів. Спосіб, що пропонується мас обмежений попит, тому що на підігрів котлу і перегрівача використовуються дорогі невідновляємі енергоресурси. Якщо порівняти будь-який компресорний цикл з ежекторним, при його низькому К.К.Д., то ежекторна холодильна машина може знайти попит тільки у місцях, де є викидні низькопотенційні енергоджерела. Технічна задача, на вирішення якої спрямовано винахід полягає у тому. що спосіб кондиціювання повітря у період інсоляції здійснюється автономно без будь-яких сторонніх енергоджерел для приводу робочих механізмів. Поставлена задача досягається шляхом використання низькокипячої робочої рідини, яка під час 9 інсоляції перетворюється на пару високого тиску і, потенційна енергія якого приводить у рух пневмоприводи, що зв'язані з усіма робочими механізмами. Спосіб реалізується у такій послідовності (дивись Фіг.) Під впливом інсоляції низькокипяча робоча речовина кипить під високим тиском у парогенераторі 1 звідки попадає у секцію перегріву, пари 3 і далі у паророздільний колектор 4. У колекторі пара розділяється на два потоки. Перший прямує до ежектору, який висмоктує пару низького тиску із кондиціонеру 10 і суміш пари подається до конденсатору з повітряним охолодженням. Другий потік розділяється на чотири рукави, які підводять перегріту пару високого тиску до пневмоприводів 9, 13 і 16, що приводять у рух вентилятори 9, 11 конденсатору, кондиціонеру і насоси 15 і 17 подачі води з піддону 7 кондиціонеру і робочої речовини у парогенератор 1. Відпрацьована пара після всіх механізмів з низьким тиском і температурою поступає на теплообмінник 12, де переохолоджуючи рідину після конденсатору подається не до ежектору, як у прототипі, що порушує структуру потоку, а у кондиціонер 10 після ТРВ, де турбулізуючи паро-рідину суміш інтенсифікує теплообмін і утворює однорідну структуру пари перед ежектором. Після ежектору сума робочої пари і всмоктуємої із кондиціонеру потрапляє у конденсатор, де перетворюється на рідину. Значне підвищення ефективності циклу досягається шляхом адіабатичного зволожування потоку повітря перед конденсатором вологою, яка виділилась у кондиціонері у процесі тепломасообміну із зовнішнім повітрям. Волога з піддона 14 подається насосом 15 на форсунки 7 і розпилюється у потік повітря на вході у конденсатор, при цьому температура конденсації знижується на 5... 8 °С і відповідно зменшується тиск конденсації. Частина рідини із конденсатору переохолоджується у теплообміннику 12 і після дроселювання у ТРВ і змішування з відпрацьованою парою потрапляє у кондиціонер 10, а решта теплої рідини насосом 17 нагнітається у парогенераторі. На відміну від прототипу, де вся рідина після конденсатору охолоджується у переохолоджувачі, а потім та частина яка подається на котел знову підігрівається у теплообміннику - рекуператорі, у способі, що пропонується тепла рідина без додаткових енерговитрат одразу поступає у парогенератор Таким чином, спосіб кондиціювання повітря в період інсоляції здійснюється завдяки використанню відновляємого енергоджерела - сонячного випромінювання, яке трансформує свою енергію у вигляді механічної роботи, що призводить у рух усі 40087 10 робочі механізми, забезпечуючи круговий цикл ежекторної холодильної машини. Відомості, які підтверджують можливість здійснення способу. Усі елементи системи, які приймають участь у способі кондиціювання повітря конструктивно прості, доступні при виготовленні і екологічно безпечні в експлуатації. Обладнання яке виготовляється спеціалізованими підприємствами, такі як вентилятори, насоси, пневмоприводи, гнучкі шланги, ТРВ (терморегулюючі вентилі) вибираються у залежності від потужності системи і її елементів. Вимогою при виготовлені, монтажі і підготовці до експлуатації є жорсткий контроль за міцністю і герметичністю секцій парогенератора, пароперегрівача, конденсатора, а також з'єднуємих гнучких шлангів і пневмоприводів з насосами. У зв'язку з тим, що під час активної інсоляції тиск пари робочої рідини може досягати 5мПа, вказані елементи і вся система повинна підлягати обов'язковому випробуванню надлишковим тиском значенням у 1,5 рази вище робочого. Всі теплообмінні апарати і механізми весь час знаходяться під тиском робочої речовини, тому в процесі експлуатації необхідно слідкувати за щільністю роз'ємних з'єднань, і при виявлені течії негайно її ліквідувати. Раціональне взаєморозміщення елементів системи забезпечує високу її ефективність у процесі експлуатації. Необхідно запобігати попадання повітряного потоку після конденсатора у зону прийому зовнішнього повітря кондиціонеру. Блок парогенератору з пароперегрівачем слід орієнтувати відносно сонячних променів під кутом, що наближений до 90°С. Місце, де розміщується комплекс повинне бути чисте від запилення. Підрисуночні підписи: 1. Корпус парогенератора. 2. Секція кипіння. 3. Секція перегріву пари. 4. Колектор паророзподілу. 5. Ежекторний вузол. 6. Конденсатор повітряного охолодження. 7. Форсунка - розпилювач вологи. 8. Вентилятор конденсатора. 9. Пневмопривід вентилятора. 10. Секції охолодження кондиціонера. 11. Рекуперативний теплообмінник. 12. Вентилятор кондиціонера. 13. Піддон - збірник вологи. 14. Насос подачі вологи на форсунки. 15. Пневмоприводи насосів. 16. Насос подачі робочої речовини. 17. Пневмопривід вентилятора кондиціонера. 18. Магістральні трубопроводи рециркуляції пари і рідини. 11 Комп’ютерна верстка А. Рябко 40087 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601