Теплонасосная установка Российский патент 2023 года по МПК F25B30/02 

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в системах кондиционирования для отопления и охлаждения жилых или производственных помещений.

Известно устройство «Парокомпрессионный кондиционер» (Современные кондиционеры. Монтаж, эксплуатация и ремонт. - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2010. - 176 с. - (Серия «Ремонт»)), который может работать в режиме теплового насоса, используемого для охлаждения и отопления жилых и производственных помещений. Данный кондиционер состоит из компрессора, конденсатора воздушного охлаждения, четырехходового клапана, дросселя, испарителя, соединительных трубопроводов. По указанным элементам кондиционера циркулирует холодильный агент (например - фреон 410а).

Недостатком данной конструкции является то, что при температурах окружающего воздуха ниже минус 10°С использование ее для отопления жилого или производственного помещения неэффективно, так как снижается количество переносимой теплоты от окружающей среды в помещение и увеличивается потребление электроэнергии компрессором кондиционера.

Известно также устройство «Теплонасосная установка» (АС: SU 1783257 А1), предназначенная для горячего водоснабжения, которая содержит последовательно установленные в холодильном контуре компрессор, испаритель, обогреваемый воздушным потоком, дроссель, конденсатор водяного охлаждения с дополнительной теплообменной поверхностью, конденсатор воздушного охлаждения, дополнительный конденсатор, размещенный в баке-аккумуляторе, дроссель, образующие циркуляционный контур.

Недостатком данной конструкции является то, что невозможно использовать для отопления и охлаждения жилых и производственных помещений, а только для горячего водоснабжения.

Известно также устройство «Кондиционер сплит-система» (Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. - М.: ЕВРОКЛИМАТ, 2001. - 416 с. - (Третье издание)), предназначенное для небольших жилых и офисных помещений, которое содержит в наружном блоке компрессор, четырёхходовой клапан, теплообменник конденсатор и капиллярную трубку. Компрессор закрыт звукоизоляцией, обдув конденсатора производится вентилятором через жалюзи кожуха и выходную решётку. Соединение с трубками холодильного контура осуществляется двухходовым клапаном и трёх-ходовым клапаном. Отвод дренажа из внешнего блока при работе в режиме обогрева производится самотёком из поддона через сливной патрубок. Во внутреннем блоке расположен теплообменник-испаритель. Обдув теплообменника производится вентилятором тангенциального типа. Воздух из помещения забирается через решётку и входной фильтр. Через направляющие жалюзи и створки обработанный воздух подаётся в помещение. На лицевой панели устанавливаются светодиоды сигнализации режима работы и неисправности кондиционера. Датчиками температуры замеряется температура воздуха на входе в кондиционер и температура теплообменника-испарителя. Плата управления с микропроцессором управляет работой всего кондиционера.

Недостатком данной конструкции является то, что при температурах окружающего воздуха ниже минус 10°С использование ее для отопления жилого или производственного помещения неэффективно, так как снижается количество переносимой теплоты от окружающей среды в помещение и увеличивается потребление электроэнергии компрессором кондиционера.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является «Тепловой насос» (Патент РФ 2008582), в котором содержащий включенные в замкнутый циркуляционный контур рабочего тела компрессор, конденсатор, дроссельный вентиль и испаритель с магистралью низкопотенциального источника тепла, дополнительно содержит теплоизолированный кожух с размещенным внутри него теплообменником и постконденсатор в контуре рабочего тела, причем компрессор размещен внутри теплоизолированного кожуха, а постконденсатор и теплообменник последовательно включены перед испарителем в магистраль низкопотенциального источника тепла. В данном тепловом насосе сухой насыщенный пар хладагента давлением Р_о и температурой t₁ поступает в компрессор, где происходит его сжатие с отдачей тепла в теплоизолированном кожухе, теплоносителю в магистрали низкопотенциального источника тепла до давления Р_к и температуры t₂ в теплообменнике. В конденсаторе осуществляется конденсация хладагента при постоянном давлении Р_к за счет отдачи тепла теплоносителю в магистрали системы теплоснабжения. Жидкий хладагент при температуре t₃ поступает в постконденсатор, установленный перед дроссельным вентилем, где охлаждается до температуры t₄, нагревая теплоноситель в магистрали низкопотенциального источника тепла, поступающий затем на нагрев в теплообменник. В дроссельном вентиле осуществляется дросселирование потока хладагента до давления Р_о и температуры t₅=t₁. Затем жидкий хладагент в испаритель, где кипит при постоянном давлении Р_о при подводе тепла от теплоносителя в магистрали низкопотенциального источника тепла, поступающего от теплообменника.

Недостатком данной конструкции является то, что такой тепловой насос не может использоваться в качестве кондиционера для охлаждения жилых или производственных помещений. Для работы, указанного теплового насоса необходимо наличие постоянного источника низкопотенциального тепла, циркулирующего через постконденсатор, теплообменник, расположенный в теплоизолированном кожухе компрессора, и испаритель.

Технической задачей заявленного изобретения является создание теплонасосной установки, которая позволила бы эффективно осуществлять отопление жилых и производственных помещений при температурах окружающей среды ниже воздуха минус 10°С, при этом не увеличиваются затраты энергетической мощности на привод компрессора установки, а также позволяло бы осуществлять охлаждение воздуха в жилых и производственных помещениях.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности работы кондиционера в режиме теплового насоса при отоплении жилых и производственных помещений при температурах окружающего воздуха ниже минус 10°С.

Технический результат достигается тем, что теплонасосная установка, содержащая в своем составе включенные в замкнутый циркуляционный контур рабочего тела компрессор, конденсатор воздушного охлаждения, дроссель, испаритель, отличающаяся тем, что содержит четырехходовой клапан, соединительные трубопроводы, теплообменник воздушного охлаждения, расположенный перед конденсатором по ходу потока воздуха, и обратные клапаны на основной и обводной линии трубопроводов холодильного агента. Теплообменник соединен с линией теплового насоса дополнительной трубопроводной линией. После теплообменника установлен дополнительный дроссель для дросселирования холодильного агента в режиме теплового насоса.

Предлагаемая конструкция способна обеспечить передачу большего количества теплоты, при низких температурах окружающего воздуха в отапливаемое жилое или производственное помещение по сравнению с известными конструкциями.

Изобретение поясняется следующими иллюстрациями:

На фиг. 1 изображена теплонасосная установка, реализующая передачу теплоты от окружающего воздуха к воздуху жилого или производственного помещения при температурах окружающего воздуха ниже минус 10°С.

На фигуре 2 показан в диаграмме logP-h цикл работы теплонасосной установки без дополнительного теплообменника и с ним.

Теплонасосная установка содержит компрессор 1, четырехходовой клапан 2, конденсатор воздушного охлаждения 3, испаритель 4, дроссель 5, дополнительный теплообменник воздушного охлаждения 6, расположенный перед конденсатором по ходу потока воздуха, дополнительный дроссель 7, расположенный после дополнительного теплообменника 6, обводная линия 8, обратные клапаны 9, 10.

Работа теплонасосной установки осуществляется следующим образом:

В режиме охлаждения компрессор 1 нагнетает пары холодильного агента через четырехходовой клапан 2 в конденсатор воздушного охлаждения 3, где пары холодильного агента охлаждаются окружающим воздухом и конденсируются, переходя в жидкое состояние. Жидкий холодильный агент по трубопроводам поступает к основному дросселю 5, где дросселируется и через обратный клапан 9 поступает в испаритель 4. В испарителе 4 жидкий холодильный агент кипит при низкой температуре и низком давлении и тем самым отводит теплоту от воздуха охлаждаемого жилого или производственного помещения. Образовавшиеся пары холодильного агента из испарителя 4 через четырехходовой клапан 2 поступают на всасывание в компрессор 1.

В режиме теплового насоса пары холодильного агента из компрессора 1 через четырехходовой клапан 2 поступают в испаритель 4, где охлаждаются и конденсируются, передавая теплоту к воздуху жилого или производственного помещения, отапливая его.

Жидкий холодильный агент с температурой конденсации направляется по обводной линии 8 и поступает в дополнительный теплообменник воздушного охлаждения 6. В теплообменнике 6 происходит контакт жидкого холодильного агента через теплообменную поверхность с холодным воздухом окружающей среды при этом жидкий холодильный агент переохлаждается до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Из теплообменника 6 переохлажденный холодильный агент поступает в дополнительный дроссель 7, где проходит понижение его давления и температуры, затем через обратный клапан 10 переохлажденный холодильный агент поступает в конденсатор воздушного охлаждения 3, который выполняет в режиме теплового насоса функцию испарителя, где происходит кипение жидкого холодильного агента при этом воспринимается теплота от воздуха окружающей среды, а также от потока теплого воздуха, выходящего из дополнительного теплообменника 6, расположенного перед конденсатором 3 по ходу воздуха, которая в дальнейшем передается к воздуху отапливаемого жилого или производственного помещения.

Увеличение количества воспринятого тепла от окружающей среды при кипении холодильного агента в конденсаторе 3 происходит за счет снижения температуры переохлаждения холодильного агента в дополнительном теплообменнике 6 перед дросселированием в дополнительном дросселе 7.

Заявляемое изобретение может быть проиллюстрировано следующим предлагаемым примером.

При работе устройства в режиме работы теплового насоса наличие дополнительного теплообменника 6, расположенного перед основным конденсатором 3 по ходу потока воздуха, позволяет отвести от жидкого холодильного агента низкопотенциальную теплоту и передавать ее кипящему холодильному агенту в конденсаторе, которая затем передается в отапливаемые жилые или производственные помещения. Увеличение энергетических затрат на привод компрессора не происходит, так как общий расход сжимаемого парообразного холодильного агента не увеличивается, теплота для работы теплового насоса дополнительно подводится от окружающего воздуха.

Теплонасосная установка без дополнительного теплообменника работает по циклу, ограниченному линиями 1-2-3-4-1. Теплонасосная установка с дополнительным теплообменником работает по циклу, ограниченному линиями 1-2-3-5-6-4-1. Удельная холодопроизводительность цикла теплонасосной установки без дополнительного теплообменника составит:

q₀₁ = h₁ - h₄ = 418 - 250 = 168 (КДж/кг).

Удельная холодопроизводительность цикла теплонасосной установки с дополнительным теплообменником составляет:

q₀₂ = h₁ - h₆ = 418 - 184 = 234 (КДж/кг).

Так как энтальпия точки 6 меньше энтальпии точки 4, то удельная холодопроизводительность q₀₂ больше удельной холодопроизводительности q₀₁ на величину +Δq₀ = 66 (КДж/кг). Таким образом, теплонасосная установка с дополнительным теплообменником воспринимает и передаёт в отапливаемое помещение большее количество теплоты.

Удельные затраты работы на сжатие в компрессоре теплонасосной установки определяются:

L_сж = h₂ - h₁ = 463 - 418 = 45 (КДж/кг).

При этом энергетические затраты в цикле теплонасосной установки с дополнительным теплообменником не увеличивается.

Таким образом заявляемая теплонасосная установка позволяет увеличить количество теплоты, передаваемой в отапливаемое жилищное или производственное помещение, но при этом не происходит увеличение потребления электроэнергии компрессором.

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в системах кондиционирования для отопления и охлаждения жилых или производственных помещений. Теплонасосная установка содержит в своем составе включенные в замкнутый циркуляционный контур рабочего тела компрессор, конденсатор воздушного охлаждения, дроссель, испаритель. Содержит четырехходовой клапан, соединительные трубопроводы, теплообменник воздушного охлаждения, расположенный перед конденсатором по ходу потока воздуха, обратные клапаны на основной и обводной линии трубопроводов холодильного агента. Теплообменник воздушного охлаждения соединен с линией теплового насоса обводной линией. После теплообменника воздушного охлаждения на обводной линии трубопроводов холодильного агента расположен дополнительный дроссель для дросселирования холодильного агента в режиме теплового насоса. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы кондиционера в режиме теплового насоса при отоплении жилых и производственных помещений при температурах окружающего воздуха ниже минус 10°С. 2 ил.

Теплонасосная установка, содержащая в своем составе включенные в замкнутый циркуляционный контур рабочего тела компрессор, конденсатор воздушного охлаждения, дроссель, испаритель, отличающаяся тем, что содержит четырехходовой клапан, соединительные трубопроводы, теплообменник воздушного охлаждения, расположенный перед конденсатором по ходу потока воздуха, обратные клапаны на основной и обводной линии трубопроводов холодильного агента, теплообменник соединен с линией теплового насоса обводной линией, после теплообменника воздушного охлаждения на обводной линии трубопроводов холодильного агента расположен дополнительный дроссель для дросселирования холодильного агента в режиме теплового насоса.