RU2679484C1 - Heat pump installation for heating and hot water supply - Google Patents

Heat pump installation for heating and hot water supply Download PDF

Info

Publication number
RU2679484C1
RU2679484C1 RU2018112157A RU2018112157A RU2679484C1 RU 2679484 C1 RU2679484 C1 RU 2679484C1 RU 2018112157 A RU2018112157 A RU 2018112157A RU 2018112157 A RU2018112157 A RU 2018112157A RU 2679484 C1 RU2679484 C1 RU 2679484C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
heat pump
soil
compressor
pump installation
Prior art date
Application number
RU2018112157A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Алексеевич Сучилин
Сергей Владимирович Красновский
Игорь Борисович Зак
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет туризма и сервиса" (ФГБОУ ВО "РГУТИС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет туризма и сервиса" (ФГБОУ ВО "РГУТИС") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет туризма и сервиса" (ФГБОУ ВО "РГУТИС")
Priority to RU2018112157A priority Critical patent/RU2679484C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2679484C1 publication Critical patent/RU2679484C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00Hot-water central heating systems
    • F24D3/18Hot-water central heating systems using heat pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.SUBSTANCE: invention relates to the heating systems with heat pumps using the heat from low-temperature sources for independent heating and hot water supply. Heat pump installation contains a heat pump with an evaporator, a condenser, an expansion valve and a placed in a sealed casing compressor, as well as external horizontal circuit with a main ground tubular heat exchanger, as well as automatic controller for the heat pump installation operation control, and differs in that, in order to restore the soil thermal potential, the external horizontal circuit additionally contains an auxiliary tubular ground heat exchanger placed in the soil directly below the main ground heat exchanger, and in the compressor hermetic casing there is additionally a closed cavity connected to the auxiliary ground heat exchanger by pipelines so that a closed loop for the process liquid heat carrier circulation is formed, and the heat pump installation includes the additional hydraulic pump to provide the process liquid heat carrier circulation.EFFECT: objective of the proposed invention is enabling of the compression-type HPI with a horizontal ground external circuit operation efficiency by the of the soil thermal balance regular restoration in the external ground circuit heat exchanger area, as well as increase in the HPI compressor operation reliability by the compressor parts lubrication and cooling conditions improvement.8 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплонасосным установкам (ТНУ), использующим низкотемпературное тепло грунта для автономного отопления и горячего водоснабжения помещений.The invention relates to heat pump units (HPU) using low-temperature soil heat for autonomous heating and hot water supply of premises.

Известно, что при длительной эксплуатации таких ТНУ происходит постепенное снижение эффективности их работы вследствие переохлаждения грунта вокруг грунтового теплообменника первичного контура теплового насоса. Частичное восстановление теплового потенциала грунта в зоне расположения грунтового теплообменника за счет естественного притока тепла от окружающих слоев грунта возможно только во время прекращения эксплуатации ТНУ в межотопительный период, что затрудняет использование ТНУ для длительного стабильного снабжения помещений теплом и горячей водой.It is known that during the long-term operation of such HPUs, their efficiency decreases gradually due to soil overcooling around the soil heat exchanger of the primary circuit of the heat pump. A partial restoration of the thermal potential of the soil in the area where the soil heat exchanger is located due to the natural heat influx from the surrounding soil layers is possible only during the termination of operation of the HPP in the inter-heating period, which complicates the use of the HPU for a long stable supply of heat and hot water to the premises.

Известны технические решения, направленные на повышение эффективности работы ТНУ путем восстановления и поддержания теплового потенциала грунта.Known technical solutions aimed at improving the efficiency of TNU by restoring and maintaining the thermal potential of the soil.

Известна система автономного теплоснабжения потребителей на основе установок с использованием низкопотенциальных геотермальных источников (патент RU №2350847). Система включает компрессионный тепловой насос типа грунт-вода, внутренний контур теплового насоса с высокотемпературным теплоносителем, внешний контур теплового насоса с теплообменником с низкотемпературным теплоносителем, а также солнечный коллектор, емкость для горячего водоснабжения, блок управления тепловыми потоками системы, жидкостные насосы для перекачивания теплоносителей и воды горячего водоснабжения.A known system of autonomous heat supply to consumers based on installations using low-potential geothermal sources (patent RU No. 2350847). The system includes a ground-water compression heat pump, an internal circuit of a heat pump with a high temperature coolant, an external circuit of a heat pump with a heat exchanger with a low temperature coolant, as well as a solar collector, a tank for hot water supply, a system for controlling heat fluxes of the system, liquid pumps for pumping coolants and hot water supply.

Повышение эффективности системы теплоснабжения здесь достигается за счет использования солнечной энергии для догрева теплоносителя в контуре циркуляции низкопотенциального теплоносителя в отопительный период, при низкой интенсивности солнечной радиации, и восстановления температурного режима скважин в межотопительный период с одновременной выработкой тепла на горячее водоснабжение с помощью солнечных коллекторов и использованием потенциала охлажденных скважин на охлаждение помещений, а также обеспечение независимости системы отопления от централизованной системы электроснабжения.An increase in the efficiency of the heat supply system here is achieved through the use of solar energy to heat the coolant in the low-potential coolant circulation circuit during the heating period, at low solar radiation intensity, and to restore the temperature regime of the wells during the heating season with the simultaneous generation of heat for hot water supply using solar collectors and using the potential of chilled wells to cool rooms, as well as ensuring system independence heating from a centralized power supply system.

Недостатком данного изобретения является необходимость, в дополнение к тепловому насосу, оборудовать контур солнечного коллектора, что существенно усложняет конструкцию и повышает стоимость такой системы теплоснабжения.The disadvantage of this invention is the need, in addition to a heat pump, to equip the solar collector circuit, which greatly complicates the design and increases the cost of such a heat supply system.

Кроме того, не предусмотрено полезное использование избыточного тепла, образующегося в процессе работы компрессора ТНУ. Это тепло бесполезно рассеивается в окружающую среду, что приводит к снижению эффективности системы теплоснабжения.In addition, the beneficial use of excess heat generated during operation of the HPU compressor is not provided. This heat is uselessly dissipated into the environment, which leads to a decrease in the efficiency of the heat supply system.

Наиболее близкой к заявленному техническому решению является система автономного обогрева помещений (патент РФ на полезную модель №140455).Closest to the claimed technical solution is an autonomous heating system (RF patent for utility model No. 140455).

Система включает контур циркуляции низкопотенциального теплоносителя с грунтовым теплообменником, вход которого связан с выходом испарителя теплового насоса и систему отопления, содержащую конденсатор теплового насоса, соединенный трубопроводом с отопительными приборами, и отличается тем, что дополнительно снабжена вторым грунтовым теплообменником и устройством переключения, включающим два полых цилиндра, установленных вертикально, с размещенными внутри них конусообразными клапанами, сужающиеся части которых соединены со штоками поршней, днища поршней размещены в герметичных сосудах с газом, расположенных в нижних частях полых цилиндров, соединенных с выходами грунтовых теплообменников, а над полыми цилиндрами расположено коромысло, ось которого находится посредине между полыми цилиндрами, при этом расширяющиеся части конусообразных клапанов посредством шарнирных связей соединены с плечами коромысла, на котором закреплена герметичная трубка с размещенным в ней шариком, причем верхние части полых цилиндров соединены трубопроводом со входом испарителя теплового насоса, а грунтовые теплообменники размещены на расстоянии 5…25 м друг от друга.The system includes a low-potential coolant circulation circuit with a ground heat exchanger, the input of which is connected to the output of the heat pump evaporator and a heating system containing a heat pump condenser connected by a pipeline to heating devices, and is characterized in that it is additionally equipped with a second ground heat exchanger and a switching device including two hollow cylinders mounted vertically, with conical valves placed inside them, the tapered parts of which are connected to the rods pistons, piston bottoms are placed in sealed vessels with gas located in the lower parts of the hollow cylinders connected to the exits of the soil heat exchangers, and above the hollow cylinders there is a rocker whose axis is located in the middle between the hollow cylinders, while the expanding parts of the cone-shaped valves are connected via articulated couplings shoulders of the rocker arm, on which a sealed tube is fixed with a ball placed in it, the upper parts of the hollow cylinders being connected by a pipe to the inlet of the evaporator pump, and soil heat exchangers are located at a distance of 5 ... 25 m from each other.

Благодаря поочередному отключению первого и второго грунтового теплообменника от участия в автономном обогреве помещения, грунт в зоне отключенного теплообменника естественным образом прогревается. Техническим результатом является исключение чрезмерного переохлаждения грунта в месте расположения грунтового теплообменника.Due to the alternate shutdown of the first and second soil heat exchanger from participation in the autonomous heating of the room, the soil in the area of the disconnected heat exchanger naturally heats up. The technical result is the elimination of excessive hypothermia at the location of the soil heat exchanger.

В данной полезной модели предлагается использовать два горизонтальных грунтовых внешних контура вместо одного, как обычно принято в конструкциях ТНУ с горизонтальным грунтовым внешним контуром. Однако при этом потребуется занять под горизонтальные грунтовые внешние контуры в два раза больший участок земли возле дома, а объем требующихся для этого земляных работ существенно возрастет. Все это приведет к значительному росту стоимости и снижению доступности для населения системы обогрева с ТНУ.In this utility model, it is proposed to use two horizontal soil external contours instead of one, as is usually accepted in the designs of HPU with a horizontal soil external contour. However, in this case, it will be necessary to occupy a twice as large plot of land near the house for horizontal soil external contours, and the amount of excavation required for this will increase significantly. All this will lead to a significant increase in cost and lower availability for the population of a heating system with HPU.

Кроме того, в предлагаемой полезной модели используется достаточно сложное устройство для переключения работы системы обогрева с одного горизонтального грунтового внешнего контура на другой. Это приведет к снижению надежности работы и усложнит эксплуатацию теплонасосной установки. В результате, снизится привлекательность и доступность систем обогрева с ТНУ, особенно для индивидуальных потребителей в частных домах.In addition, the proposed utility model uses a rather complicated device to switch the operation of the heating system from one horizontal soil external circuit to another. This will lead to a decrease in reliability and complicate the operation of the heat pump installation. As a result, the attractiveness and accessibility of heating systems with HPU will decrease, especially for individual consumers in private homes.

Кроме того, в данной полезной модели предполагается, что восстановление теплового баланса грунта в зоне теплообменника временно отключенного горизонтального грунтового внешнего контура будет происходить только за счет естественного притока тепла от окружающих слоев грунта. Однако известно, что естественный процесс восстановления теплового баланса грунта, без организованного подвода тепловой энергии извне, весьма длительный, и грунт в зоне отключенного теплообменника, особенно в зимнее время, может не успеть прогреться к моменту необходимости подключения этого грунтового внешнего контура. В результате, эффективность работы ТНУ, даже при наличии двух горизонтальных грунтовых внешних контуров, будет постепенно снижаться.In addition, in this utility model, it is assumed that the restoration of the heat balance of the soil in the heat exchanger zone of the temporarily disconnected horizontal soil external contour will occur only due to the natural heat influx from the surrounding soil layers. However, it is known that the natural process of restoring the heat balance of the soil, without an organized supply of thermal energy from the outside, is very lengthy, and the soil in the zone of the switched-off heat exchanger, especially in winter, may not have time to warm up by the time it is necessary to connect this soil external circuit. As a result, the efficiency of TNU, even in the presence of two horizontal soil external circuits, will gradually decrease.

Кроме того, избыточное тепло, которое отводится от компрессора ТНУ циркулирующей в кожухе компрессора смазкой, в основном, рассеивается через стенки кожуха в окружающую среду. Такие бесполезные потери тепла приводят к снижению эффективности работы ТНУ.In addition, the excess heat that is removed from the compressor of the HPU by the lubricant circulating in the compressor casing is mainly dissipated through the casing walls into the environment. Such useless heat loss leads to a decrease in the efficiency of the HPU.

Задачей предложенного изобретения является обеспечение эффективности работы ТНУ компрессионного типа с горизонтальным грунтовым внешним контуром путем регулярного восстановления теплового баланса грунта в зоне теплообменника внешнего грунтового контура, а также повышение надежности работы компрессора ТНУ за счет улучшения условий смазки и охлаждения деталей компрессора.The objective of the proposed invention is to ensure the efficiency of the compression type HPU with a horizontal soil external circuit by regularly restoring the heat balance of the soil in the heat exchanger zone of the external soil circuit, as well as improving the reliability of the TNU compressor by improving the lubrication and cooling conditions of the compressor parts.

Указанная задача решается за счет того, что теплонасосная установка содержит тепловой насос с испарителем, конденсатором, расширительным вентилем и помещенным в герметичный кожух компрессором, а также внешний горизонтальный контур с основным грунтовым трубчатым теплообменником, а также автоматический контроллер для управления работой теплонасосной установки, и отличается тем, что, с целью восстановления теплового потенциала грунта, внешний горизонтальный контур дополнительно содержит вспомогательный трубчатый грунтовый теплообменник, размещенный в грунте непосредственно под основным грунтовым теплообменником, а в герметичном кожухе компрессора дополнительно имеется замкнутая полость, соединенная трубопроводами с вспомогательным грунтовым теплообменником так, что образуется замкнутый контур для циркуляции технологического жидкого теплоносителя, а в составе теплонасосной установки имеется дополнительный гидравлический насос для обеспечения циркуляции технологического жидкого теплоносителя.This problem is solved due to the fact that the heat pump installation contains a heat pump with an evaporator, a condenser, an expansion valve and a compressor placed in a sealed enclosure, as well as an external horizontal circuit with a main soil tube heat exchanger, as well as an automatic controller for controlling the operation of the heat pump installation, and differs the fact that, in order to restore the thermal potential of the soil, the external horizontal circuit additionally contains an auxiliary tubular ground heat exchange a nickel placed in the soil directly under the main soil heat exchanger, and in the hermetic casing of the compressor there is additionally a closed cavity connected by pipelines to the auxiliary soil heat exchanger so that a closed loop is formed for the circulation of the process liquid coolant, and the heat pump installation has an additional hydraulic pump to ensure circulation of technological liquid coolant.

В качестве технологического жидкого теплоносителя может быть использован антифриз.Antifreeze can be used as a process liquid coolant.

Размеры основного и вспомогательного теплообменников внешнего горизонтального контура в поперечном и продольном направлениях могут быть равны друг другу, а между основным и вспомогательным теплообменниками внешнего контура может находиться слой грунта толщиной 50…100 мм.The dimensions of the main and auxiliary heat exchangers of the external horizontal circuit in the transverse and longitudinal directions can be equal to each other, and between the main and auxiliary heat exchangers of the external circuit there can be a soil layer with a thickness of 50 ... 100 mm.

Замкнутая полость в герметичном кожухе компрессора может представлять собой кольцевую герметичную полость, образованную двойными стенками кожуха и расположенную по периметру кожуха.The closed cavity in the hermetic casing of the compressor may be an annular hermetic cavity formed by double walls of the casing and located around the perimeter of the casing.

В картере компрессора может быть расположен датчик контроля температуры масла, сигналы от которого передаются на автоматический контроллер. В замкнутой полости в герметичном кожухе компрессора может быть расположен датчик контроля температуры технологического жидкого теплоносителя, а сигналы от датчика передаются на автоматический контроллер. Гидравлический насос, обеспечивающий циркуляцию технологического жидкого теплоносителя, может иметь регулируемую производительность, которая может изменяться по командам автоматического контроллера.An oil temperature sensor can be located in the compressor crankcase, the signals from which are transmitted to the automatic controller. In a closed cavity in an airtight casing of the compressor, a sensor for monitoring the temperature of the process liquid coolant can be located, and the signals from the sensor are transmitted to the automatic controller. A hydraulic pump circulating the process fluid may have an adjustable capacity, which can be changed by commands of an automatic controller.

Содержание заявленного изобретения иллюстрируется ниже приведенными фигурами: фиг. 1 - принципиальная схема ТНУ для отопления и горячего водоснабжения; фиг. 2 - схема охлаждения компрессора; фиг. 3 - схема размещения в грунте теплообменников внешнего горизонтального контура.The content of the claimed invention is illustrated by the following figures: FIG. 1 is a schematic diagram of HPU for heating and hot water supply; FIG. 2 - compressor cooling circuit; FIG. 3 - layout of the placement of heat exchanger external horizontal circuit.

ТНУ включает (фиг. 1) испаритель 1, компрессор 2, конденсатор 3, расширительный вентиль 4, внешний горизонтальный контур 5 с основным грунтовым трубчатым теплообменником 6 и вспомогательным трубчатым грунтовым теплообменником 7, автоматический контроллер для управления работой ТНУ (на фиг. не показан), гидравлический насос 8 для обеспечения циркуляции незамерзающего жидкого теплоносителя через основной грунтовый трубчатый теплообменник, дополнительный гидравлический насос 9 для обеспечения циркуляции технологического жидкого теплоносителя. В картере компрессора (фиг. 2) расположен датчик контроля температуры масла 12, сигналы от которого передаются на автоматический контроллер.ТНУ includes (Fig. 1) evaporator 1, compressor 2, condenser 3, expansion valve 4, external horizontal circuit 5 with the main soil tube heat exchanger 6 and auxiliary tube soil heat exchanger 7, an automatic controller for controlling the operation of the HPU (not shown in Fig.) , a hydraulic pump 8 for circulating the non-freezing liquid heat carrier through the main soil tubular heat exchanger, an additional hydraulic pump 9 for circulating the process liquid heat carrier i. An oil temperature sensor 12 is located in the compressor crankcase (Fig. 2), the signals from which are transmitted to the automatic controller.

Компрессор 2 (фиг. 2) имеет герметичный кожух 10, в котором выполнена замкнутая герметичная полость 11. Замкнутая полость в герметичном кожухе компрессора может представлять собой кольцевую герметичную полость, образованную двойными стенками кожуха и охватывающую весь периметр кожуха. Замкнутая полость в герметичном кожухе компрессора может также представлять собой локальную герметичную полость, образованную двойными стенками кожуха и охватывающую часть периметра кожуха. В замкнутой полости в герметичном кожухе компрессора расположен датчик 13 контроля температуры технологического жидкого теплоносителя, а сигналы от датчика передаются на автоматический контроллер.The compressor 2 (Fig. 2) has a sealed casing 10 in which a closed sealed cavity 11 is made. The closed cavity in the sealed compressor casing may be an annular sealed cavity formed by double walls of the casing and covering the entire perimeter of the casing. A closed cavity in a sealed compressor casing may also be a local sealed cavity formed by double walls of the casing and covering part of the perimeter of the casing. In a closed cavity in an airtight casing of the compressor is a sensor 13 for monitoring the temperature of the process liquid coolant, and the signals from the sensor are transmitted to the automatic controller.

Основной 6 и вспомогательный 7 теплообменники внешнего грунтового горизонтального контура (фиг. 3) выполнены в виде систем горизонтально расположенных соединенных между собой трубопроводов.The main 6 and auxiliary 7 heat exchangers of the external horizontal soil circuit (Fig. 3) are made in the form of systems of horizontally located interconnected pipelines.

Вспомогательный теплообменник 7 размещается в грунте на глубине, превышающей глубину промерзания грунта в данном регионе, а затем присыпается слоем грунта толщиной 50…100 мм. Поверх этого слоя грунта непосредственно над вспомогательным теплообменником укладывается основной теплообменник 6 таким образом, чтобы он также находился на глубине, превышающей глубину промерзания грунта. После укладки основной теплообменник присыпается грунтом до уровня земли. При этом дополнительный объем земляных работ, которые необходимо выполнить для размещения основного теплообменника непосредственно над вспомогательным теплообменником, очень незначителен.The auxiliary heat exchanger 7 is located in the soil at a depth exceeding the depth of freezing of the soil in this region, and then is sprinkled with a layer of soil with a thickness of 50 ... 100 mm. On top of this soil layer directly above the auxiliary heat exchanger, the main heat exchanger 6 is laid so that it is also at a depth exceeding the depth of freezing of the soil. After laying, the main heat exchanger is sprinkled with soil to ground level. Moreover, the additional amount of earthwork that must be performed to place the main heat exchanger directly above the auxiliary heat exchanger is very insignificant.

Размеры А и В (фиг. 3) основного и вспомогательного теплообменников внешнего контура в поперечном и продольном направлениях равны друг другу, что важно для организации процесса прогрева грунта в зоне расположения основного теплообменника. При этом площадь участка земли, необходимого для размещения этих двух теплообменников (вместо только одного - основного), практически не возрастает.The dimensions A and B (Fig. 3) of the main and auxiliary heat exchangers of the external circuit in the transverse and longitudinal directions are equal to each other, which is important for organizing the process of heating the soil in the area of the main heat exchanger. At the same time, the area of land required to accommodate these two heat exchangers (instead of only one - the main one) practically does not increase.

Основной теплообменник внешнего грунтового горизонтального контура 6 (фиг. 1) соединен трубопроводами с испарителем 1 теплового насоса и по образовавшемуся замкнутому контуру происходит циркуляция незамерзающего жидкого теплоносителя.The main heat exchanger of the external horizontal soil circuit 6 (Fig. 1) is connected by pipelines to the heat pump evaporator 1 and non-freezing liquid coolant is circulated along the formed closed loop.

Вспомогательный теплообменник 7 (фиг. 1 и 2) соединен трубопроводами с замкнутой герметичной полостью 11 в кожухе 10 компрессора, в результате чего образуется замкнутый контур, по которому происходит циркуляция незамерзающего технологического жидкого теплоносителя, например, антифриза. Прокачка жидкого технологического теплоносителя по замкнутому контуру обеспечивается гидравлическим насосом 9, который имеет регулируемую производительность.The auxiliary heat exchanger 7 (Figs. 1 and 2) is connected by pipelines with a closed sealed cavity 11 in the casing 10 of the compressor, as a result of which a closed loop is formed, along which there is a circulation of non-freezing technological liquid coolant, for example, antifreeze. The pumping of the liquid process fluid in a closed circuit is provided by a hydraulic pump 9, which has an adjustable capacity.

ТНУ работает следующим образом. Основной горизонтальный трубчатый теплообменник 6 отбирает от грунта низкотемпературную тепловую энергию и передает ее хладагенту в испарителе 1 теплового насоса. Затем пары хладагента сжимаются и нагреваются в компрессоре 2. В конденсаторе 3 происходит теплообмен между нагретыми парами хладагента и водой, предназначенной для отопления и горячего водоснабжения.TNU works as follows. The main horizontal tubular heat exchanger 6 selects low-temperature heat energy from the soil and transfers it to the refrigerant in the heat pump evaporator 1. Then the refrigerant vapor is compressed and heated in the compressor 2. In the condenser 3, heat exchange occurs between the heated refrigerant vapor and water intended for heating and hot water supply.

В процессе работы компрессора 2 система смазки и охлаждения обеспечивает смазку деталей компрессора и отведение от них избыточного тепла. При этом часть отобранного от компрессора тепла циркулирующая жидкая смазка передает, за счет теплопроводности, через внутреннюю стенку герметичной полости 11 в кожухе компрессора технологическому жидкому теплоносителю, циркулирующему в замкнутом контуре. Нагретый технологический жидкий теплоноситель поступает во вспомогательный теплообменник 7 внешнего грунтового горизонтального контура, где происходит теплообмен между технологическим жидким теплоносителем и окружающим грунтом.During operation of compressor 2, a lubrication and cooling system provides lubrication of compressor parts and removal of excess heat from them. At the same time, part of the heat taken from the compressor by the circulating liquid lubricant transfers, due to thermal conductivity, through the inner wall of the sealed cavity 11 in the compressor casing to the technological liquid coolant circulating in a closed circuit. The heated process liquid coolant enters the auxiliary heat exchanger 7 of the external horizontal soil circuit, where heat is exchanged between the process liquid coolant and the surrounding soil.

В процессе длительной работы ТНУ происходит постепенное охлаждение грунта вокруг основного грунтового теплообменника 6 внешнего контура. Однако, вследствие того, что часть тепла от нагретого технологического жидкого теплоносителя через стенки труб вспомогательного теплообменника 7 передается окружающему грунту, происходит повышение температуры грунта вокруг вспомогательного теплообменника 7, а также постепенное восстановление теплового потенциала грунта в зоне расположения основного теплообменника 6 внешнего контура, находящегося в непосредственной близости от вспомогательного теплообменника.In the process of long-term operation of the HPU, the soil is gradually cooled around the main soil heat exchanger 6 of the external circuit. However, due to the fact that part of the heat from the heated process fluid through the pipe walls of the auxiliary heat exchanger 7 is transferred to the surrounding soil, there is an increase in the temperature of the soil around the auxiliary heat exchanger 7, as well as a gradual restoration of the thermal potential of the soil in the area of the main heat exchanger 6 of the external circuit located in close proximity to the auxiliary heat exchanger.

Благодаря тому, что размеры А и Б (фиг. 3) основного и вспомогательного теплообменников внешнего контура в поперечном и продольном направлениях равны друг другу, прогрев грунта происходит во всей области вблизи основного теплообменника внешнего контура.Due to the fact that the sizes A and B (Fig. 3) of the main and auxiliary heat exchangers of the external circuit in the transverse and longitudinal directions are equal to each other, soil heating occurs in the entire area near the main heat exchanger of the external circuit.

Таким образом, прогрев грунта и восстановление его энергетического потенциала происходит круглогодично, как за счет естественного прогрева от солнечного тепла, поступающего в грунт в теплое время года, так и в результате регулярного отведения в грунт избыточного тепла от компрессора во время работы теплового насоса. Это позволяет существенно повысить эффективность и стабильность работы ТНУ.Thus, heating of the soil and restoration of its energy potential occurs year-round, both due to natural heating from solar heat entering the soil in the warm season, and as a result of regular removal of excess heat from the compressor into the soil during operation of the heat pump. This allows you to significantly increase the efficiency and stability of the TNU.

В процессе работы теплового насоса автоматический контроллер (на фиг. не показан) поддерживает температуру масла в картере компрессора в заданном диапазоне для обеспечения наилучших условий для смазки и охлаждения деталей компрессора, а также не допускает закипания технологического жидкого теплоносителя для предотвращения ухудшения процессов теплообмена в замкнутом контуре для циркуляции технологического жидкого теплоносителя. Для этого в картере компрессора установлен датчик 12 контроля температуры масла (фиг. 2), сигналы от которого передаются на автоматический контроллер, а в замкнутой полости в герметичном кожухе компрессора установлен датчик 13 контроля температуры технологического жидкого теплоносителя, сигналы от которого также передаются на автоматический контроллер. Гидравлический насос 9 (фиг. 1), обеспечивающий циркуляцию технологического жидкого теплоносителя в замкнутом контуре, имеет регулируемую производительность. В зависимости от уровня температуры масла в картере компрессора и уровня температуры технологического жидкого теплоносителя в замкнутой полости в герметичном кожухе компрессора, автоматический контроллер передает команды на увеличение или уменьшение скорости вращения гидравлического насоса 9, что, в свою очередь, увеличивает или уменьшает скорость прокачки технологического жидкого теплоносителя по замкнутому контуру. Это позволяет регулировать количество тепла, отбираемого технологическим жидким теплоносителем от жидкой смазки и поддерживать в заданном диапазоне температуру масла в картере компрессора. Изменение скорости прокачки нагретого технологического жидкого теплоносителя через вспомогательный теплообменник внешнего контура также позволяет избегать закипания технологического жидкого теплоносителя за счет изменения количества тепла, отдаваемого от технологического жидкого теплоносителя окружающему грунту через стенки труб теплообменника.During operation of the heat pump, an automatic controller (not shown in Fig.) Maintains the temperature of the oil in the compressor crankcase in a predetermined range to ensure the best conditions for lubrication and cooling of compressor parts, and also does not allow boiling of the process fluid to prevent deterioration of heat transfer processes in a closed circuit for circulation of technological liquid coolant. To do this, an oil temperature control sensor 12 is installed in the compressor crankcase (Fig. 2), the signals from which are transmitted to the automatic controller, and a sensor 13 for monitoring the temperature of the process liquid coolant is installed in a closed cavity in the sealed compressor casing, the signals from which are also transmitted to the automatic controller . The hydraulic pump 9 (Fig. 1), which ensures the circulation of the process fluid in a closed circuit, has an adjustable capacity. Depending on the temperature level of the oil in the compressor crankcase and the temperature level of the technological liquid coolant in a closed cavity in the hermetic casing of the compressor, the automatic controller sends commands to increase or decrease the speed of the hydraulic pump 9, which, in turn, increases or decreases the pumping speed of the technological liquid closed loop coolant. This allows you to adjust the amount of heat taken by the process liquid coolant from the liquid lubricant and maintain the oil temperature in the compressor crankcase in a given range. The change in the pumping speed of the heated process fluid through the auxiliary heat exchanger of the external circuit also avoids boiling of the process fluid due to a change in the amount of heat transferred from the process fluid to the surrounding soil through the walls of the heat exchanger tubes.

В результате поддержания оптимальной температуры масла в картере компрессора и снижения тепловых нагрузок на детали компрессора, вследствие организации их эффективного охлаждения, повышается надежность работы компрессора ТНУ.As a result of maintaining the optimum temperature of the oil in the compressor crankcase and reducing thermal loads on the compressor parts, due to the organization of their effective cooling, the reliability of the TNU compressor increases.

Таким образом, реализация предложенного изобретения позволяет повысить эффективность работы ТНУ за счет использования избыточного тепла, отводимого от компрессора, для регулярного восстановления теплового баланса грунта в зоне теплообменника внешнего грунтового контура, а также повысить надежность работы компрессора ТНУ вследствие улучшения условий смазки и охлаждения деталей компрессора.Thus, the implementation of the proposed invention allows to increase the efficiency of HPU due to the use of excess heat removed from the compressor to regularly restore the heat balance of the soil in the heat exchanger zone of the external soil circuit, as well as to increase the reliability of the HPU compressor due to improved lubrication and cooling of compressor parts.

Claims (8)

1. Теплонасосная установка, содержащая тепловой насос с испарителем, конденсатором, расширительным вентилем и помещенным в герметичный кожух компрессором, а также внешний горизонтальный контур с основным грунтовым трубчатым теплообменником, а также автоматический контроллер для управления работой теплонасосной установки, отличающаяся тем, что, с целью восстановления теплового потенциала грунта, внешний горизонтальный контур дополнительно содержит вспомогательный трубчатый грунтовый теплообменник, размещенный в грунте непосредственно под основным грунтовым теплообменником, а в герметичном кожухе компрессора дополнительно имеется замкнутая полость, соединенная трубопроводами с вспомогательным грунтовым теплообменником так, что образуется замкнутый контур для циркуляции технологического жидкого теплоносителя, а в составе теплонасосной установки имеется дополнительный гидравлический насос для обеспечения циркуляции технологического жидкого теплоносителя.1. A heat pump installation comprising a heat pump with an evaporator, a condenser, an expansion valve and a compressor placed in a sealed enclosure, as well as an external horizontal circuit with a main soil tube heat exchanger, as well as an automatic controller for controlling the operation of the heat pump installation, characterized in that, for the purpose of to restore the thermal potential of the soil, the external horizontal circuit further comprises an auxiliary tubular soil heat exchanger located directly in the soil continuously below the main ground heat exchangers and the compressor hermetic casing further has a closed cavity, connected by pipelines with auxiliary ground heat exchangers so as to form a closed circuit for circulating the process liquid coolant, and consisting of the heat pump system has an additional hydraulic pump for circulating the process liquid coolant. 2. Теплонасосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что размеры основного и вспомогательного теплообменников внешнего горизонтального контура в поперечном и продольном направлениях равны друг другу.2. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that the dimensions of the main and auxiliary heat exchangers of the external horizontal circuit in the transverse and longitudinal directions are equal to each other. 3. Теплонасосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что между основным и вспомогательным теплообменниками внешнего контура находится слой грунта толщиной 50…100 мм.3. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that between the main and auxiliary heat exchangers of the external circuit there is a soil layer with a thickness of 50 ... 100 mm. 4. Теплонасосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что замкнутая полость в герметичном кожухе компрессора представляет собой кольцевую герметичную полость, образованную двойными стенками кожуха и расположенную по периметру кожуха.4. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that the closed cavity in the sealed casing of the compressor is an annular sealed cavity formed by double walls of the casing and located around the perimeter of the casing. 5. Теплонасосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что в картере компрессора имеется датчик контроля температуры масла, сигналы от которого передаются на автоматический контроллер.5. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that the compressor crankcase has an oil temperature control sensor, the signals from which are transmitted to the automatic controller. 6. Теплонасосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что в замкнутой полости в герметичном кожухе компрессора имеется датчик контроля температуры технологического жидкого теплоносителя, сигналы от которого передаются на автоматический контроллер.6. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that in the closed cavity in the hermetic casing of the compressor there is a sensor for monitoring the temperature of the process liquid coolant, the signals from which are transmitted to the automatic controller. 7. Теплонасосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что гидравлический насос, обеспечивающий циркуляцию технологического жидкого теплоносителя, имеет регулируемую производительность, которая изменяется по командам автоматического контроллера.7. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that the hydraulic pump that circulates the process liquid coolant has an adjustable capacity, which varies according to the instructions of the automatic controller. 8. Теплонасосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве технологического жидкого теплоносителя используется антифриз.8. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that antifreeze is used as the process liquid coolant.
RU2018112157A 2018-04-04 2018-04-04 Heat pump installation for heating and hot water supply RU2679484C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112157A RU2679484C1 (en) 2018-04-04 2018-04-04 Heat pump installation for heating and hot water supply

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112157A RU2679484C1 (en) 2018-04-04 2018-04-04 Heat pump installation for heating and hot water supply

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2679484C1 true RU2679484C1 (en) 2019-02-11

Family

ID=65442797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018112157A RU2679484C1 (en) 2018-04-04 2018-04-04 Heat pump installation for heating and hot water supply

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2679484C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090086053A (en) * 2008-02-05 2009-08-10 오평원 Heating and cooling system and using a subsurface heat source
JP2011038764A (en) * 1999-11-18 2011-02-24 Mayekawa Mfg Co Ltd Snow melting or cooling system using underground heat/air heat
CN205066237U (en) * 2015-10-24 2016-03-02 济南能源建设发展有限公司 Screw ground source heat pump system for heat supply
CN205958495U (en) * 2016-07-27 2017-02-15 中国矿业大学 Novel ground thermal response is experimental device
RU2636018C2 (en) * 2016-02-12 2017-11-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет туризма и сервиса" (ФГБОУ ВО "РГУТИС") Heating and hot water supply system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011038764A (en) * 1999-11-18 2011-02-24 Mayekawa Mfg Co Ltd Snow melting or cooling system using underground heat/air heat
KR20090086053A (en) * 2008-02-05 2009-08-10 오평원 Heating and cooling system and using a subsurface heat source
CN205066237U (en) * 2015-10-24 2016-03-02 济南能源建设发展有限公司 Screw ground source heat pump system for heat supply
RU2636018C2 (en) * 2016-02-12 2017-11-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет туризма и сервиса" (ФГБОУ ВО "РГУТИС") Heating and hot water supply system
CN205958495U (en) * 2016-07-27 2017-02-15 中国矿业大学 Novel ground thermal response is experimental device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8567482B2 (en) Heat tube device utilizing cold energy and application thereof
US2428876A (en) Air-conditioning system for cooling or heating
RU2728419C2 (en) Thermal server installation and method of its control
CN104320953A (en) Secondary water-loop server cabinet cooling system
KR102308574B1 (en) local energy distribution system
CN204157201U (en) A kind of intermediate water loop server cabinet cooling system
US11408614B2 (en) Temperature management system
CN107750763B (en) Warming system of sunlight greenhouse
CN110173938B (en) Anti-freezing device for industrial water chiller
JP2018537645A (en) Heat pump network
RU2330219C1 (en) Geothermal installation for supply of energy to consumers
JP2010038507A (en) Heat pump utilizing underground heat reserve
US4171721A (en) Refrigeration apparatus
RU2679484C1 (en) Heat pump installation for heating and hot water supply
RU2652490C2 (en) Temperature management system
CN203798019U (en) Waste heat recovery device for water source heat pump
RU2636018C2 (en) Heating and hot water supply system
CN105650781A (en) Cold and heat energy storage air conditioner system utilizing season transition
CN104252187A (en) Control method for heat dissipation system of secondary water loop server cabinet
RU140455U1 (en) AUTONOMOUS HEATING SYSTEM
RU2657209C1 (en) Rooms heating and hot water supply heat pump system
JP2016084947A (en) Heat pump system
CN213300526U (en) Double-source heat pump water heating system for recovering radiant heat of building roof
CN208042289U (en) Double-source heat pump and heating system
US9217586B1 (en) Single-well power generation utilizing ground energy source