КОМБИНИРОВАННАЯ АВТОНОМНАЯ ТЕРМОХОЛОДИЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2000 года по МПК F25B29/00 

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. В качестве источника низкопотенциальной теплоты могут применяться внешняя среда, в том числе и с отрицательной температурой (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).

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). Применение холодильной машины Стирлинга позволяет добиваться повышения холодильного коэффициента холодильной машины за счет снижения верхней температуры цикла. Однако в традиционном применении данная температура, как правило, равна температуре окружающей среды, применяемой для охлаждения холодильной машины.

Известны традиционные схемы систем рефрижерации автономных объектов, включающие в себя парокомпрессионную холодильную машину, систему охлаждения холодильной машину. Для охлаждения холодильных машин в конденсатор подается внешняя среда, в качестве которой может применяться воздух окружающей среды, вода из системы обратного 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 охлаждение охлаждающей жидкости системы охлаждения происходит только до температуры окружающей среды, а использование парокомпрессионных холодильных машин приводит к разрушению озонового слоя атмосферы.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении холодильного коэффициента холодильной машины Стирлинга, одновременном высокоэффективном получении холода и высокопотенциального тепла, а также в снижении негативного экологического воздействия на окружающую среду систем холодо- и теплоснабжения.

Для достижения этого технического результата комбинированная автономная термохолодильная система, включающая холодильную машину и систему охлаждения холодильной машины, снабжена тепловым насосом, работающим по обратному циклу Стирлинга, при этом тепловой насос и холодильная машина, выполненная в виде машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, имеют привод от разных электродвигателей и связаны между собой с помощью системы охлаждения холодильной машины, проходящей через холодильник холодильной машины и теплообменник нагрузки теплового насоса, и включающей в себя теплообменник охлаждения охлаждающей жидкости, расположенный между холодильником холодильной машины и теплообменником нагрузки теплового насоса, а также расположенными после теплообменника нагрузки теплового насоса теплоизолированной промежуточной емкостью и циркуляционным насосом, обеспечивающим подачу охлаждающей жидкости из теплоизолированной промежуточной емкости в холодильник холодильной машины, при этом линии подачи охлаждающей жидкости из теплообменника нагрузки теплового насоса в теплоизолированную промежуточную емкость и из емкости в холодильник холодильной машины выполнены с тепловой изоляцией, а через теплообменник охлаждения проходит магистраль с охлаждающей средой.

Введение в состав комбинированной автономной термохолодильной системы теплового насоса Стирлинга и исполнение холодильной машины в виде машины Стирлинга, связанных между собой через систему охлаждения холодильной машины, содержащей теплообменник охлаждения охлаждающей жидкости, расположенный между холодильной машиной и тепловым насосом, теплоизолированную промежуточную емкость, расположенную после теплового насоса, позволяет получить новое свойство, заключающееся в охлаждении охлаждающей жидкости системы охлаждения холодильной машины сначала до температуры окружающей среды в теплообменнике охлаждения, а затем до температуры ниже окружающей среды в теплообменнике нагрузки теплового насоса, что позволяет повысить холодильный коэффициент холодильной машины и использовать низкопотенциальное остаточное тепло охлаждающей жидкости холодильной машины в тепловом насосе для выработки высокотемпературной тепловой энергии, при этом применение холодильной машины и теплового насоса, работающих по обратному циклу Стирлинга, с озононеразрушающими рабочими телами снижает негативное экологическое влияние на окружающую среду систем холодо- и теплоснабжения.

На чертеже изображена комбинированная автономная термохолодильная система.

Комбинированная автономная термохолодильная система включает в себя холодильную машину Стирлинга 1 с теплообменником нагрузки 2, холодильником 3 и электродвигателем 4, тепловой насос Стирлинга 5 с холодильником 6, теплообменником нагрузки 7 и электродвигателем 8, систему охлаждения 9 холодильной машины 1, проходящую через холодильник 3 и теплообменник нагрузки 7 и включающую в себя теплообменник охлаждения охлаждающей жидкости 10, теплоизолированную промежуточную емкость 11 и циркуляционный насос 12. Линии подачи охлаждающей жидкости из теплового насоса 5 в промежуточную емкость 11 и из нее в холодильную машину 1 соответственно 13 и 14 выполнены с тепловой изоляцией. Теплообменник нагрузки 2 холодильной машины 1 и холодильник 6 теплового насоса 5 связаны с внешними системами тепло- и холодоснабжения соответственно магистралями 16 и 15. Для снятия тепловой нагрузки с системы охлаждения холодильной машины Стирлинга через теплообменник охлаждения 10 проходит магистраль с охлаждающей средой 17 (например, атмосферный воздух).

Комбинированная автономная термохолодильная система 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 охлаждения 10, в который одновременно подается и охлаждающая среда (воздух, вода оборотного водоснабжения, забортная вода и т.д.) по магистрали 17. За счет теплообмена с охлаждающей средой температура охлаждающей жидкости системы охлаждения 9 холодильной машины 1 охлаждается до температуры окружающей среды. Затем охлаждающая жидкость поступает в теплообменник нагрузки 7 теплового насоса 5, где за счет разности температур передает часть своей теплоты рабочему телу теплового насоса 5, при этом сама охлаждающая жидкость охлаждается ниже температуры окружающей среды. 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 часть своей теплоты рабочему телу теплового насоса 5, охлаждающая жидкость поступает, по теплоизолированной линии 13 в теплоизолированную промежуточную емкость 11. Из емкости 11 с помощью насоса 12 охлаждающая жидкость по теплоизолированной линии 14 вновь подается в холодильник 3 для охлаждения холодильной машины 1. От холодильной машины 1 через теплообменник нагрузки 2 холод отводится во внешнюю систему холодоснабжения с помощью магистралей 16.

В комбинированной автономной термохолодильной системе холодильная машина выполнена в виде машины Стирлинга с приводом от электродвигателя. Система охлаждения холодильной машины проходит через холодильник холодильной машины и теплообменник нагрузки теплового насоса. Система охлаждения включает теплообменник охлаждения охлаждающей жидкости, теплоизолированную промежуточную емкость и циркуляционный насос, обеспечивающие подачу охлаждающей жидкости из промежуточной емкости в холодильник холодильной машины. Линии подачи охлаждающей жидкости из теплообменника нагрузки теплового насоса в теплоизолированную промежуточную емкость и из емкости в холодильник холодильной машины выполнены с тепловой изоляцией. Через теплообменник охлаждения проходит магистраль с охлаждающей средой. Использование изобретения позволит повысить холодильный коэффициент холодильной машины Стирлинга и одновременно получать холод и высокопотенциальное тепло. 1 ил.

Комбинированная автономная термохолодильная система, включающая холодильную машину и систему охлаждения холодильной машины, отличающаяся тем, что холодильная машина выполнена в виде машины Стирлинга с приводом от электродвигателя, термохолодильная система снабжена тепловым насосом Стирлинга с приводом от другого электродвигателя, при этом система охлаждения проходит через холодильник холодильной машины и теплообменник нагрузки теплового насоса и снабжена теплообменником охлаждения охлаждающей жидкости, расположенным между холодильником холодильной машины и теплообменником нагрузки теплового насоса, а также расположенными после теплообменника нагрузки теплового насоса теплоизолированной промежуточной емкостью и циркуляционным насосом, обеспечивающим подачу охлаждающей жидкости из теплоизолированной промежуточной емкости в холодильник холодильной машины, при этом линии подачи охлаждающей жидкости из теплообменника нагрузки теплового насоса в теплоизолированную промежуточную емкость и из емкости в холодильник холодильной машины выполнены с тепловой изоляцией, а через теплообменник охлаждения проходит магистраль с охлаждающей средой.