Тепловой насос (таран) Советский патент 1936 года по МПК F25B29/00 

За последние годы начал применяться новый вид отопления с помощью так называемого теплового насоса (тарана).

В принципе тепловой насос представляет собой машину, состоящую из следующих основных частей: испарителя, компресС(ра, конденсатораГ

Работа этой машины протекает в такой последовательности. Первоначально как в испарителе, так и в конденсаторе имеется известное количество какойнибудь жидкости (например NHg) при температуре t.

С помощью компрессора создается разрежение над поверхностью жидкости в испарителе, в результате чего жидкость начинает там испаряться. Образовавшиеся пары перегоняются компрессором под давлением в конденсатор. Так как при испарении жидкости поглощается тепло, температура жидкости в испарителе понижается и притом тем больше, чем больше созданное над ней разрежение.

При нагнетании паров в конденсатор происходит обратное явление, т. е. температура паров, а затем и жидкости в конденсаторе -повышается и притом в прямой зависимости от -величины сдавливания паров.

В общем, в результате работы компрессора происходит понижение первоначальной температуры рабочей жидкости в испарителе и повышение температуры жидкости в конденсаторе.

После того, как жидкость в конденсаторе достаточно нагреется и ее дальнёйшее нагревание станет излишним, можно приступить к отводу вновь доставляемого в конденсатор тепла, т. е. иначе говоря, к эксплоатации отопительной сети.

Чтобы при этом не п.роисходило дальнейшее понижение те гтьературы жидкости в испарителе и в нем установился определенный температурный режим, к жидкости испарителя следует подводить извне ровно столько тепла, сколько расходуется в отопительной сети.

В силу того, что температура в испарителе достаточно низка, потребное тепло для него может быть заимствовано от окружающего воздуха или имеющегося источника воды.

В тех случаях, когда источником тепла является вода, последняя отдает испарителю свое тепло либо охлаждаясь, либо, как это большей частью бывает, превращаясь сама в лед.

Отбрасывая все промежуточные стадии можно сказать, что получение горячей воды, идущей на отопление, происходит за счет замерзания другой части воды. Подобный процесс, согласно второму закону термодинамики, не может

протекать самопроизвольно и требует известных затрат механической энергии. Такие затраты действительно имеют место в виде работы компрессора, который приводится в движение какимнибудь двигателем.

Обычно таким двигателем является электродвигатель, получающий ток от гидросиловой или ветросиловой установки, но никак не двигатель, работающий в результате сгорания топлива, ибо в последнем случае тепло, идущее на отопление, может быть непосредственно получено при сжигании топлива. Впрочем практически возможен еще и такой случай, когда компрессор теплонасоса приводится в движение тепловым двигателем низконапорного типа, т. е. двигателем, работающим за счет небольшой разности температур.

Например, может иметь место такой случай. Имеется источник тепла при температуре, скажем, -|- 30°. Имеется также холодный источник с температурой -1-5°. Температурный интервал от -{-5° до -|-30° может быть, как известно, использован для получения механической энергии. В то же время для целей отопления может понадобиться температура более высокая, чем у источника тепла, например в 50°. В этом случае очевидно (так же, как и при наличии ветровой или водяной энергии) может оказаться разумным затратить получающуюся механическую энергию на приведение в действие компрессора теплового насоса с целью получения требуемой температуры -1-50.

Итак, наличие температурного перепада между -f-30 и -|-5° дает возможность получить механическую энергию, а наличие последней, т. е. наличие двигателя позволяет в свою очередь достигнуть высокой температуры, могущей удовлетворить нуждам отопления.

Предлагаемый тепловой насос (таран), заимствующий теплоту из окружающей среды (воздуха, воды и т. п.), основан на получении высокой температуры за счет имеющегося температурного перепада, не прибегая к предварительному получению механической энергии в виде полуфабриката.

На чертеже изображена схема теплового насоса (тарана).

Пар из котла 7 низкой температуры подводится с некоторой упругостью по трубе 2 в клапанную коробку 3. Последняя снабжена двумя клапанами, из которых один 4 открывается внутрь для сообщения коробки 3 посредством тру,бы 7 с конденсатором б низкой температуры, а другой 5 открывается наружу и посредством трубы 8 сообщает коробку 3 с конденсатЪром 9 высокой температуры, сквозь который пропущен трубопровод отопительной сети 70.

При открытии клапана 4 пар получает возможность nfJOTeKaTb из котла 7 низкой температуры в холодный конденсатор б. При этом скорость движения пара будет увеличиваться до тех пор, пока, под динамическим , давлением пара на нижнюю поверхность клапана 4, должно явиться резкое повыщение давления в клапанной коробке., а значит и нагревание в ней пара.

Повыщенное давление в коробке заставит приоткрыться наружу клапан 5, причем- горячий пар получит возможность выхода в конденсатор 9 высокой температуры, в котором теплота сжижения передается - теплоносителю отопительной сети JO.

Так как клапанная коробка 3 соединена трубой 2 с котлом 7 низкой температуры, в котором давление пара в данный момент меньше, чем в коробке 3, то должно произойти через некоторое время уменьшение давления в коробке. В результате клапан 5 ,должен будет закрыться, а клапан 4-снова открыться и т. д.

Рабочей жидкостью для теплового насоса может служить целый ряд; веществ, в том числе и вода, а также и пары жидкости, кипящей при низкой температуре.

Небольшие температурные перепады встречаются в виде теплых промыщленных вод, подлежащих охлаждению и разности температур воды под ледяным покровом и воздуха в Арктике в зимний период.

касдется последней области, то здесь значение теплового насоса (тарана) совершенно очевидно, ибо ясно, что получение тепла в период полярной зимы так же, а то и бодее соблазнительно, чем получение энергии.

Однако и при использовании тепла промышленной оборотной воды, тепловой насос (таран) сможет представлять интерес, в особенности, если окажется, что он будет сам дешевле стоить, а также проще эксплоатироваться, чем паровые турбины низкого давления.

Предмет изобретения.

1. Тепловой насос (таран), заимствующий теплоту из окружающей среды воздуха, воды и т. п., отличающийся применением коробки с двумя клапанами,

из коих клапан 4, открывающийся внутрь, предназначен для отвода части пара, притекающего из котла низкой температуры, в конденсатор низкой температуры, а клапан 5, открывающийся наружу, предназначен для отвода остальной части пара в конденсатор высокой температуры, в котором теплота сжижения передается теплоносителю отопительной сети.

2. Применение в тепловом насосе по п. 1 в качестве рабочего вещества паров жидкости, кипящей при низкой температуре.