ТЕПЛОВОЙ НАСОС Российский патент 1994 года по МПК F25B29/00 

Изобретение относится к теплоснабжению и может быть использовано в системах централизованного и автономного теплоснабжения.

Известна теплонасосная установка для одновременного производства холодной и горячей воды, в которой исходный поток воды разделяется на две части, одна из которых поступает на охлаждение в испаритель, другая - на нагрев в конденсатор (ТН) [1] .

Недостатком предложенного схемного решения является ограниченная область применения вследствие малой разности температур нагреваемой и охлаждаемой воды.

Известен также тепловой насос, содержащий компрессор, конденсатор, испаритель, регенеративный теплообменник, дроссельный вентиль, магистрали системы теплоснабжения и низкопотенциального источника тепла [2] .

Недостатком подобного теплового насоса является повышение расхода энергии на привод компрессора при включении в схему регенеративного теплообменника с целью предохранения компрессора от попадания капель жидкого хладагента.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является выбранный в качестве прототипа тепловой насос [3] , содержащий компрессор, конденсатор, испаритель, дроссельный вентиль, магистрали системы отопления и низкопотенциального источника тепла.

Недостатком подобного теплового насоса является повышенный расход энергии на привод компрессора вследствие значительной разности температур кипения и конденсации хладагента.

Целью изобретения является повышение энергетической эффективности теплового насоса путем снижения расхода энергии на привод компрессора.

Это достигается тем, что тепловой насос, содержащий включенные в замкнутый циркуляционный контур рабочего тела компрессор, конденсатор, дроссельный вентиль и испаритель с магистралью низкопотенциального источника тепла, дополнительно содержит теплоизолированный кожух с размещенным внутри него теплообменником и постконденсатор в контуре рабочего тела, причем компрессор размещен внутри теплоизолированного кожуха, а постконденсатор и теплообменник последовательно включены перед испарителем в магистраль низкопотенциального источника тепла.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предложенного теплового насоса; на фиг. 2 - lg p, h-диаграмма изменения состояния рабочего тела (хладагента) в термодинамическом цикле теплового насоса.

Тепловой насос содержит компрессор 1, конденсатор 2, дроссельный вентиль 3, испаритель 4 с магистралью низкопотенциального источника тепла 5, теплоизолированный кожух 6 с размещенным внутри него теплообменником 7 и постконденсатор 8 в контуре рабочего тела, а также магистраль системы теплоснабжения 9.

Тепловой насос работает следующим образом.

Сухой насыщенный пар хладагента давлением p_о и температурой t₁ поступает в компрессор 1, где происходит его сжатие с отдачей тепла в теплоизолированном кожухе 6, теплоносителю в магистрали низкопотенциального источника тепла 5 до давления p_к и температуры t₂ в теплообменнике 7. В конденсаторе 2 осуществляется конденсация хладагента при постоянном давлении p_к за счет отдачи тепла теплоносителю в магистрали системы теплоснабжения 9. Жидкий хладагент при температуре t₃ поступает в постконденсатор 8, установленный перед дроссельным вентилем 3, где охлаждается до температуры t₄, нагревая теплоноситель в магистрали низкопотенциального источника тепла, поступающий затем на нагрев в теплообменник 7. В дроссельном вентиле 3 осуществляется дросселирование потока хладагента до давления p_о и температуры t₅ = t₁. Затем жидкий хладагент в испаритель 3, где кипит при постоянном давлении p_о при подводе тепла от теплоносителя в магистрали низкопотенциального источника тепла, поступающего от теплообменника 7.

На фиг. 2 термодинамический цикл теплового насоса с постконденсатором и теплообменником показан сплошной линией, а без них - штриховой. Точка 1 и 1^I соответствуют состояния насыщенного пара хладагента на входе в компрессор, точкам 2 и 2^I - перегретого пара хладагента на выходе из компрессора, 3 и 3^I - жидкого хладагента на выходе из конденсатора, 4 - жидкого хладагента на выходе из постконденсатора, 5 и 4^I - влажного пара хладагента на входе в испаритель.

Как показывает сопоставительный анализ lg p, h-диаграмм изменения состояния хладагента в термодинамическом цикле теплового насоса, включение в схему постконденсатора и теплообменника сопровождается повышением температуры теплоносителя на входе в испаритель за счет подвода тепла от высокотемпературного жидкого хладагента после конденсатора и от перегретого пара хладагента в компрессоре, что способствует повышению температуры кипения в испарителе. При этом происходит уменьшение разности температур конденсации и кипения хладагента и степени сжатия хладагента в компрессоре, что приводит к снижению расхода энергии на привод компрессора и повышению энергетической эффективности теплового насоса. Уменьшение внутренней удельной работы l_в = h₂ - h₁ компрессора при включении в схему теплового насоса постконденсатора и теплообменника составляет 35-45% , увеличение коэффициента трансформации μ теплового насоса 65-75% , повышение температуры кипения хладагента и уменьшению разности температур конденсации и кипения хладагента 8-12^оС при постоянстве тепловой мощности Q_к = h₂ - h₁ = h₂^I - h₃^I = Q_к¹ конденсатора теплового насоса. (56) Патент ФРГ N 2554441, кл. F 25 B 29/00, 1979.

Е. Я. Соколов и В. М. Бродянский. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения, М. : Энергоиздат, 1981.

Е. И. Янтовский и Ю. В. Пустовалов. Парокомпрессорные теплонасосные установки. М. : Энергоиздат, 1982, с. 41.

Использование: теплоснабжение, системы централизованного и автономного теплоснабжения. Сущность изобретения: хладагент совершает рабочий парожидкостной цикл, проходя последовательно компрессор 1, конденсатор 2, постконденсатор 8, дроссельный вентиль и испаритель 4. Компрессор 1 размещен внутри теплоизолированного кожуха 6 с теплообменников 7, причем постконденсатор 8 и теплообменник 7 последовательно включены перед испарителем 4 в магистраль 5 низкопотенциального источника тепла. 2 ил.

ТЕПЛОВОЙ НАСОС, содержащий включенные в замкнутый циркуляционный контур рабочего тела компрессор, конденсатор, дроссель и испаритель с магистралью низкопотенциального источника тепла, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетической эффективности путем снижения расхода энергии на привод компрессора, тепловой насос дополнительно содержит теплоизолированный кожух с размещенным внутри него теплообменником и постконденсатор в контуре рабочего тела, причем компрессор размещен внутри теплоизолированного кожуха, а постконденсатор и теплообменник последовательно включены перед испарителем в магистраль низкопотенциального источника тепла.