RU2008582C1

RU2008582C1 - Heat pump

Info

Publication number: RU2008582C1
Authority: RU
Inventors: А.В. Мартынов; А.В. Разумовский; Г.Я. Синицын; В.М. Шильдкрет
Original assignee: Мартынов Аркадий Владимирович; Разумовский Андрей Витальевич; Синицын Георгий Яковлевич; Шильдкрет Виктор Меерович
Priority date: 1990-03-19
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: heat supply. SUBSTANCE: cooling agent executes working vapor-liquid cycle passing successively through compressor 1, condenser 2, aftercondenser 8, throttling valve 3 and evaporator 4. Compressor 1 is placed inside heat insulating housing with 6 with heat exchanger 7. Aftercondenser 8 and heat exchanger 7 are successively connected to mainline 5 of low-temperature heat supply source before evaporator. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоснабжению и может быть использовано в системах централизованного и автономного теплоснабжения. The invention relates to heat supply and can be used in centralized and autonomous heat supply systems.

Известна теплонасосная установка для одновременного производства холодной и горячей воды, в которой исходный поток воды разделяется на две части, одна из которых поступает на охлаждение в испаритель, другая - на нагрев в конденсатор (ТН) [1] . Known heat pump installation for the simultaneous production of cold and hot water, in which the initial flow of water is divided into two parts, one of which is fed to the evaporator for cooling, and the other to the condenser (TH) for heating [1].

Недостатком предложенного схемного решения является ограниченная область применения вследствие малой разности температур нагреваемой и охлаждаемой воды. The disadvantage of the proposed circuit solution is the limited scope due to the small temperature difference of the heated and cooled water.

Известен также тепловой насос, содержащий компрессор, конденсатор, испаритель, регенеративный теплообменник, дроссельный вентиль, магистрали системы теплоснабжения и низкопотенциального источника тепла [2] . Also known is a heat pump containing a compressor, a condenser, an evaporator, a regenerative heat exchanger, a throttle valve, heat supply lines and a low-grade heat source [2].

Недостатком подобного теплового насоса является повышение расхода энергии на привод компрессора при включении в схему регенеративного теплообменника с целью предохранения компрессора от попадания капель жидкого хладагента. The disadvantage of such a heat pump is the increase in energy consumption for the compressor drive when a regenerative heat exchanger is included in the circuit in order to prevent the compressor from dropping liquid refrigerant.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является выбранный в качестве прототипа тепловой насос [3] , содержащий компрессор, конденсатор, испаритель, дроссельный вентиль, магистрали системы отопления и низкопотенциального источника тепла. The closest in technical essence to the proposed device is the heat pump selected as a prototype [3], containing a compressor, a condenser, an evaporator, a throttle valve, heating system pipes and a low-grade heat source.

Недостатком подобного теплового насоса является повышенный расход энергии на привод компрессора вследствие значительной разности температур кипения и конденсации хладагента. The disadvantage of such a heat pump is the increased energy consumption for the compressor drive due to the significant difference in boiling points and refrigerant condensation.

Целью изобретения является повышение энергетической эффективности теплового насоса путем снижения расхода энергии на привод компрессора. The aim of the invention is to increase the energy efficiency of the heat pump by reducing energy consumption on the compressor drive.

Это достигается тем, что тепловой насос, содержащий включенные в замкнутый циркуляционный контур рабочего тела компрессор, конденсатор, дроссельный вентиль и испаритель с магистралью низкопотенциального источника тепла, дополнительно содержит теплоизолированный кожух с размещенным внутри него теплообменником и постконденсатор в контуре рабочего тела, причем компрессор размещен внутри теплоизолированного кожуха, а постконденсатор и теплообменник последовательно включены перед испарителем в магистраль низкопотенциального источника тепла. This is achieved by the fact that the heat pump, comprising a compressor, a condenser, a throttle valve and an evaporator with a low-potential heat source included in the closed circulation circuit of the working fluid, further comprises a thermally insulated casing with a heat exchanger placed inside it and a post-condenser in the working fluid circuit, and the compressor is located inside heat-insulated casing, and the post-condenser and heat exchanger are connected in series in front of the evaporator to the low-potential source line ka heat.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предложенного теплового насоса; на фиг. 2 - lg p, h-диаграмма изменения состояния рабочего тела (хладагента) в термодинамическом цикле теплового насоса. In FIG. 1 presents a schematic diagram of the proposed heat pump; in FIG. 2 - log p, h-diagram of the change in the state of the working fluid (refrigerant) in the thermodynamic cycle of the heat pump.

Тепловой насос содержит компрессор 1, конденсатор 2, дроссельный вентиль 3, испаритель 4 с магистралью низкопотенциального источника тепла 5, теплоизолированный кожух 6 с размещенным внутри него теплообменником 7 и постконденсатор 8 в контуре рабочего тела, а также магистраль системы теплоснабжения 9. The heat pump contains a compressor 1, a condenser 2, a throttle valve 3, an evaporator 4 with a low-potential heat source 5 main, a heat-insulated casing 6 with a heat exchanger 7 inside it and a post-condenser 8 in the working medium circuit, as well as a heating system main 9.

Тепловой насос работает следующим образом. The heat pump operates as follows.

Сухой насыщенный пар хладагента давлением p_о и температурой t₁ поступает в компрессор 1, где происходит его сжатие с отдачей тепла в теплоизолированном кожухе 6, теплоносителю в магистрали низкопотенциального источника тепла 5 до давления p_к и температуры t₂ в теплообменнике 7. В конденсаторе 2 осуществляется конденсация хладагента при постоянном давлении p_к за счет отдачи тепла теплоносителю в магистрали системы теплоснабжения 9. Жидкий хладагент при температуре t₃ поступает в постконденсатор 8, установленный перед дроссельным вентилем 3, где охлаждается до температуры t₄, нагревая теплоноситель в магистрали низкопотенциального источника тепла, поступающий затем на нагрев в теплообменник 7. В дроссельном вентиле 3 осуществляется дросселирование потока хладагента до давления p_о и температуры t₅ = t₁. Затем жидкий хладагент в испаритель 3, где кипит при постоянном давлении p_о при подводе тепла от теплоносителя в магистрали низкопотенциального источника тепла, поступающего от теплообменника 7.Dry saturated refrigerant vapor with pressure p _о and temperature t ₁ enters the compressor 1, where it is compressed with heat transfer in the heat-insulated casing 6, the coolant in the line of the low-grade heat source 5 to pressure p _k and temperature t ₂ in the heat exchanger 7. In the condenser 2 refrigerant is condensed at a constant pressure p _k due to heat transfer to the heat carrier in the heat supply system 9. Liquid refrigerant at a temperature of t ₃ enters the post-condenser 8 installed in front of the throttle valve 3, where it is cooled to a temperature of t ₄ , heating the coolant in the line of a low-grade heat source, then fed to the heat exchanger 7 for heating. In the throttle valve 3, the refrigerant flow is throttled to a pressure p _о and a temperature t ₅ = t ₁ . Then the liquid refrigerant is in the evaporator 3, where it boils at a constant pressure p _о when heat is supplied from the heat carrier to the low-grade heat supply line coming from the heat exchanger 7.

На фиг. 2 термодинамический цикл теплового насоса с постконденсатором и теплообменником показан сплошной линией, а без них - штриховой. Точка 1 и 1^I соответствуют состояния насыщенного пара хладагента на входе в компрессор, точкам 2 и 2^I - перегретого пара хладагента на выходе из компрессора, 3 и 3^I - жидкого хладагента на выходе из конденсатора, 4 - жидкого хладагента на выходе из постконденсатора, 5 и 4^I - влажного пара хладагента на входе в испаритель.In FIG. 2 the thermodynamic cycle of a heat pump with a post-condenser and a heat exchanger is shown by a solid line, and without them by a dashed line. Point 1 and 1 ^I correspond to the state of saturated vapor refrigerant into the compressor, points 2 and 2 ^I - superheated refrigerant vapor at the outlet of the compressor 3 and 3 ^I - liquid refrigerant leaving the condenser, 4 - liquid refrigerant at the outlet of postkondensatora, 5 and 4 ^I - wet refrigerant vapor at the inlet to the evaporator.

Как показывает сопоставительный анализ lg p, h-диаграмм изменения состояния хладагента в термодинамическом цикле теплового насоса, включение в схему постконденсатора и теплообменника сопровождается повышением температуры теплоносителя на входе в испаритель за счет подвода тепла от высокотемпературного жидкого хладагента после конденсатора и от перегретого пара хладагента в компрессоре, что способствует повышению температуры кипения в испарителе. При этом происходит уменьшение разности температур конденсации и кипения хладагента и степени сжатия хладагента в компрессоре, что приводит к снижению расхода энергии на привод компрессора и повышению энергетической эффективности теплового насоса. Уменьшение внутренней удельной работы l_в = h₂ - h₁ компрессора при включении в схему теплового насоса постконденсатора и теплообменника составляет 35-45% , увеличение коэффициента трансформации μ теплового насоса 65-75% , повышение температуры кипения хладагента и уменьшению разности температур конденсации и кипения хладагента 8-12^оС при постоянстве тепловой мощности Q_к = h₂ - h₁ = h₂ ^I - h₃ ^I = Q_к ¹ конденсатора теплового насоса. (56) Патент ФРГ N 2554441, кл. F 25 B 29/00, 1979.As a comparative analysis of the log p, h-diagrams of the change in the state of the refrigerant in the thermodynamic cycle of the heat pump shows, the inclusion of a post-condenser and heat exchanger is accompanied by an increase in the temperature of the coolant at the inlet to the evaporator due to the supply of heat from the high-temperature liquid refrigerant after the condenser and from the superheated refrigerant vapor in the compressor , which helps to increase the boiling point in the evaporator. In this case, there is a decrease in the difference between the condensation and boiling points of the refrigerant and the degree of compression of the refrigerant in the compressor, which leads to a decrease in the energy consumption of the compressor drive and an increase in the energy efficiency of the heat pump. The decrease in the internal specific work l _in = h ₂ - h _{1 of the} compressor when the post-condenser and the heat exchanger are included in the heat pump circuit is 35-45%, the transformation coefficient μ of the heat pump is increased by 65-75%, the refrigerant boiling temperature is increased and the condensation and boiling temperature differences are reduced refrigerant 8-12 ^{° C} with constant heat output _to Q = h ₂ - h ₁ = h ₂ ^I - h ₃ ^I = Q ¹ _to the heat pump condenser. (56) Patent of Germany N 2554441, cl. F 25 B 29/00, 1979.

Е. Я. Соколов и В. М. Бродянский. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения, М. : Энергоиздат, 1981. E. Ya. Sokolov and V.M. Brodyansky. Energy fundamentals of heat transformation and cooling processes, M.: Energoizdat, 1981.

Е. И. Янтовский и Ю. В. Пустовалов. Парокомпрессорные теплонасосные установки. М. : Энергоиздат, 1982, с. 41. E. I. Yantovsky and Yu. V. Pustovalov. Steam compressor heat pump units. M.: Energoizdat, 1982, p. 41.

Claims

A HEAT PUMP containing a compressor, a condenser, a choke and an evaporator with a low-potential heat source included in a closed circulation circuit of the working fluid, characterized in that, in order to increase energy efficiency by reducing energy consumption on the compressor drive, the heat pump further comprises a heat-insulated casing with inside it, a heat exchanger and a post-condenser in the circuit of the working fluid, the compressor being placed inside a thermally insulated casing, and the post-condenser p and the heat exchanger are connected in series in front of the evaporator to the low-grade heat source line.