- عنوان اختراع
قرنیز حرارتی کنوکتوری کم مصرف برقی با استفاده از فناوری نانو (NANO_AL2O3,ALPHA)
2-زمینه فنی:
برق والکترونیک
3- مشکل فنی و اهداف اختراع:
یکی از ضروریات هر منزل مسکونی وجود یک سیستم گرمایشی در فصول سرما میباشد.این سیستم گرمایشی در هر زمانی شاهد تغییراتی بوده است.که در بیشتر مواقع،تغییر جدید بر سیستم گذشته پیشی گرفته است.زمانی از چوب وهیزم ،زمانی از نفت ،واکنون نیز از یک سوخت فسیلی بنام گاز جهت ماده سوزنده استفاده میشود. طبیعی است با گذشت زمان و پیشرفت علم ،این انرژی هم رو به اتمام بوده وباید جایگزینی مناسب برای آن پیدا کرد.امروزه یکی از پر رایج ترین سیستم های گرمایشی مدرن میتوان رادیاتور های آبی و رادیاتورهای قزنیزی نام برد.به مرور زمان این رادیاتور قرنیزی به علت کاهش مصرف انرژی وکاهش لوله کشی وتاسیسات ،از رادیاتور های پره ای وپنلی پیشی خواهد گرفت ومیتواند یک گزینه خوب جهت گرمایش منزل باشد در این مقاله درصدد معرفی یک نوع رادیاتور قرنیزی هستیم که که بو یک انرژی پاک وتجدید پذیر بنام برق کار کرده که با استفاده از فناوری روز دنیا ،یعنی نانو تکنولوژی دست در دست هم داده اند و یک سیستم حرارتی با مصرف برق بسیار کمتر از نمونه های دیگر میباشد. قبل از توضیح مختصری از نحوه کار این قرنیز برقی،لازم به ذکر است که با برقی کردن این سیستم ،تمامی هزینه های لو له کشی،استهلاکات،مصرف گاز،پکیج،آب،سرویس دهی وهواگیری حذف شده وتنها با مصرف برق ،آن هم کمتر از نمونه های حال حاضر جهان ،گرمایی مطلوب ایجاد میکند.بهترین رادیاتورهای برقی روغنی حال حاضر جهان ،با مصرف ۲۵۰۰ وات برق،حداکثر فضای ۲۵ متر را میتوانند گرم کنند.در حالی که این سیستم جدید پیشنهادی،با استفاده از فناوری نانو ذرات وهمچنین سیستم کنوکتوری با ورقهای نازک آلومینیومی،طبق شرحی که داده خواهد شد با حد اکثر ۷۰۰ وات میتواند همان فضا را گرم کند.علت این گرمادهی : شکل خاص سیستم و استفاده از ۵ درصد نانو اکسید آلومینیوم آلفا به همراه ذرات اکسید منیزیم میباشد. به علت ریز بودن ذرات نانو و همچنین بالا بودن ضریب انتقال حرارتی نظرات انتقال گرما در طول قرنیز حرارتی بسیار بهبود می‌یابد
طبق ساختار این قرنیز حرارتی هدف افزایش خروج گرما از قرنیز با استفاده از فین های نازک آلومینیوم که روی لوله ها پرس شده اند، در طول بیشتر و گرمای حداقل یک و نیم برابر سایر قرنیز های آبی و برقی حال حاضر جهان است
4- دانش پیشین و سابقه پیشرفت های موجود(داخلی وبین المللی)
الف : بررسی در داخل کشور از بانک اختراعات ثبت شده و همچنین بازار فروش:
- نام اختراع : گرمایش محیط بوسیله قرنیز رادیاتورشماره اظهارنامه :38805007
شماره ثبت :66727
تاریخ ثبت اظهارنامه :1388/05/03توضیحات این اختراع :
“این وسیله به صورت طولی در پای دیوار نصب میشود. و ماننده رادیاتور با گردش آب درون آن محیط را گرم میکند و تفاوت عمده آن در شکل وطرح آن است. قرنیز رادیاتوربه شکلی است که ریزش هوای سرد به درون خانه را خنثی میکند و با تجمع هوای سرد در پایین وهوای گرم در بالا مقابله میکند و گرمایش آن به شکل یکنواخت در طول آن طوری است که یک دمای خروجی دارد طبق شکل ١٩ تا گرمایش در جای که نیاز داریم استفاده شود.وخود سطح گرم کننده در جای قرار داشته باشد که نیاز کمتری به انجا دادیم . قرنیز رادیاتور همان جای قرار دارد که قرنیزهای معمولی جهت زیبای نصب میشوند و زیبا تر از انها بدون اشغال فضای بیشتر با اثرگرمایشی همراه است. قرنیز رادیاتور بر اساس اصل شناوری هوا (اثر دودکشی)وانرژی تابشی کار میکند. تا با تلفیق این دو اثر گرمایش مطبوعی را بوجود اورد.”
2- هوشمند سازی رادیاتور قرنیزی با قابلیت کنترل دمای هر زون، برنامه ریزی و تعریف سناریو
شماره اظهارنامه :139450140003006559
شماره ثبت :94308
تاریخ ثبت اظهارنامه :1394/06/17
توضیحات این اختراع :
“هوشمند سازی رادیاتور قرنیزی زمینه فنی : مهندسی مکاترونیک مدیریت و کنترل یکپارچه سیستم گرمایش از یک مکان هوشمند سازی رادیاتور قرنیزی امروزه بهینه¬سازی مصرف انرژی مبحث بسیار حائز اهمیت و از الویت¬های اول تمام کشورها است. در کشور ما نیز این مبحث دور از چشم سیاستگزاران در این عرصه نبوده و در سال¬های اخیر قوانین الزامی و تشویقی فراوانی در این خصوص وضع گردیده است. یکی از این موارد بهینه¬سازی مصرف انرژی به کمک سیستم¬های مدیریت یکپارچه و کنترل هوشمند تجهیزات گرمایشی ساختمان¬ها می¬باشد. در تکنولوژی و صنعت تأسیسات از سیستم¬های مختلفی برای گرمایش ساختمان بهره می¬برند. یکی از این سیستم¬ها، رادیاتور قرنیزی است که راندمان بالا، عدم اشغال فضا، همخوانی با دکوراسیون داخلی، پخش یکنواخت گرما در ارتفاع پایین و همچنین سرعت بالا در گرم کردن هوای محیط از قابلیت های این سیستم می¬باشد. این امکانات در کنار هوشمندسازی آن بوسیله کنترل دمای هر منطقه با قابلیت زمانبدی و تعریف عملکرد می¬تواند این سیستم را به بهینه¬ترین سیستم گرمایش ساختمان تبدیل کند. به طور معمول در ساختمان¬های کنونی کشورمان کنترل مناسبی بر گرمایش محیط صورت نمی¬پذیرد. تنها توسط شیرهای ترموستاتیک دستی می¬توان دمای آب درون لوله¬ی یک مسیر و یا یک فضا را به صورت مجزا تعیین نمود. از معایب این شیرها می¬توان به استهلاک بالا، ایجاد رسوب بر روی سنسور و در نتیجه کاهش دقت و عدم عملکرد صحیح، اندازه¬گیری دمای آب بجای دمای محیط، عدم اتصال ترموستات به سیستم¬های مدیریت یکپارچه ساختمان و دقت بسیار پایین اشاره کرد. موارد فوق بیانگر نیاز به استفاده از تجهیزاتی است که ضمن حفظ و بهبود مزایا¬ی سیتم¬های موجود، معایب و ایرادات آن را نیز بر طرف نماید. در ساختمان¬های امروزی راحتی، زیبایی و سادگی در کنار راندمان بالا و کاهش مصرف انرژی از خواسته¬های ساکنین آن می¬باشد. ایده¬ی اصلی سیستمی که در ذیل معرفی خواهد شد، استفاده از اطلاعات سنسورهای دما در هر زون و رساندن دما، توسط شیرهای برقی به نقطه آسایش می¬باشد. در این سیستم با نصب سنسور در محل مناسب، دما اندازه¬گیری شده و اطلاعات آن به واحد کنترل انتقال می¬یابد. سپس پنل لمسی با توجه به برنامه¬ریزی کاربر، اعم از تعریف سناریوهای مختلف مثل ترک منزل، خواب، میهمانی، جلوگیری از یخ¬زدگی و یا زمانبندی بر اساس تاریخ و ساعت، بوسیله برد رله¬ی هوشمند، شیرهای برقی هر زون را کنترل کرده تا به دمای مناسب برسد. امکان برنامه¬ریزی و تعریف سناریوهای مختلف زمان و دما، کنترل دمای محیط به جای دمای آب، دقت اندازه¬گیری بالا، قابلیت برقراری ارتباط با سیستم¬های هوشمند ساختمان، قابلیت کنترل از راه دور و مدیریت یکپارچه سیستم گرمایش رادیاتور قرنیزی از یک مکان از مزایای این سیستم است. همچنین این سیستم برخلاف شیرهای ترموستاتیک، قابلیت اجرا بر لوله¬کشی کلکتوری را نیز داراست.راحتی ارتباط کاربر با سیستم توسط پنل لمسی از قابلیتهای دیگر آن می¬باشد. یکی از کاربردهای مهم این سیستم در ساختمان¬های اداری، عمومی، آموزشی و تجاری است که با قابلیت تنظیم زمان و دما، می¬توان کاهش چشمگیری در مصرف انرژی در زمان عدم استفاده ایجاد کرد.”
ب : بررسی نمونه های بین المللی
| 4.20180128501 ZONED RADIANT HEATING SYSTEM AND METHOD | US | 10.05.2018 | ||||
| 15807753 | Schneider Electric Controls UK Limited | Ryan Howes | |||
| A heating system used in a building includes thermostatic radiator valves, each fluidly connected between at least one radiator in a zone of the building and a boiler. A controller is operatively connected to the valves to deactivate the valve positioners when the controller determines that valve activity is likely to have little to no effect on the output of the respective radiator and/or active heating of the building is not desired. For example, the controller determines when the boiler is deactivated and sends a deactivation control signal to the valves operative to prevent the valve positioners are prevented from adjusting the respective valve position. In another example, the controller sends the deactivation control signals to the valves at the onset of preprogrammed low usage periods of the heating system. Methods of using such heating systems are also disclosed. | ||||||
| 5.20180117984 Heat Pump System for Vehicle | US | 03.05.2018 | ||||
| 15369203 | Hyundai Motor Company | Jae Yeon Kim | |||
| A heat pump system can be used with a vehicle. A cooling system includes a radiator connected to a cooling line and a first water pump and circulating a coolant along the cooling line so as to cool an electric component. A battery module is provided on a battery cooling line selectively connected to the cooling line through a first valve. And HVAC module includes an internal heater connected to the cooling line through a first connection line, a cooler connected to the battery cooling line through a second connection line, and an opening or closing door provided between the internal heater and the cooler and controlling external air passing through the cooler to be selectively introduced into the internal heater depending on cooling, heating, and heating and dehumidifying modes of the vehicle. A centralized energy is connected to each of the battery cooling line and the cooling line. | ||||||
نتایج : بررسی نمونه های خارجی و داخلی :
دانش پیشین واختراعات گذشته ودرج شده در بررسی ها به دو مورد مشابه میتوان برخورد کرد:رادیاتور قرنیزهای معمولی آبی – رادیاتور قرنیز های برقی
در مورد رادیاتورهای قرنیزی معمولی که با آب گرم میشوند باید گفت که با همه شکلهای موجود در بازار ،اساس کارشان این است که با آب داغ گرم میشوند.آبی که در بیشتر مواقع حامل مواد سخت ویون های مخرب هستند و پس از یک مدت حتما باعث سوراخی این قرنیزها میشوند.در این سیستم ها حتما به پکیج یا حرارت مرکزی ،لوله کشی ،تاسیسات،هواگیری ،مصرف گاز و خیلی موارد دیگر نیاز هست.
در مورد قرنیزهای برقی معمولی که در چند جای محدود ساخته وتولید میشود نیز داستان کارش به دو صورت میباشد:
۱-به وسیله روغن گرم میشوند
۲-گرمای خشک با استفاده از المنتهای صنعتی
عدم وجود انتقال دهنده خوب در این سیستم ها باعث شده است که این ضعف با افزایش توان مصرفی برقی جبران شود.در حالی که در طرح پیشنهادی ،این ضعف به وسیله استفاده از نانو ذرات اکسید آلومینیوم (آلفا) وهمچنین اکسید منیزیم (که بهترین عایق الکتریکی و انتقال دهنده حرارتی میباشد)جبران شده ودیگر نیاز به افزایش توان مصرفی برق نمیباشد. یعنی با کمترین میزان ولتاژ و جریان میتوان لوله ها را داغ و توسط فیلم‌ها گرما را به بیرون انتقال داد
5- ارائه راه حل همراه با شرح دقیق، کافی و یکپارچه اختراع
جهت بیان دقیق و واضح ابتدا اجزای آن شرح داده میشود.
سیستم گرم کننده وانتقال دهنده گرمایی قرنیز حرارتی از موارد زیر ساخته شده است:
۱-المنتهایی با استفاده از ذرات نانو اکسید آلومینیوم و اکسید منیزیم وسیم نیکل کروم نسوز ضد مغناطیسی
۲-ورقهای آلومینیومی پرس شده روی لوله ها(مسی یا آلومینیومی) با نازکی ۳/ میلی متر جهت افزایش سرعت انتقال حرارت به تعداد زیاد
برای روشن شدن طرز کار ،برای نمونه ۱۲ متر از قرنیز برقی که برای گرم کردن ۲۴ متر اتاق طراحی شده است را توضیح میدهیم
برای ساخت ۱۲ متر از این قرنیز حرارتی در حدود ۶۰۰ گرم پودر اکسید منیزیم و حدود ۲۵ گرم نانو ذرات اکسید آلومینیوم استفاده میشود.این پودر نانو با پودر اکسید منیزیم مخلوط شده(بدون خوردگی میباشد)و درون لوله آلومینیومی یامسی با قطر حد اقل ۱/۵سانتیمتر ریخته میشود.سیم المنت نیکل هم با عایق بندی صورت گرفته شده از وسط واثنای پوردر میگذرد.کار اصلی واولیه تولید گرما از این سیم شروع وگرمایش به پودر منتقل میشود.هر دوسر این لوله با مواد مخصوص مسدود میشود.این لوله طوری در این سیستم قرار میگیرد که وقتی از بالای قزنیز نگاه میکنیم ،لوله وسط قرار گرفته -شکل_و کنکتوها وفین ها کاملا به لوله پرس شده تا گرمای لوله را فورا به بیرون منتقل کنند.از انجایی که ضخامتهای این ورقهای آلومینیومی که کار کنوکتور را انجام میدهند طبق فرمول انتقال گرمای جابجایی،با گرمای تولید شده رابطه عکس دارد.یعنی هرچه ورق آلومینیوم نازکتر باشد گرما با سرعت بیشتری خارج میشود.
نهایت توان مصرف برای ۱۲ متر قرنیز حرارتی ۷۰۰ وات میباشد. این لوله ها ظرف ۱۵ دقیقه به دمای بیش از ۷۰ درجه میرسدکه به سرعت کار جابجایی گرما به با کنوکتور انجام میشود.
نکته:طبق استاندارد واستفاده از قرنیزهای حرارتی به میزان ۴۰ الی ۵۰ درصد فَضایی است که در آن رادیاتور قرنیزی تعبیه شود.
فلذا با محاسبه همین قانون برای طرح پیشنهادی ما، ۱۲ متر قرنیز برقی با فناوری نانو برای گرم کردن ۲۴ متر فضای اتاق کافی است(با توان مصرفی حد اکثر ۷۰۰ وات).
نکته مهم اینجا است که طبق گفته شرکتهای تولید کننده رادیاتور برقی روغنی ،رادیاتورهایی با توان مصرفی حداکثر ۲۵۰۰ الی ۲۸۰۰ وات میتواند حد اکثر متراژی بالغ بر ۲۵ متر را نهایتا گرم کنند.با این محاسبات سرانگشتی میتوان به بهبود کارکرد رادیاتور قرنیزی برقی با فناوری نانو پی برد.
رادیاتور قرنیزی با فناوری نانو باحد اکثر ۷۰۰ وات=گرمادهی ۲۴ متر اتاق
رادیاتورهای روغنی با حداکثر ۲۸۰۰ وات=گرمادهی ۲۵ متر
علت این تفاوت فاحش در واسطه گرمایی است.در این رادیاتورهای روغنی ،اول المنت های صنعتی گرم شده وسپس این گرما،روغن موجود درون را گرم میکند سپس این گرما به بدنه وپره ها منتقل میشود. یعنی از همه گرمای المنت نمیتوان استفاده کرد.
ولی در طرح پیشنهادی،المنت ساخته شده آن هم با فناوری نانو بدون هیچ واسطه ای با تبعیت از قانون پایستگی انرژی،گرمایش به کنوکتورها منتقل شده وگرما بدون اتلاف پخش میشود.
توازن گرمایی موجود در طرح پیشنهادی هم با همه سیستم های روغنی و آبی فرق دارد .در سیستم های روغنی وآبی به علت طول مسیر،اولین رادیاتورهای مسیر،بیشترین مقدار انرژی گرمایی را تجربه میکنند.وآخرین رادیاتورهای موجود در مسیر به طور محسوس،کمترین گرمارا دریافت میکنند . همچنین این سیستم ها دارای انبساط میباشند(گرمای لوله ورودی با گرمای آب یا رو غن برگشتی ).درحالی که در سیستم برقی توازن گرما در همه قسمتهای رادیاتور برابر است.
لازم به گفتن است پس از ۲ ساعت روشن ماندن رادیاتور پیشنهادی،گرمای لوله ها به بیش از ۸۰ درجه میرسند.که گرمای خروجی از هوای بالای فین ها بیش از ۶۰ درجه میباشد
از جمله سیستم های گرمایشی برقی که از رادیاتور استفاده شده است را میتوان به دو قسمت تقسیم کرد:
۱-رادیاتورهای روغنی برقی
۲-رادیاتورهای قرنیزی برقی
مصرف برق و میزان گرمای تولیدی مهمترین شاخص برای بهینه بودن این سیستم های برقی میباشد.وجود روغن به صورت واسطه گرمایی در رادیاتورهای روغنی باعث افزایش برق شده است.یعنی المنت موجود در داخل رادیاتورهای روغنی باید آنقدر داغ شود که بتواند روغن را داغ کند.وروغن هم بتواند پره ها را داغ کند.در رادیاتورهای قرنیزی روغنی هم داستان همین است‌ولی در رادیاتور قرنیزی با المنتهای صنعتی معمولی به علت استفاده از خاک نسوز مانند سیلیس و موارد مشابه،این مصرف برق زیاد است.در سیستم قرنیز حرارتی پیشنهادی با فناوری نانو آنچه اهمیت دارد :
*حذف واسطه های گرمایی مانند روغن
*استفاده کامل از گرمای سیم نیکل کروم داخل المنت
* انتقال داغی سیم نیکل کروم به بدنه المنت با کمترین پرت گرما به علت وجود ذرات نانو
در اکثر سیستم های گرمایی به علت استفاده نامناسب از پودرهایی با انتقال حرارت کم،فقط ۴۰ الی ۵۰ درصد راندمان دارند
فلذا با محاسبه همین قانون برای طرح پیشنهادی ما، ۱۲ متر قرنیز برقی با فناوری نانو برای گرم کردن ۲۴ متر فضای اتاق کافی است(با توان مصرفی حد اکثر ۷۰۰وات(
6- توضیحات شکل ها
یک لوله ها
فین ها به ناز کی۳/ میلیمتر
کاور ها و پایه ها
سیستمها و سنسورها و ترموستات
سیمهای انتقال دهنده برق و عایق بندی ها
7- مزایا:
*مصرف برق کمتر نسبت به همه نمونه های داخلی وخارجی
*حذف گاز برای این سیستم،لوله کشی ،تاسیسات و ابزارهای مربوطه
*حذف پکیج یا سیستم حرارت مرکزی از این سیستم
*راندمان بالا به علت وجود کنوکتورهای زیاد ونازک
*زیبا ،شکیل وعمربالا
*نصب خیلی سریع وبدون نیاز به آسیب زدن به دیوارها
*بی صدا،قابل کنترل با ترموستات و کنترل دستی
*پخش سریع گرما با سرعت بالا
8-کاربرد :
به علت عدم نیاز به پکیج ،در همه منازل شهری،روستایی،ویلایی،ادارات و… میتوان علاوه بر گرمادهی منازل ،به عنوان یک مورد تزئنی بکار برد
توجه: حق تقدم ناشی از ثبت این ایده پیشتر توسط شخصی دیگری دریافت شده است. استفاده از آن ممکن است منجر به شکایت حقوقی مالک شود.
