Тепловой насос патент

тепловой насос

Изобретение может быть использовано в разработке тепловых насосов, холодильных машин и трансформаторов тепла. Тепловой насос содержит сжимающее устройство, цилиндр сжатия, смежный сосуд, циркуляционный насос рабочего вещества, теплообменники охлаждаемой и нагреваемой сред, запорные клапаны, образующие замкнутый контур с рабочим веществом. Смежный сосуд выполнен в виде цилиндра с разделительным поршнем, который помещен в отдельный теплообменник. В контур включены первый цилиндр сжатия, первый кран-переключатель, смежный сосуд, второй кран-переключатель, второй цилиндр сжатия, третий и четвертый параллельно включенные краны-переключатели, между входами которых подключены параллельно два масляных циркуляционных насоса высокого и низкого давления, на выходе которых подсоединены обратные клапаны. Одна часть объема контура, включающая объемы смежного сосуда, первого и второго крана-переключателя и часть объемов цилиндров сжатия, заполнена рабочим веществом, а другая часть контура, включающая объемы циркуляционных насосов, третьего и четвертого кранов-переключателей и другая часть объемов цилиндров сжатия заполнена маслом. Теплообменники сжимающих сосудов включены в циркуляционный контур охлаждаемой среды. Теплообменник смежного сосуда включен в циркуляционный контур нагреваемой среды. Контуры заполнены теплоносителем. Использование изобретения позволит увеличить отопительный коэффициент. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2267722

Изобретение относится к технике преобразования температуры вещества с низкого уровня на более высокий и может быть использовано при разработке и изготовлении тепловых насосов, холодильных машин и трансформаторов тепла.

Известно устройство теплового насоса, которое позволяет произвести термодинамический цикл при критических параметрах рабочего вещества /1/.

Одним из недостатков данного теплового насоса является то, что цилиндр сжатия и цилиндр смежного сосуда имеют между собой тепловой контакт. Поэтому часть тепла в процессе сжатия по корпусу цилиндра смежного сосуда и цилиндра сжатия передается маслу, которое затем переносится в масляный бак.

Кроме того, в этом тепловом насосе рабочее вещество при расширении в процессе нагревания не производит работу. Оба указанных недостатка приводят к снижению величины отопительного коэффициента.

Следует также отметить, что по предложенной схеме довольно сложно произвести заполнение объемов сжимающего цилиндра и смежного сосуда рабочим веществом без изменения его параметров.

Цель изобретения — увеличение отопительного коэффициента и повышение качества конструкции теплового насоса.

Поставленная цель достигается тем, что в тепловой насос, содержащий сжимающую систему, цилиндр сжатия, смежный сосуд, циркуляционный насос рабочего вещества, теплообменники охлаждаемой и нагреваемой сред, образующих замкнутый циркуляционный контур с рабочим веществом, дополнительно введен второй цилиндр сжатия, а смежный сосуд выполнен в виде цилиндра с разделительным поршнем и помещенным в отдельный теплообменник, причем в контур последовательно соединены первый цилиндр сжатия, первый кран-переключатель, смежный сосуд с разделительным поршнем, второй кран-переключатель, второй цилиндр сжатия, третий и четвертый параллельно включенные краны переключатели, между входами которых подключены параллельно два масляных циркуляционных насосов высокого и низкого давления, на выходе которых подсоединены обратные клапана, при этом одна часть объема контура, включающая объем смежного сосуда, первого и второго кранов-переключателей и часть объемов цилиндров сжатия заполнены рабочим веществом, а другая часть объема контура, включающая объемы циркуляционных масляных насосов, третьего и четвертого кранов-переключателей и другая часть цилиндров сжатия заполнена маслом, а теплообменники сжимающих цилиндров подключены в циркуляционный контур охлаждаемой среды, а теплообменник смежного сосуда включен в циркуляционный контур нагреваемой среды, которые заполнены теплоносителем.

На чертеже представлена схема теплового насоса.

Тепловой насос состоит из кранов-переключателей 4, 5, 6, 7; цилиндров сжатия 1, 3; цилиндра с разделительным поршнем смежного сосуда 2; масляных насосов 6, 9; обратных клапанов 10, 11 и теплообменников 12, 13, 14.

Тепловой насос работает следующим образом. На чертеже показано положение кранов-переключателей 4, 5, 6, 7 и расположение поршней в цилиндрах 1, 2, 3, соответствующее началу процесса переталкивания рабочего вещества из цилиндра 1 в цилиндр 2. При этом положении включается насос низкого давления 8 и производится переталкивание рабочего вещества из цилиндра 1 в цилиндр 2, при этом из цилиндра 2 отжатое рабочее вещество выталкивается в цилиндр 3. При перемещении разделительного поршня в цилиндре 2 из левого крайнего положения (относительно чертежа) в правое крайнее положение насос 8 выключается. Далее включается масляный насос высокого давления 9 и производится сжатие рабочего вещества в цилиндре 2. По окончании сжатия насос 9 выключается. Затем наступает пауза, при которой насосы 8 и 9 находятся в выключенном состоянии. За время этой паузы тепло, выделенное рабочим веществом при сжатии в цилиндре 2, переносится теплоносителем в нагреваемую среду, а рабочее вещество в цилиндре 3 нагреется до температуры охлаждаемой среды. В конце временной паузы краны-переключатели 6 и 7 ставятся в положение, при котором масло из цилиндра 1 будет перекачиваться насосами 8 и 9 в цилиндр 3. В этом процессе первым также включается насос низкого давления 8, который произведет переталкивание рабочего вещества из цилиндра 2 в цилиндр 1. Переталкивание заканчивается, когда разделительный поршень цилиндра 2 переместится из крайнего правого положения в крайнее левое, при этом насос 8 выключается и включается насос 9, который производит сжатие в цилиндре 3. Затем наступает временная пауза одновременного отключения насосов 8 и 9 и циклы попеременно повторяются.

Краны-переключатели 1, 2 используются при заполнении части объема контура рабочим веществом. Для заполнения другой части объема контура маслом используется кран-переключатель 7. Краны-переключатели 1, 2 могут быть использованы и как запорные вентили, если разделительный поршень смежного сосуда не обеспечивает необходимую герметичность при сжатии рабочего вещества в цилиндре смежного сосуда до максимального давления.

Для увеличения площади теплообмена и уменьшения толщины стенок цилиндров сжатия и цилиндров смежного сосуда эти цилиндры могут быть выполнены в виде двух и более параллельно соединенных цилиндров меньшего диаметра.

1. Авторское свидетельство РФ №2187769, кл. F 25 B 29/00, 2002.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Тепловой насос, содержащий сжимающее устройство, цилиндр сжатия, смежный сосуд, циркуляционный насос рабочего вещества, теплообменники охлаждаемой и нагреваемой сред, запорные клапаны, образующие замкнутый контур с рабочим веществом, отличающийся тем, что в него введен дополнительно второй цилиндр сжатия, а смежный сосуд выполнен в виде цилиндра с разделительным поршнем, который помещен в отдельный теплообменник, причем в контур включены первый цилиндр сжатия, первый кран-переключатель, смежный сосуд, второй кран-переключатель, второй цилиндр сжатия, третий и четвертый параллельно включенные краны-переключатели, между входами которых подключены параллельно два масляных циркуляционных насоса высокого и низкого давления, на выходе которых подсоединены обратные клапаны, при этом одна часть объема контура, включающая объемы смежного сосуда, первого и второго кранов-переключателей и часть объемов цилиндров сжатия, заполнена рабочим веществом, а другая часть контура, включающая объемы циркуляционных насосов, третьего и четвертого кранов-переключателей и другую часть объемов цилиндров сжатия, заполнена маслом, а теплообменники сжимающих сосудов включены в циркуляционный контур охлаждаемой среды, а теплообменник смежного сосуда включен в циркуляционный контур нагреваемой среды, а сами контуры заполнены теплоносителем.

Тепловой насос патент

(73) Патентообладатель(и):
Стенин Валерий Александрович (RU)

(54) СПОСОБ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к системам централизованного теплоснабжения. Технический результат: повышение экономичности тепловой электрической станции и сети теплоснабжения, увеличение теплопроизводительности системы теплоснабжения. Способ теплоснабжения включает подогрев сетевой воды в сетевых подогревателях теплофикационных энергоустановок, подачу горячей воды по подающему магистральному трубопроводу к системам отопления и горячего водоснабжения, охлаждение обратной сетевой воды с помощью теплонасосных установок, размещенных на тепловых пунктах, возвращение охлажденной воды по обратному магистральному трубопроводу в сетевые подогреватели, причем теплонасосную установку выполняют каскадной с замыкающей водяной петлей, в верхней ветви каскада, размещенной на тепловом пункте, осуществляют вторичный подогрев воды системы отопления за счет дополнительного охлаждения обратной воды системы отопления, водяной петлей сетевой воды и системы отопления замыкают верхний и нижний каскады теплонасосной установки, а в нижней ветви каскада, размещенной на тепловой электростанции, осуществляют подогрев охлажденной обратной сетевой воды за счет теплоты конденсации отработавшего в турбине пара. 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к системам централизованного теплоснабжения.

Известна установка отопления и горячего водоснабжения (а.с. RU 2155302 С1. Установка отопления и горячего водоснабжения. МПК F 24 D 17/02, 3/18, 2000), включающая источник тепла низкого потенциала, циркуляционный контур, тепловой насос с испарителем и конденсатором, систему отопления, в качестве источника тепла низкого потенциала содержит приемный колодец сточных вод сети канализации с размещенными в нем теплообменником и вибратором. Установка обеспечит теплом и горячей водой индивидуальный жилой дом, однако обогреть жилой многоэтажный дом в условиях города такой установкой невозможно ввиду недостаточности теплоты источника тепла низкого потенциала. С другой стороны, преимущества централизованного теплоснабжения здесь также не используются, когда один источник теплоты обслуживает теплоиспользующие устройства ряда потребителей, расположенных раздельно (Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплоснабжение и вентиляция. — М.: Стройиздат, 1991. — С.346-347).

В качестве прототипа принимаем А.С. RU 2095581 С1. Система теплоснабжения. МПК 6 F 01 К 17/02, 1997. Система теплоснабжения, состоящая из теплофикационной энергоустановки, включающей основной паросиловой контур, контур охлаждающей воды, контур первичной сетевой воды с водоподогревателями горячей воды и отопления и контур системы отопления с элеватором, снабжена теплонасосной установкой, размещенной на тепловых пунктах, причем теплонасосная установка подключена по тракту обратной сетевой воды первичного контура к входу-выходу испарителя, а по тракту обратной воды системы отопления — к входу-выходу конденсатора с установкой регулирующих задвижек на соответствующих трактах. Выход теплонасосной установки по тракту испарителя подключен к трубопроводу обратной сетевой воды, по которому захоложенная сетевая вода транспортируется и поступает на вход конденсатора турбины, а вход теплонасосной установки по тракту испарителя подключен к трубопроводу обратной сетевой воды за циркуляционным насосом сетевой воды первичного контура. Обратная сетевая вода после конденсатора турбины поступает на сетевой подогреватель и далее в магистральный трубопровод прямой сетевой воды.

Основным недостатком прототипа является то, что захоложенная обратная сетевая вода поступает в конденсатор турбины, на выходе из которого температура воды не превысит в среднем 20°С. К примеру, для паровой турбины Т-100-130 (Теплотехнический справочник / Под ред В.Н.Юренева и П.Д.Лебедева. T.1 — М.:Энергия,1975. — С.372-373) давление отработавшего пара составляет 0,054 МПа, а температура охлаждающей воды (расчетная) соответственно равна 20°С. Поэтому воду с такой температурой необходимо нагреть до стандартной температуры (существующее среднее значение температуры воды, выходящей из отопительных приборов в трубопровод обратной воды системы отопления, составляет 70°С (Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплоснабжение и вентиляция. — М.: Стройиздат, 1991. — С.194)), для чего необходимо установить дополнительный сетевой подогреватель и осуществить дополнительный отбор пара, тем самым уменьшив выработку паром электроэнергии и снизив абсолютный КПД турбоустановки (Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — С.26-27).

Цель изобретения — повысить экономичность тепловой электрической станции и сети теплоснабжения, увеличить теплопроизводительность системы теплоснабжения.

Суть изобретения состоит в том, что реализуется способ теплоснабжения, включающий подогрев сетевой воды в сетевых подогревателях теплофикационных энергоустановок, подачу горячей воды по подающему магистральному трубопроводу к системам отопления и горячего водоснабжения, охлаждение обратной сетевой воды с помощью теплонасосных установок, размещенных на тепловых пунктах, возвращение охлажденной воды по обратному магистральному трубопроводу в сетевые подогреватели, отличающийся тем, что теплонасосную установку выполняют каскадной с замыкающей водяной петлей, в верхней ветви каскада, размещенной на тепловом пункте, осуществляют вторичный подогрев воды системы отопления за счет дополнительного охлаждения обратной воды системы отопления, водяной петлей сетевой воды и системы отопления замыкают верхний и нижний каскады теплонасосной установки, а в нижней ветви каскада, размещенной на тепловой электростанции, осуществляют подогрев охлажденной обратной сетевой воды за счет теплоты конденсации отработавшего в турбине пара. Повышение тепловой экономичности и увеличение теплопроизводительности системы теплоснабжения достигается следующим: снижение температуры воды в обратном магистральном трубопроводе, осуществляемое верхней ветвью каскада, способствует снижению расхода сетевой воды и уменьшению стоимости перекачки теплоносителя; при снижении температуры в обратном трубопроводе уменьшается среднегодовая температура теплоносителя (сетевой воды), что способствует снижению стоимости тепловых потерь (Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. — М. — Л: Госэнергоиздат, 1963. — С.325-327). Кроме того, использование теплоты конденсации отработавшего в турбине пара в первой ступени сетевого подогревателя (нижней ветвью каскада) увеличивает КПД станции, так как отборный пар, ранее поступающий в сетевой подогреватель, направляется в турбину для выработки дополнительной электроэнергии.

На чертеже показано устройство для реализации предлагаемого способа. Устройство содержит каскадную теплонасосную установку (ТНУ). Нижняя ветвь каскада, размещенная на тепловой электростанции, состоит из конденсатора 1, испарителя 3, компрессора 2 и дросселя 5 теплового насоса (ТН). Верхняя ветвь каскада, размещенная на тепловом пункте, состоит из конденсатора 13, испарителя 16, компрессора 15 и дросселя 14 теплового насоса. Водяная петля сетевой воды состоит из сетевого подогревателя нижней ступени (конденсатора 1 теплового насоса), сетевого подогревателя верхней ступени 6, пикового водогрейного котла 7, подающего теплопровода сетевой воды 18, водоподогревателя системы отопления 11, обратного теплопровода сетевой воды 19 и сетевого насоса 17. Водяная петля системы отопления состоит из водоподогревателя системы отопления 11, расширительного бака 8, отопительных приборов 9, циркуляционного насоса 10, водоподогревателя вторичного подогрева воды системы отопления (конденсатора 13 теплового насоса), отопительных приборов 12, охладителя воды системы отопления (испарителя 16). Водяной петлей сетевой воды и воды системы отопления замыкают верхний и нижний ветви каскада теплонасосной установки. При работе устройства вода циркуляционным насосом 10 подается в элементы системы отопления. В водоподогревателе 11 вода системы отопления нагревается сетевой водой, а в отопительных приборах 9 теплота отдается потребителю. Вторичный нагрев воды системы отопления осуществляется в конденсаторе 13 ТН за счет захолаживания обратной воды системы отопления в испарителе 16 теплового насоса, при этом потребителю отопительными приборами 12 отдается дополнительная теплота. Захоложенная вода системы отопления, поступая в водоподогреватель 11, отбирает от сетевой воды большее количество тепла, существенно снижая температуру обратной сетевой воды. Захоложенная обратная сетевая вода по магистрали 19 сетевым насосом 17 подается в конденсатор 1 ТН, где нагревается за счет теплоты конденсации отработавшего в турбине 4 пара. Конденсация пара производится в испарителе 3 ТН. Нагретая в первой ступени сетевого подогревателя (конденсатор 1 ТН) сетевая вода подогревается во второй ступени сетевого подогревателя 6 отборным паром (по необходимости сетевая вода может дополнительно нагреваться в пиковом водогрейном котле 7). Долее сетевая вода подается по подающему теплопроводу 18 к водоподогревателю 11. Снижение температуры воды в обратной магистрали 19 тепловой сети уменьшает тепловые потери в тепловой сети, а также при том же расходе увеличивает пропускную способность тепловой нагрузки тепловой сети. Кроме того, использование теплоты конденсации отработавшего в турбине пара в нижней ветви каскада увеличивает КПД станции, так как отборный пар, ранее поступающий в сетевой подогреватель, направляется в турбину для выработки дополнительной электроэнергии.

Пример. Способ теплоснабжения реализуем путем установки в систему отопления теплового насоса с рабочим телом R11, для которого температуры и давления испарения, и конденсации соответственно равны: tn=34°С, tk=85°С, Рn=0,146 МПа, Pk=0,56МПа (Добровольский А.П. Таблицы и диаграммы рабочих тел, применяемых в судовых холодильных установках. — Л.: Судостроение, 1966. — 87 с). Степень повышения давления Pk/Pn=3,82 позволяет получить значения КПД теплового насоса =0,7, а коэффициент преобразования теплового насоса =5. Исходные параметры теплоносителей в тепловой сети и системе отопления следующие: температура воды в прямой и обратной магистралях тепловой сети равны соответственно t1=110°C, t2=65°C; температура горячей воды в системе отопления tГ=95°С; температура обратной воды системы отопления t0=70°С. После установки теплового насоса: t1=110°С, t2=46°С, tГ=95°С, tП=80°С, t0=41°С, где tП=80°С — температура вторичного подогрева воды системы отопления. Расход сетевой воды на отопление в данном случае уменьшается в 1,42 раза.

Способ теплоснабжения реализуем (устанавливаем тепловой насос на тепловой электрической станции) на блоке мощностью 250 МВт с турбиной Т-250-240. В соответствии с основными характеристиками блока доля тепла, расходуемая на выработку электроэнергии, составляет 64%, а отпуск тепла на теплофикацию — 36% (Теплотехнический справочник / Под ред В.Н.Юренева и П.Д.Лебедева. T.1 — М.:Энергия,1975. — С.482). Для таких блоков среднее значение КПД по отпуску электроэнергии составляет 45%, а КПД по отпуску тепловой энергии — 90% (Справочник энергетика промышленных предприятий. Т.3. Теплоэнергетика /Под общ. ред. В.Н.Юренева. — М. — Л.: Энергия, 1965. — С.312). В общем виде КПД тепловой электростанции с (Кириллин В.А. Техническая термодинамика. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — С.325) определяется по формуле:

где с — КПД станции с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии;

lэ — полезная работа, затраченная на выработку электроэнергии;

lt — полезная работа, затраченная на выработку и передачу тепла потребителю;

q1 — количество подведенного тепла, выделившегося при сгорании топлива;

х — доля подведенного тепла, направленного на выработку электроэнергии;

э — КПД тепловой электростанции по отпуску электроэнергии;

у — доля подведенного тепла, направленного на выработку тепловой энергии;

т — КПД тепловой электростанции по отпуску тепловой энергии.

Коэффициент преобразования теплового насоса (Янтовский Е.И. Парокомпрессионные теплонасосные установки. — М.: Энергоиздат, 1982. — С.13) определяется по уравнению:

где — коэффициент преобразования теплового насоса;

qTH — тепловая производительность теплового насоса;

lTH — работа привода компрессора теплового насоса.

Так как при реализации предлагаемого способа часть дополнительно вырабатываемой электроэнергии затрачивается на работу привода компрессора теплового насоса, то КПД тепловой электростанции в этом случае , с учетом зависимостей (1) и (2), определится уравнением:

где — КПД тепловой электростанции при реализации предлагаемого способа;

m — доля подведенного тепла, теряемого в конденсаторе турбины, но при реализации предлагаемого способа возвращенного в цикл тепловым насосом и направленного на выработку дополнительной электроэнергии.

Для блока Т-250-240 х=0,64, у=0,36, э=0,45, T=0,9. Для первой ступени сетевого подогревателя доля m=0,2, а коэффициент преобразования каскадного теплового насоса в этом случае может быть принят =3. По формуле (1) КПД станции с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии составит C=0,612, а КПД тепловой электростанции при реализации предлагаемого способа , при этом выработка электроэнергии увеличивается на 2,3%. Условие повышение КПД станции: >1/ э.

Способ теплоснабжения, включающий подогрев сетевой воды в сетевых подогревателях теплофикационных энергоустановок, подачу горячей воды по подающему магистральному трубопроводу к системам отопления и горячего водоснабжения, охлаждение обратной сетевой воды с помощью теплонасосных установок, размещенных на тепловых пунктах, возвращение охлажденной воды по обратному магистральному трубопроводу в сетевые подогреватели, отличающийся тем, что теплонасосную установку выполняют каскадной с замыкающей водяной петлей, в верхней ветви каскада, размещенной на тепловом пункте, осуществляют вторичный подогрев воды системы отопления за счет дополнительного охлаждения обратной воды системы отопления водяной петлей сетевой воды и системы отопления замыкают верхний и нижний каскады теплонасосной установки, а в нижней ветви каскада, размещенной на тепловой электростанции, осуществляют подогрев охлажденной обратной сетевой воды за счет теплоты конденсации отработавшего в турбине пара.

тепловой насос

Сущность: в тепловом насосе последовательно соединены испаритель 1, компрессор 2 и конденсатор 3. Компрессор имеет привод от электродвигателя 4, а конденсатор 3 снабжен патрубком 5 для слива конденсата. Испаритель 1 состоит из замкнутой емкости 6 с размещенными в ней устройством для мелкодисперсного распыления 7 воды низкопотенциального контура и паросборником 8. Испаритель 1 через рециркуляционный насос 9 включен в низкопотенциальный контур. Конденсатор 3 через рециркуляционный насос 10 включен в высокопотенциальный контур. Устройство для мелкодисперсного распыления 7 состоит из центрального раздающего трубопровода 11 для подачи воды низкопотенциального контура и сообщенных с ним кольцевых трубопроводов с распыливающими форсунками. Кольцевые трубопроводы установлены с шагом на центральном трубопроводе 11, а форсунки каждого кольцевого трубопровода имеют различную длину. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2116586

Изобретение относится к теплотехнике, а точнее к тепловым насосам, применяемым для утилизации тепловой энергии низкопотенциальных источников и передачи этой энергии при более высокой температуре внешнему источнику, например, в системах отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий и помещений за счет охлаждения природной или технологической воды.

Известны тепловые насосы компрессионного типа (Холодильные машины. Справочник., М., 1982, стр. 22-25), использующие в качестве вторичных теплоносителей легкокипящие хладагенты (фреоны, аммиак). Известные насосы включают компрессор, конденсатор, испаритель и дроссельный вентиль. Эффективность таких насосов зависит от перепада температур испарения и конденсации вторичного теплоносителя: коэффициент преобразования (отношение полученной теплоты к затраченной работе) не превышает 4 ед.

Недостатком известных тепловых насосов является низкая эффективность при достаточно сложной схеме и опасность загрязнения окружающей среды фреонами, аммиаком и др.

Известен также тепловой насос ТН-3000, изготавливаемый АО «Энергия» (Рекламно-информационный проспект «Тепловые насосы АО «Энергия», 1984, 4 стр.), являющийся прототипом заявляемого технического решения. Тепловой насос-прототип в качестве вторичного теплоносителя-хладагента использует фреон 11 и фреон 22 и состоит из испарителя, компрессора, конденсатора, переохладителя и дроссельного вентиля, последовательно включенных в циркуляционный контур хладагента. Испаритель представляет собой кожухотрубный теплообменник.

В испаритель подается вода низкопотенциального источника, где она охлаждается, отдавая свою тепловую энергию испаряющемуся хладагенту (фреону). Хладагент из испарителя засасывается компрессором, где сжимается с повышением температуры и подается в конденсатор, где пары хладагента конденсируются, отдавая тепловую энергию воде высокопотенциального контура, затем хладагент в виде жидкости проходит переохладитель, где дополнительно охлаждается, отдавая тепловую энергию все той же воде высокопотенциального контура, дросселируется через дроссельный вентиль в испаритель, где вновь испаряется, замыкая циркуляционный контур хладагента. Коэффициент преобразования такого теплового насоса, характеризующий его эффективность, составляет 2-3 ед. при перепаде температур конденсатора и испарителя более 60 o C.

Однако тепловой насос-прототип имеет довольно низкую эффективность и при большой мощности (3 МВт) содержит большую массу легкокипящего фреона, что небезопасно для обслуживающего персонала и экологии Земли в целом.

Задача заявляемого технического решения заключается в разработке экологически безопасного теплового насоса, обладающего высокой эффективностью путем использования в качестве вторичного теплоносителя-хладагента экологически безопасного вещества, например водяного пара, имеющего по сравнению с другими хладагентами наибольшую скрытую теплоту испарения.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в тепловом насосе, включающем испаритель, компрессор с приводом от электродвигателя и конденсатор, соединенные последовательно по ходу движения хладагента во вторичном контуре, испаритель выполнен в виде замкнутой емкости с размещенными в ней устройством для мелкодисперсного распыления воды низкопотенциального контура и паросборником, а в качестве хладагента использован водяной пар, причем вторичный контур хладагента разомкнут, а конденсатор снабжен патрубком для слива конденсата.

Кроме того, устройство для мелкодисперсного распыления воды низкопотенциального контура выполнено в виде центрального раздающего трубопровода для подачи низкопотенциальной воды и сообщенных с ним кольцевых трубопроводов с распыливающими форсунками, причем кольцевые трубопроводы установлены с шагом по высоте центрального трубопровода, а форсунки каждого кольцевого трубопровода выполнены различными по длине. При этом используются форсунки центробежного типа.

Заявляемый тепловой насос отличается от известного тем, что испаритель выполнен в виде замкнутой емкости с размещенными в ней устройством для мелкодисперсного распыления воды низкопотенциального контура и паросборником, а в качестве хладагента использован водяной пар, причем вторичный контур хладагента разомкнут, а конденсатор снабжен патрубком для слива конденсата.

Кроме того, заявляемый тепловой насос отличается также тем, что устройство для мелкодисперсного распыления воды низкопотенциального контура выполнено в виде центрального раздающего трубопровода для подачи низкопотенциальной воды и сообщенных с ним кольцевых трубопроводов с распыливающими форсунками, причем кольцевые трубопроводы установлены с шагом по высоте центрального трубопровода, а форсунки каждого кольцевого трубопровода выполнены различными по длине. При этом используются форсунки центробежного типа.

В заявляемом тепловом насосе часть воды низкопотенциального контура испаряется (превращается в пар) за счет охлаждения основной части воды, водяной пар засасывается компрессором, сжимается с повышением температуры и подается в конденсатор, где конденсируется с передачей тепловой энергии воде высокопотенциального контура, а конденсат сливается через патрубок и может использоваться как чистая дистиллированная вода.

Мелкодисперсное распыление позволяет создать большую поверхность испарения, а разрежение, создаваемое компрессором в пределах 0,3-0,4 кг/см 2 , позволяет поддерживать перепад парциального давления в капле воды и водяном паре над поверхностью капли, что в свою очередь позволяет резко увеличить количество получаемого пара, причем энергия для парообразования забирается от охлаждаемой воды, разбрызгиваемой в испарителе, количество которой более чем в сотни раз превышает количество испарившейся воды.

Выполнение теплового насоса согласно заявляемому техническому решению позволяет исключить опасность загрязнения окружающей среды за счет использования в качестве хладагента водяного пара, а не фреона, аммиака и других вредных для окружающей среды веществ, при этом эффективность, выражающаяся в виде коэффициента преобразования, превышает эффективность аналогов в 3-4 раза за счет высокой теплоты парообразования воды по сравнению с аналогичной характеристикой других используемых хладагентов.

Кроме того, при использовании воды, достаточно загрязненной (например, морской), заявляемый тепловой насос может быть использован для получения не только тепловой энергии высокого потенциала, а и определенного количества чистой дистиллированной воды, что невозможно при использовании известных тепловых насосов.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема заявляемого теплового насоса; на фиг. 2 — схематически вариант выполнения конструкции испарителя.

Тепловой насос содержит последовательно соединенные испаритель 1, компрессор 2 и конденсатор 3. Компрессор имеет привод от электродвигателя 4, а конденсатор 3 снабжен патрубком 5 для слива конденсата. Испаритель 1 состоит из замкнутой емкости 6 с размещенными в ней устройством для мелкодисперсного распыления 7 воды низкопотенциального контура и паросборника 8. Испаритель 1 через рециркуляционный насос 9 включен в низкопотенциальный контур. Конденсатор 3 через рециркуляционный насос 10 включен в высокопотенциальный контур. Устройство для мелкодисперсного распыления 7 состоит из центрального раздающего трубопровода 11 для подачи воды низкопотенциального контура и сообщенных с ним кольцевых трубопроводов 12 с распыливающими форсунками 13. Кольцевые трубопроводы 12 установлены с шагом на центральном трубопроводе 11, а форсунки 13 каждого кольцевого трубопровода 12 имеют различную длину.

Тепловой насос работает следующим образом.

Вода низкопотенциального контура (например, охлаждающая вода технологического оборудования) подается рециркуляционным насосом 9 в испаритель 1 на устройство мелкодисперсного распыления 7 и распыляется в объеме замкнутой емкости 6. При работе компрессора 2 в емкости 6 поддерживается разрежение порядка 0,3-0,4 кг/см 2 , что активизирует процесс испарения воды с поверхности водяных капель. Хладагент — водяной пар, образующийся в результате испарения, отсасывается в кольцевой паросборник 8 и поступает на вход компрессора 2, где подвергается сжатию с повышением температуры и подается в конденсатор 3 кожухотрубного типа, где конденсируется, отдавая тепловую энергию воде высокопотенциального контура, которая прокачивается через конденсатор 3 рециркуляционным насосом 10. Конденсат (дистиллированная вода) удаляется через патрубок 5 для слива конденсата и может использоваться как чистая вода с температурой 80 — 100 o C.

В конкретном варианте выполнения теплового насоса, рассчитанного на мощность 6,2 МВт, состоящего из испарителя 1, компрессора 2 и конденсатора 3, испаритель 3 выполнен в виде трех цилиндрических емкостей 6 диаметром 3 м и высотой 3 м каждая, с размещенным внутри каждой емкости 6 устройством для мелкодисперсного распыления 7, конкретное выполнение которого схематически изображено на фиг. 2. Устройство для мелкодисперсного распыления 7 состоит из центрального раздающего трубопровода 11 для подачи воды низкопотенциального контура и сообщенных с ним кольцевых трубопроводов 12 с распыливающими форсунками 13 (86 шт. в каждой емкости) и кольцевого паросборника 8. Кольцевые трубопроводы 12 установлены с шагом на центральном трубопроводе 11, а форсунки 13 каждого кольцевого трубопровода 12 имеют различную длину, что позволяет распределять распыливаемые струи воды равномерно по высоте испарителя без их наложения друг на друга, обеспечивая таким образом максимально возможную поверхность испарения. В качестве компрессора использован авиадвигатель ВК-1 с приводом от электродвигателя 4АЗМ 800/10000УХЛ4 мощностью 800 кВт через мультипликатор, конденсатор выполнен в виде стандартного кожухотрубного теплообменника на снимаемую мощность до 8 МВт.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Тепловой насос, включающий испаритель, компрессор с приводом от электродвигателя и конденсатор, соединенные последовательно по ходу движения хладагента во вторичном контуре, отличающийся тем, что испаритель выполнен виде замкнутой емкости с размещенными в ней устройством мелкодисперсного распыления воды низкопотенциального контура и паросборником, а в качестве хладагента использован водяной пар, причем вторичный контур хладагента разомкнут, а конденсатор снабжен патрубком для слива конденсата.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что устройство для мелкодисперсного распыления выполнено в виде центрального раздающего трубопровода для подачи низкопотенциальной воды и сообщенных с ним кольцевых трубопроводов с форсунками, причем кольцевые трубопроводы установлены с шагом по высоте центрального трубопровода, а форсунки каждого кольцевого трубопровода выполнены различными по длине.

3. Насос по п.2, отличающийся тем, что на кольцевых трубопроводах установлены форсунки центробежного типа.

Еще по теме:

  • Осаго в туле 2018 Калькулятор ОСАГО в Тула на 2018 года Сделайте расчет на калькуляторе, и мы покажем вам где дешевле застраховать машину по ОСАГО в Тула Стоимость ОСАГО в компаниях: Результаты полученные на калькуляторе будут сохранены в Вашем личном кабинете. Вы всегда сможете их посмотреть и сделать […]
  • Уменьшение суммы налога на торговый сбор Торговый сбор: разложим все по полочкам С 1 января 2015 года начала действовать глава НК РФ, посвященная новому виду налогового сбора – торговому (гл. 33 НК РФ). Но согласно НК РФ введен данный сбор может быть только с 1 июля 2015 года. Разберемся, что же представляет из себя этот […]
  • Решение задач закон ома участка цепи Примеры решения задач по теме «Закон Ома. Последовательное и параллельное соединения проводников» «Физика - 10 класс» При решении задач на применение закона Ома необходимо учитывать, что при последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова, а при […]
  • Тахограф автобус закон Установка тахографов на автобусы Какие автобусы необходимо оснащать тахографами? Установка тахографов на автобусы производится в порядке, предусмотренным Приказом Минтранса от 21 августа 2013 г. №273. Закон устанавливает следующий регламент установки цифровых тахографов на автобусы: […]
  • Исковое заявление на выписку из муниципальной квартиры образец Оформляем иск о выписке из квартиры Иск о выписке из квартиры – это легальная возможность по суду снять жильца с регистрационного учета. Ведь снять с регистрационного учета человека, прописанного в квартире, без его согласия можно только через суд. Эта статья даст ответ на вопрос, как […]
  • Удваиваются ли штрафы Как оплатить штраф ГИБДД частями или в рассрочку С увеличением штрафов и ужесточением наказаний за нарушение правил дорожного движения многие водители не в силах сразу оплатить штраф ГИБДД, поэтому интересуются, можно ли погасить задолженность перед службой частями. Важно знать, как […]
  • Уплата налогов в севастополе Крымчане пока не будут платить налог на имущество ФНС России в ответе на интернет-обращение уточнила, что жители Республики Крым и города федерального значения Севастополь освобождаются от уплаты налога на имущество физлиц в связи с отсутствием нормативно-правовой базы (письмо […]
  • Мать одиночка пособие после года Какие льготы и выплаты положены матери-одиночке Семьи, где отец или мать-одиночка воспитывают ребенка имеют те же права и льготы, что и полные семьи. Однако на федеральном и региональном уровне предусмотрены дополнительные привилегии: увеличенный размер детских пособий, дополнительные […]