RU2307290C2

RU2307290C2 - Air conditioner-heater

Info

Publication number: RU2307290C2
Application number: RU2005116659/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Бутрин (RU); Владимир Михайлович Бутрин; Валерий Васильевич Двирный (RU); Валерий Васильевич Двирный; Михаил Иванович Соколов (RU); Михаил Иванович Соколов; Евгений Викторович Аференко (RU); Евгений Викторович Аференко
Original assignee: ООО "Теплолюкс"
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2007-09-27
Also published as: RU2005116659A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; reversible air conditioners.

SUBSTANCE: proposed air conditioner-heater consists of heat exchanger installed inside room and operating in summer period as evaporator, and external heat exchanger with fan operating in summer period as condenser, working medium, compressor with electric drive, four-way valve and branch pipes connecting above-indicated sets into common plant with possibility of reversing to make external heat exchanger operate as evaporator in cold seasons. Air conditioner-heater includes therosiphons in form of vertical gravity heat pipes whose evaporating parts are driven into ground, and condensing parts project over surface of ground being furnished with heat exchangers with air. Condensing parts of heat pipes with heat exchangers are enclosed, together with outer heat exchanger and fan, in sealed heat-insulated hood furnished with hatches to pass outer air into inner space of hood, when hatches are opened.

EFFECT: increased thermal energy transformation coefficient.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в области применения реверсивных кондиционеров воздуха-устройств, охлаждающих воздух в жилых и иных помещениях в теплый период года и нагревающих эти помещения в холодное время года.The invention relates to a power system and can be used in the field of application of reversible air conditioners-devices that cool air in residential and other rooms in the warm season and heat these rooms in the cold season.

Известны воздушные кондиционеры, которые охлаждают воздух в помещениях в теплое время года, используя для этого испаритель, расположенный внутри помещений, отбирающий тепло от воздуха в комнате, компрессор с приводом, в котором сжимают пары рабочего тела, и конденсатор, в котором пары рабочего тела, претерпевая фазовый переход и, превращаясь в жидкость, отдают скрытую теплоту наружному воздуху. Известны устройства, осуществляющие нагрев, например, тепловые насосы, использующие тепло низкопотенциальных источников (см. "Описание изобретения к патенту Российской Федерации №2264585 С1", МПК F24D 17/02).Air conditioners are known that cool indoor air in the warmer months, using an indoor evaporator that draws heat from the air in the room, a compressor with a drive in which the vapor of the working fluid is compressed, and a condenser in which the vapor of the fluid undergoing a phase transition and, turning into a liquid, they give latent heat to the outside air. Known devices that perform heating, for example, heat pumps using the heat of low potential sources (see "Description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2264585 C1", IPC F24D 17/02).

Известны воздушные реверсивные кондиционеры-отопители типа "воздух-воздух", в которых в холодное время года испаритель и конденсатор меняются местами, например, имеющие для целей реверсирования четырехходовой клапан. В них в холодный период года конденсатором служит теплообменник, находящийся внутри комнаты. И пары рабочего тела отдают тепло воздуху, находящемуся внутри помещений, тем самым отапливая эти помещения. Тепло при этом забирают у наружного воздуха в испарителе, которым в холодное время года служит внешний теплообменник.Air reversible air-to-air heaters are known in which in the cold season the evaporator and condenser are interchanged, for example, having a four-way valve for reversing purposes. In them, in the cold season, the heat exchanger inside the room serves as a condenser. And the vapor of the working fluid gives off heat to the air inside the premises, thereby heating these rooms. The heat is taken from the outside air in the evaporator, which in the cold season is an external heat exchanger.

Однако эти устройства могут работать только при относительно высоких температурах наружного воздуха, т.е. при температурах выше примерно -10°C. При более низких температурах наружного воздуха, которые часто наблюдаются, например в Сибири, коэффициент преобразования тепловой энергии падает, и отопление помещений с помощью подобных устройств становится не выгодным. При низких температурах работа таких устройств становится нежелательной так же из-за замерзания масла в компрессоре. Таким образом параллельно с имеющимся кондиционером-отопителем приходится иметь, как правило, качественно другие отопительные устройства, использующие топливо или подключенные к централизованным сетям теплоснабжения, например, приходится иметь котельные и использовать их для отопления помещений при относительно низких температурах и нести при этом соответственно дополнительные капитальные и эксплуатационные затраты.However, these devices can only work at relatively high outdoor temperatures, i.e. at temperatures above about -10 ° C. At lower outdoor temperatures, which are often observed, for example in Siberia, the coefficient of conversion of thermal energy decreases, and heating the premises using such devices becomes unprofitable. At low temperatures, the operation of such devices becomes undesirable due to the freezing of oil in the compressor. Thus, in parallel with the existing air conditioning-heater, it is necessary to have, as a rule, qualitatively different heating devices that use fuel or are connected to centralized heat supply networks, for example, you have to have boiler rooms and use them to heat rooms at relatively low temperatures and at the same time carry additional capital and operating costs.

Целью настоящего изобретения является обеспечение работы широкого класса кондиционеров-отопителей, в том числе на основе серийных изделий в качестве отопительных устройств, и при относительно низких температурах наружного воздуха и с сохранением относительно высокого коэффициента преобразования энергии.The aim of the present invention is to ensure the operation of a wide class of air conditioners-heaters, including those based on serial products as heating devices, and at relatively low outdoor temperatures and while maintaining a relatively high energy conversion coefficient.

Эта цель достигается тем, что кондиционер-отопитель, состоящий из находящегося внутри помещения теплообменника, работающего в летний период года как испаритель, и внешнего теплообменника с вентилятором, работающего в летний период как конденсатор, рабочего тела компрессора с электрическим приводом четырехходового клапана, и патрубков, связывающих названные агрегаты в единую установку с возможностью реверсирования ее работы, при котором внешний теплообменник работает в холодный период года как испаритель, согласно изобретению имеет в своем составе термосифоны, в виде вертикальных гравитационных тепловых труб, испарительные части которых погружены в грунт, а конденсаторные части выступают над поверхностью Земли и снабжены теплообменниками с воздухом, конденсаторные части тепловых труб с теплообменниками заключены вместе с внешним теплообменником и вентилятором в герметичный теплоизолированный кожух, снабженный люками с возможностью открытия последних для пропуска наружного воздуха во внутреннее пространство кожуха.This goal is achieved by the fact that the air conditioner-heater, which consists of an indoor heat exchanger operating in the summer as an evaporator, and an external heat exchanger with a fan operating in summer as a condenser, a working body of a compressor with an electric drive of a four-way valve, and nozzles, connecting these units into a single installation with the possibility of reversing its operation, in which the external heat exchanger operates in the cold season as an evaporator, according to the invention has thermosiphons, in the form of vertical gravitational heat pipes, the evaporation parts of which are immersed in the ground, and the condenser parts protrude above the Earth's surface and are equipped with heat exchangers with air, the condenser parts of the heat pipes with heat exchangers are enclosed together with an external heat exchanger and a fan in a sealed heat-insulated casing equipped with hatches with the possibility of opening the latter to allow outside air into the interior of the casing.

В частном случае люки могут быть оснащены приводами, их системой управления с датчиком температуры наружного воздуха с возможностью открытия люков при температуре наружного воздуха выше некоторой, заранее установленной, и закрытия люков при температуре ниже некоторой, заранее установленной.In a particular case, hatches can be equipped with drives, their control system with an outdoor temperature sensor with the possibility of opening hatches at an outdoor temperature above a certain temperature set in advance, and closing hatches at a temperature below a certain temperature set previously.

На Фиг.1 приведена схема кондиционера-отопителя. На Фиг 2. изображен в разрезе наружный блок, представляющий собой объединение, заключенных в теплоизолированный кожух, вместе с вентилятором и его приводом, внешнего теплообменника и конденсаторных частей тепловых труб.Figure 1 shows a diagram of an air conditioner-heater. Fig. 2 shows a sectional view of an outdoor unit representing an assembly enclosed in a thermally insulated casing, together with a fan and its drive, an external heat exchanger and condenser parts of heat pipes.

Кондиционер-отопитель состоит из находящегося внутри помещения теплообменника 1, служащего в летний период года испарителем, охлаждающим помещение, а в зимний период конденсатором, нагревающим помещение и наружного теплообменника 2, служащего в летний период конденсатором, а в зимний период испарителем и в этот период, забирающим тепло у наружного воздуха. Теплообменники посредством труб объединены в общую систему друг с другом и с компрессором 3. Вся система заполнена рабочим телом. Внутри теплоизолированного кожуха 4 размещены оребренные конденсаторные части тепловых труб 7. Они расположены во внутреннем воздуховоде 6 так, чтобы быть в потоке воздуха, проходящем через внешний теплообменник 2. В воздуховоде 6 расположен и вентилятор 5 с приводом. Испарительные части тепловых труб заглублены в грунт 8. Открытые участки тепловых труб снабжены теплоизоляцией 9. В кожухе 4 по обе стороны от теплообменника 2 установлены с возможностью открытия и закрытия люки 10 в закрытом положении, делающие теплоизолированный кожух 4 практически герметичным.The air conditioner-heater consists of an indoor heat exchanger 1, which serves as an evaporator in the summer season, which cools the room, and in the winter, a condenser that heats the room and an outdoor heat exchanger 2, which serves as a condenser in the summer, and during this period in the winter, taking away heat from outside air. The heat exchangers by means of pipes are combined into a common system with each other and with compressor 3. The entire system is filled with a working fluid. Inside the insulated casing 4, finned condenser parts of the heat pipes 7 are placed. They are located in the internal duct 6 so as to be in the air stream passing through the external heat exchanger 2. The fan 5 with the drive is also located in the duct 6. The evaporative parts of the heat pipes are buried in the ground 8. The exposed sections of the heat pipes are insulated 9. In the casing 4, on both sides of the heat exchanger 2, the hatches 10 can be opened and closed in the closed position, making the insulated casing 4 practically airtight.

Работает устройство следующим образом. В летний период люки 10 открыты и воздух из атмосферы подается вентилятором 5 через внешний теплообменник 2, при этом гравитационные тепловые трубы 7 не меняют температуру воздуха, поскольку они работают как тепловые диоды, т.е. передают тепло снизу вверх только в холодный период, когда температура в районе их конденсаторных частей становится ниже температуры грунта. Воздух нагревается во внешнем теплообменнике 2, который в этот теплый период служит конденсатором и беспрепятственно покидает кожух 4. При необходимости в работе устройства на нагрев помещений с помощью четырехходового клапана (не показан) роли теплообменников 1 и 2 меняются местами и теплообменник 2 в этом случае работает на охлаждение наружного воздуха. Люки 10 закрываются в наиболее холодные периоды года при температурах меньше скажем минус 8°C. Воздух, перемещаемый вентилятором 5 через конденсаторные части тепловых труб 7 и, нагреваемый в этой части устройства, поступает далее на внешний теплообменник 2, служащий в этот период года испарителем, где воздух охлаждается и, далее, поскольку люки 10 закрыты, воздух возвращается назад через свободный канал, образованный внутренним воздуховодом 6 и внешним кожухом 4. Поскольку кожух 4 и люки 10 выполнены теплоизолированными, даже в сильные морозы почти все тепло, поступающее от более нагретого чем наружный воздух грунта, попадает на теплообменник 2. В межсезонье при умеренно низких температурах, скажем от плюс 5 до минус 8°C люки 10 открыты и воздух из окружающего пространства несколько нагреваясь в конденсаторной части тепловых труб 7, затем охлаждается в теплообменнике 2 и выходит наружу. В последнем случае реализуется промежуточный режим работы устройства, в котором тепло забирается теплообменником 2 как от наружного воздуха, так и от грунта.The device operates as follows. In the summer, hatches 10 are open and air from the atmosphere is supplied by a fan 5 through an external heat exchanger 2, while gravitational heat pipes 7 do not change the air temperature, since they work like thermal diodes, i.e. they transfer heat from bottom to top only in the cold season, when the temperature in the region of their condenser parts becomes lower than the temperature of the soil. The air is heated in the external heat exchanger 2, which during this warm period serves as a condenser and leaves the casing 4 unhindered. If necessary, in the operation of the device for heating rooms using a four-way valve (not shown), the roles of heat exchangers 1 and 2 are reversed and heat exchanger 2 in this case works to cool the outside air. Hatches 10 close in the coldest periods of the year at temperatures less than say minus 8 ° C. The air moved by the fan 5 through the condenser parts of the heat pipes 7 and heated in this part of the device then goes to an external heat exchanger 2, which serves as an evaporator during this period of the year, where the air is cooled and, further, since the hatches 10 are closed, the air returns back through the free the channel formed by the internal duct 6 and the outer casing 4. Since the casing 4 and the hatches 10 are thermally insulated, even in severe frosts, almost all the heat coming from the soil warmer than the outside air enters the heat ennik 2. In the off-season at moderately low temperatures, for example from minus 5 to plus 8 ° C hatches 10 are opened and air from the surrounding space somewhat heated in the condenser portion of heat pipes 7, and then cooled in heat exchanger 2, and exits outside. In the latter case, an intermediate mode of operation of the device is realized, in which heat is taken by the heat exchanger 2 both from the outside air and from the ground.

Таким путем обеспечивается принципиальная возможность работы устройства в морозы и, при этом тепло грунта расходуется только в ограниченный период отопительного сезона. Поскольку внутри кожуха 4 поддерживается с помощью тепловых труб относительно высокая температура воздуха перед поступлением его в испаритель 2 коэффициент преобразования энергии будет оставаться достаточно высоким в течение всего отопительного сезона. Существенным положительным результатом является так же и то, что приводимое здесь устройство можно собрать на основе практически любого серийного кондиционера типа "воздух-воздух" с функцией получения тепла в холодный период года.In this way, it is possible in principle to operate the device in cold weather and, at the same time, soil heat is consumed only in a limited period of the heating season. Since the relatively high air temperature is maintained inside the casing 4 by means of heat pipes, before it enters the evaporator 2, the energy conversion coefficient will remain high enough throughout the heating season. A significant positive result is the fact that the device presented here can be assembled on the basis of almost any serial air-to-air conditioner with the function of generating heat in the cold season.

Claims

1. Air conditioning-heater, consisting of an indoor heat exchanger operating in the summer as an evaporator, and an external heat exchanger with a fan operating in the summer as a condenser, a working fluid, an electrically driven compressor, a four-way valve and pipes connecting these units into a single installation with the possibility of reversing its operation, in which the external heat exchanger in the cold season serves as an evaporator, characterized in that it incorporates thermosiphons, in the form of vertical gravitational heat pipes, the evaporative parts of which are immersed in the soil, and the condenser parts protrude above the Earth's surface and are equipped with heat exchangers with air, the condenser parts of the heat pipes with heat exchangers are enclosed together with an external heat exchanger and a fan in a sealed heat-insulated casing equipped with hatches with the possibility of opening the latter for passing outside air into the interior of the casing.

2. The air conditioner-heater according to claim 1, characterized in that the hatches are equipped with drives, a control system for these drives with an outdoor temperature sensor, with the possibility of opening the hatches at an outdoor temperature above a certain preset and closing the hatches at a temperature below a certain preset.