RU2301309C1

RU2301309C1 - Reversible device for icicle formation prevention

Info

Publication number: RU2301309C1
Application number: RU2006103433/03A
Authority: RU
Inventors: Павел Алексеевич Зайченко (RU); Павел Алексеевич Зайченко; Петр Владимирович Дружинин (RU); Петр Владимирович Дружинин; Александр Николаевич Агафонов (RU); Александр Николаевич Агафонов; Александр Дмитриевич Савчук (RU); Александр Дмитриевич Савчук
Original assignee: Военный инженерно-технический университет
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2007-06-20

Abstract

FIELD: vent systems for buildings used for icicle formation prevention in cold period and for natural building ventilation facilitation in warm period.

SUBSTANCE: device has heat pipes having evaporation sections arranged in exhaust air vent channel (airway) and condensation sections secured under grain pipes and gutters of building roof. In snowfall period snow is accumulated on building roof. Accumulated snow is melted by heat supplied thereto through building ceiling structure. Water from melted snow flows to cold gutters and drain pipes. This results in ice accumulation and icicle formation. Heat pipes are reversible due to provision of similar internal structures of condensation and evaporation sections and due to usage of working body mixed of different low-boiling liquids. Working body is prepared so that it may change heat transmission direction in dependence of ambient temperature (followed by inner heat pipe pressure change).

EFFECT: increased efficiency.

2 dwg

Description

Изобретение относится к системам вентиляции воздуха в зданиях и может быть использовано для предотвращения обледенения кромок крыши зданий и образования сосулек.The invention relates to air ventilation systems in buildings and can be used to prevent icing of the edges of the roof of buildings and the formation of icicles.

Известно устройство для утилизации тепловой энергии в системах кондиционирования, содержащее нагреватель и тепловые трубы, каждая из которых расположена в воздуховодах наружного и вытяжного воздуха, последний из которых снабжен кожухом, в который введены концы тепловых труб [1] - (а.с. СССР №840602, М. кл. F24F 5/00, 1979 г.).A device for the utilization of thermal energy in air conditioning systems containing a heater and heat pipes, each of which is located in the ducts of external and exhaust air, the last of which is equipped with a casing into which the ends of the heat pipes are inserted [1] - (a.s. USSR No. 840602, M. C. F24F 5/00, 1979).

Недостатком данного устройства является низкая надежность его работы.The disadvantage of this device is the low reliability of its operation.

Известно устройство для утилизации тепловой энергии в системах кондиционирования, содержащее нагреватель и тепловые трубы, каждая из которых расположена в воздуховодах наружного и вытяжного воздуха, последний из которых снабжен кожухом, в который введены концы тепловых труб, кожух посредством подводящего и отводящего каналов присоединен к воздуховоду наружного воздуха, а нагреватель установлен в подводящем канале кожуха [2] - (а.с. СССР №1043430, М. кл. F24F 5/00, 1983 г.).A device for the utilization of thermal energy in air conditioning systems, comprising a heater and heat pipes, each of which is located in the ducts of the external and exhaust air, the last of which is equipped with a casing into which the ends of the heat pipes are introduced, the casing is connected to the external air duct through the supply and exhaust channels air, and the heater is installed in the inlet channel of the casing [2] - (AS USSR No. 1043430, M. class. F24F 5/00, 1983).

Недостатком данного устройства является повышенный расход тепловой энергии в период обмерзания тепловых труб.The disadvantage of this device is the increased consumption of thermal energy during the freezing of heat pipes.

Известно устройство для предотвращения обледенения кромок крыши и образования сосулек, содержащее нагреватель кровли. Нагреватель представляет собой распределенный по площади кровли электрокабель, который осуществляет обогрев крыши и обеспечивает постоянный сток талой воды [3] - (Гагарина Т. Рецепт кровельного пирога. /Современный дом, 2002, №4, с.48-54).A device for preventing icing of the edges of the roof and the formation of icicles, containing a roof heater. The heater is an electric cable distributed over the roof area, which heats the roof and provides a constant flow of melt water [3] - (Gagarina T. The recipe for a roofing cake. / Modern House, 2002, No. 4, p. 48-54).

Недостатком данного устройства является большой расход электроэнергии на обогрев кровли, т.е. его низкая экономичность.The disadvantage of this device is the high energy consumption for heating the roof, i.e. its low profitability.

Наиболее близким по технической сути (прототипом) к заявляемому устройству является устройство для предотвращения обледенения кромки крыши и образования сосулек, содержащее нагреватель кровли, выполненный в виде тепловых труб, зоны испарения которых расположены в вентиляционном канале, а зоны конденсации закрепляются под водостоками и желобами крыши [4] - (патент РФ №2237220, МПК⁷ F24F 5/00, 2004 г.).The closest in technical essence (prototype) to the claimed device is a device for preventing icing of the roof edge and the formation of icicles, containing a roof heater made in the form of heat pipes, the evaporation zones of which are located in the ventilation duct, and the condensation zones are fixed under the gutters and roof gutters [ 4] - (RF patent No. 2237220, IPC ⁷ F24F 5/00, 2004).

Недостатком известного устройства - прототипа является то, что в холодное время года оно используется по своему прямому назначению, при этом, нарушая проходимость вентиляционных каналов вытяжного воздуха (зимой это не очень отражается на комфортности в помещениях), а в теплое время года только затрудняет работу системы естественной вентиляции.A disadvantage of the known device - the prototype is that in the cold season it is used for its intended purpose, while violating the air ducts of the exhaust air (this does not affect indoor comfort in winter), and in the warm season it only makes the system more difficult natural ventilation.

Данный недостаток ставит задачу повышения эффективности устройства для предотвращения образования сосулек таким образом, чтобы оно в холодное время года использовалось по своему прямому назначению, а в теплое время года существенно помогало системе естественной вентиляции помещений (то есть ее дополнительно инициировало). Другими словами необходимо решить задачу полезного использования в теплое время года тепловых труб, установленных в естественных вентиляционных каналах.This drawback sets the task of increasing the effectiveness of the device to prevent the formation of icicles so that it is used for its intended purpose in the cold season, and significantly helps the natural ventilation system in the warm season (that is, it additionally initiated it). In other words, it is necessary to solve the problem of the beneficial use of heat pipes installed in natural ventilation ducts in the warm season.

Указанная задача достигается тем, что в «устройстве для предотвращения образования сосулек, содержащем нагреватель кровли, выполненный в виде тепловых труб, зоны испарения которых расположены в вентиляционном канале, а зоны конденсации закрепляются под водостоками и желобами крыши, тепловые трубы выполнены реверсивными, то есть имеют одинаковую внутреннюю структуру зон испарения и конденсации, а используемое рабочее тело тепловых труб подобрано с возможностью функционирования в реверсивном режиме, в зависимости от температуры окружающей среды и измененном при этом внутреннем давлении в тепловых трубах».This task is achieved by the fact that in the "device for preventing the formation of icicles, containing a roof heater, made in the form of heat pipes, the evaporation zones of which are located in the ventilation duct, and the condensation zones are fixed under the gutters and roof gutters, the heat pipes are made reversible, that is, have the same internal structure of the zones of evaporation and condensation, and the working fluid of the heat pipes used is selected with the possibility of functioning in a reverse mode, depending on the ambient temperature fluidized bed and wherein the modified internal pressure in the heat pipes. "

Выполнение тепловых труб реверсивными позволяет в теплое время года отбирать теплоту от нагретой крыши и передавать ее к вытяжному воздуху в вентиляционный канал. При этом вытяжной воздух нагревается (становится менее плотным) с большей скоростью выходит из вентиляционного канала, что приводит к возрастанию в нем «тяги». В конечном итоге это обстоятельство не только компенсирует аэродинамическое сопротивление установленных в вентиляционном канале зон испарения тепловых труб, но и создаст предпосылки к интенсификации естественной вентиляции в теплое время года (особенно летом), и тем самим повысит комфортность вентилируемых помещений. Этим и будет достигаться новый положительный эффект предложенного изобретения, наряду с предотвращением образования сосулек в холодное время года предложенное устройство в теплое время года будет повышать эффективность естественной системы вентиляции здания.The implementation of the heat pipes reversible allows in the warm season to take heat from the heated roof and transfer it to the exhaust air into the ventilation duct. In this case, the exhaust air heats up (becomes less dense) and exits the ventilation duct with greater speed, which leads to an increase in “draft” in it. Ultimately, this circumstance not only compensates for the aerodynamic resistance of the heat pipe evaporation zones established in the ventilation duct, but also creates the preconditions for intensification of natural ventilation in the warm season (especially in summer), and thereby increases the comfort of ventilated rooms. This will achieve a new positive effect of the proposed invention, along with preventing the formation of icicles in the cold season, the proposed device in the warm season will increase the efficiency of the building’s natural ventilation system.

Одинаковое исполнение (с одинаковой внутренней структурой) зон испарения и конденсации позволит им в холодное и теплое время года меняться своим назначением (предназначением) без какой бы то ни было переделки.The identical design (with the same internal structure) of evaporation and condensation zones will allow them to change their destination (destination) in the cold and warm season without any alteration.

Подбор используемого рабочего тела тепловых труб с возможностью функционирования в реверсивном режиме в зависимости от температуры окружающей среды (и измененном при этом внутреннем давлении в тепловых трубах) позволит автоматически тепловым трубам устройства изменять направление переноса теплоты. Таким рабочим телом для реверсивной тепловой трубы могут стать, например, смеси различных низкокипящих жидкостей, изменение состава которых будет влиять на температуру, при которой происходит смена направления переноса теплоты, что существенно для разных климатических зон.The selection of the working fluid of the heat pipes with the possibility of operating in a reverse mode depending on the ambient temperature (and the internal pressure in the heat pipes changed at the same time) will automatically allow the heat pipes of the device to change the direction of heat transfer. Such a working fluid for a reversible heat pipe can be, for example, mixtures of various low-boiling liquids, a change in the composition of which will affect the temperature at which a change in the direction of heat transfer occurs, which is significant for different climatic zones.

Таким образом, выполнение заявляемого устройства согласно признаков по формуле изобретения, является новым для устройств предотвращения образования сосулек, что соответствует критерию "новизна".Thus, the implementation of the inventive device according to the features according to the claims is new for devices to prevent the formation of icicles, which meets the criterion of "novelty."

Вышеприведенная совокупность признаков не известна в настоящее время из уровня техники и не следует из общеизвестных правил конструирования устройств для предотвращения образования сосулек, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".The above set of features is not currently known from the prior art and does not follow from well-known rules for the construction of devices to prevent the formation of icicles, which proves compliance with the criterion of "inventive step".

Конструктивная реализация устройств для предотвращения образования сосулек с указанной совокупностью признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, отсюда следует соответствие критерию "промышленная применимость".The constructive implementation of devices to prevent the formation of icicles with the indicated set of features does not present any structural, technical and technological difficulties, hence the compliance with the criterion of "industrial applicability" follows.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства, работающего в холодное время года (зимой).Figure 1 presents a diagram of the proposed device operating in the cold season (in winter).

На фиг.2 - схема предлагаемого устройства, работающего в теплое время года (летом).Figure 2 - diagram of the proposed device, working in the warm season (in summer).

Устройство содержит тепловые трубы 1, зоны испарения 2 тепловых труб 1 расположены в вентиляционном канале (воздуховоде) 3 вытяжного воздуха, а зоны конденсации 4 тепловых труб 1 закрепляются под водостоками 5 и желобами 6 крыши 7. В процессе выпадения осадков в зимний период на крыше 7 скапливаются снежные массы 8, которые под действием тепловых потоков через перекрытия 9 здания превращаются в талые воды, стекающие к холодным желобам 6 и водостокам 5. В результате этого образуются наледи, ледяные валики и сосульки. Тепловые трубы 1 выполнены реверсивными за счет того, что, во-первых, имеют одинаковую внутреннюю структуру зон испарения 2 и конденсации 4, и, во-вторых, имеют в качестве рабочего тела подобранные смеси различных низкокипящих жидкостей с возможностью смены направления переноса теплоты в зависимости от температуры окружающей среды. Изменение направления теплопереноса в тепловых трубах происходит при изменении в них внутреннего давления при изменении температуры окружающей среды.The device contains heat pipes 1, evaporation zones 2 of heat pipes 1 are located in the exhaust duct (duct) 3 of the exhaust air, and condensation zones 4 of heat pipes 1 are fixed under the drains 5 and grooves 6 of the roof 7. In the process of precipitation in the winter on the roof 7 snow masses 8 accumulate, which under the influence of heat flows through the floors 9 of the building turn into melt water flowing to the cold gutters 6 and drains 5. As a result, ice, ice ridges and icicles form. Heat pipes 1 are made reversible due to the fact that, firstly, they have the same internal structure of evaporation zones 2 and condensation 4, and, secondly, they have selected mixtures of various low-boiling liquids as a working fluid with the possibility of changing the direction of heat transfer depending from the ambient temperature. A change in the direction of heat transfer in heat pipes occurs when the internal pressure in them changes when the ambient temperature changes.

В теплое время года тепловые трубы 1 отбирают теплоту от нагретой крыши 7 и передают ее к вытяжному воздуху в вентиляционный канал 3. При этом вытяжной воздух нагревается и становится менее плотным, что приводит к росту его скорости в вентиляционном канале, и, соответственно, к возрастанию «тяги». В следствие этого, будет компенсировано аэродинамическое сопротивление установленных в вентиляционном канале тепловых труб, а также будет интенсифицирована естественная вентиляция, что повысит комфортность вентилируемых помещений.In the warm season, heat pipes 1 take away heat from the heated roof 7 and transfer it to the exhaust air to the ventilation duct 3. In this case, the exhaust air heats up and becomes less dense, which leads to an increase in its speed in the ventilation duct, and, accordingly, to increase "Traction". As a result of this, the aerodynamic resistance of the heat pipes installed in the ventilation duct will be compensated, and natural ventilation will be intensified, which will increase the comfort of the ventilated rooms.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Теплый воздух из помещения здания через вентиляционные отверстия поступает в вентиляционный канал (воздуховод) 3 вытяжного воздуха. Двигаясь по воздуховоду 3, воздушные потоки омывают зоны испарения 2 тепловых труб 1. Поглощенная теплота в зоне испарения 2 передается в зону конденсации 4 тепловых труб 1, где впоследствии она передается участкам кровли путем теплопроводности и конвекции. В результате подвода теплоты к желобам 6 и водостокам 5 крыши 7 происходит таяние образовавшихся на них ледяных валиков, наледи и сосулек. Таким образом, путь стока талой воды остается свободным в любое время и при любой температуре воздуха.Warm air from the building’s premises through the ventilation holes enters the exhaust duct (duct) 3 of the exhaust air. Moving through the duct 3, the air flows wash the evaporation zones 2 of the heat pipes 1. The absorbed heat in the evaporation zone 2 is transferred to the condensation zone 4 of the heat pipes 1, where it is subsequently transferred to the roof sections by heat conduction and convection. As a result of the supply of heat to the gutters 6 and the drains 5 of the roof 7, the ice ridges formed on them melt, ice and icicles. Thus, the flow path of meltwater remains free at any time and at any temperature.

В теплое время года (летом) зоны испарения 2 и конденсации 4 тепловых труб 1 меняются местами, что позволяет отбирать теплоту от нагретой крыши 7 и передавать ее к вытяжному воздуху в вентиляционный канал 3. При этом вытяжной воздух подведенной теплотой нагревается, становится менее плотным и с большей скоростью выходит из вентиляционного канала, что приводит к возрастанию в нем «тяги». В результате этого повышается комфортность в вентилируемых помещениях.In the warm season (summer), the evaporation zones 2 and condensation 4 of the heat pipes 1 are interchanged, which allows heat to be taken from the heated roof 7 and transferred to the exhaust air to the ventilation duct 3. In this case, the exhaust air is heated by the supplied heat, becomes less dense and leaves the ventilation duct with greater speed, which leads to an increase in “thrust” in it. As a result, comfort in ventilated rooms is increased.

Данное устройство позволяет получить новый технический результат, состоящий в том, что наряду с предотвращением образования сосулек в холодное время года, предложенное устройство в теплое время года будет повышать эффективность естественной системы вентиляции здания.This device allows you to get a new technical result, consisting in the fact that along with preventing the formation of icicles in the cold season, the proposed device in the warm season will increase the efficiency of the building’s natural ventilation system.

ЛитератураLiterature

1. А.с. СССР №840602, М. кл. F24F 5/00, 1979 г.1. A.S. USSR No. 840602, M. cl. F24F 5/00, 1979

2. А.с. СССР №1043430, М. кл. F24F 5/00, 1983 г.2. A.S. USSR No. 1043430, M. cl. F24F 5/00, 1983

3. Гагарина Т. Рецепт кровельного пирога. /Современный дом, 2002, №4, с.48-54.3. Gagarina T. The recipe for a roofing pie. / Modern House, 2002, No. 4, p. 48-54.

4. Патент РФ №2237220, МПК⁷ F24F 5/00, 2004 г.4. RF patent No. 2237220, IPC ⁷ F24F 5/00, 2004

Claims

Reversible device to prevent the formation of icicles, containing a roof heater made in the form of heat pipes, the evaporation zones of which are located in the ventilation duct, and the condensation zones are fixed under the gutters and roof gutters, characterized in that the heat pipes are reversible - have the same internal structure of the evaporation zones and condensation, and the working fluid of the heat pipes used is selected with the possibility of functioning in a reverse mode depending on the ambient temperature and changed with this internal pressure in the heat pipes.