Теплонасосная отопительная система Российский патент 2023 года по МПК F24D15/04 

Изобретение относится к системам отопления с тепловыми насосами, использующими тепло низкотемпературных источников естественного или искусственного происхождения для получения горячей воды или воздуха, пригодной для автономного отопления в жилых малоэтажных домах.

Известна (RU, патент № 2121114, опубл. 27.10.1998) система отопления помещений. Система отопления помещений включает магистральные трубопроводы централизованного обогрева, дополнительно содержит тепловой насос, причем он установлен с возможностью подключения как к магистральному трубопроводу с подогретой водой, так и к магистральному трубопроводу с холодной водой, в зависимости от времени года. В замкнутой цепи теплового насоса установлены два воздушных теплообменника с вентиляторами как для охлаждения воздуха в помещении в летнее время, так и для отбора тепла от наружного воздуха в демисезонный период.

Данная система отопления не может быть использована для автономного отопления большей части домов частного сектора и дачного строительства, т.к. эффективность системы достигается путем частичного использования тепловой энергии магистрального трубопровода.

Известна также (RU, патент 2412401, опубл. 20.02.2011) система отопления жилого дома. Изобретение может быть использовано для автономного отопления зданий индивидуального пользования - коттеджей, отдельно стоящих жилых домов. Система содержит расположенный в подвале дома бассейн, в котором находится система вода-лед-вода, тепловой насос, расположенный с возможностью охлаждения воздуха в воздушном слое, расположенном над верхним слоем воды, и нагревом воздуха в отапливаемом помещении. Кроме того, система содержит водяной насос, установленный с возможностью перекачивания воды из нижнего слоя в верхний слой, и вентилятор, установленный с возможностью откачивания воздуха через вытяжную трубу из указанного воздушного слоя в атмосферу вне дома, при этом указанный воздушный слой дополнительно сообщен с атмосферой. Возможная эффективность отопительной системы перечеркивается тем, что под жилым домом располагается водный бассейн, что неприемлемо с точки зрения комфорта и санитарных норм.

Известна (RU, патент 2382281, опубл. 20.02.2010) также система отопления, где используют комбинацию системы теплоносителей типа вода - вода; грунт - вода; воздух - воздух и солнечная энергия для восстановления теплового баланса грунта в зоне теплообменника.

Комбинированное использование различных теплоносителей расширяет возможности системы отопления, однако объем теплоносителя в системе грунт-вода весьма ограничен, что не позволит восстановить тепловой потенциал грунта за летний период.

Известна также (RU, патент 85989, опубл.) комбинированная система теплоснабжения, содержащая солнечную и теплонасосную водонагревательные установки с циркуляционными контурами теплоносителя, оборудованными средствами автоматического управления и замкнутыми на общий бак-аккумулятор тепла, который совмещен с подогревателем и подключен к контуру системы отопления и горячего водоснабжения, при этом контур одной из водонагревательных установок соединен с баком-аккумулятором тепла, а контур теплонасосной установки соединен с контуром источника тепловой энергии Земли. Кроме того, контур солнечной водонагревательной установки соединен через теплообменник с контуром теплонасосной установки и контуром источника тепловой энергии Земли, причем контур теплонасосной установки дополнительно оборудован гидробуферной емкостью для смешивания низкотемпературного теплоносителя, поступающего из контура солнечной водонагревательной установки и/или контура источника тепловой энергии Земли.

Недостатком системы является то, что малый объем низкотемпературного теплоносителя теплообменников в скважинах и низкая теплопроводность грунта не позволяет восстановить тепловой потенциал окружающего грунта за летний период.

Известна также (RU, патент 140455, опубл. 10.05.2014) система отопления, включающая два теплообменника в грунте с возможностью раздельного подключения их к тепловому насосу.

Наличие двух теплообменников в грунте повышает отдачу тепловой энергии на вход теплового насоса, но при поочередной работе теплообменников тепловой энергии будет не хватать для нормальной работы системы отопления. Со временем надо будет восстанавливать тепловой потенциал грунта, что не предусмотрено в предложенной системе.

Известна (RU, патент 2350847, опубл. 27.03.2009) система автономного теплоснабжения потребителей на основе установок с использованием низкопотенциальных геотермальных источников.

Система включает компрессионный тепловой насос типа грунт-вода, внутренний контур теплового насоса с высокотемпературным теплоносителем, внешний контур теплового насоса с теплообменником с низкотемпературным теплоносителем, а также солнечный коллектор, емкость для горячего водоснабжения, блок управления тепловыми потоками системы, жидкостные насосы для перекачивания теплоносителей и воды горячего водоснабжения.

Повышение эффективности системы теплоснабжения здесь достигается за счет использования солнечной энергии для догрева теплоносителя в контуре циркуляции низкопотенциального теплоносителя в отопительный период, при низкой интенсивности солнечной радиации, и восстановления температурного режима скважин в межотопительный период с одновременной выработкой тепла на горячее водоснабжение с помощью солнечных коллекторов и использованием потенциала охлажденных скважин на охлаждение помещений, а также обеспечение независимости системы отопления от централизованной системы электроснабжения.

Недостатком данной системы является невозможность полного восстановления теплового потенциала окружающего грунта за летний период вследствие малого объема низкотемпературного теплоносителя теплообменников в скважинах.

Техническая проблема, решаемая с использованием разработанной конструкции, состоит в расширении возможностей использования для извлечения тепловой энергии воды с температурой +4÷-5°С.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в возможности работы теплообменника фреон-вода при температуре воды +4°С и ниже без нарушения процесса теплообмена из-за обледенения.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать теплонасосную отопительную систему разработанной конструкции. Она содержит компрессор для фреона, выход которого подключен к входу конденсатора, а вход - к выходу испарителя, выход конденсатора через дроссель подключен ко входу испарителя, испаритель помещен в емкость с водой, воздушный компрессор, выход которого расположен в емкости с водой под испарителем, вход емкости посредством трубопровода и насоса, снабженного таймером, соединен с источником воды, а выход емкости посредством трубопровода соединен со сливным водоемом.

В одном из вариантов реализации разработанного технического решения теплообменник фреон-вода (конденсатор) выполняют в виде медной трубки, навитой в виде спирали и опущенной в бак, в котором выполнены патрубки для подачи и слива воды, а также организован подвод сжатого воздуха под уровень воды для интенсивного перемешивания воды.

В другом варианте реализации разработанного технического решения перемешивание воды осуществляют импеллером.

В дальнейшем конструкция будет рассмотрена с использованием графического материала, при этом использованы следующие обозначения: фреоновый компрессор 1, конденсатор (горячий теплообменник) 2, дроссель 3, испаритель (горячий теплообменник) 4, бак 5, подводящий трубопровод 6, насос 7, таймер 8, водозабор 9, отводящий трубопровод 10, сливной водоем 11, воздушный компрессор 12.

Работа системы происходит следующим образом. Компрессор фреоновый 1 сжимает и нагревает газообразный фреон, который подается в конденсатор (горячий теплообменник) 2, где отдает тепло потребителю и конденсируется. Далее жидкий фреон поступает в дроссель 3, где происходит падение давления фреона и его охлаждение до отрицательных температур. Далее фреон поступает в испаритель (холодный теплообменник) 4, где за счет тепла находящейся в баке 5 воды фреон испаряется и возвращается в компрессор фреоновый 1. В бак 5 вода по подводящему трубопроводу 6 насосом 7, режим работы которого задается таймером 8, подается из водозабора 9. Через сливной трубопровод 10 охлажденная вода сливается в сливной водоем 11. Воздушный компрессор 12 подает в бак 5 под испаритель 4 воздух для интенсивного перемешивания воды и интенсификации теплообмена.

В качестве источника воды может быть колодец, скважина, открытый водоем. В качестве сливного водоема может быть расположенный отдельно от источника колодец, скважина, открытый водоем.

Насос 7 включается на время, достаточное для заполнения бака 5 теплой водой из водозабора 9. В баке 5 вода охлаждается, отдавая тепловую энергию испарителю 4. Через промежуток времени, достаточный для охлаждения воды в баке 5 до температуры примерно +1°С таймер 8 включает насос 7, охлажденная вода вытесняется теплой и сливается через сливной трубопровод 10 в сливной водоем 11. Для предотвращения обмерзания испарителя (холодного теплообменника) 4 воздушный компрессор 12 подает в бак 5 воздух для интенсивного перемешивания воды.

Изобретение относится к системам отопления с тепловыми насосами, использующими тепло низкотемпературных источников естественного или искусственного происхождения для получения воды, пригодной для автономного отопления в жилых малоэтажных домах. Теплонасосная отопительная система, содержащая компрессор для фреона, выход которого подключен ко входу конденсатора, а вход – к выходу испарителя, выход конденсатора через дроссель подключен ко входу испарителя, испаритель помещен в емкость с водой, воздушный компрессор, выход которого расположен в емкости с водой под испарителем, при этом вход емкости посредством трубопровода и насоса, снабженного таймером, соединен с источником воды, а выход емкости посредством трубопровода соединен со сливным водоемом. Технический результат, достигаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в возможности работы теплообменника фреон-вода при температуре воды +4°С и ниже без нарушения процесса теплообмена из-за обледенения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Теплонасосная отопительная система, содержащая компрессор для фреона, выход которого подключен ко входу конденсатора, а вход – к выходу испарителя, выход конденсатора через дроссель подключен ко входу испарителя, испаритель помещен в емкость с водой, воздушный компрессор, выход которого расположен в емкости с водой под испарителем, при этом вход емкости посредством трубопровода и насоса, снабженного таймером, соединен с источником воды, а выход емкости посредством трубопровода соединен со сливным водоемом.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что испаритель выполнен в виде трубки, навитой в виде спирали.