СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО НАСОСА Российский патент 2023 года по МПК F25B30/02 

Способ и устройство относятся к теплотехнике и предназначены для получения низких температур в холодильных камерах различного назначения, начиная от домашних холодильников и до промышленных, а также для работы в качестве тепловых насосов, отбирающих энергию от низкопотенциальных источников тепла, например, от наружного воздуха, воды, почвы и др.

Известен способ работы теплового насоса, заключающийся в сжатии рабочего тела (например, воздуха) в компрессоре, охлаждении в теплообменнике, охлаждении в вихревой трубе, отводе охлажденного воздуха за пределы охлаждаемого объекта и подаче эквивалентного количества воздуха в компрессор [1].

Недостатком этого способа является использование только части общего потока воздуха.

Известен способ работы холодильника парокомпрессионного типа [2]. Обычно тепловые насосы и парокомпрессионные холодильники работают так, что хладоагент (рабочее тело), например фреон, при дросселировании понижает температуру, переводя рабочее тело из жидкого состояния в парообразное. При этом температура пара ниже температуры охлаждаемого тела и энергия из-за теплоотдачи переходит от охлаждаемого тела к парообразному фреону, который после чего поступает в компрессор, где происходит сжатие парообразного фреона и повышается его температура. В конденсаторе фреон охлаждается наружным воздухом или водой и превращается в жидкость, поступая далее в дроссель, где падает давление и температура, а далее фреон поступает в испаритель, где отбирает тепло от охлаждаемого тела, испаряется и направляется далее в компрессор, где цикл повторяется. Таким образом в систему вводится дополнительное количество тепла.

Недостатком способа является значительное потребление энергии компрессором.

Энергия компрессора расходуется на: 1) сближение молекул пара при сжатии и 2) создание давления для обеспечения перепада давления на дросселе для понижения температуры рабочего агента.

Для примера, в домашнем холодильнике давление после компрессора составляет около 8,8 атм, а на входе в него - около 5,2 атм на фреоне R-22. Т.е. перепад давления составляет около 3,6 атм. Этот перепад изменяется в зависимости от температуры окружающей среды и выбора типа фреона. Компрессор находится в самой нижней точке холодильника.

Обычно конденсатор и дроссель устанавливаются на одинаковой высоте или на незначительной разнице в уровнях, около 1-2 м. Причем в большинстве случаев в режиме охлаждения объекта испаритель устанавливают выше уровня расположения компрессора. Например, в домашнем холодильнике морозильное устройство выше компрессора, установленного на уровне пола. При установке кондиционера в квартире многоэтажного дома, например, в кондиционере со сплит-системой при работе в режиме охлаждения объекта испаритель устанавливают под потолком комнаты, а компрессор устанавливают за окном ниже уровня окна. В режиме обогрева испаритель превращается в конденсатор, где парообразный фреон отдает тепло окружающему воздуху. В оконном кондиционере испаритель, дроссель и конденсатор находятся на одном уровне.

Для уменьшения мощности компрессора предлагается конденсацию осуществлять значительно выше уровня дросселя и между конденсатором и дросселем создать столб жидкого фреона, который будет обеспечивать давление, необходимое для второй составляющей создаваемого давления - для дросселирования. После испарителя пар будет подаваться в компрессор. Энергия, полученная рабочим телом в испарителе от охлаждаемого наружного воздуха, температура которого выше температуры парообразного рабочего тела, пойдет на подъем пара после испарителя к компрессору. По мере увеличения высоты столба жидкости увеличивается давление перед дросселем и уменьшается потребная энергия на работу компрессора. После превышения давления, необходимого для перехода фреона из жидкого состояния в парообразное, будет понижаться температура пара в испарителе, что увеличит перепад температур между испарителем и наружным воздухом, и, соответственно, повысится эффективность теплового насоса.

Для реализации способа предлагается устройство, показанное на фиг.1, в котором компрессор 1 и конденсатор 2 установлены значительно выше дросселя 4 и испарителя 5 так, чтобы между ними в трубопроводе 3 столб жидкого фреона создавал давление, необходимое для дросселирования жидкого фреона в дросселе и перевода его из жидкого состояния в парообразное.

Например, при плотности фреона 1,3 кг на м кубический для создания потребного перепада давления в 3,6 атм потребная высота составит около 35 м. Она может быть и больше, создавая больший перепад давления между дросселем и конденсатором. При этом дросселирование увеличится, и температура испарителя уменьшится, что обеспечит больший перепад температуры между испарителем и охлаждаемым телом, и в систему будет введено большее количество тепла. Таким образом, увеличивая разность высот между конденсатором и дросселем, можно повысить эффективность теплового насоса, холодильника или кондиционера.

Использованные источники

1. Патент Российской Федерации №2677310 от 16.01.2019 г.

2. Э. Г. Братута. Поэзия термодинамики. Харьков. 2010 - Издательский центр НТУ «ХПИ», с. 146.

Способ относится к теплотехнике и холодильной технике. Способ работы теплового насоса, заключающийся в сжатии рабочего тела, подаче его в конденсатор, отводе тепла из него в окружающую среду, подаче рабочего тела в дроссель и далее в испаритель, а за ним далее в компрессор, отличающийся тем, что над дросселем создают столб жидкого рабочего тела, а конденсацию осуществляют на расстоянии от дросселя по высоте, обеспечивающем давление рабочего тела, необходимого или большего для фазового перехода из жидкого состояния в парообразное. Техническим результатом является эффективность теплового насоса, холодильника или кондиционера. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы теплового насоса, заключающийся в сжатии рабочего тела, подаче его в конденсатор, отводе тепла из него в окружающую среду, подаче рабочего тела в дроссель и далее в испаритель, а за ним далее в компрессор, отличающийся тем, что над дросселем создают столб жидкого рабочего тела, а конденсацию осуществляют на расстоянии от дросселя по высоте, обеспечивающем давление рабочего тела, необходимое или большее для фазового перехода рабочего тела из жидкого состояния в парообразное.

2. Устройство теплового насоса, содержащее компрессор, конденсатор, дроссель, испаритель, соединенные между собой трубопроводами, отличающееся тем, что конденсатор расположен выше дросселя на разность высот между ними, не меньшей, создающей перепад давления на дросселе, достаточный для фазового перехода рабочего тела из состояния жидкого в парообразное.