СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО ГЕНЕРАТОРА БЕЗ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК F24D11/02 

Изобретение относится к области работы систем отопления.

Известен способ работы теплого насоса (Каганов М.А. «Теплоэлектрические насосы»).

Земля и грунтовые воды сохраняют тепло даже зимой. Тепловые насосы могут использовать это тепло, повышая температуру отведенного тепла и передавая его в систему отопления.

В обычных бытовых холодильниках по замкнутому контуру циркулирует хладагент. Он отбирает тепло из внутренней камеры холодильника и отводит его наружу через заднюю стенку. Тепловой насос работает по тому же принципу, но при этом используется не холод, а тепло. Тепловой насос отбирает рассеянное тепло с помощью незамерзающей жидкости (антифриза) у внешнего теплоисточника (земля, грунтовые воды, воздух). Температура этого тепла повышается до уровня, необходимого системе отопления. Для повышения температуры тепловому насосу необходима дополнительная энергия. Он имеет несколько контуров: внешний, внутренний и контур для передачи тепла в систему отопления. Эффективный тепловой насос отличается тем, что тепло, отобранное у внешнего теплоисточника, многократно превышает количество необходимой для подъема температуры энергии.

Недостатки данной системы:

1. потребление электрической энергии включает в себя питание насоса на вторичном контуре,

2. использование внешней территории (грунта) или бурение скважины.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности системы, исключает потребление электрической энергии из внешней сети, упрощение схемы теплового насоса, освобождение местности, занимаемой внешним контуром.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе работы системы теплового насоса добавляется гидравлический таран.

Гидравлический тараном называется водоподъемная гидравлическая машина, использующая гидравлический удар для подъема жидкости на заданную высоту (Овсепян В.М. «Гидравлический таран и таранные установки»).

Непременным условием для работы тарана является расположение его ниже уровня воды в источнике, например, ниже уровня воды в водохранилище, пруде, реке.

Гидравлический таран является водоподъемником, в котором двигатель и насос объединены в одной машине очень простой конструкции, работающей автоматически.

Гидравлический таран может выполняться не только для включения в схему с тепловым насосом, но он может использоваться для обеспечения водой различных объектов, а также для орошения и полива прилегающей сельскохозяйственной территории.

Для реализации указанного способа работы предлагается известную схему при отоплении помещений с помощью теплового насоса изменить путем удаления внешнего контура, по которому должен циркулировать хладагент, и находящегося на внешнем контуре насоса, качающего антифриз в трубе, выроботку электрической энергии для насоса во внутреннем контуре осуществлять с помощью турбогенератора, установленного во внешнем контуре.

Эта система отличается тем, что она содержит вместо внешнего контура водопроводный контур гидравлического тарана, который будет иметь связь с внутренним контуром теплового насоса. В нагнетательной трубе гидротарана предполагается размещение дугообразной трубки с внутреннего контура теплового насоса. В результате мы имеем так называемый теплообменник. А отводная труба содержит турбогенератор, который обеспечивает питание насоса на внутреннем контуре.

Такая конструкция системы обеспечивает увеличение эффективности работы системы по сравнению с обычной конструкцией теплового насоса, необязательное применение внешнего контура теплового насоса, а следовательно, и удаление из схемы насоса на этом контуре, а во внешнем установку турбогенератора, что позволяет исключить потребление электроэнергии из внешней сети при увеличении КПД установки.

Таким образом, заявляемые технические устройства позволяют реализовать заявляемый способ, при этом осуществляются:

1. Исключение потребления электрической энергии (достигается путем удаления насоса на внешнем контуре устройства и установкой турбогенератора на этом контуре).

2. Повышение эффективности работы системы.

3. Освобождение прилежащей к объекту территории.

Из изложенного следует, что при реализации заявляемого способа и устройств для его осуществления достигается технический результат, заключающийся в работе данного устройства без потребления электрической энергии для системы отопления домов, коттеджей и дачных участков, в использовании тепла воды, отдаваемого хладагенту. Для выделения тепла отапливаемого помещения могут использоваться элементы, как и в системе теплового насоса. Рациональней же будет использование выделенного тепла в полы с подогревом.

Заявляемая группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку заявка относится к объектам изобретения одного вида, одинакового направления, обеспечивающих получение одного и того же технического результата принципиально одним и тем же путем.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства такого теплового генератора. Данная схема включает в себя гидравлический таран на внешнем контуре и установку турбогенератора в отводящей трубе внешнего контура, два аппарата теплообменника (осуществляющую взаимосвязь между внешним и внутренним контуром, и между внутренним контуром и системой отопления: испаритель и конденсатор), внутреннего контура, включающего в себя компрессор и дроссель.

Данное устройство работает следующим образом: при пуске таранной установки в действие вода из источника поступает по питательной трубе 1 к ударному клапану 2 и под напором Н₁ вытекает через него наружу с возрастающей скоростью. При повышении скорости до некоторого предела давление на ударный клапан снизу вверх возрастает настолько, что превысит вес клапана, закроет его и преградит дальнейший выход воде наружу.

При этом произойдет гидравлический удар, вследствие чего давление на питательной трубе быстро поднимется выше давления в воздушном колпаке 4;

под действием этого давления откроется нагнетательный клапан 3, и вода начнет поступать через него в воздушный колпак.

Затем вода из воздушного колпака под влиянием избыточного давления пойдет по нагнетательной трубе 5 в напорный верхний бак 6, поднимаясь на высоту Н₂. После гидравлического удара давление в питательной трубе упадет ниже атмосферного и ударный клапан 2 под действием избыточного атмосферного давления и частично собственного веса (или пружины) вновь откроется. Одновременно под давлением воды в воздушном колпаке закроется нагнетательный клапан и таранная установка автоматически придет в исходное положение.

В следующий момент вода снова подойдет по питательной трубе к ударному клапану, устремится наружу через открытый клапан, поднимет его, вызовет гидравлический удар, и описанный процесс повторится в том же порядке.

Таран действует автоматически и почти не требует никакого ухода. Длину питательной трубы принимают равной (5-8) Н₁.

Высота Н₁ - расстояние по вертикали от горизонта воды в источнике до отверстия ударного клапана называется высотой падения, а вертикальное расстояние Н₂ - от отверстия ударного клапана до горизонта воды в напорном баке - высотой нагнетания.

Вода после прохождения через напорный верхний бак 6 попадает в аппарат-теплообменник (испаритель) 7.

После прохождения воды через теплообменник, она выводиться обратно в источник по отводной трубе 9 через заслонку (регулятор) 8, регулирующую напор воды, проходящей через теплообменник (испаритель) и турбогенератор 13, который обеспечивает электроэнергией насос. Во внутренний контур встроены аппараты-теплообменники - испаритель 7 и конденсатор 11, а также устройства, которые меняют давление хладагента - распыляющий его в жидкой фазе дроссель 10 (узкое калиброванное отверстие) и сжимающий его уже в газообразном состоянии насос(компрессор) 12, который работает за счет получения электрической энергии от турбогенератора 13, установленного в отводной трубе внешнего контура и работающего за счет прохождения воды через трубу. Жидкий хладагент продавливается через дроссель, его давление падает, и он поступает в испаритель, где вскипает, отбирая тепло, поставляемое из напорного верхнего бака с помощью гидротарана от источника. Так как температура кипения хладагента очень низкая, то он превращается в газ. Далее газ, в который превратился хладагент, всасывается в насос (компрессор) 12, сжимается и, нагретый, выталкивается в конденсатор 11. Конденсатор является теплоотдающим узлом теплового насоса: здесь тепло принимается водой в системе отопительного контура. При этом газ охлаждается и сгущается в жидкость, чтобы вновь подвергнуться разряжению в расширительном вентиле и вернуться в испаритель. Так описывается способ работы данного устройства.

Заявляемый способ и устройство промышленно применимы, так как включают в себя применяемый способ и устройства, дополненные реально осуществимыми операциями, а сама схема дополнена работоспособными элементами, улучшающими его работу.

Предлагаемый способ и устройство схемы по принципу действия, обеспечиваемому новой совокупностью существенных признаков, позволяет осуществить работу устройств систем отопления без подвода электрической энергии. К преимуществам такой схемы работы теплового насоса в первую очередь следует отнести экономичность: для передачи в систему отопления 1 кВт тепловой энергии установке нет необходимости подвода электроэнергии из внешней сети. Кроме того, тепловой насос не сжигает топлива и не производит вредных выбросов в атмосферу. Он не требует специальной вентиляции помещений и абсолютно безопасен. Все системы функционируют с использованием замкнутых контуров и не требуют эксплуатационных затрат и затрат электроэнергии, необходимой для работы оборудования. В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют особых навыков и описаны в инструкции.

Изобретение относится к области работы систем отопления. Технический результат: повышение эффективности системы, исключение потребления электрической энергии из внешней сети, упрощение схемы теплового насоса. Способ работы теплового генератора без потребления электрической энергии заключается в получении тепла из окружающей среды, повышении температуры теплоносителя и передаче его в систему отопления. Подачу рабочего тела, в данном случае воды, во внешний контур осуществляют с помощью гидротарана, а элекрическая энергия для работы насоса на внутреннем контуре подается от турбогенератора, установленного на внешнем контуре. Также описано устройство теплового генератора. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы теплового генератора без потребления электрической энергии, заключающийся в получении тепла из окружающей среды, повышении температуры теплоносителя и передаче его в систему отопления, отличающийся тем, что подачу рабочего тела, в данном случае воды, во внешний контур осуществляют с помощью гидротарана, а элекрическая энергия для работы насоса на внутреннем контуре подается от турбогенератора, установленного на внешнем контуре.

2. Устройство для обеспечения указанного способа, состоящее по меньшей мере из компрессора, дросселя, двух аппаратов-теплообменников и турбогенератора, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит во внешнем контуре гидравлический таран с установкой на контуре турбогенератора.