Тепловой насос Советский патент 1985 года по МПК F25B21/00 F25B27/00 

Изобретение относится к теплотех нике, а именно к тепловым насосам, в которых осуществляется газовый цикл с помощью электрохимических термотрансформаторов, и является усовершенствованием изобретения по основному авт.св.№ 1038753.

Цель изобретения - распшреИие функциональных возможностей путем использования в качестве дополнительного источника тепла низкого потенциала грунтовой вощл и повьшение производительности.

На фиг, 1 изображен предлагаемый тепловой насос,план;на фиг. 2 - разреэА-А на фиг. 1.

Тепловой насос содержит электрохимический компрессор 1J регенеративный теплообменник 2, электрохимический солнечный детандер 3, электрохимический грунтовой детандер 4.

Компрессор I содержит пористые электроды 5 и 6 высокого и низкого давлений, электролит 7 полостей 8 и 9 высокого и низкого давлений рабочего тела, стенки 10 и Л, теплопроводный сетчатый материал 12, оребрение 13, отводящий патрубок 14, подводящий патрубок 15.

Солнечный детандер 3 содержит пористые электроды 16 и 17 высокого и низкого давлений, электролит 18 полостей 19 и 20 высокого и низкого давлений рабочего тела, светопрозрачную стекку 21, теплоизоляционные стенки 22, подводящий патрубок 23, отводящий патрубок 24, концентратор 25.

Грунтовой детандер 4 содержит цилиндрические пористые электроды 26 и 27 высокого и низкого давлений рабочего тела, цилиндрический электрлит 28, цилиндрические полости 29 и 30 высокого и низкого давлений рабочего тела, цилиндрические теплопроводные стенки 31 и 32, сетчатый теплопроводный материал 33, оребрение 34, подводящий патрубок 35, отводящий патрубок 36. Детандер 4 установлен в скважине 37 с грунтовой водой 38. Тепловой насос также содержит трехлинейные трехпозиционные вентили 39 и 40, электрическую связь 41, выключатели 42.и 43, переключатель 44 полярности напряжения, низковольтный источник 45 постоянного тока, реостат 46 и контакты 47 и 48 переключателя 44 напряжения.

Бкачестве рабочего тела в тепло- вом насосе может быть использована смесь газов, например аммиака с водородом в нестехиометрическом составе: 1 моль раб. моль NH--f +0,5 моль Н., а в качестве электролитных мембран может быть использо-. ван пористый диэлектрический сухарь, пропитанный насыщенным водньш раствором соли с проводимостью по комплексному иону NK4 типа (NH)SO,

,

,

Тепловой насос работает следующим образом.

Для работы теплового насоса в режиме обогрева помещения за счет тепла солнца и грунтовой воды включгцот выключатели 42 и 43, замыкают контакты 47 переключателя 44 полярности

0 напряжения и устанавливают трехлинейные трехпозиционные вентили 39 и 40 в положение, как показано на X фиг, 2, Тепловая энергия сконцентри-п рованногр солнечного излучения, про-

5 ходящего через прозрачную стенку 21, попадает на электрод 16 и поднимает его температуру до 5-10 С, Поскольку общая толщина электродного бло--ка включающего электроды 16 и 17

0 и мембрану 18 мала- (1-3 мм), то от электрода 16 за счет теплопроводности электродов и электролита рав-

номерно нагревается этот электродный блок до 5-10 С. За счет конвективного нагрева рабочего тела высоKOfo давления (l атм) вблизи электрода 16 в полости 19 оно будет иметь также температуру 5-10°С.

Рабочий процесс токообразования в

в солнечном детандере 3 (процесс расщирения с поглощением тепла солнечного излучения при 283 к)- состоит в ионизации рабочего тела высокого давления ( атм) в полости 19 по

5 реакции NH,+H- е- NH, на границе электрод 16 - мембрана 18, перетоке ионов Щ через слой электролита под действием градиента электростатического поля, рекомбинации

;кого поля, рекомоинации ионов NH 1л на границе мембрана 18 I 17 по реакции Wit .+

электрод J/ по реакции в полости 20.

Грунтовая вода 38 температурой 5-10 С смьтает грунтовой детандер 4i За счет теплопроводности стенок 31 и 32, ребер 34 и сеток 33 электродньй блок, содержащий электроды 26 и 27 и электролит 28, будет иметь такую же температуру. и вода в что скважине 37, т.е. 5-10 С. За счет конвективного нагрева рабочего тела высокого .давления О атм) от стенки 31 и сетки 33, а также от электрода 26 в полости 29, его темпера тура будет также равна 5-10 С. Рабочий процесс токообразования в грунтовом детандере 4 (процесс расширения рабочего тела с поглощением тепла грунтовой воды при температуре 283 к) состоит в ионизации рабочего тела высокого давления (l атм в полости 29 по реакции NH.+H - . на границе элект род 26 - мембрана 28, перетоке иоионов Шд через слой электролита под действием градиента.электростатического поля, рекомбинации ионов Ш на границе мембрана 28 - электрод 27 по реакции NH + +Н в полости 30. Таким образом, при расширении рабочего тела в солнечном и грунтовом детандерах 3 и4 рабочим телом поглощается тепло как солнечного, излучения, так и грунтовой воды. Положение вентилей 39 и 40 таково, что поток рабочего тела, поступающий к детандерам 3 и 4 в их полости 19 и 29 высокого давления из теплообменника 2, раздваивается, а потоки ра;бочего тела, выходящие из полостей 20 и 30 низкого давления перед теплообменником 2, смешиваются. Рабочий процесс сжатия рабочего тела в компрессоре I сопровождается выделением тепла в электродном блоке, включающем электроды 5 и 6 и мембрану 7, и сбросом его через сетки 12, стенки 10 и П и ре ра 13 в отапливаемое помещение нри 3J3 К, Процесс сжатия рабочего те- ла в компрессоре 1 состоит в иониза ции рабочего тела низкого давления ) в полости 9 по реакции ш +н на границе электро 6 - мембрана 7, перетоке ионов Ш через слой электролита под дей ствием градиента электростатическог поля, рекомбинации ионов NH4 на электрод 5 по границе мембрана реакции NH в полости 8. Для уменьшения потерь тепла в цикле теплового насоса изобарические процессы охлаждения рабочего тела и нагрева осуществляют в теплообменнике 2. Для работы теплового насоса в режиме обогрева за счет только тепла солнца замыкают контакты 47 переключателя 44 полярности напряжения, включают выключатель 42,выключают выключатель 43 и поворачивают вентили 39 и 40 против часовой стрелки на 45° (относительно их положения на фиг. 2). Для работы теплового насоса в режиме обогрева за счет только тепла грунтовой воды замыкают контакты 47 переключателя 44 полярности напряжения, выключают выключатель 42, включают выключатель 43 и поворачи-. вают вентили 39 и 40 по часовой стрелке на 45 (относительно их положения на фиг, 2). Для плавного регулирования теплопроизводительностк теплового насоса при работе в изложенных режимах служит реостат 46. Для работы теплового насоса в режиме охлаждения помещения необходимо , чтобы переключатель 44 поляр- кости напряжения был в положении, когда замкнуты его контакты 48, выключатель 42 выключен, выключатель 43 включен, при этом вентили 39 и 40 необходимо повернуть по сравнению с их расположением на фиг. 2/ по ча совой стрелке на 45. Теперь функции компрессора 1 и грунтового детандера 4 меняются местами, а именно: компрессор становится устройством, которое забирает тепло из помещения, а детандер устройством, которое сбрасывает тепло в грунтовую воду. Процесс отбора тепла у воздуха из помещения здания осуществляется компрессором 1 с поглощением тепла при 303 К. Процесс сброса тепла в грунтовую воду осуществляется детандером 4 при 283 К. Процессы изобарического охлаждения рабочего тела и его нагрева происходят в теплообменнике 2,

1 ТЕПЛОВОЙ НАСОС по авт. св. fC 1038753, о тличающи и с я тем, 4to, с целью расширения функциональных возможностей путем I использования в качестве дополнительного источника тепла низкого потенциала грунтовой воды и повьппенйя производительностиi он дополнительно содержит второй электрохимический детандер, установленный в грзттовой скважине и подключенный через два трехлинейных трехпозиционньпс вентиля к газовому циркуляционному контуру после первого детандера перед теплообменником - регенератором, причем оба детандера . подключены к источнику электрического тока параллельно через дополнительно введенные выключатели и переключатель полярности напряжения. 2. Насос по п. 1, о т л и чающийся тем, что второй .детандер выполнен в виде коаксиально размещённых щшикдров, образующих кольцевые полости высокого и низкого давлений, заполненные сетчатым теплопроводным материалом.