Способ получения тепла для отопления с помощью теплового насоса Советский патент 1935 года по МПК F25B29/00 

Предметом настоящего изобретения является способ получения тепла для отопления с помощью Теплового насоса, при каковом способе часть теплового потребления покрывается за счет тепла, извлекаемого из окружающей среды, в частном случае из воды, подвергаемой замораживанию.

Давно известная схема теплового насоса не нашла до сего времени применения в энергетике вследствие дороговизны электрической энергии, недостаточно высокого коэфициента полезного действия теплового насоса, затруднений в отнощении подыскания первоисточника тепла и т. п.

Настоящее предложение позволяет обойти эти затруднения путем применения тепловых насосов совокупно с установками теплофикационного типа и включения конденсатора теплового насоса в обратную теплофикационную магистраль перед бойлерами и другими нагревательными устройствами. Компрессор теплового насоса непосредственно соединен с энергоагрегатом с применением описанного ниже способа использования тепловым насосом тепла, выделяющегося при замерзании воды. Тем самым создаются предпосылки для вовлечения в энергетическое хозяйство тепла окружающей среды взамен эквивалентного количества топлива и передачи тепла на расстояния,

доступные для передачи электрической энергии.

На чертеже фиг. 1 изображает схему устройства в случае установки теплового насоса непосредственно на теплофикационной станции; фиг. 2-видоизменение схемы применительно к случаю установки теплового насоса на подстанции; фиг. 3-то же, с замораживателем в качестве испарителя.

В систему одноступенчатого теплового насоса, показанного для примера на фиг. 1, входит компрессор /, конденсатор 2, испаритель 5 и регулирующий вентиль 4. Последний может быть заменен расщирительным двигателем, в целях регенерирования некоторой части энергии, затрачиваемой на работу теплового насоса.

Компрессор / теплового насоса непосредственно соединяется с энергоагрегатом 5 наглухо или посредством расцепной муфты 6, например, гидравлической. Преимуществом такого непосредственного соединения, по сравнению с возможным сепаратным приводом компрессора, например, посредством отдельного двигателя теплофикационного типа или электродвигателя, является большая компактность и более высокий коэфициент полезного действия.

Регулирование теплового насоса может быть связано кинематически, электрически или иным путем с регулированием первичного двигателя. Если последний работает на противодавление, то характерная для такого рода двигателей жесткая зависимость между отдачей тепла и отдачей электрической энергии может отпасть в известных пределах благодаря возможности перераспределения нагрузки между тепловым насосом и генератором.

Конденсатор 2 теплового насоса включается в теплофикационную сеть 8 таким образом, что теплоноситель из обратной магистрали 7 поступает прежде всего в конденсатор 2 теплового насоса, где ему сообщается тепло при наинизшем потенциале. До конечной температуры теплоноситель догревается в прочих нагревательных аппаратах, например, в конденсаторе 9 с ухудшенным вакуумом первичного двигателя и бойлере W.

Такое предвключение конденсатора теплового насоса обеспечивает получение в последнем минимального температурного перепада и соответственно наибольшего коэфициента полезного действия и уместно, поэтому, и в тех случаях, когда компрессор теплового насоса снабжается сепаратным приводом.

Еш,е больший коэфициент полезного действия может быть получен при применении теплового насоса для начального подогрева добавка, коим пополняется обычно .довольно значительная в теплофикационных установках убыль теплоносителя, так как температура добавки ниже температуры теплоносителя в обратной магистрали. Наибольшее использование тепла окружающей среды и сведение к минимуму чисто конденсационной мощности достигается путем применения теплового насоса совокупно с теплофикационными установками, дающими максимальный относительный выход электрической энергии. На схеме показаны для примера сочетание теплового насоса с бинарной теплофикационной установкой //.

Если имеется в наличии избыточная энергия, например, от гидравлических, ветряных, районных и тому подобных электростанций, то может оказаться целесообразным сочетание тепловых насосов с теплофикационными установками

любого типа до чисто теплового включительно.

В зависимости от местных условий первоисточниками тепла для тепловых насосов могут служить: окружающий воздух, имеющий, однако, ряд недостатков, как-то: относительно малую теплоемкость, низкий коэфициент теплопереда.чи и низкую температуру зимой; теплая артезианская вода и допускающая глубокое охлаждение соленая вода, располагать которыми можно, однако, не везде; солнечное тепло, аккумулируемое в воде, почве и т. д., что требует, однако, дорогих сооружений, и наконец, вода в естественных водоемах, имея в виду рессурсы скрытой теплоты образования льда, практически пригодного способа использования коих в тепловом насосе до сих пор, однако, не было предложено.

Способ получения тепла для отопления с помощью теплового насоса основан на применении цикла, обратного циклу, предложенному для энергетического использования малых разностей температур в приполярных странах и совершаемого в другом температурном интервале. Цикл приполярной станции совершается в интервале температур ниже 0° и имеет целью получение энергии за счет разности температур воды и воздуха, предлагаемый же обратный цикл совершается и интервале -температур выше 0 и преследует цель создания разности температур путем затраты некоторого количества энергии.

Вода вводится по трубопроводу /2 посредством насоса 3 в замораживатель М, куда одновременно поступает по трубопроводу /5 вещество, кипящее при соприкосновении с водой и не смешивающееся с ней, например, бутан. В результате происходящего внутри замораживателя М непосредственного теплообмена между водой и бутаном вода обращается в лед, а бутан испаряется. Лед удаляется из замораживателя, например, через жидкостный затвор посредством конвейеров или иным путем. Пары бутана поступают по трубопроводу J6 в испаритель 3 теплового насоса, где конденсируются, отдавая тепло рабочему телу теплового насоса. Ожиженный бутан снова подается насосом /7. в замораживатель f4.

Возможно также видоизменение описанного выше устройства, отличающееся тем, что замораживатель является одновременино испарителем теплового насоса, и бутану присваивается непосредственно роль рабочего тела теплового насоса (фиг. 3). В этом случае в систему теплового насоса включается в качестве его испарителя непосредственно замораживатель 14. При таком устройстве образующиеся в замораживателе пары поступают по трубопроводу 16 непосредственно в компрессор 7 теплового насоса, далее в сжатом состоянии конденсируются в конденсаторе 2, отдавая свое тепло воде теплофикационной сети 8, и наконец, через регулирующий вентиль 4 снова возвращаются в первоначальное состояние, при котором и поступают обратно в замораживатель 14.

Представленная на фиг, 1 схема может быть видоизменена путем уничтожения механической связи между энергоагрегатом теплофикационной станции и компрессором теплового насоса, элементы которого при этом могут быть расположены в произвольном расстоянии от станционного оборудования, например, на отдельной подстанции. Последний случай иллюстрируется схемой, представленной на фиг. 2.

Подстанция оборудуется тепловым насосом, в систему которого входят компрессор 7, конденсатор 2, испаритель 5, регулирующий вентиль-, замораживатель 14 и подогреватель 18, который связывается теплопроводом 19 с теплофикационной станцией 77. Конденсатор 2 и подогреватель 18 включаются последовательно в теплофикационную сеть 8

таким образом, чтобы теплоноситель последней поступал из обратной магистрали 7 прежде всего в конденсатор 2 теплового насоса.

По образцу схемы фиг. 2 может быть осуществлена группировка нескольких подстанций вокруг теплофикационной станции для теплофикации более или менее обширных районов.

В зависимости от местных условий возможно совокупное применение всех вышеупомянутых мероприятий или только части их, например, в некоторых случаях может оказаться целесообразным применение теплового насоса с замораживателем, независимо от теплофикационной станции.

В выщеописанных устройствах элементы тепловых насосов, а также накапливаемый в течение отопительных периодов лед могут использоваться для целей охлаждения.

Предмет изобретения.

1. Способ получения тепла для отопления с помощью теплового насоса, отличающийся тем, что испаритель 5 насоса обогревается паром жидкости, кипящей при низкой температуре (например, бутаном и т. п.), и конденсат снова испаряется в замораживателе 14 действием наружной воды при частичном ее превращении в лед.

2. Видоизменение способа по п. 1, отличающееся тем, что в качестве испарителя используется замораживатель 14, из которого рабочее вещество (например, бутан) подается непосредственно в тепловой насос 7.

ГФиг1.

10

..

- 5

-л

р:

у, -ф-/5

1 I

ФигЗ

/5 Ь

i-- ,