RU2085813C1 - Устройство для нагрева и охлаждения воздуха - Google Patents
Устройство для нагрева и охлаждения воздуха Download PDFInfo
- Publication number
- RU2085813C1 RU2085813C1 RU93006615A RU93006615A RU2085813C1 RU 2085813 C1 RU2085813 C1 RU 2085813C1 RU 93006615 A RU93006615 A RU 93006615A RU 93006615 A RU93006615 A RU 93006615A RU 2085813 C1 RU2085813 C1 RU 2085813C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bellows
- heat
- cavity
- engine
- heat pump
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Использование: в холодильной технике, при создании кондиционеров и агрегатов для воздушного обогрева и охлаждения жилых и производственных помещений. Сущность изобретения: тепловой насос и его привод выполнены в виде сильфонных устройств, которые объединены в один агрегат путем жесткого сочленения штока двигателя со штоком теплового насоса. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к разделу механики, в частности к классам отопительной и холодильной техники, представляет собой тепловой насос с автономным тепловым приводом, и может найти применение при создании кондиционеров и агрегатов для воздушного обогрева и охлаждения жилых и производственных помещений.
В настоящее время известны устройства для получения тепла и холода [1] которое в режиме обогрева работает как тепловой насос путем сжатия в компрессоре рабочего тела (РТ) за счет электроэнергии и поглощения тепла из окружающей среды, а в режиме охлаждения за счет рекомбинации РТ на трехфазной границе раздела в полости высокого давления.
Недостатком такого устройства является сложность устройства, которое кроме электротехнического компрессора и теплообменников содержит двухфазное РТ, пористые углероды, электролитную мембрану, металлический сетчатый материал, тоководы и т. д. что снижает надежность и эффективность работы устройства.
Наиболее близким к изобретению является установка для получения тепла и холода [2] содержащая линию, подводящую сжатый воздух, детандер, волновой криогенератор и теплообменники, связывающие их в одну систему.
Установка достаточно проста, но решающим ее недостатком является "открытость" цикла, требующего постоянного подвода извне сжатого воздуха, что делает КПД установки низким в случае применения для нужд отопления.
Задача изобретения создание автономности теплового насоса, способного работать в режиме обогрева и охлаждения от любого источника энергии газа, жидкого топлива, термальных и других источников тепловой энергии.
Задача решается тем, что тепловой насос и его привод (двигатель) выполнены в виде сильфонных устройств.
Тепловой насос содержит расположенные на общем штоке сильфоны, образующие рабочие компрессорную и детандерную полости, а также дополнительные сильфоны, размещенные на штоке и образующие компрессорную и детандерную полости, причем приемная компрессорная полость сообщена с рабочей компрессорной полостью сжатия, рабочая компрессорная полость сжатия с приемной детандерной полостью, а приемная детандерная полость сообщена с рабочей детандерной полостью расширения, рабочая детандерная полость расширения с приемной компрессорной полостью. Все сильфоны расположены в герметичном вакуумированном теплозащитном кожухе.
Сильфонный двигатель содержит теплопередающие кожухи и размещенные в них меньшие по диаметру, "холодные" сильфоны, снабженные плоскими крышками и большие по диаметру, "горячие" сильфоны, которые сообщены друг с другом посредством регенераторов и газораспределительного устройства, выполненного в виде клапанного гнезда, установленного в центре диафрагмы, разделяющей "горячие" сильфоны, и двухстороннего клапана, взаимодействующего с ним и расположенного на штоке двигателя. Теплообменные кожухи выполнены герметичными и заполнены промежуточным теплоносителем, а оппозитные теплоотводящие кожухи сообщены друг с другом посредством трубчатого рециркуляционного холодильника.
Тепловой насос и двигатель объединены в один агрегат путем жесткого сочленения штока двигателя со штоком теплового насоса.
При этом двигатель и тепловой насос сообщены воздушной магистралью друг с другом таким образом, что вся неиспользованная в двигателе теплота утилизируется тепловым насосом, что позволяет повысить его термодинамический КПД устройства, а использование теплоты наружного воздуха при работе в системе воздушного отопления помещений позволит выдавать тепло в 3-3,5 раза больше, чем содержит его затрачиваемое топливо.
Все сильфонные (рабочие) полости устройства и центральная герметичная полость 7 корпуса двигателя заполнены под избыточным давлением газообразным рабочим телом, например гелием, а внутренняя полость кожуха 2 вакуумирована для снижения тепловых и гидродинамических потерь.
На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство, разрез, в положении сильфонных цилиндров, при котором штоки находятся в крайней верхней позиции.
Устройство содержит привод, выполненный в виде двигателя с внешним подводом теплоты, заключенного в корпусе 1, и тепловой насос, заключенные в герметичный кожух 2. Шток 3 двигателя снабжен двухсторонним клапаном и жестко соединен со штоком 8 теплового насоса, который снабжен рычажным балансиром 6.
Корпус двигателя содержит три полости. В центральной герметичной полости 7, снабженной нагревательной камерой 8, размещены горячие сильфоны 9 и 10, выполненные с возможностью сообщения друг с другом через клапанное отверстие 11 в жесткой диафрагме 12, соединяющей горячие сильфоны, постоянно сообщенные посредством регенераторов 13 и 14, соответственно с холодными сильфонами 15 и 16, расположенными в полостях охлаждения 17 и 18, снабженных всасывающими 19 и 20 и выхлопными 21 и 22 патрубками. Последние через воздушную магистраль 23 постоянно сообщены (не показано) с приемным патрубком 38 корпуса 37 высокотемпературного теплообменника 36, заключенного в корпус и снабженного выходным воздушным патрубком 39. Низкотемпературный теплообменник 25 расположен в кожухе 24, снабженном приемным 26 и выходным 27 воздушными патрубками. Через магистраль теплообменника 25 и обратный клапан 28 полость приемного сильфона 29 компрессора сообщена с полостью расширительного сильфона 30 детандера, которые соответственно через обратный клапан 31 и управляемый клапан 32, также могут быть сообщены с полостью компрессионного сильфона 33 и полостью приемного сильфона 34 детандера, сообщенные друг с другом через управляемый клапан 35 и магистраль.
Предлагаемое устройство для нагрева и охлаждения работает следующим образом.
В положении, изображенном на чертеже, все рабочие полости "горячих" и "холодных" сильфонов двигателя сообщены друг с другом, т.е. имеют одинаковое давление, а также через нагревательную камеру 8 постоянно подводится теплота, то в рабочей полости "горячего" сильфона 10 находится меньшее весовое количество РТ, чем в холодной полости сильфона 15, поэтому когда (под действием упругих сил сильфонов) шток пойдет вниз, перекрыв клапанное отверстие 11 клапаном 4, то в рабочих полостях верхних сильфонов 9 и 15 давление начнет расти, а в нижних 10 и 16 падать. Вследствие этого газовые составляющие силы приведут шток и сильфоны в крайнее нижнее положение, клапан 4 откроет отверстие 11 и произойдет выхлоп части РТ из верхних сильфонов в нижние, после чего цикл возобновится в обратном направлении и т.д.
Поскольку со штоком 3 двигателя жестко связан шток 5 теплового насоса, то и сильфонно-штоковая группа теплового насоса будет совершать такое же возвратно-поступательное движение.
В положении, изображенном на чертеже, РТ в полости компрессионного сильфона 29 находится в сжатом и, следовательно, нагретом состоянии, а в полости расширительного сильфона 30 расширенном, следовательно, охлажденном состоянии.
Для движения сильфонно-штоковой группы вниз открывают клапан 35 и горячее РТ, из полости компрессионного сильфона 33 будет вытесняться в полость сильфона 34 детандера, отдавая теплоту в теплообменнике 35 и, следовательно, понижать свое давление.
Одновременно холодное РТ из полости расширительного сильфона 30 детандера будет вытесняться через обратный клапан 28 и приемный сильфон 9 компрессора, поглощая в теплообменнике 25 теплоту подводимого наружного воздуха, поступающего через патрубок 26.
При движении сильфонно-штоковой группы вверх подогретое РТ из полости приемного сильфона 29 будет вытесняться через обратный клапан 31 в меньшую полость компрессионного сильфона 33, его давление и, следовательно, температура будет повышаться. Одновременно РТ из полости приемного сильфона 34 детандера (отдавшее теплоту в теплообменник 36) будет поступать (с расширением) через открытый клапан 32 в полость расширительного сильфона 30 детандера, понижая свою температуру до минимальной.
Далее цикл повторяется.
При изменении объемов полостей охлаждения двигателя 17 и 18 происходит всасывание окружающего воздуха через всасывающие патрубки 19 и 20 и нагнетание его через выхлопные патрубки 21 и 22 и магистраль 23 (постоянно сообщенную с приемом патрубком 38) в корпус 37 и выходной (горячий) патрубок 39 к потребителю.
Из вышеизложенного следует, что в предлагаемом устройстве для нагрева и охлаждения воздуха одновременно происходит его охлаждение в низкотемпературном теплообменнике и подогрев в высокотемпературном теплообменнике. При этом утилизируется теплота, неперешедшая в механическую работу теплового насоса, и теплота от потока наружного воздуха, проходящего через кожух низкотемпературного теплообменника. Кроме того, в высокотемпературном теплообменнике утилизируется неиспользованная для механической работы двигателя теплота топлива.
Таким образом, работая по замкнутому циклу в устройстве, в идеале тепловой насос реализует всю тепловую энергию топлива, потребляемого двигателем, и теплоту наружного воздуха, которая реализуется в результате значительного перепада его температуры и температуры холодного РТ после детандера. В общем тепловом балансе количество выдаваемой теплоты в 3-3,5 раза больше теплоты подводимой к двигателю.
Claims (3)
1. Устройство для нагрева и охлаждения воздуха, содержащее сильфонные цилиндры теплового насоса, образующие рабочие компрессорную и детандерные полости и магистраль для подвода наружного и отбора горячего воздуха, а также автономный привод, отличающееся тем, что автономный привод выполнен в виде сильфонного двигателя с внешним подводом теплоты.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полость корпуса, содержащая высокотемпературный теплообменник теплового насоса, постоянно сообщена при помощи воздуховода с полостями охлаждения сильфонного двигателя.
3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что шток теплового насоса жестко сопряжен со штоком сильфонного двигателя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93006615A RU2085813C1 (ru) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | Устройство для нагрева и охлаждения воздуха |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93006615A RU2085813C1 (ru) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | Устройство для нагрева и охлаждения воздуха |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93006615A RU93006615A (ru) | 1995-04-30 |
RU2085813C1 true RU2085813C1 (ru) | 1997-07-27 |
Family
ID=20136752
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93006615A RU2085813C1 (ru) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | Устройство для нагрева и охлаждения воздуха |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2085813C1 (ru) |
-
1993
- 1993-02-03 RU RU93006615A patent/RU2085813C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1366816, кл. F 25 B 21/00, 1986. 2. Авторское свидетельство СССР N 1522001, кл. F 25 B 11/00, 1989. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6701721B1 (en) | Stirling engine driven heat pump with fluid interconnection | |
US4148195A (en) | Liquid piston heat-actuated heat pump and methods of operating same | |
US4281969A (en) | Thermal pumping device | |
US4350012A (en) | Diaphragm coupling between the displacer and power piston | |
EP2406485A1 (en) | Heat engine with regenerator and timed gas exchange | |
CN107940790A (zh) | 一种混合循环低温制冷机 | |
US4455826A (en) | Thermodynamic machine and method | |
US4345437A (en) | Stirling engine control system | |
CN110131070A (zh) | 一种基于自由活塞斯特林发动机的冷电联产系统及其工作方法 | |
JP2009236456A (ja) | パルス管型蓄熱機関 | |
JP3521183B2 (ja) | 圧縮比と膨張比をそれぞれ独自に選べる熱機関 | |
JPH03271551A (ja) | スターリング機関一体型圧縮機 | |
EP0055769B1 (en) | Stirling engine | |
RU2085813C1 (ru) | Устройство для нагрева и охлаждения воздуха | |
JP2010071481A (ja) | 熱式圧縮機および冷暖房装置 | |
US3677027A (en) | Internal combustion heat engine and process | |
RU2106582C1 (ru) | Устройство для получения тепла и холода | |
KR20060071827A (ko) | 엔진실린더, 재생기와 냉각기가 일체형으로 결합된외연열기관 | |
RU2131563C1 (ru) | Устройство для нагрева и охлаждения воздуха | |
Kirkconnell et al. | A Novel Multi-Stage Expander Concept | |
US4679986A (en) | Energy conserving refrigeration apparatus and method | |
CN115031434B (zh) | 热声自循环换热器的回热式制冷系统及制冷机构 | |
RU2117221C1 (ru) | Устройство для нагрева и охлаждения воздуха | |
CN102678383A (zh) | 一种分置式自由活塞斯特林发动机 | |
RU2118766C1 (ru) | Устройство для нагрева и охлаждения воздуха |