ТЕПЛОВОЙ НАСОС (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2021 года по МПК F25B30/02 F28D20/00 F25B7/00 F25B27/00 F25B30/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области нагревательных устройств, в частности к воздушным тепловым насосам для обогрева зданий и сооружений, которые являются экономичным вариантом генерации тепловой энергии для нужд отопления и обеспечения систем горячего водоснабжения, если нет возможности недорогого подключения к системе газообеспечения или центрального «городского» отопления. В этих случаях предлагаемый тепловой насос может применяться: при новом строительстве зданий и сооружений, как промышленных, так и гражданских объектов, включая частный сектор; при модернизации существующих систем отопления в целях экономии ресурсов (замена электрокотлов, дизельных котлов, газовых котлов, работающих на сжиженном газе (газгольдеры), угольных котельных и твердотопливных котлов); в сельском хозяйстве для обогрева, охлаждения теплиц, животноводческих комплексов; для сушки зерна и сена, для овощехранения; в рыбном хозяйстве для обогрева, охлаждения водных резервуаров, используемых для разведения молоди рыбы; на объектах спецназначения - военные части, базы, склады, требующие обогрев, охлаждение и находящиеся далеко от общей инфраструктуры; на объектах железной дороги, имеющих единственный источник энергии - электричество; на объектах водоканала, в частности на канализационных и очистных сооружениях для получения тепловой энергии сточных вод; на производственных объектах, где в технологическом процессе выделяется много побочного тепла, которое можно использовать для работы тепловых насосов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Широко известно использование устройств, называемых «тепловыми насосами», для обогрева помещений. Работа таких устройств основана на принципе отвода тепловой энергии (теплоты) от источника с более низкой температурой (также называемого холодным источником) для ее передачи источнику с более высокой температурой (также называемого горячим источником). Тепловая энергия передается посредством циркуляции рабочего тела (теплоносителя) в контуре, содержащем испаритель, компрессор, соединенный с выходом испарителя, конденсатор, размещенный последовательно с компрессором, и средство расширения, включенное между конденсатором и испарителем.

Кроме того, в уровне техники известно, что тепловые насосы могут быть воздухо-водяного, воздухо-воздушного или водо-водяного типа. В случае воздухо-воздушных и воздухо-водяных насосов холодным источником служит воздух, находящийся снаружи помещения, в котором предполагается создание искусственного климата; в случае водо-водяных тепловых насосов холодным источником является поток воды, например, поток грунтовой воды или поток глубоко протекающей воды (например, геотермальный поток), при этом в случае грунтовой воды температура указанного источника обычно находится в диапазоне от 5°С до 12°С в течение всего года. При одинаковых рабочих условиях тепловые насосы водо-водяного типа имеют более высокие значения коэффициента преобразования (СОР) по сравнению с воздухо-воздушными или воздухо-водяными тепловыми насосами.

Опытным путем авторами настоящего изобретения было установлено, что в большинстве случаев известные технические решения, связанные с воздушными тепловыми насосами, позволяют им эффективно работать при температурах окружающей среды до -5°С без потери тепловой мощности с обеспечением СОР на уровне 2. При более низких температурах в диапазоне от -5°С до -25°С тепловая мощность известных воздушных тепловых насосов падает более, чем в два раза, а СОР стремится к единице и ниже, в связи с чем известные воздушные тепловые насосы не используют в регионах, где средняя температура окружающей среды в отопительный сезон падает ниже -5°С. Воздушный тепловой насос согласно настоящему изобретению может работать до температур окружающей среды -25°С без существенной потери мощности (не более 15%) с обеспечением СОР от 1,7 до 4 в зависимости от температуры окружающей среды.

В заявке на выдачу патента РФ №2012119512/06 (далее RU 2012119512) от 13.10.2010 года используют двухступенчатую схему геотермальных тепловых насосов. В настоящем изобретении, в отличие от технического решения, раскрытого в RU 2012119512, использован аккумулятор низкопотенциального тепла для передачи тепловой энергии от одной ступени к другой. В RU 2012119512 используют газово-жидкостный пластинчатый теплообменник, при этом высокие температуры получают при помощи водяных источников низкопотенциального тепла, таких как, например, грунтовые воды, имеющие положительную температуру (выше +7°С). В настоящем изобретении высокие температуры на выходе обеспечены при помощи воздуха окружающей среды с температурой до -25°С. Устройством многоступенчатой передачи тепла в RU 2012119512 является газо-жидкостный пластинчатый теплообменник, что не позволяет подсоединить к нему дополнительные источники тепла (например, солнечные коллекторы). В настоящем изобретении устройством для передачи тепла является аккумулятор низкопотенциального тепла, что позволяет присоединить к нему дополнительные источники низкопотенциального тепла, в частности солнечный коллектор.

В патентной заявке на выдачу патента РФ №2016149178 (далее RU 2016149178) от 14.12.2016 года используют технологию подогрева теплоносителя (например, рассола) в аккумуляторе тепла солнечными коллекторами с использованием геотермального теплового насоса с трубчатым теплообменником. Солнечные коллекторы в RU 2016149178 применяют для подогрева грунтового рассола. В настоящем изобретении, в отличие от технического решения, раскрытого в RU 2016149178, солнечный коллектор используют для подогрева аккумулятора низкопотенциальной энергии, который в свою очередь служит буфером для передачи тепла от одного контура к другому с использованием воздушного теплового насоса. Существенным преимуществом настоящего изобретения по сравнению с техническим решением, раскрытым в RU 2016149178, является разделение низкопотенциального тепла (в диапазоне от +1°С до +30°С) и высокопотенциального тепла (в диапазоне от +30°С до +100°С) солнечных коллекторов в различные аккумуляторы тепловой энергии, что позволяет в настоящем изобретении эффективно использовать тепловую энергию солнечных коллекторов в диапазоне температур от +1°С до +100°С в работе низкотемпературного воздушного теплового насоса согласно настоящему изобретению.

Кроме того, из информационных источников из уровня техники известно, что в большинстве случаев низкопотенциальное тепло солнечных коллекторов (т.н. бросовое тепло) в диапазоне температур от +1°С до +30°С не применяется для нагрева зданий и сооружений.

В заявке на выдачу патента РФ №2017102563 от 26.01.2017 года используют многоступенчатую установку (из геотермальных тепловых насосов) и получают высокие температуры на выходе при помощи водяных источников низкопотенциального тепла, имеющих положительную температуру, при этом используются три ступени, что приводит к усложнению и удорожанию системы, а настоящее изобретение отличается низкой себестоимостью и высокой надежностью конструкции за счет более простой схемы.

Основные недостатки известных геотермальных тепловых насосов заключаются в том, что источником низкопотенциального тепла для них служит вода. Вода, используемая в геотермальных тепловых насосах, добывается путем опускания жидкостных зондов в естественные водоемы (реки, озера, моря или т.п.) или подземные грунтовые скважины, что приводит к удорожанию всей системы в целом, а также к длительному по времени и трудозатратному монтажу. В частности, известные геотермальные тепловые насосы могут быть монтированы за период времени от нескольких недель до нескольких месяцев, а монтаж настоящего изобретения может быть осуществлен всего за один рабочий день.

Кроме того, другим существенным недостатком известных геотермальных тепловых насосов является экологическая опасность. В частности, в случае аварии (например, в случае порчи жидкостного зонда) может возникнуть загрязнение воды в естественных водоемах или грунтовых вод, а так же отравление земли теплоносителем, находящиеся в жидкостном зонде.

Другими важными недостатками известных геотермальных тепловых насосов также являются дороговизна ремонта жидкостного зонда в случае подвижек грунта; необходимость оформления дополнительных разрешений на бурение скважины или опускание зонда в естественный водоем, а также возможное промерзание скважин при очень холодных зимах.

Воздушный тепловой насос согласно настоящему изобретению не имеет вышеописанных недостатков, присущих известным геотермальным тепловым насосам.

Тепловой насос, раскрытый в патенте Кореи №101472336 (далее KR 101472336), опубликованном 29 мая 2020 года, является наиболее близким аналогом (прототипом) настоящего изобретения.

В частности, в тепловой насос, раскрытый в KR 101472336, содержит воздушный теплообменник; жидкостный конденсатор, соединенный с воздушным теплообменником посредством компрессора; аккумулятор низкопотенциального тепла, соединенный с указанным жидкостным конденсатором с обеспечением возможности нагрева теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла и дополнительно соединенный с жидкостным испарителем; еще один жидкостный конденсатор, соединенный с жидкостным испарителем посредством еще одного компрессора; аккумулятор высокопотенциального тепла, соединенный с указанным еще одним жидкостным конденсатором с обеспечением возможности нагрева теплоносителя в аккумуляторе высокопотенциального тепла; и солнечный коллектор, соединенный с аккумулятором низкопотенциального тепла с возможностью дополнительного нагрева теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла.

Одним из недостатков теплового насоса согласно KR 101472336 является неоптимальное использование тепла от солнечного коллектора в тепловой схеме известного насоса.

Таким образом, очевидна потребность в дальнейшем совершенствовании тепловых насосов, в частности для оптимизации использовании тепла от солнечного коллектора в тепловой схеме известного насоса.

Следовательно, техническая проблема, решаемая настоящим изобретением, состоит в создании теплового насоса, в котором по меньшей мере частично устранен обозначенный выше недостаток известного теплового насоса, заключающийся в неоптимальном использовании тепла от солнечного коллектора в тепловой схеме известного насоса.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вышеупомянутая техническая проблема решена в одном из аспектов настоящего изобретения, согласно которому предложен тепловой насос, содержащий: воздушный теплообменник; жидкостный конденсатор, соединенный с воздушным теплообменником посредством компрессора; аккумулятор низкопотенциального тепла, соединенный с указанным жидкостным конденсатором с обеспечением возможности нагрева теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла и дополнительно соединенный с жидкостным испарителем; еще один жидкостный конденсатор, соединенный с жидкостным испарителем посредством еще одного компрессора; аккумулятор высокопотенциального тепла, соединенный с указанным еще одним жидкостным конденсатором с обеспечением возможности нагрева теплоносителя в аккумуляторе высокопотенциального тепла; и солнечный коллектор, соединенный с аккумулятором низкопотенциального тепла с возможностью дополнительного нагрева теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла, при этом указанный насос также соединен с аккумулятором высокопотенциального тепла с возможностью переключения подачи теплоносителя солнечного коллектора с аккумулятора низкопотенциального тепла в аккумулятор высокопотенциального тепла при достижении температуры теплоносителя в солнечном коллекторе заданного значения, и обеспечена возможность отключения указанного компрессора с последующим включением указанного еще одного компрессора при нагреве теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла до заданной температуры.

Вышеупомянутая техническая проблема также решена еще в одном аспекте настоящего изобретения, согласно которому предложен тепловой насос, содержащий: воздушный теплообменник; жидкостный конденсатор, соединенный с воздушным теплообменником посредством компрессора; аккумулятор низкопотенциального тепла, соединенный с указанным жидкостным конденсатором с обеспечением возможности нагрева теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла; жидкостный испаритель, выполненный с возможностью подключения к аккумулятору низкопотенциального тепла с одновременным подключением, посредством указанных жидкостного конденсатора и компрессора, к аккумулятору высокопотенциального тела с обеспечением возможности нагрева теплоносителя в аккумуляторе высокопотенциального тепла; и солнечный коллектор, соединенный с аккумулятором низкопотенциального тепла с возможностью дополнительного нагрева теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла, при этом указанный насос также соединен с аккумулятором высокопотенциального тепла с возможностью переключения подачи теплоносителя солнечного коллектора с аккумулятора низкопотенциального тепла в аккумулятор высокопотенциального тепла при достижении температуры теплоносителя в солнечном коллекторе заданного значения.

Варианты теплового насоса, предложенные в первом и втором аспектах настоящего изобретения, обеспечивают каждый технический результат в виде повышения эффективности теплового насоса согласно настоящему изобретению, в частности за счет более эффективного использования дополнительной тепловой энергии от солнечного коллектора в работе теплового насоса, обусловленного разделением низкопотенциального тепла от солнечного коллектора, по сути соответствующего температуре теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла ниже заданного значения, и высокопотенциального тепла от солнечного коллектора, по сути соответствующего температуре теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла выше указанного заданного значения, соответственно в аккумулятор низкопотенциального тепла и аккумулятор высокопотенциального тепла.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На ФИГ. 1 показан один из вариантов реализации низкотемпературного воздушного насоса с двумя компрессорами, работающими последовательно на разных газах.

На ФИГ. 1 приведены следующие ссылочные номера:

1. Аккумулятор высокопотенциального тепла (АВТ)

2. Жидкостный конденсатор №1

3. Компрессор №1

4. Жидкостный испаритель

5. Аккумулятор низкопотенциального тепла (АНТ)

6. Циркуляционный насос №1

7. Циркуляционный насос №2

8. Трехходовой кран №1

9. Трехходовой кран №2

10. Циркуляционный насос №3

11. Жидкостный конденсатор №2

12. Дроссель №1

13. Дроссель №2

14. Компрессор №2

15. Воздушный испаритель

16. Циркуляционный насос №4

17. Солнечный коллектор.

На ФИГ. 2 показан еще один вариант реализации низкотемпературного воздушного насоса с двумя компрессорами, работающими одновременно на разных газах.

На ФИГ. 2 приведены следующие ссылочные номера:

1. Аккумулятор высокопотенциального тепла (АВТ)

2. Жидкостный конденсатор №1

3. Компрессор №1

4. Жидкостный испаритель

5. Аккумулятор низкопотенциального тепла (АНТ)

6. Циркуляционный насос №1

7. Циркуляционный насос №2

8. Трехходовой кран №1

9. Трехходовой кран №2

10. Циркуляционный насос №3

11. Жидкостный конденсатор №2

12. Дроссель №1

13. Дроссель №2

14. Компрессор №2

15. Воздушный испаритель

16. Циркуляционный насос №4

17. Солнечный коллектор.

На ФИГ. 3 показан другой один вариант реализации низкотемпературного воздушного насоса с одним компрессором.

На ФИГ. 3 приведены следующие ссылочные номера:

1. Аккумулятор высокопотенциального тепла (АВТ)

2. Жидкостный конденсатор

3. Компрессор №1

4. Жидкостный испаритель

5. Аккумулятор низкопотенциального тепла (АНТ)

6. Циркуляционный насос №1

7. Циркуляционный насос №2

8. Трехходовой кран №1

9. Трехходовой кран №2

10. Циркуляционный насос №3

12. Дроссель №1

15. Воздушный испаритель

17. Солнечный коллектор

18. Четырехходовой клапан.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Особенностью данного изобретения является новая принципиальная система работы воздушного теплового насоса, соединенного в одну схему с солнечным коллектором, позволяющая работать воздушному тепловому насосу при низких температурах окружающей среды до -25°С без существенной потери тепловой мощности (в пределах 15%) с высоким СОР от 1,7 до 4.

Данная система работы воздушного теплового насоса может быть реализована в трех вариантах:

1. С двумя компрессорами, работающими последовательно на разных газах, в частности на фреоне 410A и фреоне 404А (см. ФИГ. 1).

2. С двумя компрессорами, работающими одновременно на разных газах, в частности на фреоне 410А и фреоне 404А (см. ФИГ. 2).

3. С одним компрессором, работающим на фреоне 410A (см. ФИГ. 3).

Особенностью данного изобретения является двухстадийная система работы воздушного теплового насоса, состоящего из компрессора №1 (3), компрессора №2 (14), жидкостного конденсатора №1 (2), дросселя №1 (12), дросселя №2 (13), жидкостного испарителя (4), аккумулятора низкопотенциального тепла (5), воздушного испарителя (15), жидкостного конденсатора №2 (11), трехходового крана №1 (8), трехходового крана №2 (9), циркуляционного насоса №1 (6), циркуляционного насоса №2 (7), циркуляционного насоса №3 (10), солнечного коллектора (17) и циркуляционного насоса №4 (16) (см. ФИГ. 1). На первой стадии работы воздушного теплового насоса идет процесс предподогрева теплоносителя (пропиленгликоля) в аккумуляторе (5) низкопотенциального тепла (АНТ) в диапазоне температур от 0°С до +7°С. Этот эффект достигается благодаря переносу низкопотенциального тепла от воздуха окружающей среды с температурой до -25°С при помощи компрессора №2 (14), жидкостного конденсатора №2 (11), дросселя №2 (13) и воздушного испарителя (15). Кроме того, для преднагрева теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла используется солнечный коллектор (17) (см. ФИГ. 1).

На второй стадии работы воздушного теплового насоса низкопотенциальное тепло из аккумулятора низкопотенциального тепла (5), используется как источник низкопотенциального тепла, которое трансформируется в высокопотенциальное тепло, передаваемое теплоносителю (вода) в аккумулятор высокопотенциального тепла (АВТ) (1) посредством компрессора №1 (3), жидкостного конденсатора №1 (2), дросселя №1 (12) и жидкостного испарителя (4) (см. ФИГ. 1).

Солнечный коллектор (17), соединенный с аккумулятором низкопотенциального тепла (5), работает в течение светового дня в диапазоне температур теплоносителя в солнечном коллекторе от +1°С до +30°С. Далее при превышении +40°С солнечный коллектор (17) переключается, посредством автоматики и трехходового крана №2 (9), на аккумулятор высокопотенциального тепла (1). Из научной литературы известна область применения солнечных коллекторов. Как правило, солнечные коллекторы используют как второстепенные системы обогрева зданий и сооружений. Однако диапазон их применения весьма ограничен в связи с тем, что их эффективная работа возможна только при непосредственном солнечном освещении в ясную погоду, тогда температура теплоносителя в солнечном коллекторе поднимается выше +40°С даже зимой днем. В пасмурную погоду температура теплоносителя в солнечном коллекторе, как правило выше температуры окружающей среды, так как остаточная солнечная энергия нагревает теплоноситель в солнечных коллекторах в диапазоне от +1°С до +30°С. Однако теплоноситель, нагретый от +1°С до +30°С не используется для обогрева, так как его температура слишком низка.

Существенным отличием настоящего изобретения является использование низкопотенциального тепла солнечных коллекторов, получаемого в течение всего светового дня в пасмурную погоду, для предподогрева теплоносителя в АНТ, с последующим получением высокопотенциального тепла, посредством компрессора, жидкостного конденсатора, дросселя и жидкостного испарителя.

Кроме того, предподогрев теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла осуществляется путем использования остаточного тепла газа, идущего от жидкостного конденсатора (см. ФИГ. 1).

Как показано на ФИГ. 1, низкопотенциальная тепловая энергия окружающей среды (от -25°С до +30°С) перекачивается, посредством работы внешнего воздушного теплообменника (испарителя) (15), компрессора №2 (14), работающего на 410а фреоне, жидкостного конденсатора №2 (11), дросселя №2 (13), циркуляционного насоса №3 (10) и трехходового крана №1 (8), в аккумулятор низкопотенциального тепла (АНТ) (5), нагревая теплоноситель в АНТ от 0°С до +7°С.

После этого, вышеуказанная часть системы отключается и включается второй каскад, а именно низкопотенциальная тепловая энергия из АНТ (5) перекачивается, посредством жидкостного конденсатора №1 (2), жидкостного испарителя (4) и компрессора №1 (3), работающем на фреоне 404а, дросселя №1 (12), циркуляционного насоса №1 (6) и циркуляционного насоса №2 (7), в аккумулятор высокопотенциального тепла (АВТ) (1) в диапазоне температур от +35°С до +55°С. После достижения необходимых заданных высоких температур компрессор №1 (3) выключается, и цикл повторяется заново. Кроме того, к АНТ (5) подключены солнечный коллектор (17), циркуляционный насос №4 (16) и трехходовой кран №2 (9), осуществляющие подогрев теплоносителя в диапазоне температур от +1°С до +30°С. Как правило, такая температура в солнечных коллекторах бывает днем в облачную погоду круглый год.

В настоящем изобретении используется данное низкопотенциальное тепло солнечных коллекторов для предподогрева теплоносителя в АНТ (5). Если температура теплоносителя из солнечного коллектора (17) превышает +30°С, система подачи теплоносителя в АНТ (5) автоматически прекращается. Когда температура в солнечном коллекторе (17) становится выше +40°С происходит переключение подачи горячего теплоносителя в АВТ (1). Также для предподогрева теплоносителя в АНТ (5) используется остаточное тепло газа идущего от жидкостного конденсатора №1 (2).

Как показано на ФИГ. 2, низкопотенциальная тепловая энергия окружающей среды (от -25°С до +30°С) перекачивается, посредством работы воздушного теплообменника (испарителя) (15), компрессора №2 (14), работающего на 410а фреоне, жидкостного конденсатора №2 (11), дросселя №2 (13), циркуляционного насоса №3 (10) и трехходового крана №1 (8), в аккумулятор низкопотенциального тепла (АНТ) (5), нагревая теплоноситель в АНТ от 0°С до +7°С.

Одновременно с первым работает второй компрессор №1 (3), а именно низкопотенциальная тепловая энергия из АНТ (5) перекачивается посредством жидкостного конденсатора №1 (2), жидкостного испарителя (4), компрессора №1 (3), работающего на фреоне 404а, дросселя №1 (12), циркуляционного насоса №1 (6) и циркуляционного насоса №2 (7), в аккумулятор высокопотенциального тепла (АВТ) (1) в диапазоне температур от +35°С до +55°С. После достижения необходимых заданных высоких температур оба компрессора (3) и (14) выключаются и цикл повторяется заново после отбора тепла АВТ (1). Кроме того, к АНТ (5) подключены солнечный коллектор (17), циркуляционный насос №4 (16) и трехходовой кран №2 (9), осуществляющие подогрев теплоносителя в диапазоне температур от +1°С до +30°С. Как правило, такая температура в солнечных коллекторах бывает днем в облачную погоду круглый год. Новизной настоящего изобретения является использование данного низкопотенциального тепла солнечных коллекторов (17) для предподогрева теплоносителя в АНТ (5). Если температура теплоносителя из солнечного коллектора (17) превышает +30°С, система подачи теплоносителя в АНТ (5) автоматически прекращается. Когда температура в солнечном коллекторе (17) становится выше +40°С происходит переключение подачи горячего теплоносителя в АВТ (1). Также для предподогрева теплоносителя в АНТ (5) используется остаточное тепло газа, идущего от жидкостного конденсатора №1 (2).

Как показано на ФИГ. 3, низкопотенциальная тепловая энергия окружающей среды (от -25°С до +30°С) перекачивается, посредством работы воздушного испарителя (15), компрессора №1 (3), работающего на 410а фреоне, жидкостного конденсатора (2), трехходового крана №1 (8), циркуляционного насоса №1 (6), дросселя №1 (12) и четырехходового клапана (18), в АНТ (5), нагревая теплоноситель в АНТ от 0°С до +7°С. После этого вышеуказанная часть системы переключается посредством 3-ходового крана №1 (8) и 4-ходового клапана (18), а низкопотенциальная тепловая энергия из АНТ (5) перекачивается, посредством жидкостного конденсатора (2), жидкостного испарителя (4), циркуляционного насоса №1 (6), циркуляционного насоса №2 (7) и того же компрессора (3), работающего на фреоне 410а, в АВТ (1) в диапазоне температур от +35°С до +55°С. После достижения необходимых заданных высоких температур компрессор №1 (3) выключается, и цикл повторяется заново после отбора тепла из АВТ (1). Кроме того, к АНТ (5) подключены солнечный коллектор (17), циркуляционный насос №3 (10) и трехходовой кран №2 (9), осуществляющие подогрев теплоносителя в диапазоне температур от +1°С до +30°С. Как правило, такая температура в солнечных коллекторах бывает днем в облачную погоду круглый год.

В настоящем изобретении данное низкопотенциальное тепло солнечных коллекторов (17) используется для предподогрева теплоносителя в АНТ (5). Если температура теплоносителя из солнечного коллектора (17) превышает +30°С, система подачи теплоносителя в АНТ (5) автоматически прекращается. Когда температура в солнечном коллекторе (17) становится выше +40°С, происходит переключение подачи горячего теплоносителя в АВТ (1). Кроме того, для предподогрева теплоносителя в АНТ (5) также используется остаточное тепло газа, идущего от жидкостного конденсатора (2).

Низкотемпературный воздушный тепловой насос согласно настоящему изобретению, показанный на ФИГ. 1, работает следующим образом.

Низкопотенциальная тепловая энергия окружающей среды (от -25°С до +30°С) перекачивается, посредством работы внешнего воздушного теплообменника (испарителя), компрессора №2, работающего на 410а фреоне, жидкостного конденсатора №2, дросселя №2, циркуляционного насоса №3 и трехходового крана №1, в аккумулятор низкопотенциального тепла (АНТ), нагревая теплоноситель в АНТ от 0°С до +7°С.

После этого вышеуказанная часть системы отключается, и включается второй каскад, а именно низкопотенциальная тепловая энергия из АНТ перекачивается, посредством жидкостного конденсатора №1, жидкостного испарителя и компрессора №1, работающего на фреоне 404а, дросселя №1, циркуляционного насоса №1 и циркуляционного насоса №2, в аккумулятор высокопотенциального тепла (АВТ) в диапазоне температур от +35°С до +55°С. После достижения необходимых заданных высоких температур компрессор №1 выключается, и цикл повторяется заново. Кроме того, к АНТ подключены солнечный коллектор, циркуляционный насос №4 и трехходовой кран №2, осуществляющие подогрев теплоносителя в диапазоне температур от +1°С до +30°С.

В низкотемпературном воздушном тепловом насосе согласно настоящему изобретению, показанному на ФИГ. 2, обе части системы работают одновременно. Другими словами, низкопотенциальная тепловая энергия окружающей среды (от -25°С до +30°С) перекачивается, посредством работы воздушного теплообменника (испарителя), компрессора №2, работающего на 410а фреоне, жидкостного конденсатора №2, дросселя №2, циркуляционного насоса №3 и трехходового крана №1, в аккумулятор низкопотенциального тепла (АНТ), нагревая теплоноситель в АНТ от 0°С до +7°С. Одновременно с первым работает второй компрессор №1, а именно низкопотенциальная тепловая энергия из АНТ перекачивается, посредством жидкостного конденсатора №1, жидкостного испарителя, компрессора №1, работающего на фреоне 404а, дросселя №1 циркуляционного насоса №1 и циркуляционного насоса №2, в аккумулятор высокопотенциального тепла (АВТ) в диапазоне температур от +35°С до +55°С. После достижения необходимых заданных высоких температур оба компрессора выключаются, и цикл повторяется заново после отбора тепла АВТ. Кроме того, к АНТ подключены солнечный коллектор, циркуляционный насос №4 и трехходовой кран №2, осуществляющие подогрев теплоносителя в диапазоне температур от +1°С до +30°С.

В низкотемпературном воздушном тепловом насосе согласно настоящему изобретению, показанному на ФИГ. 3, имеется один фреоновый контур. Низкопотенциальная тепловая энергия окружающей среды (от -25°С до +30°С) перекачивается, посредством работы воздушного испарителя, компрессора №1, работающего на 410а фреоне, жидкостного конденсатора, трехходового крана №1, циркуляционного насоса №1, дросселя №1 и четырехходового клапана, в АНТ, нагревая теплоноситель в АНТ от 0°С до +7°С. После этого вышеуказанная часть системы переключается посредством 3-ходового крана №1 и 4-ходового клапана, а низкопотенциальная тепловая энергия из АНТ перекачивается, посредством жидкостного конденсатора, жидкостного испарителя, циркуляционного насоса №1, циркуляционного насоса №2 и того же компрессора №1, работающего на фреоне 410а, в АВТ в диапазоне температур от +35°С до +55°С. После достижения необходимых заданных высоких температур компрессор №1 выключается, и цикл повторяется заново после отбора тепла из АВТ. Кроме того, к АНТ подключены солнечный коллектор, циркуляционный насос №3 и трехходовой кран №2, осуществляющие подогрев теплоносителя в диапазоне температур от +1°С до +30°С.

Изобретение относится к нагревательным устройствам, воздушным тепловым насосам для обогрева зданий и сооружений. Воздушный тепловой насос содержит два испарителя, два компрессора, конденсатора и дроссельных вентиля, трехходовой кран, солнечный коллектор, аккумулятор низкопотенциального тепла, четырехходовой клапан, аккумулятор высокопотенциального тепла, соединенный с указанным еще одним жидкостным конденсатором с обеспечением возможности нагрева теплоносителя в аккумуляторе высокопотенциального тепла. Солнечный коллектор, соединенный с аккумулятором низкопотенциального тепла с возможностью дополнительного нагрева теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла, дополнительно соединен с аккумулятором высокопотенциального тепла с возможностью переключения подачи теплоносителя солнечного коллектора с аккумулятора низкопотенциального тепла в аккумулятор высокопотенциального тепла при достижении температуры теплоносителя в солнечном коллекторе заданного значения. При этом обеспечена возможность отключения указанного компрессора с последующим включением указанного еще одного компрессора при нагреве теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла до заданной температуры. Техническим результатом является обеспечение работы при низких температурах окружающей среды до -25°С без существенной потери тепловой мощности с СОР от 1,7 до 4. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Тепловой насос, содержащий:

воздушный теплообменник,

жидкостный конденсатор, соединенный с воздушным теплообменником посредством компрессора,

аккумулятор низкопотенциального тепла, соединенный с указанным жидкостным конденсатором с обеспечением возможности нагрева теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла и дополнительно соединенный с жидкостным испарителем,

еще один жидкостный конденсатор, соединенный с жидкостным испарителем посредством еще одного компрессора,

аккумулятор высокопотенциального тепла, соединенный с указанным еще одним жидкостным конденсатором с обеспечением возможности нагрева теплоносителя в аккумуляторе высокопотенциального тепла, и

солнечный коллектор, соединенный с аккумулятором низкопотенциального тепла с возможностью дополнительного нагрева теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла,

отличающийся тем, что он

дополнительно соединен с аккумулятором высокопотенциального тепла с возможностью переключения подачи теплоносителя солнечного коллектора с аккумулятора низкопотенциального тепла в аккумулятор высокопотенциального тепла при достижении температуры теплоносителя в солнечном коллекторе заданного значения, при этом обеспечена возможность отключения указанного компрессора с последующим включением указанного еще одного компрессора при нагреве теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла до заданной температуры.

2. Тепловой насос, содержащий:

воздушный теплообменник,

жидкостный конденсатор, соединенный с воздушным теплообменником посредством компрессора,

аккумулятор низкопотенциального тепла, соединенный с указанным жидкостным конденсатором с обеспечением возможности нагрева теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла,

жидкостный испаритель, выполненный с возможностью подключения к аккумулятору низкопотенциального тепла с одновременным подключением, посредством указанных жидкостного конденсатора и компрессора, к аккумулятору высокопотенциального тела с обеспечением возможности нагрева теплоносителя в аккумуляторе высокопотенциального тепла, и

солнечный коллектор, соединенный с аккумулятором низкопотенциального тепла с возможностью дополнительного нагрева теплоносителя в аккумуляторе низкопотенциального тепла,

отличающийся тем, что он дополнительно соединен с аккумулятором высокопотенциального тепла с возможностью переключения подачи теплоносителя солнечного коллектора с аккумулятора низкопотенциального тепла в аккумулятор высокопотенциального тепла при достижении температуры теплоносителя в солнечном коллекторе заданного значения.