ТРЕХЦЕЛЕВОЙ ТРАНСФОРМАТОР ТЕПЛА Российский патент 2005 года по МПК F25B30/02 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности, к трансформаторам тепла (тепловым насосам), используемым в системах отопления, кондиционирования и водоснабжения, и может быть использовано как в системах централизованного, так и автономного теплохладоснабжения.

Известен тепловой насос, содержащий циркуляционный контур рабочего тела, включающий последовательно соединенные компрессор, охладитель пара, конденсатор, охладитель конденсата, регенеративный теплообменник, который соединен через дроссельный вентиль с входом испарителя, выход которого через регенеративный теплообменник подключен к входу компрессора, причем вход охладителя конденсата по нагреваемой среде соединен с входом теплового насоса, выход конденсатора по нагреваемой среде подключен к линии первого потребителя, а выход охладителя пара по нагреваемой среде подключен к линии второго потребителя.

Недостатком подобного теплового насоса является относительно малое снижение потерь энергии в процессах охлаждения и конденсации рабочего тела вследствие того, что протекание всего потока нагреваемой среды через охладитель конденсата не позволяет максимально использовать потенциал теплоты конденсата рабочего тела после конденсатора из-за возникающей большой эквивалентности потоков рабочего тела и нагреваемой среды ( Dichev S, Kartelov G. Lechev D, Increasing the effiency of compressor heat Pumps by obtaining multizone condensation. XVI - congress international du freidcommissions Br. 1983. p.39-43) /1/.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является тепловой насос (трансформатор тепла), содержащий циркуляционный контур рабочего тела, который включает последовательно соединенные компрессор, охладитель пара, конденсатор, охладитель конденсата, регенеративный теплообменник, который соединен через дроссельный вентиль с входом испарителя, выход которого через регенеративный теплообменник подключен к входу компрессора, причем вход охладителя конденсата по нагреваемой среде соединен с входом теплового насоса, выход конденсатора по нагреваемой среде подключен к линии первого потребителя, а выход охладителя пара по нагреваемой среде подключен к линии второго потребителя, при этом охладитель конденсата по нагреваемой среде дополнительно снабжен байпасной линией, подключенной к входу конденсатора, а выход охладителя конденсата по нагреваемой среде соединен с входом охладителя пара (Патент РФ №2044234, М.кл⁶ F 25 В 9/00, опубл. 20.09.95) /2/.

Однако предлагаемая в /2/ схема хотя и позволяет снизить потери эксергии в тепловом насосе, но нагреваемая среда при этом может быть получена только на двух температурных уровнях.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является расширение функциональных возможностей систем теплохладоснабжения и водоснабжения, а именно: получение в одном агрегате тепла для системы теплоснабжения, а также холода на среднем температурном уровне для системы кондиционирования и на низком температурном уровне для систем хладоснабжения.

Указанная техническая задача решается тем, что известный трансформатор тепла, содержащий циркуляционный контур рабочего тела, который включает последовательно соединенные компрессор, конденсатор, регенеративный теплообменник, выход конденсатора по нагреваемой среде подключен к линии первого потребителя и линию второго потребителя, первый испаритель согласно изобретению дополнительно содержит второй испаритель, эжектор, линию третьего потребителя и сепаратор, при этом вход эжектора по активной среде подключен к выходу регенеративного теплообменника, выход эжектора подключен к входу первого испарителя и через дроссельный вентиль к входу второго испарителя, вход эжектора по пассивной среде подключен к выходу второго испарителя, выход первого испарителя подключен к линии второго потребителя, выход второго испарителя через сепаратор подключен к линии третьего потребителя.

Такое выполнение трансформатора тепла позволяет повысить энергетический КПД теплового насоса и снизить неэквивалентность потоков рабочего тела и нагреваемой среды за счет разделения потока конденсата рабочего тела трансформатора тепла и разности давлений рабочего тела в испарителях, что и обеспечивает возможность подключения трансформатора тепла к трем потребителям - двум холода и одному тепла. Наличие сепаратора на линии третьего потребителя позволяет получать пресную воду.

На чертеже приведена схема предлагаемого трехцелевого трансформатора тепла.

Трехцелевой трансформатор тепла содержит циркуляционный контур рабочего тела, в который входят последовательно соединенные компрессор 1, конденсатор 2, регенеративный теплообменник 3, выход которого через эжектор 4 соединен с первым испарителем 5. Выход конденсатора 2 по нагреваемой среде подключен к линии первого потребителя 6, который является потребителем тепла. Выход первого испарителя 5 подключен к линии второго потребителя 7, который является потребителем холода. Выход эжектора 4 через дроссельный вентиль 8 соединен с входом второго испарителя 9, выход которого через сепаратор 10 подключен к линии третьего потребителя 11, являющийся потребителем холода. На выходе сепаратора 10 имеется линия отвода конденсата 12.

Устройство работает следующим образом.

Сжатый в компрессоре 1 пар рабочего вещества в перегретом состоянии поступает в конденсатор 2, в котором происходит его конденсация, с отдачей теплоты нагреваемой среде, проходящей по линии первого потребителя 9, после чего конденсат рабочего вещества поступает в регенеративный теплообменник 3, после чего - на вход по активной среде эжектора 4. Далее двухфазный поток рабочего вещества делится на два потока, первый из которых поступает в первый испаритель 5, а второй - через дроссельный вентиль 8 во второй испаритель 9. Пар из первого испарителя 5 поступает в регенеративный теплообменник 3, в котором происходит его нагрев с отводом теплоты от потока рабочего вещества в испарителе 5, который идет в эжектор 4. Второй поток (конденсат рабочего вещества) поступает в дроссельный вентиль 8. В дроссельном вентиле 8 осуществляется дросселирование потока рабочего вещества, после чего рабочее вещество в состоянии влажного пара поступает во второй испаритель 9, в котором происходит его кипение за счет теплоты низкопотенциального источника теплоты, поступающего по линии 7 второго потребителя холода. После второго испарителя 9 сухой насыщенный пар рабочего вещества поступает на вход пассивной среды эжектора 4. Охлажденный поток поступает в сепаратор 8. При этом конденсат влаги выделенный из воздуха отводится по линии 12.

Использование предлагаемого технического решения позволит не только получать три разнотемпературных потока, но и дополнительно пресную воду.

Использование: в области теплоэнергетики, в частности для трансформации тепла с помощью тепловых насосов, используемых в системах отопления, кондиционирования и водоснабжения. Трансформатор тепла содержит циркуляционный контур рабочего тела, который включает последовательно соединенные компрессор, конденсатор, регенеративный теплообменник и первый испаритель, а также линию второго потребителя. Выход конденсатора по нагреваемой среде подключен к линии первого потребителя. Вход эжектора по активной среде подключен к выходу регенеративного теплообменника. Выход эжектора подключен к входу первого испарителя и через дроссельный вентиль к входу второго испарителя. Вход эжектора по пассивной среде подключен к выходу второго испарителя. Выход первого испарителя подключен к линии второго потребителя. Выход второго испарителя через сепаратор подключен к линии третьего потребителя. Использование изобретения позволит расширить функциональные возможности систем теплохладоснабжения и водоснабжения, а именно, получить в одном агрегате тепла для системы теплоснабжения, а также холода на среднем температурном уровне для системы кондиционирования и на низком температурном уровне для систем хладоснабжения. 1 ил.

Трехцелевой трансформатор тепла, содержащий циркуляционный контур рабочего тела, который включает последовательно соединенные компрессор, конденсатор, регенеративный теплообменник, выход конденсатора по нагреваемой среде подключен к линии первого потребителя, и линию второго потребителя, первый испаритель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит второй испаритель, эжектор, линию третьего потребителя и сепаратор, при этом вход эжектора по активной среде подключен к выходу регенеративного теплообменника, выход эжектора подключен к входу первого испарителя и через дроссельный вентиль к входу второго испарителя, вход эжектора по пассивной среде подключен к выходу второго испарителя, выход первого испарителя подключен к линии второго потребителя, выход второго испарителя через сепаратор подключен к линии третьего потребителя.