RU2686717C1 - Apartment heating system - Google Patents

Apartment heating system Download PDF

Info

Publication number
RU2686717C1
RU2686717C1 RU2018140792A RU2018140792A RU2686717C1 RU 2686717 C1 RU2686717 C1 RU 2686717C1 RU 2018140792 A RU2018140792 A RU 2018140792A RU 2018140792 A RU2018140792 A RU 2018140792A RU 2686717 C1 RU2686717 C1 RU 2686717C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
tank
heat exchanger
heating system
ice
Prior art date
Application number
RU2018140792A
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 RU2018140792A priority Critical patent/RU2686717C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2686717C1 publication Critical patent/RU2686717C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D15/00—Other domestic- or space-heating systems
    • F24D15/04—Other domestic- or space-heating systems using heat pumps

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: invention relates to heat pump units used for autonomous heating and hot water supply of premises. Said task is solved due to that heating system of apartment house comprises heat pump, as well as an external ground loop connected to the heat pump evaporator with liquid antifreeze in a flat heat exchanger located in the first sealed container located in the ground outside the house, in which the water-ice-water system is located, wherein upper wall of flat heat exchanger is made in form of thin-walled elastic deformable membrane, and at the outlet of flat heat exchanger there is electromagnetic valve for intermittent circulation of antifreeze circulation along external ground contour. In the immediate vicinity of the first container there is additionally a second sealed reservoir with water, and in this reservoir there is a water heater connected to the external energy source, besides, the second reservoir is connected by pipelines to the first reservoir so that a closed loop for water circulation is formed. In the upper part of the first container a perforated partition is installed to ensure uniform distribution of heated water coming from the second reservoir. At the inlet of the evaporator of the heat pump there is additionally a receiver for antifreeze pressure levelling, and on the outer surface of the upper deformed wall of the flat heat exchanger there installed is a sensor of ice layer thickness control.
EFFECT: task of the proposed invention is to increase efficiency of operation of a home heating system based on a heat pump using energy of phase transition of water into ice.
9 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплонасосным установкам (ТНУ), используемым для автономного отопления и горячего водоснабжения помещений.The invention relates to heat pump installations (HPI) used for autonomous heating and hot water supply of premises.

Известны системы отопления на основе тепловых насосов, в которых используется скрытая теплота фазового перехода вода-лед.Known heating systems based on heat pumps, which use the latent heat of the water-ice phase transition.

Известна система отопления и горячего водоснабжения фирмы Viessmann (ФРГ) для тепловых насосов типа рассол-вода с использованием ледохранилищ (https://www.viessmann.ru/). Ледохранилище представляет собой емкость со встроенными теплообменниками, которая наполняется водой и полностью закапывается в грунт. Стандартная схема тепловой мощностью до 20 кВт состоит из одного или двух бетонных цилиндрических бункеров (диаметр - 2,5 м, высота - 3,56 м), каждый из которых вмещает в себя до 10 кубометров воды. Специальные абсорберы, расположенные на крышке бака, собирают тепло из окружающей среды и солнечного излучения, а затем накапливают его в баке. Также система поглощает тепло из земли, окружающей емкость. Когда температура в баке опускается ниже температуры замерзания воды, высвобождается скрытая энергия кристаллизации, которая поглощается водой в баке. После того, как вода в баке замерзнет, избыточная энергия солнца направляется в бак для того, чтобы растопить его снова. По мере необходимости тепло, необходимое для отопления и приготовления горячей воды, отбирается из резервуара тепловым насосом.A known system of heating and hot water supply of the company Viessmann (Germany) for brine-water heat pumps using ice storages (https://www.viessmann.ru/). Ice storage is a tank with built-in heat exchangers, which is filled with water and completely buried in the ground. The standard scheme with a capacity of up to 20 kW consists of one or two cylindrical concrete bunkers (diameter - 2.5 m, height - 3.56 m), each of which holds up to 10 cubic meters of water. Special absorbers located on the tank lid, collect heat from the environment and solar radiation, and then accumulate it in the tank. The system also absorbs heat from the earth surrounding the container. When the temperature in the tank drops below the freezing point of water, the latent crystallization energy is released, which is absorbed by the water in the tank. After the water in the tank freezes, the excess energy of the sun is sent to the tank in order to melt it again. As necessary, the heat required for heating and hot water preparation is taken from the reservoir by a heat pump.

В данном техническом решении после полного замерзания воды в резервуаре использование тепла фазового перехода вода-лед для нужд отопления и горячего водоснабжения становится невозможным до тех пор, пока не будет проведено оттаивание льда с помощью тепла, получаемого от солнечного коллектора. При этом период полного оттаивания емкости может быть весьма продолжителен, т.к. объем замерзшей воды достаточно велик и для оттаивания потребуется подвести значительное количество солнечной энергии, что особенно затруднительно при большом количестве ненастных дней, а также в зимний период с коротким световым днем. В результате, для потребителя снижается рентабельность приобретения подобной ТНУ из-за ограниченных возможностей эффективного использования тепла фазового перехода для отопления и горячего водоснабжения дома.In this technical solution, after complete freezing of water in the reservoir, the use of heat of the water-ice phase transition for heating and hot water needs becomes impossible until the ice is defrosted using heat from the solar collector. In this case, the period of complete thawing of the tank can be very long, since The volume of frozen water is large enough and for thawing it will be necessary to supply a significant amount of solar energy, which is especially difficult with a large number of inclement days, as well as in the winter period with a short light day. As a result, for the consumer, the profitability of acquiring such a heat pump unit is reduced due to the limited opportunities for efficient use of phase transition heat for heating and hot water supply at home.

Кроме того, в случае повреждения находящейся в толстом слое льда пластиковой трубы, внутри которой должен циркулировать жидкий теплоноситель, для ремонта трубы потребуется ожидать полного оттаивания воды в резервуаре. Это значительно ухудшает ремонтопригодность такой системы.In addition, in case of damage to the plastic pipe in the thick layer of ice, inside which the heat-transfer fluid must circulate, for the repair of the pipe, it will be necessary to wait for the water to completely thaw in the tank. This significantly worsens the maintainability of such a system.

Наиболее близкой к заявленному техническому решению является система отопления жилого дома (патент RU №2412401). Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для автономного отопления зданий индивидуального пользования - коттеджей, отдельно стоящих жилых домов. Система содержит расположенный в подвале дома бассейн, в котором находится система вода-лед-вода, использующий энергию фазового перехода воды в лед тепловой насос, расположенный с возможностью охлаждения воздуха в воздушном слое, расположенном над верхним слоем воды, и нагревом воздуха в отапливаемом помещении. Кроме того, система содержит водяной насос, установленный с возможностью перекачивания воды из нижнего слоя в верхний слой, и вентилятор, установленный с возможностью откачивания воздуха через вытяжную трубу из указанного воздушного слоя в атмосферу вне дома, при этом указанный воздушный слой дополнительно сообщен с атмосферой. Установка работает следующим образом. Тепловой насос засасывает воздух из воздушного слоя с температурой около 0°С над бассейном, обеспечивает кипение фреона в испарителе и возвращает охлажденный до отрицательной температуры (-5°С) воздух к поверхности верхнего слоя воды. При контакте воды и воздуха с температурой -5°С вода замерзает, а воздух нагревается до -1÷0°С. Убыль воды в верхнем слое восполняется насосом из нижнего слоя воды. При положительной температуре наружного воздуха включается вентилятор, который подает воздух в вытяжную трубу. За счет контакта теплого воздуха лед тает, и происходит восполнение воды в бассейне. Приток теплого воздуха происходит через приточное отверстие.Closest to the claimed technical solution is the heating system of a dwelling house (patent RU No. 2412401). The invention relates to the field of heat engineering and can be used for autonomous heating of buildings for individual use - cottages, detached houses. The system contains a pool located in the basement of the house in which the water-ice-water system uses the energy of the phase transition of water to ice, a heat pump located with the possibility of cooling the air in the air layer located above the upper water layer and heating the air in the heated room. In addition, the system contains a water pump installed with the possibility of pumping water from the lower layer to the upper layer, and a fan installed with the possibility of pumping air through the exhaust pipe from the specified air layer to the atmosphere outside the house, with the specified air layer additionally communicated with the atmosphere. The installation works as follows. The heat pump sucks air from the air layer with a temperature of about 0 ° C above the pool, provides for boiling of freon in the evaporator and returns the air cooled to a negative temperature (-5 ° C) to the surface of the upper water layer. When water and air come into contact with a temperature of -5 ° C, water freezes, and air heats up to -1 ÷ 0 ° C. The water loss in the upper layer is replenished by a pump from the lower layer of water. When the outside temperature is positive, a fan is turned on, which supplies air to the chimney. Due to the contact of warm air, the ice melts, and the pool water is replenished. The influx of warm air occurs through the inlet.

Основным недостатком данной отопительной системы является то, что под жилым домом располагается большой открытый водный бассейн, что неприемлемо с точки зрения комфорта и санитарных норм. Кроме того, отопительная система не замкнута и подвержена воздействию переменных факторов окружающей среды.The main disadvantage of this heating system is that there is a large open water pool under the apartment building, which is unacceptable from the point of view of comfort and sanitary standards. In addition, the heating system is not closed and is subject to environmental variables.

Задачей предложенного изобретения является повышение эффективности работы системы отопления дома на основе теплового насоса, использующего энергию фазового перехода воды в лед.The objective of the proposed invention is to increase the efficiency of the heating system of the house on the basis of a heat pump that uses the energy of the phase transition of water to ice.

Указанная задача решается за счет того, что система отопления жилого дома, содержит тепловой насос, а также соединенный с испарителем теплового насоса внешний грунтовый контур с жидким антифризом в плоском теплообменнике, находящемся в расположенной в грунте вне дома первой герметичной емкости, в которой находится система вода-лед-вода, причем верхняя стенка плоского теплообменника выполнена в виде тонкостенной упругой деформируемой мембраны, а на выходе из плоского теплообменника имеется электромагнитный клапан для периодического прерывания циркуляции антифриза по внешнему грунтовому контуру, Система отопления отличается тем, что, для обеспечения полезного использования максимального количества теплоты, выделяющейся при фазовом переходе воды в лед, в грунте вне дома, в непосредственной близости от первой емкости дополнительно имеется вторая герметичная емкость с водой, а в этой емкости расположен соединенный с источником внешней энергии нагреватель воды, причем вторая емкость соединена трубопроводами с первой емкостью таким образом, что образуется замкнутый контур для циркуляции воды. В верхней части первой емкости установлена перфорированная перегородка для обеспечения равномерного распределения нагретой воды, поступающей из второй емкости. На входе в испаритель теплового насоса дополнительно имеется ресивер для выравнивания давления антифриза, а на наружной поверхности верхней деформируемой стенки плоского теплообменника установлен датчик контроля толщины слоя льда.This problem is solved due to the fact that the heating system of a dwelling house contains a heat pump, as well as an external ground circuit connected to the heat pump evaporator with liquid antifreeze in a flat heat exchanger located in the ground outside the house of the first sealed container in which the water system is located. - ice-water, with the upper wall of the flat heat exchanger made in the form of a thin-walled elastic deformable membrane, and at the outlet of the flat heat exchanger there is an electromagnetic valve for periodic The heating system is characterized by the fact that, to ensure the beneficial use of the maximum amount of heat released during the phase transition of water to ice, in the soil outside the house, in the immediate vicinity of the first tank there is an additional sealed container with water, and in this tank there is a water heater connected to the external energy source, and the second tank is connected by pipes to the first tank in such a way that a closed coil is formed ntur for water circulation. In the upper part of the first tank a perforated partition is installed to ensure uniform distribution of the heated water coming from the second tank. At the entrance to the heat pump evaporator, there is an additional receiver for equalizing the antifreeze pressure, and an ice layer thickness control sensor is installed on the outer surface of the upper deformable wall of the flat heat exchanger.

Во внутренней полости ресивера может быть установлен датчик контроля температуры антифриза, сигналы которого передаются на автоматический контроллер, а управление работой электромагнитного клапана, установленного на выходе из плоского теплообменника, может осуществляться по командам автоматического контроллера в соответствии с сигналами, поступающими от датчика контроля толщины слоя льда и от датчика контроля температуры антифриза.In the internal cavity of the receiver, an antifreeze temperature sensor can be installed, the signals of which are transmitted to an automatic controller, and the operation of a solenoid valve installed at the outlet of a flat heat exchanger can be controlled by commands from an automatic controller in accordance with signals from the ice layer thickness sensor. and from the antifreeze temperature sensor.

Нагреватель воды во второй емкости может быть выполнен в виде двухступенчатого комбинированного нагревателя, состоящего из теплообменника солнечного коллектора и электронагревателя, причем возможна одновременная или попеременная работа двух ступеней комбинированного нагревателя. Во внутренней полости второй емкости может быть установлен датчик контроля температуры воды, сигналы которого передаются на автоматический контроллер, а управление работой двух ступеней комбинированного нагревателя может осуществляться по командам автоматического контроллера в соответствии с сигналами, поступающими на автоматический контроллер от датчика контроля температуры воды.The water heater in the second tank can be made in the form of a two-stage combined heater consisting of a solar collector heat exchanger and an electric heater, and simultaneous or alternate operation of two stages of the combined heater is possible. In the inner cavity of the second tank, a water temperature sensor can be installed, the signals of which are transmitted to the automatic controller, and the operation of two stages of the combined heater can be controlled by the commands of the automatic controller according to the signals received from the water temperature sensor on the automatic controller.

Высота второй герметичной емкости может быть больше или равна высоте первой герметичной емкости. Для обеспечения интенсивности циркуляции воды, трубопроводы, соединяющие первую и вторую герметичную емкости, могут быть установлены под углом к горизонтальной плоскости.The height of the second sealed container may be greater than or equal to the height of the first sealed container. To ensure the intensity of water circulation, the pipelines connecting the first and second sealed containers can be installed at an angle to the horizontal plane.

Принципиальная схема предлагаемой системы отопления дома представлена на фиг. 1.A schematic diagram of the proposed home heating system is presented in FIG. one.

Испаритель (на фиг. не показан) теплового насоса 1 соединен с внешним грунтовым контуром теплового насоса, содержащим плоский теплообменник 4, установленный во внутренней полости герметичной емкости 2. Во внешнем контуре теплового насоса циркулирует антифриз, прокачка которого осуществляется с помощью жидкостного насоса (на фиг. не показан).The evaporator (not shown in Fig.) Of the heat pump 1 is connected to the external ground circuit of the heat pump containing a flat heat exchanger 4 installed in the internal cavity of the hermetic container 2. Antifreeze is circulated in the external circuit of the heat pump, which is pumped by means of a liquid pump (FIG. not shown).

Емкость 2 представляет собой герметичную емкость с водой, помещенную в грунт на глубину ниже глубины промерзания и утепленную сверху. При стандартной мощности ТНУ 10 кВт объем емкости 2 составляет 8-10 м3. Емкость 2 может быть выполнена в виде единой или составной полимерной или бетонной емкости.Capacity 2 is an airtight container with water placed in the ground to a depth below the depth of frost penetration and warmed from above. With a standard HPI power of 10 kW, the volume of the tank 2 is 8-10 m 3 . Capacity 2 can be made in the form of a single or composite polymer or concrete capacity.

Плоский теплообменник 4, во внутренней полости которого циркулирует антифриз, расположен в емкости 2 горизонтально вблизи ее дна или непосредственно на дне. Площадь поверхности теплообменника 4 несколько меньше, чем площадь дна емкости. Корпус теплообменника 4 может быть изготовлен из пластика, причем нижняя плоскость в-г теплообменника и его боковые стенки теплоизолированы, а снаружи дополнительно покрыты материалом, препятствующим налипанию льда. Верхняя плоскость а-б теплообменника 4 выполнена в виде тонкостенной упругой деформируемой мембраны, например, из высокопрочной резины толщиной 2-3 мм. На верхней плоскости а-б теплообменника 4 установлен датчик 13 контроля толщины слоя льда.Flat heat exchanger 4, in the internal cavity of which antifreeze is circulating, is located in the tank 2 horizontally near its bottom or directly at the bottom. The surface area of the heat exchanger 4 is slightly smaller than the bottom area of the tank. The body of the heat exchanger 4 can be made of plastic, with the lower plane v-g of the heat exchanger and its side walls insulated, and the outside is additionally covered with a material that prevents ice from sticking. The upper plane ab of the heat exchanger 4 is made in the form of a thin-walled elastic deformable membrane, for example, from high-strength rubber with a thickness of 2-3 mm. On the upper plane ab of the heat exchanger 4, a sensor 13 for controlling the thickness of the ice layer is installed.

В верхней части емкости 2 установлена перфорированная перегородка 10 для обеспечения равномерного распределении нагретой воды, поступающей из емкости 3.In the upper part of the tank 2 is installed a perforated partition 10 to ensure uniform distribution of the heated water coming from the tank 3.

В непосредственной близости от емкости 2 в грунте на глубине ниже глубины промерзания установлена емкость 3. Емкость 3 представляет собой вертикально расположенную герметичную емкость с водой объемом 0,2…0,5 м3. Емкость может быть выполнена, например, в виде заглушенной с двух сторон полимерной трубы, длина которой равна или несколько больше, чем высота емкости 2. Для уменьшения теплообмена между горячей водой, находящейся в емкости 3, и окружающим ее грунтом, вся наружная поверхность емкости 3 теплоизолирована.In the immediate vicinity of the tank 2 in the soil at a depth below the depth of freezing, a tank 3 is installed. The tank 3 is a vertically positioned hermetic tank with water with a volume of 0.2 ... 0.5 m 3 . The container can be made, for example, in the form of a polymer pipe plugged from both sides, the length of which is equal to or slightly larger than the height of tank 2. To reduce heat transfer between the hot water in the tank 3 and the surrounding soil, the entire outer surface of the tank 3 insulated.

В нижней части внутренней полости емкости 3 установлен нагреватель воды, представляющий собой двухступенчатый комбинированный нагреватель, состоящий из теплообменника солнечного коллектора и электронагревателя.In the lower part of the internal cavity of the container 3, a water heater is installed, which is a two-stage combined heater consisting of a solar collector heat exchanger and an electric heater.

Теплообменник 6 солнечного коллектора, установленный в нижней части емкости 3, может быть выполнен в виде змеевика, по которому циркулирует нагреваемый в солнечном коллекторе 5 жидкий незамерзающий теплоноситель. Электронагреватель 11, установленный также в нижней части емкости 3, может быть выполнен в виде трубчатого нагревательного элемента, электропитание на который поступает от аккумулятора 15, заряжаемого от ветрогенератора 14. Во внутренней полости емкости 3 также установлен датчик температуры воды (на фиг. не показан).The heat exchanger 6 of the solar collector, installed in the lower part of the tank 3, can be made in the form of a coil, through which the liquid non-freezing heat carrier circulates heated in the solar collector 5. The heater 11, also installed in the lower part of the tank 3, can be made in the form of a tubular heating element, the power supply to which comes from the battery 15 charged from the wind generator 14. In the inner cavity of the tank 3 also has a water temperature sensor (not shown in Fig.) .

Емкости 2 и 3 соединены наклонными трубопроводами Д и С (фиг. 1), в результате чего образуется контур циркуляции воды. Циркуляция воды между емкостями 2 и 3 обеспечивается естественным путем, а также с помощью жидкостного насоса 9, установленного в емкости 3.The containers 2 and 3 are connected by inclined pipelines D and C (Fig. 1), as a result of which a water circuit is formed. The circulation of water between the tanks 2 and 3 is provided in a natural way, as well as with the help of a liquid pump 9 installed in the tank 3.

На входе в испаритель (на фиг. не показан) теплового насоса имеется ресивер 8, а на трубопроводе, соединяющем теплообменник 4 с ресивером 8, установлен электромагнитный клапан-переключатель 7 для прерывания циркуляции антифриза во внешнем контуре.At the entrance to the evaporator (in Fig. Not shown) of the heat pump there is a receiver 8, and a solenoid valve-switch 7 is installed on the pipeline connecting the heat exchanger 4 to the receiver 8 to interrupt the antifreeze circulation in the external circuit.

Для управления работой системы отопления используется автоматический программируемый контроллер 12.To control the operation of the heating system, an automatic programmable controller 12 is used.

Система отопления жилого дома работает следующим образом. Антифриз из ресивера 8 подается в испаритель (на фиг. не показан) теплового насоса 1, отдает часть своей тепловой энергии хладагенту, охлаждается и поступает во внутреннюю полость плоского теплообменника 4, имея уже отрицательную температуру. Прокачка жидкого антифриза по внешнему контуру теплового насоса осуществляется с помощью жидкостного насоса (на фиг. не показан). При движении холодного антифриза вдоль плоского теплообменника 4, находящегося в емкости 2 с водой, на наружной поверхности а-б теплообменника 4 происходит постепенное образование слоя льда. При этом выделяющаяся теплота фазового перехода воды в лед частично передается движущемуся в теплообменнике 4 антифризу. Нагретый таким образом антифриз вначале попадает в ресивер 8, где происходит выравнивание давления и гашение нежелательных импульсов давления в антифризе, а затем антифриз вновь подается в испаритель теплового насоса 1.The heating system of a residential house works as follows. Antifreeze from the receiver 8 is supplied to the evaporator (not shown in Fig.) Of the heat pump 1, transfers part of its thermal energy to the refrigerant, cools and enters the internal cavity of the flat heat exchanger 4, having a negative temperature. The pumping of liquid antifreeze along the external contour of the heat pump is carried out using a liquid pump (not shown in Fig.). When cold antifreeze is moving along the flat heat exchanger 4, which is located in the water tank 2, a layer of ice gradually forms on the outer surface abb of the heat exchanger 4. In this case, the released heat of the phase transition of water into ice is partially transferred to the antifreeze moving in the heat exchanger 4. The antifreeze thus heated first enters the receiver 8, where pressure is equalized and unwanted pressure pulses in the antifreeze are quenched, and then the antifreeze is again supplied to the evaporator of the heat pump 1.

Однако, по мере работы системы отопления, условия теплообмена между антифризом в теплообменнике и водой в емкости могут существенно ухудшиться, т.к. с ростом толщины слоя льда на поверхности а-б плоского теплообменника увеличивается его термическое сопротивление. При этом уменьшится количество тепла, которое может быть передано антифризу в процессе осуществления фазового перехода вода-лед. Таким образом, в процессе длительной работы системы отопления, интенсивность подогрева антифриза в теплообменнике 4 может постепенно снизиться.However, as the heating system works, the heat exchange conditions between the antifreeze in the heat exchanger and the water in the tank can significantly deteriorate, because with increasing thickness of the ice layer on the surface ab of a flat heat exchanger, its thermal resistance increases. This will reduce the amount of heat that can be transferred to the antifreeze during the implementation of the water-ice phase transition. Thus, in the process of long-term operation of the heating system, the intensity of heating of the antifreeze in the heat exchanger 4 may gradually decrease.

Для поддержания процесса интенсивного выделения тепла при фазовом переходе вода-лед необходимо периодически разрушать ледяной слой на поверхности а-б теплообменника 4.To maintain the process of intense heat generation during the water-ice phase transition, it is necessary to periodically destroy the ice layer on the surface a-b of the heat exchanger 4.

Для этого поверхность а-б теплообменника 4 выполнена в виде тонкостенной упругой деформируемой мембраны, а на выходящем из теплообменника 4 трубопроводе установлен электромагнитный клапан 7. При превышении предельно допустимой толщины слоя льда на поверхности а-б теплообменника 4 происходит срабатывание датчика 13 контроля толщины слоя льда, сигнал с которого передается на автоматический контроллер 12, управляющий работой электромагнитного клапана 7. Помимо этого, на автоматический контроллер 12 поступают сигналы датчика контроля температуры антифриза, установленного в ресивере 8 (на фиг. не показан). По команде автоматического контроллера происходит включение электромагнитного клапана 7, и поступление антифриза из теплообменника 4 в ресивер прерывается, в результате чего в давление антифриза в теплообменнике 4 повышается. Это приводит к деформации тонкостенной упругой поверхности а-б теплообменника 4 и разрушению образовавшегося на ней тонкого ледяного слоя, после чего сигнал от датчика 13 контроля толщины слоя льда перестает поступать на автоматический контроллер, электромагнитный клапан 7 выключается и вновь начинается циркуляция антифриза по внешнему контуру теплового насоса, а упругая поверхность а-б теплообменника 4 возвращается в исходное положение. После этого цикл намораживания слоя льда на поверхности а-б теплообменника 4 повторяется.For this, the surface ab of the heat exchanger 4 is made in the form of a thin-walled elastic deformable membrane, and an electromagnetic valve 7 is installed on the pipe exiting the heat exchanger 4. When the maximum permissible thickness of the ice layer exceeds the surface of the a-b heat exchanger 4, the sensor 13 controls the thickness of the ice layer , the signal from which is transmitted to the automatic controller 12, which controls the operation of the solenoid valve 7. In addition, the automatic controller 12 receives signals from the temperature control sensor tours antifreeze installed in the receiver 8 (Fig. not shown). At the command of the automatic controller, the electromagnetic valve 7 is turned on, and the flow of antifreeze from the heat exchanger 4 to the receiver is interrupted, as a result of which the pressure of the antifreeze in the heat exchanger 4 rises. This leads to deformation of the thin-walled elastic surface ab of the heat exchanger 4 and destruction of the thin ice layer formed on it, after which the signal from the ice layer thickness control sensor 13 ceases to flow to the automatic controller, the solenoid valve 7 turns off and the antifreeze circulates again around the external thermal circuit pump, and the elastic surface ab of the heat exchanger 4 returns to its original position. After this, the cycle of freezing the layer of ice on the surface ab of the heat exchanger 4 is repeated.

Тонкие куски льда, оторвавшегося от поверхности а-б теплообменника 4, всплывают и постепенно накапливаются в верхней части емкости 2. Для поддержания длительной и стабильной работы системы отопления накапливающийся лед необходимо постоянно удалять. Поэтому всплывший лед, накапливающийся в емкости 2, постоянно растапливается с помощью горячей воды, поступающей из емкости 3.Thin chunks of ice, detached from the surface abb of the heat exchanger 4, float up and gradually accumulate in the upper part of the tank 2. To maintain long-term and stable operation of the heating system, the accumulating ice must be constantly removed. Therefore, the ice that has accumulated in the tank 2, is constantly melted with hot water coming from the tank 3.

Для этого в емкости 3 осуществляется подогрев воды с помощью двухступенчатого комбинированного нагревателя. Нагретая в нижней части емкости 3 вода поднимается вверх и по наклонному трубопроводу подачи Д поступает в емкость 2 через перфорированную перегородку 10. При этом происходит равномерное распределение поступающей горячей воды по поверхности скопившегося в верхней части емкости 2 льда. После растапливания скопившегося в емкости 2 льда охладившаяся вода, имеющая большую плотность, опускается в нижнюю часть емкости 2 и по наклонному трубопроводу возврата С поступает в нижнюю часть емкости 3, где подогревается нагревателем и вновь поднимается в верхнюю часть емкости 3. Циркуляция воды между сообщающимися емкостями 2 и 3 обеспечивается естественным путем, а также с помощью насоса 9. Кроме того, интенсивность циркуляции воды поддерживается благодаря использованию гравитационных сил, для чего трубопроводы Д и С установлены под углом к горизонтальной плоскости.To do this, in the tank 3 is heated water using a two-stage combined heater. The water heated in the lower part of the tank 3 rises up and through the inclined supply pipeline D enters the tank 2 through the perforated partition 10. At the same time, the incoming hot water is evenly distributed over the surface of ice accumulated in the upper part of the tank 2. After melting the ice accumulated in the tank 2, the cooled water, which has a greater density, sinks to the lower part of the tank 2 and enters the lower part of the tank 3 through the inclined return pipeline C, where it is heated by the heater and rises again to the upper part of the tank 3. Water circulates between the connected tanks 2 and 3 is provided in a natural way, as well as using a pump 9. In addition, the intensity of water circulation is maintained through the use of gravitational forces, for which pipelines D and C are installed under angle to the horizontal plane.

В процессе нагрева воды в емкости 3 возможна одновременная или попеременная работа двух ступеней комбинированного нагревателя. В основном, подогрев воды в емкости 3 осуществляется от теплообменника 6 солнечного коллектора 5. Если количества тепла, поступающего от солнечного коллектора, недостаточно для нагрева воды в емкости 3 до нужной температуры, воду можно также подогревать с помощью электронагревателя 11, получающего электропитание от ветрогенератора 14 через аккумулятор - накопитель энергии 15. При этом управление работой ступеней комбинированного нагревателя осуществляется по командам автоматического контроллера в соответствии с сигналами, поступающими от датчика контроля температуры воды (на фиг. не показан), установленного во внутренней полости емкости 3.In the process of heating water in the tank 3, simultaneous or alternate operation of two stages of the combined heater is possible. Basically, the water in the tank 3 is heated from the heat exchanger 6 of the solar collector 5. If the amount of heat coming from the solar collector is not enough to heat the water in the tank 3 to the desired temperature, the water can also be heated using an electric heater 11 that is powered by a wind generator 14 through the accumulator - energy storage 15. At the same time, the operation of the steps of the combined heater is controlled by the commands of the automatic controller in accordance with the signals received from sensor control water temperature (Fig. not shown) installed in the internal cavity of the container 3.

Благодаря поддержанию высокой интенсивности процессов периодического образования и удаления тонкого слоя льда, а также постоянного растапливания накапливающегося льда, можно обеспечить отбор и полезное использование максимального количества теплоты, выделяющейся при фазовом переходе воды в лед. Таким образом, реализация предложенных технических решений позволит повысить эффективность работы ТНУ, использующих тепловую энергию фазового перехода воды в лед, в течение всего периода эксплуатации ТНУ. В результате, повышается привлекательность для потребителя в использовании подобных ТНУ для нужд теплоснабжения дома.By maintaining a high intensity of the processes of periodic formation and removal of a thin layer of ice, as well as constant melting of accumulating ice, it is possible to ensure the selection and beneficial use of the maximum amount of heat released during the phase transition of water into ice. Thus, the implementation of the proposed technical solutions will increase the efficiency of the HPU, using thermal energy of the phase transition of water into ice, during the entire period of operation of the HPI. As a result, consumer attractiveness in the use of such heat pumps is increased for the needs of home heat supply.

Claims (9)

1. Система отопления жилого дома, содержащая тепловой насос, а также соединенный с испарителем теплового насоса внешний грунтовый контур с жидким антифризом в плоском теплообменнике, находящемся в расположенной в грунте вне дома первой герметичной емкости, в которой находится система вода-лед-вода, причем верхняя стенка плоского теплообменника выполнена в виде тонкостенной упругой деформируемой мембраны, а на выходе из плоского теплообменника имеется электромагнитный клапан для периодического прерывания циркуляции антифриза по внешнему грунтовому контуру, отличающаяся тем, что, для обеспечения полезного использования максимального количества теплоты, выделяющейся при фазовом переходе воды в лед, в грунте вне дома, в непосредственной близости от первой емкости дополнительно имеется вторая герметичная емкость с водой, а в этой емкости расположен соединенный с источником внешней энергии нагреватель воды, причем вторая емкость соединена трубопроводами с первой емкостью таким образом, что образуется замкнутый контур для циркуляции воды, а в верхней части первой емкости установлена перфорированная перегородка для обеспечения равномерного распределении нагретой воды, поступающей из второй емкости, а на входе в испаритель теплового насоса дополнительно имеется ресивер для выравнивания давления антифриза, а на наружной поверхности верхней деформируемой стенки плоского теплообменника установлен датчик контроля толщины слоя льда.1. Heating system of a dwelling house containing a heat pump, as well as an external ground circuit connected to the heat pump evaporator with liquid antifreeze in a flat heat exchanger located in the ground outside the house of the first sealed container in which the water-ice-water system is located the upper wall of the flat heat exchanger is made in the form of a thin-walled elastic deformable membrane, and at the outlet of the flat heat exchanger there is an electromagnetic valve for intermittently interrupting the circulation of antifreeze externally it has a soil contour, characterized in that, to ensure the beneficial use of the maximum amount of heat released during the phase transition of water to ice, in the soil outside the house, in the immediate vicinity of the first tank, there is additionally a second sealed container with water, and in this tank there is a connected with a source of external energy, a water heater, the second tank being connected by pipes to the first tank in such a way that a closed loop is formed for the circulation of water, and in the upper part of the first tank and a perforated baffle installed to ensure uniform distribution of the heated water coming from the second vessel and at the inlet of the evaporator of the heat pump further has a receiver for equalizing pressure coolant, and on the outer surface of the upper wall deformable flat exchanger installed sensor monitoring the ice layer thickness. 2. Система отопления по п. 1, отличающаяся тем, что во внутренней полости ресивера установлен датчик контроля температуры антифриза, сигналы которого передаются на автоматический контроллер.2. The heating system under item 1, characterized in that in the inner cavity of the receiver an antifreeze temperature sensor is installed, the signals of which are transmitted to an automatic controller. 3. Система отопления по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что управление работой электромагнитного клапана, установленного на выходе из плоского теплообменника, осуществляется по командам автоматического контроллера в соответствии с сигналами, поступающими от датчика контроля толщины слоя льда и от датчика контроля температуры антифриза.3. The heating system for PP. 1 and 2, characterized in that the operation of the solenoid valve installed at the outlet of the flat heat exchanger is controlled by the commands of the automatic controller in accordance with the signals from the ice layer thickness control sensor and the antifreeze temperature control sensor. 4. Система отопления по п. 1, отличающаяся тем, что нагреватель воды во второй емкости представляет собой двухступенчатый комбинированный нагреватель, состоящий из теплообменника солнечного коллектора и электронагревателя.4. The heating system according to claim 1, characterized in that the water heater in the second tank is a two-stage combined heater consisting of a solar collector heat exchanger and an electric heater. 5. Система отопления по п. 4, отличающаяся тем, что возможна одновременная или попеременная работа двух ступеней комбинированного нагревателя.5. The heating system according to claim 4, characterized in that simultaneous or alternate operation of the two stages of the combined heater is possible. 6. Система отопления по п. 4, отличающаяся тем, что во внутренней полости второй емкости установлен датчик контроля температуры воды, сигналы которого передаются на автоматический контроллер.6. The heating system according to claim 4, characterized in that a water temperature control sensor is installed in the inner cavity of the second tank, the signals of which are transmitted to an automatic controller. 7. Система отопления по пп. 4, 5 и 6, отличающаяся тем, что управление работой двух ступеней комбинированного нагревателя осуществляется по командам автоматического контроллера в соответствии с сигналами, поступающими от датчика контроля температуры воды.7. The heating system for PP. 4, 5 and 6, characterized in that the operation of the two stages of the combined heater is controlled by the commands of the automatic controller in accordance with the signals from the water temperature control sensor. 8. Система отопления по п. 1, отличающаяся тем, что высота второй герметичной емкости больше или равна высоте первой герметичной емкости.8. The heating system according to Claim. 1, characterized in that the height of the second hermetic vessel is greater than or equal to the height of the first hermetic vessel. 9. Система отопления по п. 1, отличающаяся тем, что, для обеспечения интенсивности циркуляции воды, трубопроводы, соединяющие первую и вторую герметичную емкости, установлены под углом к горизонтальной плоскости.9. The heating system under item 1, characterized in that, to ensure the intensity of the circulation of water, the pipelines connecting the first and second sealed containers are installed at an angle to the horizontal plane.
RU2018140792A 2018-11-20 2018-11-20 Apartment heating system RU2686717C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018140792A RU2686717C1 (en) 2018-11-20 2018-11-20 Apartment heating system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018140792A RU2686717C1 (en) 2018-11-20 2018-11-20 Apartment heating system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2686717C1 true RU2686717C1 (en) 2019-04-30

Family

ID=66430423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018140792A RU2686717C1 (en) 2018-11-20 2018-11-20 Apartment heating system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2686717C1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU193062U1 (en) * 2019-07-17 2019-10-11 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Heat exchanger for water-ice phase transition energy
RU2715858C1 (en) * 2019-10-17 2020-03-03 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Apparatus for producing energy of a water-ice phase transition
RU2730865C1 (en) * 2019-10-22 2020-08-26 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Apparatus for producing energy of a water-ice phase transition with a plate heat exchanger
RU2732603C1 (en) * 2019-10-23 2020-09-21 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Apparatus for producing energy of a water-ice phase transition
RU2732581C1 (en) * 2019-10-23 2020-09-21 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Apparatus for producing energy of water-ice phase transition
RU2733527C1 (en) * 2019-10-22 2020-10-02 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Device for obtaining energy of water-ice phase transition with thermoelectric module
RU2767538C1 (en) * 2021-08-03 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Heat pump installation for obtaining thermal energy using magnets (options)
RU2769853C2 (en) * 2019-10-17 2022-04-07 Ирина Георгиевна Ершова Device for producing energy of water-ice phase transition

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201170629Y (en) * 2008-01-26 2008-12-24 高振杰 Solar hot-water heating apparatus using waste heat
CN101556082A (en) * 2009-05-11 2009-10-14 天津大学 Hot water supply system by solar energy storage heat and ground source heat pump
KR100999405B1 (en) * 2009-11-25 2010-12-08 현대건설주식회사 Dry floor type heating system
RU2429428C2 (en) * 2006-03-16 2011-09-20 Мативи Оу System and distributing tank for low-temperature energy network
KR101456198B1 (en) * 2014-06-13 2014-11-03 주식회사 에코원 Response through a heat exchange medium hybrid geothermal system load
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
WO2017200200A1 (en) * 2016-05-16 2017-11-23 (주)지오테크 Roof snow-melting system using geothermal heat
CN107504552A (en) * 2017-09-15 2017-12-22 国网天津市电力公司电力科学研究院 A kind of solar energy earth source heat pump joint energy supplying system and its progress control method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2429428C2 (en) * 2006-03-16 2011-09-20 Мативи Оу System and distributing tank for low-temperature energy network
CN201170629Y (en) * 2008-01-26 2008-12-24 高振杰 Solar hot-water heating apparatus using waste heat
CN101556082A (en) * 2009-05-11 2009-10-14 天津大学 Hot water supply system by solar energy storage heat and ground source heat pump
KR100999405B1 (en) * 2009-11-25 2010-12-08 현대건설주식회사 Dry floor type heating system
KR101456198B1 (en) * 2014-06-13 2014-11-03 주식회사 에코원 Response through a heat exchange medium hybrid geothermal system load
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
WO2017200200A1 (en) * 2016-05-16 2017-11-23 (주)지오테크 Roof snow-melting system using geothermal heat
CN107504552A (en) * 2017-09-15 2017-12-22 国网天津市电力公司电力科学研究院 A kind of solar energy earth source heat pump joint energy supplying system and its progress control method

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU193062U1 (en) * 2019-07-17 2019-10-11 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Heat exchanger for water-ice phase transition energy
RU2715858C1 (en) * 2019-10-17 2020-03-03 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Apparatus for producing energy of a water-ice phase transition
RU2769853C2 (en) * 2019-10-17 2022-04-07 Ирина Георгиевна Ершова Device for producing energy of water-ice phase transition
RU2730865C1 (en) * 2019-10-22 2020-08-26 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Apparatus for producing energy of a water-ice phase transition with a plate heat exchanger
RU2733527C1 (en) * 2019-10-22 2020-10-02 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Device for obtaining energy of water-ice phase transition with thermoelectric module
RU2732603C1 (en) * 2019-10-23 2020-09-21 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Apparatus for producing energy of a water-ice phase transition
RU2732581C1 (en) * 2019-10-23 2020-09-21 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Apparatus for producing energy of water-ice phase transition
RU2767538C1 (en) * 2021-08-03 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Heat pump installation for obtaining thermal energy using magnets (options)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2686717C1 (en) Apartment heating system
US2428876A (en) Air-conditioning system for cooling or heating
US4346569A (en) Natural ice for cooling energy
RU193062U1 (en) Heat exchanger for water-ice phase transition energy
US4412426A (en) Wiser cooling system
KR101836360B1 (en) A hybrid heat exchanger system using geothermal and solar thermal and Control method for this
US11549725B2 (en) System for storing and retrieving thermal energy
US20110108018A1 (en) Solar based energy conversion apparatus
KR20210061899A (en) Thermal Storage and Heating System for Greenhouse using Double Thermal Circulation
US4082143A (en) Solar energy
US4409798A (en) Energy-saving cooling system
RU194308U1 (en) Heat exchanger for water-ice phase transition energy
RU2636018C2 (en) Heating and hot water supply system
RU2412401C1 (en) Heating system of domestic building
RU2732603C1 (en) Apparatus for producing energy of a water-ice phase transition
CN213847922U (en) Agricultural greenhouse temperature regulation system and agricultural greenhouse with controllable internal temperature
RU2423824C1 (en) Refrigerating plant for milk cooling using natural and artificial cold
RU2713315C1 (en) Accumulator for cooling milk on farms using natural cold
CN209801606U (en) Solar heating system for rural single family
KR101061569B1 (en) Solar hot water system
JPH03267664A (en) Room cooling hot water supplying apparatus using night power
RU2733527C1 (en) Device for obtaining energy of water-ice phase transition with thermoelectric module
KR100346016B1 (en) Heat accumulation type cooling and heating combined system
RU2769853C2 (en) Device for producing energy of water-ice phase transition
CN217763603U (en) Concentrating solar thermal energy floor heating radiation heating system with phase-change material as heat storage tank