ТЕПЛОВОЙ НАСОС Российский патент 2006 года по МПК F25B30/00 

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.

Источник информации

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

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.

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.