Теплоутилизатор на тепловых трубках
HEAT REGENERATOR ON HEAT PIPES

Изобретение относится к отрасли энергетики, а именно к устройствам, предназначенным для вторичного использования теплоты и холода, находящегося в выбрасываемом вытяжном воздухе на нужды отопления и вентиляции, и может быть использовано в сельском хозяйстве для утилизации теплоты удаляемого вентиляционного воздуха в животноводческих помещениях.
Известен теплообменник-утилизатор, содержащий корпус, разделенный герметичной перегородкой на отсеки для горячей и холодной сред, и пучок тепловых труб, проходящий через отсеки и закрепленный в перегородке, в котором корпус выполнен цилиндрическим, а перегородка установлена с возможностью поворота вокруг его оси на 180° (а.с. СССР № 1179086, МПК F28D 15/02, опубл. 15.9.1985).
Недостатком известного теплообменника-утилизатора является то, что в нем не предусмотрен нагрев холодного приточного воздуха за счет утилизации теплоты удаляемого вентиляционного воздуха животноводческого помещения.
Известен теплоутилизатор, содержащий корпус, разделенный герметичной перегородкой на отсеки для горячей и холодной сред, и пучок тепловых труб, которые проходят через отсеки и закреплены в перегородке (патент РФ № 2375660, МПК F28D 15/02, опубл. 10.12.2009, Бюл. № 34). Отсек для холодной среды разделен на две камеры стенкой, перпендикулярной перегородке между отсеками для горячей и холодной сред, а именно на камеры предварительного нагрева и окончательного нагрева холодной среды. Первая из этих камер заполнена по всей высоте тепловыми трубами, а вторая выполнена с образованием в верхней части этой камеры емкости, свободной от тепловых труб. Камеры соединены между собой трубопроводом. Тепловые трубы в отсеке для горячей среды, или в отсеке для холодной среды, или в обоих отсеках могут быть оснащены ребрами.
Недостатком известного теплоутилизатора является то, что в конструкции отсека холодной среды не предусмотрен нагрев холодного приточного воздуха за счет утилизации теплоты удаляемого вентиляционного воздуха животноводческого помещения.
Известен теплоутилизатор типа ТТ конструкции ЦНИИПромзданий, представляющий собой трехрядный теплоутилизатор на тепловых трубках, выполненный из алюминиевых пластин, насаженных на медные трубки (Лебедь А.А. Микроклимат животноводческих помещений. - М.: Колос, 1984. - 199 с., стр. 134-135). В каждом ряду трубки соединены последовательно калачами. Оребренные трубки заключены в общий корпус с герметичной разделительной стенкой и фланцами для присоединения воздуховодов вытяжного и приточного потоков. Трубки собраны в пучки, образующие теплообменник. Один конец теплообменника вводят в поток теплого воздуха, а другой - в поток холодного воздуха. Воспринимая скрытую теплоту испарения от теплого воздуха, теплоноситель внутри трубок испаряется. Образующийся пар движется в сторону холодных концов трубок, конденсируется, отдавая скрытую теплоту.
Недостатком известного теплоутилизатора является отсутствие дополнительного подогрева воздуха и защиты теплоутилизатора от обмерзания.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является теплоутилизатор типа ТУТ на тепловых трубках. (Бабаханов Ю.М. , Степанова Н.А. Оборудование и пути снижения знергопотребления систем микроклимата. М.: Россельхозиздат, 1986.- 232 с., ил., стр. 212-213). Теплообменник состоит из блоков по 10 - 30 тепловых трубок. Блоки разделены на две части герметичной перегородкой и образуют две секции - испарительную, через которую проходит удаляемый из помещения теплый воздух, и конденсаторную - для прохода свежего приточного воздуха. Теплоутилизатор имеет дополнительный электрокалорифер, установленный в обводном канале для дополнительного подогрева приточного воздуха.
Недостатком известного теплоутилизатора является то, что в конструкции теплоутилизатора для дополнительного нагрева вентиляционного воздуха применяются калориферы (водяной или электрический), использующие тепловую энергию, получаемую от котельной или электроэнергию, что снижает эффект утилизации тепловой энергии вытяжного воздуха при его дополнительном подогреве.
Технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение затрат электрической энергии, увеличение коэффициента преобразования утилизируемой теплоты и повышение эффективности утилизации тепловой энергии вытяжного удаляемого из животноводческого помещения теплого воздуха для вторичного использования теплоты, находящейся в выбрасываемом удаляемом вытяжном воздухе на нужды отопления и вентиляции в помещениях.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность увеличить коэффициент преобразования утилизируемой теплоты за счет утилизации остаточной теплоты из потока удаляемого воздуха с помощью термоэлектрического теплового насоса, состоящего из термоэлектрической сборки и тепловых трубок, передающих тепловой поток из испарительной секции холодному контуру и отдающих тепловой поток от горячего контура термоэлектрического модуля конденсаторной секции теплоутилизатора, в которой подогревается дополнительно холодный приточный воздух.
Технический результат достигается тем, что предлагаемый теплоутилизатор на тепловых трубках, содержащий корпус с тепловыми трубками, разделенный герметичной перегородкой на испарительную секцию, через которую проходит удаляемый из помещения теплый воздух, и конденсаторную секцию, для прохода и нагрева наружного приточного воздуха, воздуховоды, приточный и вытяжной электровентиляторы, блок управления, согласно изобретению, снабжен термоэлектрическим тепловым насосом, представляющим собой тепловые трубки и термоэлектрическую сборку, включающую термоэлектрический модуль с холодными и горячими спаями, при этом к холодным спаям прилегает конденсатор транспортной тепловой трубки с зоной испарения, оребренный испаритель которой установлен в испарительной секции перед тепловыми трубками напротив вытяжного электровентилятора, к горячим спаям прилегает испаритель транспортной тепловой трубкой с зоной конденсации, оребренный конденсатор которой установлен в конденсаторной секции перед тепловыми трубками напротив приточного электровентилятора, причем одной стороной конденсаторная секция присоединена приточным воздуховодом к приточной системе вентиляции помещения, а противоположной стороной через приточный электровентилятор к заборнику наружного воздуха, испарительная секция одной стороной присоединена к вытяжному воздуховоду, а противоположной стороной через вытяжной электровентилятор к шахте удаляемого воздуха, при этом блок управления соединен с термоэлектрическим модулем, вытяжным и приточным электровентиляторами.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема теплоутилизатора на тепловых трубках.
Теплоутилизатор на тепловых трубках содержит корпус 1, тепловые трубки 2, герметичную перегородку 3, испарительную (горячую) секцию 4, конденсаторную (холодную) секцию 5, конденсаторы 6 тепловых трубок 2, испарители 7 тепловых трубок 2, конденсаторы 6 тепловых трубок 2, термоэлектрическую сборку 8, термоэлектрический модуль 9, холодные спаи 10, горячие спаи 11, конденсатор 12 транспортной тепловой трубки 14 с зоной испарения, испаритель 13 транспортной тепловой трубки 15 с зоной конденсации, транспортную тепловую трубку 14 с зоной испарения, транспортную тепловую трубку 15 с зоной конденсации, испаритель 16 транспортной тепловой трубки 14, конденсатор 17 транспортной тепловой трубки 15, вытяжной электровентилятор 18, приточный электровентилятор 19, блок управления 20, животноводческое помещение 21, приточный воздуховод 22, вытяжной воздуховод 23, заборник наружного воздуха 24, шахта удаляемого воздуха 25, оребрение 26 тепловых трубок 2.
В корпусе 1 установлены тепловые трубки 2, которые разделены на две части герметичной перегородкой 3 и образуют две секции - испарительную 4, через которую проходит удаляемый из помещения 21 теплый воздух, и конденсаторную 5 для прохода свежего приточного воздуха в помещение 21. Одной стороной конденсаторная секция 5 присоединена приточным воздуховодом 22 к приточной системе вентиляции животноводческого помещения 21, а другой противоположной стороной через приточный электровентилятор 19 к заборнику наружного воздуха 24. Испарительная секция 4 одной стороной присоединена к вытяжному воздуховоду 23, а другой противоположной стороной через вытяжной электровентилятор 18 к шахте удаляемого воздуха 25. Тепловые трубки 2 с помощью оребрения 26 образуют теплоотдающую поверхность теплоутилизатора. Испарители 7 тепловых трубок 2 находятся в испарительной секции 4 в потоке теплого воздуха, удаляемого из помещения 21, а конденсаторы 6 тепловых трубок 2 находятся в конденсаторной секции 5 в потоке холодного воздуха, нагнетаемого в животноводческое помещение 21.
Термоэлектрический тепловой насос включает в себя транспортную тепловую трубку 14 с зоной испарения, транспортную тепловую трубку 15 с зоной конденсации и термоэлектрическую сборку 8. Термоэлектрическая сборка состоит из термоэлектрического модуля 9 с холодными спаями 10 и горячими спаями 11. К холодным спаям 10 прилегает конденсатор 12 транспортной тепловой трубки 14, а оребренный испаритель 16 транспортной тепловой трубки 14 установлен в испарительной секции 4 после испарителей 7 тепловых трубок 2 напротив вытяжного электровентилятора 18. К горячим спаям 11 прилегает испаритель 13 транспортной тепловой трубки 15, а оребренный конденсатор 17 транспортной тепловой трубки 15 установлен в конденсаторной секции 5 перед конденсаторами 6 тепловых трубок 2 напротив приточного электровентилятора 19. Блок управления 20 соединен с термоэлектрическим модулем 8, вытяжным электровентилятором 18 и приточным электровентилятором 19.
Работает теплоутилизатор на тепловых трубках следующим образом.
При включении блока управления 20 приточный вентилятор 19 начинает подавать наружный холодный воздух через конденсаторную секцию 5 по приточному воздуховоду 22 в животноводческое помещение 21. Вытяжной электровентилятор 18 через испарительную секцию 4 по вытяжному воздуховоду 23 удаляет теплый воздух из помещения 21. Воспринимая скрытую теплоту испарения от теплого воздуха, теплоноситель внутри тепловых трубок 2 испаряется в испарителях 7 тепловых трубок 2.
Образующийся пар движется в конденсаторы 6 тепловых трубок 2, где конденсируется, отдавая скрытую теплоту вытяжного воздуха, которая нагревает приточный воздух в конденсаторной секции 5. Нагретый воздух из конденсаторной секции 5 по приточному воздуховоду 22 подается в животноводческое помещение 21. Защита тепловых трубок 2, расположенных в конденсаторной секции 5 от обмерзания осуществляется за счет остаточного потока теплоты из удаляемого воздуха, утилизируемого термоэлектрическим тепловым насосом.
Термоэлектрический тепловой насос представляет собой термоэлектрическую сборку 8 с расположенным в ней термоэлектрическим модулем Пельтье 9, холодными спаями 10, соединенные с конденсатором 12 транспортной тепловой трубки 14, испаритель 16, которой находится в испарительной секции 4 и горячими спаями 11, соединенные с испарителем 13 транспортной тепловой трубки 15, конденсатор 17, которой находится в конденсаторной секции 5. Таким образом, остаточная теплота удаляемого воздуха с испарителя 16 с помощью тепловой трубки 14 трансформируется на холодные спаи 10 термоэлектрического модуля 9 и в соответствии с законом Пельте утилизированная остаточная теплота при охлаждении удаляемого воздуха передается на горячие спаи 11 термоэлектрического модуля 9, к которому прилегает испаритель 13 транспортной тепловой трубки 15. Конденсатор 17 транспортной тепловой трубки 15 находится в конденсаторной секции 5, где выделенная теплота при конденсации теплоносителя в конденсаторе 17 тепловой трубки 15 нагревает приточный воздух, который поступает в помещение 21. Испаритель 16 тепловой трубки 14 отбирает тепло из удаляемого воздуха и трансформирует его на холодные спаи 10 термоэлектрического модуля 9, увеличивая тем самым поток тепловой энергии на горячих спаях 11 термоэлектрического модуля 9. Тепловой поток от испарителя 13 по тепловой трубке 15 передается в конденсатор 17, вызывая при этом его нагрев и как следствие дополнительный нагрев холодного приточного воздуха. Утилизированная тепловая энергия вытяжного удаляемого из животноводческого помещения теплого воздуха направляется для вторичного использования теплоты, находящейся в выбрасываемом удаляемом вытяжном воздухе на нужды отопления и вентиляции в помещениях.
Предлагаемый теплоутилизатор на тепловых трубках позволяет уменьшить затраты энергии, увеличить коэффициент преобразования утилизируемой теплоты и повысить эффективность утилизации тепловой энергии вытяжного воздуха для вторичного использования теплоты, находящейся в выбрасываемом вытяжном воздухе на нужды отопления и вентиляции в животноводческих помещениях.