АВТОНОМНЫЙ ТЕРМОХОЛОДИЛЬНЫЙ БЛОК Российский патент 2000 года по МПК F25B29/00 F25B9/14 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, кондиционирования воздуха, холодоснабжения и газовых регенеративных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга, предназначено в качестве автономных термохолодильных установок для стационарных и передвижных объектов при одновременном производстве холода и тепла.

Известны децентрализованные системы теплоснабжения с тепловыми насосами, работающими по обратному циклу Стирлинга, отличающиеся наиболее высокой эффективностью и экологической чистотой, так как в качестве рабочего тела теплового насоса используются озононеразрушающие вещества - гелий, водород, воздух и т.д. (Кириллов Н.Г., Сударь Ю.М. и др. Децентрализованные системы теплоснабжения с тепловыми насосами, работающими по обратному циклу Стирлинга. /Информационный бюллетень: "Теплоэнергетические технологии"/, N 1, СПб. , 1997, стр. 38-40). Однако, для уменьшения подводимой электрической энергии для привода теплового насоса желательно использовать в качестве источника низкопотенциальной теплоты рабочую среду с максимально высокой температурой.

Известно устройство машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, содержащей полости сжатия и расширения, картер, регенератор, теплообменник нагрузки, холодильник, вытеснитель, рабочий поршень с уплотнением штока вытеснителя, привод (Патент России N 2079069, Бюл. N 13 от 10.05.97).

Известны традиционные схемы систем рефрижерации автономных объектов, включающие в себя парокомпрессионную холодильную машину, систему охлаждения холодильной машины. Для охлаждения холодильных машин в конденсатор подается внешняя среда, в качестве которой может применяться воздух окружающей среды, вода из системы оборотного водоснабжения, охлажденная в градирне, или, например, забортная вода (Захаров Ю.В. Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. Л. , "Судостроение", 1979, стр. 20). Однако, в данных случаях происходит безвозвратная потеря низкопотенциальной теплоты и ее рассеивание в окружающую среду, а использование парокомпрессионных холодильных машин приводит к разрушению озонового слоя атмосферы.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД теплового насоса и установки в целом, одновременном получении холода и высокопотенциального тепла, а также снижении негативного воздействия на окружающую среду.

Для достижения этого технического результата автономный термохолодильный блок, включающий в себя холодильную машину, выполненную в виде машины Стирлинга с приводом, работающей по обратному циклу, и систему охлаждения холодильной машины, снабжен работающим по обратному циклу Стирлинга тепловым насосом с приводом и системой охлаждения холодильной машины, проходящей через холодильник холодильной машины и теплообменник нагрузки теплового насоса и включающей промежуточную емкость, выполненную с внутренним и внешним оребрением поверхности, перфорированной верхней крышкой и разбрызгивающей форсункой в газообразной части емкости, и циркуляционный насос, обеспечивающий движение охлаждающей жидкости холодильной машины из холодильника холодильной машины в теплообменник нагрузки теплового насоса, затем в промежуточную емкость и из нее вновь в холодильник холодильной машины, причем привод холодильной машины и привод теплового насоса выполнены в виде разных электродвигателей.

Введение в состав автономного термохолодильного блока холодильной машины Стирлинга и теплового насоса Стирлинга, связанного с холодильной машиной через систему охлаждения холодильной машины, содержащей промежуточную емкость с оребренными внутренними и внешними поверхностями, перфорированной верхней крышкой и разбрызгивающей форсункой в газообразной части емкости, позволяет получить новое свойство, заключающееся в использовании низкопотенциального тепла охлаждающей жидкости холодильной машины для повышения КПД (коэффициента теплопреобразования) теплового насоса, выраженного в снижении потребляемой электрической мощности, и выработке высокотемпературной тепловой энергии, а также использование окружающей среды для охлаждения охлаждающей жидкости после теплового насоса до температуры окружающей среды за счет особенности устройства промежуточной емкости, при этом применение холодильной машины и теплового насоса, работающих по обратному циклу Стирлинга, с озононеразрушающим рабочим телом снижает негативное влияние на окружающую среду.

На чертеже изображен автономный термохолодильный блок.

Автономный термохолодильный блок включает в себя холодильную машину Стирлинга 1 с теплообменником нагрузки 2, холодильником 3 и электродвигателем 4, тепловой насос Стирлинга 5 с теплообменником нагрузки 7, холодильником 6 и электродвигателем 8, системы охлаждения 9 холодильной машины 1, проходящей через холодильник 3 и теплообменник нагрузки 7, и включающую в себя промежуточную емкость с оребренными внутренними и внешними поверхностями 11, перфорированной верхней крышкой 12 и разбрызгивающей форсункой 13 в газообразной части емкости 10, а также циркуляционный насос 14. Теплообменник нагрузки 2 холодильной машины 1 и холодильник 6 теплового насоса 5 связан с внешними системами холодо- и теплоснабжения соответственно магистралями 16 и 15.

Автономный термохолодильный блок работает следующим образом.

Для охлаждения холодильной машины 1, приводимой в работу электродвигателем 4, предусмотрена система охлаждения 9, по которой, приняв теплоту от рабочего тела холодильной машины 1 в холодильнике 3, охлаждающая жидкость поступает в теплообменник нагрузки 7 теплового насоса 5. За счет подвода внешней энергии от электродвигателя 8 происходит передача теплоты охлаждающей жидкости системы охлаждения 9 теплоносителю системы внешнего теплоснабжения, протекающему через холодильник 6 теплового насоса 5 по магистрали 15, с повышением его температуры. Отдав значительную часть своей теплоты рабочему телу теплового насоса 5, охлаждающая жидкость поступает в промежуточную емкость 10, где ее температура выравнивается до температуры окружающей среды за счет теплообмена с окружающей средой. Для этой цели промежуточная емкость выполнена с оребренными внутренними и внешними поверхностями 11, обеспечивающими увеличение теплопередающей поверхности, а сама жидкость подается в емкость 10 через разбрызгивающую форсунку 13, обеспечивая испарительный эффект, для чего верхняя крышка 12 емкости 10 выполнена перфорированной. Из емкости 10 с помощью насоса 14 охлаждающая жидкость вновь подается в холодильник 3 для охлаждения холодильной машины 1. От холодильной машины 1 через холодильник 2, холод отводится во внешнюю систему холодоснабжения с помощью магистрали 16.

Иисточники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Кириллов Н.Г., Сударь Ю.М. и др. Децентрализованные системы теплоснабжения с тепловыми насосами, работающими по обратному циклу Стирлинга /Информационный бюллетень: "Теплоэнергетические технологии"/. N 1, С.-Пб., 1997, стр. 38-40.

2. Патент России N 2079069. Бюл. N 13 от 10.05.97 года.

3. Захаров Ю.В. Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. Л., "Судостроение", 1979, стр. 20 - прототип.

Изобретение относится к теплоэнергетике кондиционирования воздуха, холодоснабжения и газовых регенеративных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга. Изобретение позволит повысить КПД. теплового насоса и установки в целом. Для охлаждения холодильной машины, приводимой в работу электродвигателем, предусмотрена система охлаждения, соединяющая холодильник холодильной машины с теплообменником нагрузки теплового насоса. За счет подвода внешней энергии от электродвигателя происходит передача теплоты охлаждающей жидкости системы охлаждения теплоносителю системы внешнего теплоснабжения, протекающему через холодильник теплового насоса, с повышением его температуры. В промежуточной емкости температура охлаждающей жидкости выравнивается до температуры окружающей среды за счет теплообмена с окружающей средой. Для этой цели промежуточная емкость выполнена с оребренными внутренними и внешними поверхностями, перфорированными верхней крышкой и разбрызгивающей форсункой. Из емкости с помощью насоса охлаждающая жидкость вновь подается в холодильник для охлаждения холодильной машины. 1 ил.

Автономный термохолодильный блок, содержащий холодильную машину и систему ее охлаждения, отличающийся тем, что холодильная машина выполнена в виде машины Стирлинга с приводом, работающей по обратному циклу, при этом блок снабжен работающим по обратному циклу Стирлинга тепловым насосом с приводом и системой охлаждения, проходящей через холодильник холодильной машины и теплообменник нагрузки теплового насоса и включающей промежуточную емкость, выполненную с внутренним и внешним оребрением поверхности, перфорированной верхней крышкой и разбрызгивающей форсункой в газообразной части емкости, и циркуляционный насос, обеспечивающий движение охлаждающей жидкости из холодильника холодильной машины в теплообменник нагрузки теплового насоса, затем в промежуточную емкость и из нее вновь в холодильник, холодильной машины, причем привод холодильной машины и привод теплового насоса выполнены в виде разных электродвигателей.