Способ теплохладоснабжения Советский патент 1993 года по МПК F25B11/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике. Преимущественная область его использования -- тепловые насосы (ТН).

Аналог изобретения 1 - всякий ТН. Большей частью рабочим теплом в ТН служат специальные вещества с низкой температурой кипения и малым давлением конденсации. В той или иной мере эти вещества экологически вредны. При использова- нии ТН в целях теплоснабжения температура горячей воды, как правило, не превышает 60-70°С.

Прототип изобретения 2 - способ, состоящий в том, что рабочее тело - газ сжимают в компрессоре, затем охлаждают по изобаре в первом теплообменнике, после чего отбирают часть газа и расширяют в дополнительном детандере, а остальную часть газа пропускают через второй теплообменник, где охлаждают по изобаре ранее отобранной частью газа, прошедшей через дополнительный детандер. Охлажденный во втором теплообменнике газ расширяют в основном детандере и направляют к потребителю, а отобранную часть газа, прошедшую через второй теплообменник, возвращают на вход в компрессор.

Недостаток известного способа состоит в том, что два последовательных охлаждения газа в теплообменниках проводят по изобарам, затрачивая дополнительную работу на поджатие газа, при котором его удельный объем уменьшается, а плотность возрастает. Это существенно увеличивает общую затрату работы на цикл. Кроме того, способ двухступенчатого охлаждения основной части газа и возврат на вход в компрессор части газа, прошедшей через дополнительный детандер, хотя и служит более глубокому охлаждению газа при расширении в основном детандере, но существенно снижает температуру газа на входе в первый теплообменник. Теплота, снимаемая в первом теплообменнике, оказывается низкотемпературной, что препятствует ее непосредственному использованию для целей теплоснабжения. В практическом смысле прототип является способом хладоснабжения, но никак не теплоснабжения.

XI 00

XI ю

ь

Х|

Цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить энергосбережение при экологически чистом способе теплохладоснабже- ния сети потребителей.

Предложенный способ теплохладос- набжения осуществляют путем последовательного сжатия воздуха а компрессоре по адиабате, охлаждения в водоподогревателе по изохоре, рТВйрения в детандере по адиабате, подогрева в теплообменнике антифризом пр изобаре, а также подогрева воды воздухом перед его расширением в детандере и охлаждения антифриза воздухом после его расширения в детандере.

Как видно, только первый процесс адиабатного сжатия воздуха в предложенном способе аналогичен прототипу. Но далее процессы и их последовательность в циклах сравниваемых способов отличаются. В известном способе газ охлаждают в первом теплообменнике по изобаре, с затратой механической энергии на поджатие газа, так как его плотность при изобарическом охлаждении возрастает обратно пропорционально падению температуры. В предложенном способе воздух охлаждают в водоподогревателе по изохоре без затраты работы на уплотнение воздуха. В известном способе отбирают часть газа на выходе из первого теплообменника и расширяют в дополнительном детандере, а оставшуюся часть газа вторично охлаждают по изобаре газом, поступившим из дополнительного детандера, и расширяют в основном детандере. В предложенном способе весь воздушный поток после водоподогревателя расширяют в единственном детандере, а затем нагревают по изобаре в теплообменнике. Таким образом, имеются существенные различия как в последовательностях, так и в физической сути протекающих процессов в рабочих циклах предлагаемого и известного способов. Причем различия столь существенны, что устройства, которые должны.входить в состав противопостав- ленногоТН, просто не позволили бы осуществить рабочий цикл по предложенному способу.

На фиг. 1 изображены рабочий цикл 1- 2-3-4 по предложенному способу и цикл 1-2- 3 -4, где охлаждение рабочего тела существенно по изобаре 2-3, как в прототипе. Отопительный коэффициент цикла с изобарой 2-3 равен отношению площадей

За-Ь-2-3+52- З - 3 Si - 2- 3 - 4+82 - 3

Отопительный коэффициент женного цикла равен отношению

Sa - ь - 2 - з

Si -2-3-4

т.е. у дроби, которая больше единицы, от числителя и знаменателя отнимается одно и то же число, которое меньше знаменателя. Ясно, что результат возрастает. Следова5

5

0

5

0

тельно, предложенный цикл выгоднее по

отопительному коэффициенту.

Площадь 5а-ь-1-4, изображающая отнимаемую у внешней среды теплоту, одинакова у сравниваемых циклов. Следовательно, .. и холодильный коэффициент у цикла, где процесс 2-3 ведут по изохоре, выше. В итоге охлаждение воздуха по изохоре повышает общий коэффициент преобразования по энергии предложенного способа теплохлэ- доснабжения. Таким образом, поставленная цель по энергосбережению достигнута.

На фиг. 1 показана T-S-диаграмма с изображением цикла предложенного способа; на фиг. 2 - схема конкретного выполнения предложенного способа.

Изобретение осуществляется, например, на установке, схематично представленной на фиг. 2. Компрессор 1, приводимый в действие от электропривода 2, сжимает ат- мосферный воздух и закачивает его в водо- подогреватель 3. В нем воздух охлаждают по изохоре и направляют в детандер 4. Совершая работу и остужаясь, воздух поступает из детандера в теплообменник 5. В нем 0 воздух нагревают антифризом по изобаре и выпускают в атмосферу. Компрессор и детандер связаны общим валом, так что работа расширения частично компенсирует работу на привод компрессора.

Формула изобретени я

Способ теплохладоснабжения путем последовательного сжатия воздуха в компрессоре, охлаждения в водоподогревателе, расширения в детандере, подогрева по изобаре в теплообменнике, а также подогрева воды воздухом перед расширением и охлаждения антифриза воздухом после расширения, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем снижения энергозатрат, охлаждение возду5

ха в водоподогревателе ведут по изохоре.

Использование изобретения: в теплоэнергетике. Сущность изобретения: в способе теплохладоснабжения охлаждение воздуха в водоподогревателе ведут по изо- хоре. 2 ил.