RU2365826C2 - Mode of operation of heating system against cold and hot heat sources - Google Patents
Mode of operation of heating system against cold and hot heat sources Download PDFInfo
- Publication number
- RU2365826C2 RU2365826C2 RU2007134048/03A RU2007134048A RU2365826C2 RU 2365826 C2 RU2365826 C2 RU 2365826C2 RU 2007134048/03 A RU2007134048/03 A RU 2007134048/03A RU 2007134048 A RU2007134048 A RU 2007134048A RU 2365826 C2 RU2365826 C2 RU 2365826C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- cylinder
- heating
- cylinders
- atmospheric
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/17—District heating
Landscapes
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Description
1. Область техники, к которой относится изобретение1. The technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к отопительным системам.The invention relates to heating systems.
2. Уровень изобретения2. The level of invention
Аналогов данному изобретению нет, но если они существуют, то автору эти аналоги не известны.There are no analogues to this invention, but if they exist, then these analogues are not known to the author.
3. Раскрытие изобретения3. Disclosure of invention
Основной задачей способа работы отопительной системы является получение самого экономичного отопления зданий, сооружений, парников за счет отбора тепла (энергии) от окружающей среды - атмосферного воздуха или воды. В первом случае от атмосферного воздуха можно отбирать энергию при минусовых температурах его в пределах -10°С - 15°С, а отбирать энергию от воды можно в переделах +1°С - +4°С. В указанных случаях, забирая тепло (энергию) из атмосферного воздуха в пределах указанных выше температур, получая за счет его расширения в изотермических цилиндрах с 1 до 0,5 кг/см2, мы ею запасаемся пропорционально температуре, считая от абсолютного нуля по шкале Кельвина. В нашем примере она равно 273K-15°С=258K. Это от атмосферного воздуха при температуре -10°С - 15°С, а от воды - 273K+4°C=277K.The main objective of the method of operation of the heating system is to obtain the most economical heating of buildings, structures, greenhouses due to the selection of heat (energy) from the environment - atmospheric air or water. In the first case, energy can be taken from atmospheric air at minus temperatures within -10 ° С - 15 ° С, and energy can be taken from water in the range of + 1 ° С - + 4 ° С. In these cases, taking heat (energy) from the atmospheric air within the above temperatures, obtaining due to its expansion in isothermal cylinders from 1 to 0.5 kg / cm 2 , we store it proportionally to the temperature, counting from absolute zero on the Kelvin scale . In our example, it is equal to 273K-15 ° С = 258K. This is from atmospheric air at a temperature of -10 ° С - 15 ° С, and from water - 273K + 4 ° C = 277K.
Для отопления нужна температура в квартире +30°С, т.е. 273K+30°C=303K. Это значит, что получим от внешней среды от воздуха 258 единиц энергии, а отдать надо 303 единицы. КПД будет равно:For heating, the temperature in the apartment + 30 ° C, i.e. 273K + 30 ° C = 303K. This means that we will receive 258 units of energy from the environment from the air, and 303 units must be returned. The efficiency will be equal to:
. .
Выходит, как бы 258 калорий получили, а отдали 303 калории. Это значит, 85% получили от внешней среды, а отдаем 100%, что на 15% больше, т.е. затратили на отопление 15% от необходимого.It turns out that 258 calories would have been received, and 303 calories given away. This means that 85% was received from the external environment, and we give back 100%, which is 15% more, i.e. spent on heating 15% of the required.
Во втором случае получаем энергию от воды. Получим, например, от нее в результате расширения изотермически воздуха 277 калорий, а отдаем 303 калории в помещение. Определяем КПД по формуле:In the second case, we get energy from water. For example, we will receive from it as a result of isothermal expansion of air 277 calories, and give 303 calories to the room. We determine the efficiency by the formula:
. .
Это значит, что на отопление отдали 303 калории, а получили от воды 277 калорий энергии. К этому количеству тепла добавим от сети 8,6% калорий в виде электричества и тогда температура воздуха в квартире будет +30°С, а воды +4°С.This means that 303 calories were given for heating, and 277 calories of energy were received from water. To this amount of heat, we add from the network 8.6% of calories in the form of electricity, and then the air temperature in the apartment will be + 30 ° С, and water + 4 ° С.
Вывод: отопление по данному способу желательно осуществлять, отбирая тепло от воды в водоеме, но если водоема нет, то это надо делать за счет атмосферного воздуха.Conclusion: it is desirable to carry out heating by this method, taking heat from the water in the reservoir, but if there is no reservoir, then this should be done at the expense of atmospheric air.
Таким образом, способ работы отопительной системы основан на обратном термодинамическом цикле: это закон перехода энергии (тепла) в работу и наоборот - переход работы в тепловую энергию. Количественные показатели этого закона выражаются и подсчитываются с глубокой точностью по формуле:Thus, the way the heating system works is based on the inverse thermodynamic cycle: this is the law of the transfer of energy (heat) to work and vice versa - the transition of work into thermal energy. Quantitative indicators of this law are expressed and calculated with deep accuracy by the formula:
, ,
где Т2K - это температура, которую приобретает рабочее тело (воздух) в результате нагрева, в данном случае за счет адиабатического сжатия, произведя определенную работу;where T 2 K is the temperature that the working fluid (air) acquires as a result of heating, in this case due to adiabatic compression, having done some work;
T1K - это температура холодного источника: воздуха в атмосфере, воды в водоеме.T 1 K is the temperature of the cold source: air in the atmosphere, water in the pond.
Для осуществления этих термодинамических циклов необходимо иметь целый ряд цилиндров изотермического расширения атмосферного воздуха, засосанного в них, где и производится затем медленное его расширение за счет отбора тепла от атмосферного воздуха, поступающего к расширяемому воздуху через стенки этих цилиндров (расширение с давления 1 кг/см2 до давления 0,5 кг/см2). Далее расширенный воздух, пройдя емкость 2, засасывается в цилиндр 5 адиабатического сжатия, где он сжимается до исходного давления 1 кг/см2 и выталкивается в отопляемое помещение, затрачивая работу на 15% или 8,6% больше, чем получим при изотермическом расширении воздуха в цилиндрах.To carry out these thermodynamic cycles, it is necessary to have a number of cylinders for isothermal expansion of atmospheric air, sucked into them, where it then slowly expands due to heat extraction from atmospheric air entering the expandable air through the walls of these cylinders (expansion with a pressure of 1 kg / cm 2 to a pressure of 0.5 kg / cm 2 ). Further, the expanded air, passing through the container 2, is sucked into the adiabatic compression cylinder 5, where it is compressed to an initial pressure of 1 kg / cm 2 and pushed into the heated room, spending 15% or 8.6% more work than we get with isothermal air expansion in the cylinders.
4. Краткое описание чертежа4. Brief description of the drawing
Основными элементами данной отопительной системы (способа) будут:The main elements of this heating system (method) will be:
- набор цилиндров изотермического расширения воздуха 4 с давления 1 до 0,5 кг/см2 с электрогенератором и редуктором;- a set of cylinders of isothermal expansion of air 4 from a pressure of 1 to 0.5 kg / cm 2 with an electric generator and gearbox;
- емкости 2 промежуточного хранения изотермически расширенного воздуха до 0,5 кг/см2;- tanks 2 for intermediate storage of isothermally expanded air up to 0.5 kg / cm 2 ;
- цилиндр 5 адиабатического сжатия воздуха с 0,5 до 1 кг/см2 (атмосферного) и температуры +30°С;- cylinder 5 adiabatic compression of air from 0.5 to 1 kg / cm 2 (atmospheric) and temperature + 30 ° C;
- ряд трубопроводов 8, 9, 10.- a number of pipelines 8, 9, 10.
Назначение элементов системыAssigning system elements
- Электродвигатель 1 приводит в работу цилиндр 5 адиабатического сжатия воздуха и направляет его в квартиру;- The electric motor 1 drives the cylinder 5 of adiabatic air compression and directs it to the apartment;
- Емкость 2 служит для хранения и прохождения через нее изотермически разреженного воздуха до 0,5 кг/см2;- Capacity 2 is used to store and pass through it isothermally rarefied air up to 0.5 kg / cm 2 ;
- Электрогенератор с редуктором 3, работающий за счет изотермически расширенного воздуха в цилиндрах 4 за счет получения тепла через стенки цилиндров из атмосферы или от воды;- An electric generator with a reducer 3, operating due to isothermally expanded air in the cylinders 4 due to heat through the cylinder walls from the atmosphere or from water;
- Изотермическая система цилиндров 4 для расширения в них атмосферного воздуха до 0,5 кг/см2;- Isothermal system of cylinders 4 for expansion of atmospheric air in them up to 0.5 kg / cm 2 ;
- Цилиндр 5 для адиабатического сжатия поступившего из емкости воздуха при Р=0,5 кг/см2 до Р=1 кг/см2;- Cylinder 5 for adiabatic compression of the air received from the tank at P = 0.5 kg / cm 2 to P = 1 kg / cm 2 ;
- Штоки 6 служат для насадки на них поршней изотермической системы;- The rods 6 are used for packing pistons of an isothermal system on them;
- Дренажные клапана 7 в цилиндрах предназначены для облегчения работы поршневой системы и охлаждения цилиндров изнутри;- Drain valves 7 in the cylinders are designed to facilitate the operation of the piston system and cool the cylinders from the inside;
- По трубопроводу 8 поступает воздух из емкости 2 в цилиндр адиабатического сжатия 5. По трубопроводу 9 воздух подается в квартиру. Труба 10 служит для подачи разреженного воздуха до 0,5 кг/см2 в емкость 2;- Air flows from the tank 2 through the pipe 8 to the adiabatic compression cylinder 5. Air moves to the apartment through the pipe 9. The pipe 10 serves to supply rarefied air up to 0.5 kg / cm 2 in the tank 2;
- Поршни 11 в системе разрежения воздуха в цилиндрах 4;- Pistons 11 in the system of rarefaction of air in the cylinders 4;
- Клапан 12 служит для всасывания воздуха в цилиндр 4;- The valve 12 serves to suck air into the cylinder 4;
- Клапан 14 впускает воздух в цилиндр адиабатического сжатия 5;- Valve 14 lets air into the adiabatic compression cylinder 5;
- Клапан 15 выпуска сжатого до 1 кг/см2 и нагретого за счет сжатия до +30°С воздуха в квартиру;- The valve 15 release compressed to 1 kg / cm 2 and heated by compressing up to + 30 ° C air into the apartment;
- 13 - крепление емкости 2 к стене обогреваемого помещения.- 13 - fastening of the container 2 to the wall of the heated room.
5. Осуществление изобретения5. The implementation of the invention
Система состоит из следующих основных элементов в статическом состоянии:The system consists of the following basic elements in a static state:
- двух длинных цилиндров (труб) нужного диаметра, устанавливаемых с южной стороны здания (желательно). Это по сути стенки многоцилиндрового поршневого изотермического устройства, в каждом по 5 цилиндров с тремя клапанами каждый: всасывающего, выпускающего и дренажного;- two long cylinders (pipes) of the desired diameter, installed on the south side of the building (preferably). This is essentially the wall of a multi-cylinder piston isothermal device, each with 5 cylinders with three valves each: suction, exhaust and drain;
- целого ряда поршней 11, по 5 в каждой трубе-цилиндре, насаженных на штоки 6 (трубы, их две) малого диаметра, входящие в центр каждого поршня 11. Эта система поршней 11 вводится в трубы 4, где они занимают каждый свое место;- a number of pistons 11, 5 in each cylinder tube, mounted on rods 6 (two pipes) of small diameter, entering the center of each piston 11. This piston system 11 is introduced into the pipes 4, where they occupy each place;
- для всех 10 цилиндров один электрогенератор с редуктором 3, соединенные шатунами с центральной трубой 6, на которой насажены поршни для передачи их усилий (работы) на редуктор 3, а он приведет в действие электрогенератор, вырабатывая электроэнергию;- for all 10 cylinders, one electric generator with gear 3, connected by connecting rods to the central pipe 6, on which pistons are mounted to transmit their efforts (work) to gear 3, and it will actuate the electric generator, generating electricity;
- цилиндр адиабатического сжатия 5 для сжатия поступившего воздуха их емкости при 0,5 кг/см2 до давления 1 кг/см2 и выталкивания его в квартиру с помощью электродвигателя, питающегося от сети.- adiabatic compression cylinder 5 for compressing the incoming air of their capacity at 0.5 kg / cm 2 to a pressure of 1 kg / cm 2 and pushing it into the apartment using an electric motor powered from the network.
Работа системы отопленияHeating system operation
а. Включить электродвигатель 1 от сети, приводящий в работу цилиндр 5 с поршнем по откачке воздуха из емкости 2, и довести в ней давление до 0,5 кг/см2. Как только будет откачен воздух из емкости 2 и доведен в ней до 0,5 кг/см2, надо провернуть электрогенератор 3, вырабатывающий электроэнергию за счет изотермического расширения воздуха в цилиндрах (их 10), и система заработает.but. Turn on the electric motor 1 from the network, which drives the cylinder 5 with the piston for pumping air from the tank 2, and bring the pressure in it to 0.5 kg / cm 2 . As soon as the air is pumped out from the tank 2 and brought to 0.5 kg / cm 2 in it, it is necessary to crank the electric generator 3, which generates electricity by isothermal expansion of air in the cylinders (there are 10 of them), and the system will work.
б. Разрежение воздуха при постоянной температуре в изотермических цилиндрах 4 происходит медленно, поэтому этих цилиндров много. Их число определяется опытным путем.b. The rarefaction of air at a constant temperature in the isothermal cylinders 4 occurs slowly, so there are many of these cylinders. Their number is determined empirically.
в. Цилиндр 5 с поршнем адиабатического сжатия воздуха до температуры +30°С должен работать на больших оборотах и поддерживать давление в емкости равным 0,5 кг/см2.at. Cylinder 5 with a piston for adiabatic compression of air to a temperature of + 30 ° C must operate at high speeds and maintain a pressure in the vessel of 0.5 kg / cm 2 .
г. Дренаж в цилиндрах 4 для атмосферного воздуха и труба 6 в центре поршней 11 создают наилучшие условия передачи тепла изотермически расширяемому воздуху через стенки цилиндров от внешнего атмосферного воздуха или воды.Drainage in cylinders 4 for atmospheric air and a pipe 6 in the center of the pistons 11 create the best conditions for heat transfer to isothermally expanding air through the cylinder walls from external atmospheric air or water.
Предложения по реализации системы отопленияProposals for the implementation of the heating system
Самое главное - изготовление изотермических цилиндров. Их сделать можно довольно просто из стальных, чугунных или дюралевых труб. Допустим, надо иметь 10 цилиндров длиной по 20 см каждый. Надо брать трубу из указанных выше металлов нужного диаметра, к примеру 100 мм, и отрезать 10 цилиндров по 20 см длиной. Приготовить фланцы для цилиндров по 2 на каждый цилиндр. Внутренний диаметр фланцев равен внешнему диаметру цилиндра. Во фланцах просверлить по 6 отверстий для винтов. Полученные фланцы приварить на самые концы цилиндров впотай. По размерам фланцев изготовить толстые деревянные диски из осины или дуба, в каждом по центру отверстия, равные внешнему диаметру трубы, идущей к редуктору с электрогенератором и соединенной с редуктором шатуном. На эту трубу насаживается первый диск, к нему - цилиндр с фланцем, и скрепляем их винтами. Но прежде чем насаживать их на трубу, надо на диске из дерева установить все три клапана: всасывающий, выпускной и дренажный. В этот цилиндр, насаженный на внутреннюю трубу, вставляем приготовленный поршень и закрепляем его на внутренней трубе около клапанов (всех трех). Таким образом, первый цилиндр готов к работе. Вставляем на внутреннюю трубу второй диск, а потом второй цилиндр и скрепляем их винтами, вставляя их в отверстия фланцев второго цилиндра и диска, расположенного между ними.The most important thing is the manufacture of isothermal cylinders. They can be made quite simply from steel, cast-iron or duralumin pipes. Suppose you need to have 10 cylinders 20 cm long each. It is necessary to take a pipe from the above metals of the desired diameter, for example 100 mm, and cut off 10 cylinders 20 cm long. Prepare flanges for the cylinders, 2 for each cylinder. The inner diameter of the flanges is equal to the outer diameter of the cylinder. Drill 6 screw holes in the flanges. Weld the resulting flanges to the very ends of the cylinders. According to the size of the flanges, make thick wooden discs from aspen or oak, each with a center hole equal to the outer diameter of the pipe going to the gearbox with an electric generator and connected to the gearbox by a connecting rod. The first disk is mounted on this pipe, a cylinder with a flange is attached to it, and we fasten them with screws. But before putting them on the pipe, it is necessary to install all three valves on a wooden disk: suction, exhaust and drain. In this cylinder, mounted on the inner tube, insert the prepared piston and fix it on the inner tube near the valves (all three). Thus, the first cylinder is ready for operation. We insert the second disk onto the inner tube, and then the second cylinder and fasten them with screws, inserting them into the holes of the flanges of the second cylinder and the disk located between them.
Изготовили 10 поршней. Для их изготовления годятся диски из дюраля по два на каждый поршень с внешним диаметром на 4 мм меньше внутреннего диаметра цилиндра, и имеющие отверстия в центре, равные внешнему диаметру внутренней трубы. Между дисками из дюраля вставляется диск из войлока, диаметром на 5-7 мм больше дисков. Войлок будет выполнять роль колец в цилиндрах поршневых двигателей, т.е. для герметичности. Все это насаживается на внутреннюю трубу, скрепляя их винтами. Получается поршень, закрепив его на внутренней трубе неподвижно винтами под войлочным диском. И далее, насаживаем поршень на внутреннюю трубу из 2-х дюралевых дисков, а между ними войлочный диск, и закрепляем их на трубе во 2-м цилиндре так, как это сделали в первом цилиндре перед диском с клапанами. И далее, по этой методике насаживаем на внутреннюю трубу 3-й, 4-й, 5-й цилиндры. 5-й цилиндр с внешней стороны закрываем диском и закрепляем его на фланце винтами. Внутренняя труба должна выступать наружу через центр диска.Made 10 pistons. For their manufacture, duralumin wheels are suitable, two for each piston with an outer diameter of 4 mm less than the inner diameter of the cylinder, and having holes in the center equal to the outer diameter of the inner pipe. Between the duralumin discs, a felt disc is inserted, 5-7 mm larger than the discs. Felt will play the role of rings in the cylinders of piston engines, i.e. for tightness. All this is mounted on the inner pipe, fastening them with screws. It turns out the piston, fixing it to the inner tube motionlessly with screws under the felt disc. And then, we put the piston on the inner tube of 2 duralumin disks, and between them a felt disk, and fix them on the pipe in the 2nd cylinder as it was done in the first cylinder in front of the valve disk. And then, using this technique, we install the 3rd, 4th, 5th cylinders on the inner tube. We close the 5th cylinder from the outside with a disk and fasten it to the flange with screws. The inner pipe should protrude out through the center of the disc.
Таким способом монтируется на 2-й внутренней трубе остальные 5 цилиндров. На этом работа закончена по изготовлению изотермической части отопительной системы. Далее, к клапану выпуска монтируется труба подачи разреженного воздуха в емкость. Эту часть закрепляем на стене с внешней стороны здания и здесь же крепим емкость хранения разреженного воздуха.In this way, the remaining 5 cylinders are mounted on the 2nd inner pipe. On this, the work is completed on the manufacture of the isothermal part of the heating system. Further, a pipe for supplying rarefied air to the tank is mounted to the exhaust valve. We fix this part on the wall from the outside of the building and here we fix the storage capacity of rarefied air.
В отдельной камере крепится цилиндр адиабатического сжатия с электродвигателем. Камера должна иметь тепловую и звуковую изоляцию, а нагретый воздух по трубе поступает в помещение или в секцию для отопления.An adiabatic compression cylinder with an electric motor is mounted in a separate chamber. The chamber must have thermal and sound insulation, and heated air through the pipe enters the room or section for heating.
И главное, деревянные диски надо выполнить толстыми из осины или дуба, чтобы в каждом можно смонтировать все три клапана: всасывающий, выпускной и дренажный. В этом случае поршни будут работать вплотную, доходя до дисков, прижимаясь при выдавливании воздуха в емкость и при окончании расширения воздуха в цилиндре.And most importantly, wooden discs must be made thick from aspen or oak, so that in each one you can mount all three valves: suction, exhaust and drain. In this case, the pistons will work closely, reaching the discs, pressing when squeezing air into the container and at the end of the expansion of air in the cylinder.
Подробный пример осуществления способа работы отопительной системыA detailed example of the method of operation of the heating system
Разъяснения по работе цилиндров в объеме всех нижеприведенных процессов, совершаемых в отопительной системе по обеспечению ее работы, будут следующие:Explanations on the operation of the cylinders in the scope of all of the processes below, performed in the heating system to ensure its operation, will be as follows:
- каким образом и за счет чего в них поступает воздух;- how and due to what air enters into them;
- каким образом он оттуда откачивается;- how is he pumped out of there;
- каким образом происходит его изотермическое расширение и понижение его давления.- how is its isothermal expansion and lowering of its pressure occurs.
1. Каким образом и за счет чего в них поступает воздух1. How and due to what air enters them
Это происходит с помощью работы клапанов. Так при открытии клапана 12 для всасывания (поступления) воздуха из атмосферы для заполнения изотермического цилиндра атмосферным воздухом при атмосферном давлении 1 кг/см2 на половину цилиндра клапан всасывания 12 закрывается, а поршень при этом прошел половину длины цилиндра. В этом положении поршня всасывающий клапан 12 закрыт.This happens through the operation of the valves. So when opening the valve 12 for suction (intake) of air from the atmosphere to fill the isothermal cylinder with atmospheric air at an atmospheric pressure of 1 kg / cm 2 per half of the cylinder, the suction valve 12 closes, and the piston thus passes half the length of the cylinder. In this position of the piston, the suction valve 12 is closed.
Далее при движении поршня до конца цилиндра происходит изотермическое расширение поступившего в цилиндр воздуха. Движение поршня осуществляется за счет изотермического расширения поступившего в цилиндр воздуха. Поршни находятся закрепленными на штоках 6, а штоки имеют шатуны, которые крепятся к диску с редуктором 3, и поэтому давление расширяемого воздуха в цилиндре на поршни передается и на шатуны, которые вращают диск с зубьями по окружности. И посредством вала электрогенератора тоже с зубьями вращает электрогенератор 3, образуя редуктор, вырабатывая электрический ток. Выработанный электроток идет на работу адиабатического цилиндра 5, приводимого в работу электродвигателем 1 посредством шатуна 5а.Further, when the piston moves to the end of the cylinder, the isothermal expansion of the air entering the cylinder occurs. The movement of the piston is due to the isothermal expansion of the air entering the cylinder. The pistons are mounted on rods 6, and the rods have connecting rods that are attached to the disk with the gearbox 3, and therefore the pressure of the expanding air in the cylinder is transmitted to the pistons to the connecting rods that rotate the disk with teeth around the circumference. And through the shaft of the generator also with the teeth rotates the generator 3, forming a gearbox, generating an electric current. The generated electric current goes to the work of the adiabatic cylinder 5, driven by the electric motor 1 by means of the connecting rod 5a.
Дренажный клапан 16 - это, по сути, отверстие для впуска и выпуска атмосферного воздуха для его циркуляции в противоположной стороне изотермическому расширению, т.е. с обратной стороны поршня. Дренаж обеспечивает более полное и ускоренное изотермическое расширение воздуха, т.е. передачу тепла от внутренних стенок цилиндра расширяемому воздуху от поступившего из атмосферы воздуха через дренажный клапан 16 в цилиндр. Поступивший в цилиндр воздух, омывая его стенки, довел их температуру, равную атмосферному воздуху. Поступающий воздух через дренажный клапан 16 по окончании изотермического расширения воздуха в цилиндре 4 давит с противоположной стороны на поршень 11 и выталкивает в промежуточную камеру 2 разреженный до 0,5 кг/см2 воздух посредством открытия клапана 7 в трубопровод 4, который соединен с камерой промежуточного хранения 2. Выталкивание разреженного воздуха до 0,5 кг/см2 происходит за счет атмосферного воздуха с давлением в 1 кг/см2 на поршень 11 с обратной стороны расширенному воздуху.The drain valve 16 is, in fact, an opening for the inlet and outlet of atmospheric air for circulation in the opposite side of the isothermal expansion, i.e. on the back of the piston. Drainage provides a more complete and accelerated isothermal expansion of air, i.e. heat transfer from the inner walls of the cylinder to the expanding air from the air coming from the atmosphere through the drain valve 16 to the cylinder. The air entering the cylinder, washing its walls, brought their temperature equal to atmospheric air. The incoming air through the drain valve 16 at the end of the isothermal expansion of air in the cylinder 4 presses on the piston 11 from the opposite side and pushes the air diluted to 0.5 kg / cm 2 into the intermediate chamber 2 by opening the valve 7 into the pipeline 4, which is connected to the intermediate chamber storage 2. The expulsion of rarefied air up to 0.5 kg / cm 2 occurs due to atmospheric air with a pressure of 1 kg / cm 2 on the piston 11 from the back side to the expanded air.
2. Каким образом откачивается воздух из промежуточной камеры хранения2. How air is pumped out of the intermediate storage chamber
Откачивание воздуха из промежуточной камеры хранения 2 производится адиабатическим цилиндром 5 путем включения его электродвигателя 1 за счет поступления электроэнергии от электрогенератора 3 изотермической системы цилиндров с дополнительным электродвигателем 18, получающим электроэнергию от сети для полного адиабатического сжатия воздуха с давления 0,5 кг/см2 до атмосферного давления в 1 кг/см2. При этом сжатии происходит его нагрев до +30°С, увеличивается его объем на 1/10 и поэтому приходится на эту 1/10 часть энергии брать ее от сети. А 9/10 - это полученная электроэнергия от изотермического расширения воздуха в изотермической системе цилиндров. Таким образом, из 10 квартир 9 отапливаются за счет отбора тепла от атмосферного воздуха при изотермическом расширении при температуре атмосферного воздуха 0°С. А при -10°С сделаем отопление, добавив от сети уже 13% электроэнергии. Воздух из промежуточных камер 2 поступает в цилиндр 5 по трубе 8.The air is evacuated from the intermediate storage chamber 2 by an adiabatic cylinder 5 by turning on its electric motor 1 due to the supply of electricity from the electric generator 3 of the isothermal cylinder system with an additional electric motor 18 receiving electric power from the network for complete adiabatic air compression from a pressure of 0.5 kg / cm 2 to atmospheric pressure of 1 kg / cm 2 . With this compression, it heats up to + 30 ° С, its volume increases by 1/10 and therefore it is necessary to take it from the network to this 1/10 part of the energy. And 9/10 is the received electricity from isothermal expansion of air in an isothermal system of cylinders. Thus, out of 10 apartments, 9 are heated due to the extraction of heat from atmospheric air during isothermal expansion at an ambient temperature of 0 ° С. And at -10 ° C we will make heating by adding 13% of the electricity from the network. Air from the intermediate chambers 2 enters the cylinder 5 through the pipe 8.
3. Каким образом происходит изотермическое расширение воздуха и понижение давления3. How is the isothermal expansion of air and pressure reduction
Из описанного выше о работе клапанов было сказано, как производится изотермическое расширение воздуха и понижение его давления. Но здесь следует остановиться особо. Как уже говорилось выше, воздух через клапан 12 засасывается в цилиндр. Заполнив его наполовину при давлении 1 кг/см2 клапан 12 закрывается, а поршень продолжает дальнейшее движение в изотермическом цилиндре 4, что ведет к увеличению его объема, а равно и понижению давления в нем. Давление понижается, значит, должна понижаться и его температура, так как воздух, давя на поршень, совершает работу, расходуя энергию расширяемого воздуха. Надо иметь изотермическое расширение. Но для его осуществления надо иметь поступление тепла через стенки цилиндра 4 из атмосферы для поддержания постоянной температуры при расширении близкой к ней или равной температуре воздуха в атмосфере, тогда в этом случае можно больше отобрать тепла от атмосферного воздуха и направить его на отопление путем его дальнейшего адиабатического сжатия с 0,5 кг/см2 до атмосферного, равного 1 кг/см2, на что потребуется добавить 10% или 20% электроэнергии от сети. В первом случае, если температура воздуха 0°С, добавим 10%, во втором случае, если температура воздуха -10°С, добавим 20% электроэнергии от сети. И чем ниже температура атмосферного воздуха, тем больше энергии надо добавить от сети, ориентируясь на формулу по определению КПД обратного термодинамического цикла:From the above described operation of the valves, it was said how isothermal expansion of air and its pressure decrease are made. But here it is necessary to stop especially. As mentioned above, air through the valve 12 is sucked into the cylinder. Filling it halfway at a pressure of 1 kg / cm 2, the valve 12 closes, and the piston continues to move further in the isothermal cylinder 4, which leads to an increase in its volume, as well as a decrease in pressure in it. The pressure decreases, so its temperature should also decrease, since the air, pressing on the piston, does the work, spending the energy of the expanding air. It is necessary to have an isothermal expansion. But for its implementation, it is necessary to have heat flow through the walls of the cylinder 4 from the atmosphere to maintain a constant temperature when expanding close to it or equal to the air temperature in the atmosphere, then in this case it is possible to take more heat from the atmospheric air and direct it to heating by its further adiabatic compression from 0.5 kg / cm 2 to atmospheric, equal to 1 kg / cm 2 , which will require adding 10% or 20% of the electricity from the network. In the first case, if the air temperature is 0 ° C, add 10%, in the second case, if the air temperature is -10 ° C, add 20% of the electricity from the network. And the lower the temperature of the atmospheric air, the more energy must be added from the network, focusing on the formula for determining the efficiency of the inverse thermodynamic cycle:
, ,
где Т2K - температура горячего источника;where T 2 K is the temperature of the hot spring;
T1K - температура холодного источника.T 1 K is the temperature of the cold source.
Для удобства работы всей отопительной системы надо установить на одной оси с электрогенератором, снимающим электроэнергию при изотермическом расширении воздуха, электродвигатель 18. Их в нашем примере надо иметь два: один - для работы до температуры 0°С, и чтобы его мощность составляла 10% от электрогенератора 3, и второй - при температуре до -10°С, его мощность должна составлять от мощности электрогенератора 20%. Таким образом, в сумме электродвигатель и электрогенератор обеспечат работу цилиндра адиабатического сжатия, т.е. его электродвигателя, и подачу нагретого воздуха до +30°С в отапливаемое помещение при атмосферном давлении 1 кг/см2.For the convenience of the entire heating system, it is necessary to install an electric motor 18 on the same axis as the electric generator that removes electricity during isothermal expansion of air. There are two of them in our example: one to operate at a temperature of 0 ° C, and its power should be 10% of generator 3, and the second - at temperatures up to -10 ° C, its power should be 20% of the power of the generator. Thus, in total, the electric motor and the electric generator will ensure the operation of the adiabatic compression cylinder, i.e. its electric motor, and the supply of heated air up to + 30 ° C in a heated room at atmospheric pressure of 1 kg / cm 2 .
В связи с поставленными вопросами и для полноты понимания работы системы пришлось добавить элементы в конструкцию отопительной системы и сделать новый чертеж, отличный от первого некоторыми деталями: розетка 17 для подачи электроэнергии от электрогенератора 3 к электродвигателю 5 адиабатического цилиндра; дополнительный электродвигатель 18, работающий от электросети, увеличивающий мощность электрогенератора и служащий для начального включения поршней 11 в движение; розетка 19 для подачи электроэнергии от сети для работы дополнительного электродвигателя 18; электросеть 20; розетка 21 для откачки воздуха двигателем 5 из промежуточных емкостей перед началом работы изотермической системы. Над изотермическими цилиндрами сверху показаны графики - это изотермические процессы, величина которых заштрихована в клеточку. Внизу под адиабатическим цилиндром показан обратный термодинамический цикл с адиабатическим сжатием и изотермическим расширением. Величина изотермического процесса заштрихована в клеточку, а узкая полоска сверху клеточек, увеличивающаяся справа налево, - это те 10% энергии, которые должны добавить от сети. Эта полоска составляет 1/10 от адиабатического процесса, а 9/10 - изотермический, в клеточку. Адиабатический процесс сжатия есть сумма заштрихованной части в клеточку плюс узкая полоска сверху над ней граница адиабатического сжатия воздуха в цилиндре 5 адиабатического сжатия. Этот расчет при температуре воздуха 0°С.In connection with the questions posed and for a complete understanding of the system, it was necessary to add elements to the design of the heating system and make a new drawing that differs from the first in some details: socket 17 for supplying electricity from the generator 3 to the electric motor 5 of the adiabatic cylinder; an additional electric motor 18, operating from the mains, increasing the power of the electric generator and serving for the initial inclusion of the pistons 11 in motion; a socket 19 for supplying electricity from the network for the operation of the additional electric motor 18; power grid 20; socket 21 for pumping air by the engine 5 from the intermediate tanks before starting the operation of the isothermal system. Above isothermal cylinders, graphs are shown at the top - these are isothermal processes, the magnitude of which is hatched in a cell. The reverse thermodynamic cycle with adiabatic compression and isothermal expansion is shown below the adiabatic cylinder. The magnitude of the isothermal process is shaded into the cell, and the narrow strip on top of the cells, increasing from right to left, is those 10% of the energy that should be added from the network. This strip is 1/10 of the adiabatic process, and 9/10 is isothermal, in the cell. The adiabatic compression process is the sum of the shaded part in the cell plus a narrow strip above it the boundary of the adiabatic compression of air in the cylinder 5 of adiabatic compression. This calculation is at an air temperature of 0 ° C.
Сверху над электрогенератором помещен в разрезе редуктор. Редуктор - это окончание оси электрогенератора с зубьями на конце, помещенный между двумя дисками 3, тоже имеющими по окружности с внутренней стороны зубья. Они входят в зацепление с зубьями дисков. Редукция будет составлять отношение количества зубьев на дисках и на оси или отношение диаметра дисков к диаметру конца оси с зубьями электрогенератора. На дисках крепятся шатуны, соединенные со штоками 6. Диски имеют в центре ось, вокруг которой они совершают свое вращение. Ось должна их удерживать строго параллельно друг другу, чтобы диски нормально вращались и приводили шатуны в движение, а те - поршни, насаженные на них. Редукция должна быть в пределах 1:10, 1:15. Это значит, диск совершит один оборот, а ось электрогенератора - 10-15 оборотов в секунду. Редуктор на число оборотов должен быть проверен опытным путем, ибо нет данных, сколько тепла можно передать через стенки цилиндров изотермически расширяемому воздуху в цилиндрах от наружного атмосферного воздуха или жидкости. При понижении температуры ниже 0°С объем засасываемого воздуха понижается.On top of the generator placed in the context of the gearbox. The gearbox is the end of the axis of the electric generator with teeth at the end, placed between two disks 3, also having circumferences on the inside of the teeth. They mesh with the teeth of the discs. The reduction will be the ratio of the number of teeth on the disks and on the axis or the ratio of the diameter of the disks to the diameter of the end of the axis with the teeth of the generator. On the disks are mounted connecting rods connected to the rods 6. The disks have an axis in the center around which they rotate. The axis must hold them strictly parallel to each other so that the discs rotate normally and set the rods in motion, and those are the pistons mounted on them. The reduction should be between 1:10, 1:15. This means that the disk will make one revolution, and the axis of the generator - 10-15 revolutions per second. The speed reducer must be tested empirically, because there is no data on how much heat can be transferred through the cylinder walls to isothermally expanding air in the cylinders from outside atmospheric air or liquid. When the temperature drops below 0 ° C, the volume of intake air decreases.
Но так как эта система по принципу действия предназначена на века и наивыгоднейшая по всем параметрам, то ее надо обязательно иметь. Она может использоваться и для подачи теплого воздуха в шахты, выгодна и безопасна, а главное, экономична, относится к малозатратным технологиям НОУ-ХАУ.But since this system, according to the principle of action, has been designed for centuries and is the most advantageous in all respects, it must be possessed. It can also be used to supply warm air to mines, it is profitable and safe, and most importantly, economical, it belongs to the low-cost technologies of know-how.
Элементарный расчет тепла для осуществления способа работы отопительной системыElementary calculation of heat for the implementation of the method of operation of the heating system
В приведенном примере температура наружного воздуха 0°С, температура поступающего адиабатически сжатого воздуха после его изотермического расширения в отапливаемое помещение +30°С. Решение производится с применением температур по шкале Кельвина. Это значит, что температура поступающего наружного воздуха при 0°С равна 273K, а температура поступающего теплого воздуха в квартиру при +30°С равна 303K.In the above example, the outdoor temperature is 0 ° C, the temperature of the adiabatically compressed air entering after its isothermal expansion into a heated room is + 30 ° C. The solution is made using temperature on the Kelvin scale. This means that the temperature of the incoming outdoor air at 0 ° C is 273K, and the temperature of the incoming warm air into the apartment at + 30 ° C is 303K.
Расчет ведем с 1 кг воздуха, используя формулу по определению КПД:We carry out the calculation with 1 kg of air, using the formula for determining the efficiency:
, ,
где T2 - температура нагретого до +30°С воздуха (303K);where T 2 is the temperature of the air heated to + 30 ° C (303K);
T1 - температура наружного воздуха 0°С (273K).T 1 - outdoor temperature 0 ° C (273K).
На нагрев воздуха весом в 1 кг на 1°С требуется 0,24 ккал/гр.For heating air weighing 1 kg per 1 ° C, 0.24 kcal / g is required.
В нашем примере нагрев составляет +30°С:In our example, the heating is + 30 ° C:
1 кг×0,24 ккал/гр×30°С=7,2 ккал - затратили тепла.1 kg × 0.24 kcal / gr × 30 ° C = 7.2 kcal - spent heat.
КПД при этих температурах равен 0,1 или 10%.Efficiency at these temperatures is 0.1 or 10%.
Находим количество тепла, которое совершит полезную работу при КПД 0,1 при прямом термодинамическом цикле:We find the amount of heat that will perform useful work at an efficiency of 0.1 with a direct thermodynamic cycle:
7,2 ккал×0,1=0,72 ккал (полезная работа).7.2 kcal × 0.1 = 0.72 kcal (useful work).
Находим количество тепла, которое будет отдано холодному источнику: 7,2 ккал-0,72 ккал=6,48 ккал.We find the amount of heat that will be given to the cold source: 7.2 kcal-0.72 kcal = 6.48 kcal.
Это расчет прямого термодинамического цикла с приведенными данными в способе работы отопительной системы.This is a calculation of the direct thermodynamic cycle with the given data in the way the heating system works.
Нас интересует обратный термодинамический цикл. Из примера видно, что холодному источнику отдали 6,48 ккал, а полезную работу получили равную 0,72 ккал. При обратном цикле все наоборот: 6,48 ккал получаем от холодного воздуха при 0°С (273K) при изотермическом расширении 1 кг воздуха, а отдаем в отапливаемое помещение при +30°С (303K) 7,2 ккал, затратив на адиабатическое сжатие дополнительно сверх полученного при изотермическом расширении всего 0,72 ккал. Из этого видно, что в помещение поступило тепла с 1 кг воздуха при температуре +30°С (303K) 7,2 ккал, а затратили 0,72 ккал, что составляет 1/10 от поступившего в помещение тепла. На это тепло, равное 0,72 ккал, и тратим энергию от сети. Для этого и установлен электродвигатель 18.We are interested in the inverse thermodynamic cycle. It can be seen from the example that 6.48 kcal was given to the cold source, and useful work was 0.72 kcal. In the reverse cycle, the opposite is true: we obtain 6.48 kcal from cold air at 0 ° C (273 K) with an isothermal expansion of 1 kg of air, and we transfer 7.2 kcal to the heated room at + 30 ° C (303 K), spending on adiabatic compression in addition to the total obtained in the isothermal expansion of only 0.72 kcal. This shows that the room received heat from 1 kg of air at a temperature of + 30 ° C (303K) 7.2 kcal, and spent 0.72 kcal, which is 1/10 of the heat received in the room. On this heat, equal to 0.72 kcal, and we spend energy from the network. For this, an electric motor 18 is installed.
PS. В приведенном расчете поступление воздуха в изотермические цилиндры на 0,5 их объема при постоянном атмосферном давлении и выталкивание нагретого воздуха до +30°С из адиабатического цилиндра тоже при атмосферном давлении в отапливаемое помещение не приводится, ибо эти процессы налагаются друг на друга и в расчете не нужны.PS. In the above calculation, the inflow of air into isothermal cylinders by 0.5 of their volume at constant atmospheric pressure and the expulsion of heated air to + 30 ° C from the adiabatic cylinder are also not brought into the heated room at atmospheric pressure, because these processes overlap and are calculated Not needed.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007134048/03A RU2365826C2 (en) | 2007-09-12 | 2007-09-12 | Mode of operation of heating system against cold and hot heat sources |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007134048/03A RU2365826C2 (en) | 2007-09-12 | 2007-09-12 | Mode of operation of heating system against cold and hot heat sources |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007134048A RU2007134048A (en) | 2009-03-20 |
| RU2365826C2 true RU2365826C2 (en) | 2009-08-27 |
Family
ID=40544857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007134048/03A RU2365826C2 (en) | 2007-09-12 | 2007-09-12 | Mode of operation of heating system against cold and hot heat sources |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2365826C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2768438C2 (en) * | 2019-12-18 | 2022-03-24 | Юрий Святославович Базельцев | Method of generating heat and electric power and a thermal electric generator |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2169313C1 (en) * | 2000-04-13 | 2001-06-20 | Данилов Валентин Владимирович | Room heating system |
| RU36136U1 (en) * | 2003-04-29 | 2004-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "КНПЦ" | Building heating system |
-
2007
- 2007-09-12 RU RU2007134048/03A patent/RU2365826C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2169313C1 (en) * | 2000-04-13 | 2001-06-20 | Данилов Валентин Владимирович | Room heating system |
| RU36136U1 (en) * | 2003-04-29 | 2004-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "КНПЦ" | Building heating system |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КИРЕЕВ В.А. Курс физической химии. - М.: Госхимиздат, 1955, с.275-283. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2768438C2 (en) * | 2019-12-18 | 2022-03-24 | Юрий Святославович Базельцев | Method of generating heat and electric power and a thermal electric generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007134048A (en) | 2009-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101548140B (en) | Solar air conditioning system | |
| KR102034579B1 (en) | Heating System Using Solar Thermal Heat Pump | |
| CN201926117U (en) | Phase-change heat storage device of heat pump water heater | |
| RU2365826C2 (en) | Mode of operation of heating system against cold and hot heat sources | |
| JP2020517885A (en) | Thermodynamic CO2 boiler and heat compressor | |
| CN206540337U (en) | Mechanical Flash Type heat pump type air conditioning system | |
| RU2412401C1 (en) | Heating system of domestic building | |
| CN203615522U (en) | Cold water circulation indoor refrigerating system | |
| CN103983014B (en) | A kind of air source hot pump water heater with thermoacoustic heating and its heating means | |
| CN107166599A (en) | A kind of ground source heating networked in length and breadth, adopt cooling system | |
| RU2129704C1 (en) | Generator of flow rate of working medium | |
| CN202304526U (en) | Phase-change heat storage device for defrosting of heat pump water heater | |
| CN204534923U (en) | A kind of energy-conserving and environment-protective air-conditioning system utilizing ground energy | |
| CN204984750U (en) | Low temperature -difference heat engine | |
| CN203964366U (en) | A kind of phase-change heat-storage Teat pump boiler | |
| CN108679841A (en) | Samming Heat Pump water tank | |
| CN103148571B (en) | Wind energy heating unit and operation method thereof | |
| US20250172107A1 (en) | Slow actuation mechanoliquid piston heat pump | |
| Busarov et al. | Alternative to the existing technical solutions for reaching medium pressures in compressor units with small capacity | |
| Sebayang | Pemanfaatan Panas Kondensor Ac Window ¾ Pk Untuk Pemanas Air | |
| Specklina et al. | CFD study of a liquid-piston compressor system for hydrogen applications | |
| CN102322713A (en) | Air-conditioning system with auxiliary defrosting system | |
| CN102297488A (en) | Ground source wind energy air conditioner system formed by vertical axis windmill and air conditioning method | |
| Gheith et al. | Evaluation of the Gamma Stirling Engine Heat Transfers in its Heat Exchangers | |
| Boccia et al. | Dynamic modelling of performance and refrigerant charge distribution of an Exhaust Air Heat Recovery Ventilation Heat Pump |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130913 |