RU2818610C1 - Geothermal heat pump - Google Patents

Geothermal heat pump Download PDF

Info

Publication number
RU2818610C1
RU2818610C1 RU2023119114A RU2023119114A RU2818610C1 RU 2818610 C1 RU2818610 C1 RU 2818610C1 RU 2023119114 A RU2023119114 A RU 2023119114A RU 2023119114 A RU2023119114 A RU 2023119114A RU 2818610 C1 RU2818610 C1 RU 2818610C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
condenser
heat exchanger
geothermal
compressor
inlet
Prior art date
Application number
RU2023119114A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Сергеевич Венгин
Николай Алексеевич Венгин
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Уральский Завод Тепловых Насосов"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Уральский Завод Тепловых Насосов" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Уральский Завод Тепловых Насосов"
Application granted granted Critical
Publication of RU2818610C1 publication Critical patent/RU2818610C1/en

Links

Abstract

FIELD: heat power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to heating and cooling plants using low-potential heat sources. Geothermal heat pump comprises a heat pump plant and geothermal probes. Heat pump plant comprises compressor, oil separator, heat exchanger-condenser, liquid separator. Compressor outlet is communicated with oil separator inlet, the first output of which is connected to the input of the heat exchanger-condenser, and the second output is connected to the input of the compressor. Compressor inlet is also communicated with liquid separator outlet. First output of heat exchanger-condenser is connected to input of circulation pump of heating system, and the second output of the heat exchanger-condenser is connected through the electromagnetic valve to the inputs of the uncontrolled expansion valves, which in turn are interconnected with the geothermal probes. Each uncontrolled expansion valve is interconnected with a geothermal probe. Outlets of geothermal probes are combined in a manifold, the outlet of which is connected to the inlet of the liquid separator through a check valve. Geothermal probes are made vertical from polymer pipes, difference between the temperature at the inlet of the heat exchanger-condenser and the temperature of freon condensation is not less than 20 °C, while the temperature at the inlet of the heat exchanger-condenser is not more than 95 °C. Heat pump plant is equipped with controller, which is made with possibility of electromagnetic valve disconnection when compressor is switched off, as well as with the possibility of providing temperature control at the inlet to the heat exchanger-condenser and providing control of the temperature difference at the inlet to the heat exchanger-condenser and the freon condensation temperature.
EFFECT: providing operability of the system with deep probes (up to 150 m), reducing the area required for using the device, reducing the amount of freon.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к установкам отопления и охлаждения помещений с использованием низкопотенциальных источников тепла.The invention relates to thermal power engineering, in particular to installations for heating and cooling premises using low-grade heat sources.

Известно изобретение RU2738527C1, в котором теплонасосная установка для отопления и охлаждения помещений, включает в себя внутренний теплообменник с вентилятором, соединенный одним трубопроводом с четырехходовым клапаном, другим с капилляром-дросселем; наружный теплообменник с вентилятором, соединенный одним трубопроводом с четырехходовым клапаном, другим с капилляром-дросселем; компрессор с электроприводом, соединенный обоими трубопроводами с четырехходовым клапаном; четырехходовой клапан; капилляр-дроссель; трубопроводы, связывающие названные агрегаты в единую установку, заполненную рабочим телом - фреоном, с возможностью реверсирования её работы благодаря четырехходовому клапану; отличающаяся тем, что она имеет в своем составе устройство для отбора тепла грунта - грунтовый зонд в виде пластиковых труб, наполненных жидким незамерзающим теплохладоносителем, помещенных попарно в вертикальные скважины с U–образным соединением пары труб в нижней точке скважины; дополнительный теплообменник, соединенный одним фреоновым трубопроводом с четырехходовым клапаном, другим с капилляром-дросселем, связывающий грунтовый зонд непосредственно с контуром фреона установки; циркуляционный насос, прогоняющий теплохладоноситель через грунтовый зонд; четыре соленоидных клапана, управляемые наружным термостатом, позволяющие отсечь от установки в процессе работы внешний либо дополнительный теплообменник.The invention RU2738527C1 is known, in which a heat pump installation for heating and cooling premises includes an internal heat exchanger with a fan connected by one pipeline to a four-way valve, the other to a capillary throttle; an external heat exchanger with a fan, connected by one pipeline to a four-way valve, the other to a capillary throttle; an electrically driven compressor connected by both pipelines to a four-way valve; four way valve; capillary-throttle; pipelines connecting the above-mentioned units into a single installation filled with the working fluid - freon, with the possibility of reversing its operation thanks to a four-way valve; characterized in that it includes a device for collecting soil heat - a soil probe in the form of plastic pipes filled with liquid non-freezing coolant, placed in pairs in vertical wells with a U-shaped connection of the pair of pipes at the bottom point of the well; an additional heat exchanger connected by one freon pipeline to a four-way valve, the other to a capillary-throttle, connecting the soil probe directly to the freon circuit of the installation; a circulation pump that drives the coolant through the soil probe; four solenoid valves controlled by an external thermostat, allowing to cut off an external or additional heat exchanger from the installation during operation.

Недостатком указанного технического решения является сложность теплонасосной установки, необходимость использования большого количества фреона, высокие потери фреона, ненадежность установки.The disadvantage of this technical solution is the complexity of the heat pump installation, the need to use a large amount of freon, high losses of freon, and the unreliability of the installation.

На рынке России присутствуют геотермальные тепловые насосы прямого испарения марки "Sundue" серия "DROID"-SDU -INV (https://sundue.ru/catalog/seriya-droid), содержащий скролл-компрессор, маслоотделяющий сепаратор, регенеративный теплообменник – влагоотделитель (задача которого заключается в догревании паров френа перед всасыванием в компрессор), воздушные внешние блоки с большой теплообменной поверхностью и шагом ламелей, контроллер (обеспечивающий контроль работы внешних теплообменных контуров, в том числе контур прямого испарения - DX-контур, а также контроль линий питания и различных режимов, в том числе температурных). Испарительный контур указанного технического решения, выполнен из меди в ПВХ оболочке (https://sundue.ru/instr/011.pdf), которая служит для борьбы с коррозией медного зонда (https://sundue.ru/news/podklyuchenie-dh-geotermalnogo-kontura-teplopreobrazovatelya-sundue-sdu-droid). On the Russian market there are geothermal direct evaporation heat pumps of the "Sundue" brand, the "DROID"-SDU -INV series (https://sundue.ru/catalog/seriya-droid), containing a scroll compressor, an oil separator, a regenerative heat exchanger - a moisture separator ( whose task is to reheat the fren vapor before being sucked into the compressor), external air units with a large heat exchange surface and lamella pitch, a controller (providing control of the operation of external heat exchange circuits, including the direct evaporation circuit - DX circuit, as well as control of power lines and various modes, including temperature). The evaporation circuit of the specified technical solution is made of copper in a PVC sheath (https://sundue.ru/instr/011.pdf), which serves to combat corrosion of the copper probe (https://sundue.ru/news/podklyuchenie-dh -geotermalnogo-kontura-teplopreobrazovatelya-sundue-sdu-droid).

Недостатком указанного технического решения является необходимость использования большой площади под геотермальный контур, т.к. устройство не позволяет использовать вертикальные геотермальные зонды, повышенное использование фреона.The disadvantage of this technical solution is the need to use a large area for the geothermal circuit, because the device does not allow the use of vertical geothermal probes, increased use of freon.

Геотермальный тепловой насос прямого испарения марки "Sundue" серия "DROID"-SDU -INV (https://sundue.ru/catalog/seriya-droid) выбран в качестве прототипа.Geothermal direct evaporation heat pump brand "Sundue" series "DROID"-SDU -INV (https://sundue.ru/catalog/seriya-droid) was selected as a prototype.

Технический результат, достигаемый изобретением – обеспечение работоспособности геотермального теплового насоса с фреоном, содержащего холодильный контур, объединенный с геотермальными зондами, и контур системы отопления, при глубоких зондах (до 150 м), уменьшение площади, необходимой для использования устройства, уменьшение количества фреона.The technical result achieved by the invention is ensuring the operability of a geothermal heat pump with freon, containing a refrigeration circuit combined with geothermal probes, and a heating system circuit, with deep probes (up to 150 m), reducing the area required to use the device, reducing the amount of freon.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в геотермальном тепловом насосе, содержащем теплонасосную установку и геотермальные зонды, теплонасосная установка содержит компрессор, маслоотделитель, теплообменник-конденсатор, отделитель жидкости, при этом выход компрессора сообщен со входом маслоотделителя, первый выход которого сообщен со входом теплообменника-конденсатора, а второй выход маслоотделителя сообщен со входом компрессора, при этом вход компрессора также сообщен с выходом отделителя жидкости, первый выход теплообменника-конденсатора сообщен со входом циркуляционного насоса системы отопления, а второй выход теплообменника-конденсатора через электромагнитный клапан сообщен со входами нерегулируемых расширительных клапанов, сообщенных, в свою очередь с геотермальными зондами, при этом один нерегулируемый расширительный клапан сообщен с одним геотермальным зондом, выходы геотермальных зондов объединены в коллекторе, выход которого через обратный клапан сообщен со входом отделителя жидкости, геотермальные зонды выполнены вертикальными из полимерных труб, разница между температурой Тн на входе в теплообменник-конденсатор и температурой конденсации фреона составляет не менее 20ºС, при этом температура Тн на входе в теплообменник-конденсатор составляет не более 95 ºС, теплонасосная установка снабжена контроллером, который выполнен с возможностью обеспечения отключения электромагнитного клапана при отключении компрессора, а также с возможностью обеспечения контроля температуры на входе в теплообменник-конденсатор и обеспечения контроля разницы температур на входе в теплообменник-конденсатор и температурой конденсации фреона.The claimed technical result is achieved due to the fact that in a geothermal heat pump containing a heat pump installation and geothermal probes, the heat pump installation contains a compressor, an oil separator, a heat exchanger-condenser, a liquid separator, and the output of the compressor is connected to the input of the oil separator, the first output of which is connected to the input heat exchanger-condenser, and the second output of the oil separator is connected to the input of the compressor, while the compressor input is also connected to the output of the liquid separator, the first output of the heat exchanger-condenser is connected to the input of the circulation pump of the heating system, and the second output of the heat exchanger-condenser is connected through an electromagnetic valve to the inputs of unregulated expansion valves, in turn, communicated with geothermal probes, while one unregulated expansion valve is connected with one geothermal probe, the outputs of the geothermal probes are combined in a manifold, the output of which is connected through a check valve to the inlet of the liquid separator, the geothermal probes are made vertical from polymer pipes, the difference between the temperature Tn at the inlet to the heat exchanger-condenser and the freon condensation temperature is at least 20ºC, while the temperature Tn at the inlet to the heat exchanger-condenser is no more than 95ºC, the heat pump unit is equipped with a controller, which is designed to ensure that the solenoid valve is turned off when switched off compressor, as well as with the ability to provide temperature control at the inlet to the heat exchanger-condenser and provide control of the temperature difference at the inlet to the heat exchanger-condenser and the freon condensation temperature.

Нерегулируемые расширительные клапаны выполнены в виде капиллярных трубок.Unregulated expansion valves are made in the form of capillary tubes.

Высота геотермальных зондов составляет до 100 м.The height of geothermal probes is up to 100 m.

Заявляемое изобретение поясняется фигурой.The claimed invention is illustrated by the figure.

Позиции на фигуре:Positions on the figure:

1 - геотермальные зонды;1 - geothermal probes;

2 - компрессор;2 - compressor;

3 - маслоотделитель;3 - oil separator;

4 - маслоотвод;4 - oil drain;

5 - теплообменник-конденсатор;5 - heat exchanger-condenser;

6 - отделитель жидкости;6 - liquid separator;

7 - циркуляционный насос;7 - circulation pump;

8 - электромагнитный клапан;8 - solenoid valve;

9 - нерегулируемые расширительные клапаны;9 - unregulated expansion valves;

10 - коллектор;10 - collector;

11 - обратный клапан;11 - check valve;

12 – контроллер;12 – controller;

13 – система отопления.13 – heating system.

Геотермальный тепловой насос, содержащий теплонасосную установку и геотермальные зонды 1, теплонасосная установка содержит компрессор 2, маслоотделитель 3, теплообменник-конденсатор 5, отделитель жидкости 6, при этом выход компрессора 2 сообщен со входом маслоотделителя 3, первый выход которого сообщен со входом теплообменника-конденсатора 5, а второй выход маслоотделителя 3 сообщен со входом компрессора 2, при этом вход компрессора 2 также сообщен с выходом отделителя жидкости 6, первый выход теплообменника-конденсатора 5 сообщен со входом циркуляционного насоса 7 системы отопления, а второй выход теплообменника-конденсатора 5 через электромагнитный клапан 8 сообщен со входами нерегулируемых расширительных клапанов 9, сообщенных, в свою очередь с геотермальными зондами 1, при этом один нерегулируемый расширительный клапан 9 сообщен с одним геотермальным зондом 1, выходы геотермальных зондов 1 объединены в коллекторе 10, выход которого через обратный клапан 11 сообщен со входом отделителя жидкости 6, геотермальные зонды 1 выполнены вертикальными из полимерных труб, разница между температурой Тн на входе в теплообменник-конденсатор 5 и температурой конденсации фреона составляет не менее 20ºС, при этом температура Тн на входе в теплообменник-конденсатор 5 составляет не более 95ºС, теплонасосная установка снабжена контроллером 12, который выполнен с возможностью обеспечения отключения электромагнитного клапана 8 при отключении компрессора 2, а также с возможностью обеспечения контроля температуры на входе в теплообменник-конденсатор 5 и обеспечения контроля разницы температур на входе в теплообменник-конденсатор 5 и температурой конденсации фреона.A geothermal heat pump containing a heat pump installation and geothermal probes 1, the heat pump installation contains a compressor 2, an oil separator 3, a heat exchanger-condenser 5, a liquid separator 6, and the output of the compressor 2 is connected to the input of the oil separator 3, the first output of which is connected to the input of the heat exchanger-condenser 5, and the second output of the oil separator 3 is connected to the input of the compressor 2, while the input of the compressor 2 is also connected to the output of the liquid separator 6, the first output of the heat exchanger-condenser 5 is connected to the input of the circulation pump 7 of the heating system, and the second output of the heat exchanger-condenser 5 through an electromagnetic valve 8 is connected to the inputs of unregulated expansion valves 9, communicated, in turn, with geothermal probes 1, while one unregulated expansion valve 9 is connected to one geothermal probe 1, the outputs of geothermal probes 1 are combined in a manifold 10, the output of which is communicated through a check valve 11 with the inlet of the liquid separator 6, geothermal probes 1 are made of vertical polymer pipes, the difference between the temperature Tn at the inlet to the heat exchanger-condenser 5 and the freon condensation temperature is at least 20ºC, while the temperature Tn at the inlet to the heat exchanger-condenser 5 is no more than 95ºC , the heat pump installation is equipped with a controller 12, which is configured to ensure that the solenoid valve 8 is turned off when the compressor 2 is turned off, as well as to provide control of the temperature at the inlet to the heat exchanger-condenser 5 and to provide control of the temperature difference at the inlet to the heat exchanger-condenser 5 and the condensation temperature Freon.

Заявляемое изобретение работает следующим образом.The claimed invention works as follows.

Компрессор 2 перекачивает из отделителя жидкости 6 газообразный фреон, сжимает его и через нагнетающий трубопровод направляет его в поплавковый маслоотделитель 3. На выходе из компрессора 2 газообразный фреон частично содержит смазочное масло, которое он увлекает за собой из компрессора 2. В маслоотделителе 3 происходит процесс отделения масла, содержащегося в газообразном фреоне. В маслоотделителе 3 масло накапливается и при достижении заданного в устройстве маслоотделителя 3 уровня, контролируемого поплавком, возвращается на вход компрессора 2 через маслоотвод 4 (посредством которого соединен второй выход маслоотделителя и вход компрессора), чтобы обеспечить режим постоянной смазки компрессора 2. Газообразный фреон из маслоотделителя 3 направляется по нагнетающему трубопроводу в теплообменник-конденсатор 5, где происходит теплообмен между газообразным фреоном и теплоносителем системы отопления 13, при котором газообразный фреон отдает свое тепло теплоносителю, в результате происходит конденсация газообразного фреона и он переходит в жидкое состояние. Из системы отопления 13 теплоноситель возвращается в теплообменник-конденсатор 5.Compressor 2 pumps gaseous freon from the liquid separator 6, compresses it and directs it through the discharge pipeline to the float oil separator 3. At the outlet of compressor 2, gaseous freon partially contains lubricating oil, which it carries with it from compressor 2. In the oil separator 3, the separation process occurs oil contained in freon gas. Oil accumulates in oil separator 3 and, when it reaches the float-controlled level specified in the oil separator 3 device, it returns to the input of compressor 2 through the oil drain 4 (through which the second output of the oil separator and the compressor inlet are connected) to ensure constant lubrication of compressor 2. Gaseous freon from the oil separator 3 is sent through the discharge pipeline to the heat exchanger-condenser 5, where heat exchange occurs between gaseous freon and the coolant of the heating system 13, in which gaseous freon gives up its heat to the coolant, as a result, condensation of gaseous freon occurs and it turns into a liquid state. From the heating system 13, the coolant returns to the heat exchanger-condenser 5.

Теплообменник-конденсатор 5 может быть выполнен как выносным, так и размещаться в корпусе теплонасосной установки. Из теплообменника-конденсатора 5 жидкий фреон по линии трубопровода направляется через управляемый посредством контроллера 12 электромагнитный клапан 8 и поступает на сужающее устройство, функцию которого выполняют нерегулируемые расширительные клапаны (например, капиллярные трубки) 9. Нерегулируемые расширительные клапаны 9 соединены с вертикальными зондами геотермального контура (геотермальные зонды 1), при этом один нерегулируемый расширительный клапан 9 соединен с одним соответствующим геотермальным зондом 1. Heat exchanger-condenser 5 can be either remote or placed in the body of the heat pump unit. From the heat exchanger-condenser 5, liquid freon is directed through a pipeline through an electromagnetic valve 8 controlled by a controller 12 and supplied to a restriction device, the function of which is performed by unregulated expansion valves (for example, capillary tubes) 9. Unregulated expansion valves 9 are connected to vertical probes of the geothermal circuit ( geothermal probes 1), with one unregulated expansion valve 9 connected to one corresponding geothermal probe 1.

Жидкий фреон через нерегулируемые расширительные клапаны 9, расширяясь на выходе из них, поступает в геотермальные зонды 1, которые выполняют функцию испарителя. В качестве геотермального зонда 1 используется труба из пластика (например, из полиэтилена низкого давления) длиной до 100 метров и диаметром от 16 до 32 мм. Концы геотермальных зондов 1 объединяются в коллекторе 10, который может находиться внутри корпуса теплонасосной установки, что позволяет уменьшить габариты заявляемого геотермального теплового насоса. В геотермальных зондах 1 происходит закипание жидкого фреона. Использование в качестве материала геотермальных зондов 1 полимера (например, пластика) обусловлено тем, что, полимер (пластик), в отличие от металла, обладает меньшей теплопроводностью, в связи с чем, процесс отбора тепла от грунта происходит более медленно (чем при использовании металла). В результате использования полимерных (пластиковых) труб для геотермальных зондов 1 закипание жидкого фреона обеспечивается постепенно и равномерно с одной и той же температурой -5°С по всей длине соответствующего геотермального зонда 1, что в свою очередь позволяет уменьшить количество используемого фреона во фреонном контуре в 5 раз и снизить количество используемых геотермальных зондов 1 в 2,5 раза. В то же время в металлических трубах отбор тепла возникает быстро, в связи с чем кипение фреона происходит сразу, более интенсивно и неравномерно (не по всей длине с одинаковой температурой), что требует использования большего количество фреона. В результате закипания жидкого фреона в полимерных (пластиковых) геотермальных зондах 1 образуется парожидкостная смесь (то есть жидкий фреон, образующийся при кипении), которая через обратный клапан 11 подается в отделитель жидкости 6, где происходит докипание фреона до газообразного состояния, который затем откачивается компрессором 2. Причём, если до докипателя (отделителя жидкости 6) доходит жидкий фреон, то он однозначно несёт в себе растворенное в нём масло, которое не смог удалить маслоотделитель 3, установленный после компрессора 2, не позволяя маслу накапливаться в зонде 1.Liquid freon through unregulated expansion valves 9, expanding at their outlet, enters geothermal probes 1, which serve as an evaporator. A plastic pipe (for example, low-density polyethylene) with a length of up to 100 meters and a diameter of 16 to 32 mm is used as a geothermal probe 1. The ends of the geothermal probes 1 are combined in a collector 10, which can be located inside the body of the heat pump installation, which makes it possible to reduce the dimensions of the inventive geothermal heat pump. In geothermal probes 1, liquid freon boils. The use of polymer (for example, plastic) as a material for geothermal probes is due to the fact that polymer (plastic), unlike metal, has lower thermal conductivity, and therefore the process of heat extraction from the ground occurs more slowly (than when using metal ). As a result of the use of polymer (plastic) pipes for geothermal probes 1, boiling of liquid freon is ensured gradually and evenly with the same temperature of -5°C along the entire length of the corresponding geothermal probe 1, which in turn makes it possible to reduce the amount of freon used in the freon circuit in 5 times and reduce the number of geothermal probes used 1 by 2.5 times. At the same time, in metal pipes, heat extraction occurs quickly, and therefore freon boils immediately, more intensely and unevenly (not along the entire length with the same temperature), which requires the use of a larger amount of freon. As a result of the boiling of liquid freon in polymer (plastic) geothermal probes 1, a vapor-liquid mixture is formed (that is, liquid freon formed during boiling), which is supplied through a check valve 11 to the liquid separator 6, where the freon boils to a gaseous state, which is then pumped out by a compressor 2. Moreover, if liquid freon reaches the boiler (liquid separator 6), then it clearly carries oil dissolved in it, which oil separator 3, installed after compressor 2, could not remove, preventing oil from accumulating in probe 1.

Подача фреона в жидком состоянии в отделитель жидкости 6 обеспечивается за счет поддержания разницы между температурой нагнетания компрессора 2 (на входе в теплообменник-конденсатор 5) и температурой конденсации фреона (внутри теплообменника-конденсатора 5) не менее 20°С. Температура конденсации определяется опосредованно через давление конденсации Рк (на входе в конденсатор) по известным зависимостям (https://www.xiron.ru/content/view/10/27/). При этом верхняя граница температуры нагнетания (температура на входе в теплообменник-конденсатор 5) должна быть не более 95°С, поскольку превышение данной границы приведет к преждевременному закипанию фреона, в связи с чем возникнет нехватка фреона, и он не дойдет в жидком состоянии до отделителя жидкости 6, в результате чего возникнет аварийная ситуация, и система остановится. The supply of freon in liquid state to the liquid separator 6 is ensured by maintaining the difference between the discharge temperature of compressor 2 (at the inlet to the heat exchanger-condenser 5) and the condensation temperature of freon (inside the heat exchanger-condenser 5) of at least 20°C. The condensation temperature is determined indirectly through the condensation pressure Pk (at the condenser inlet) according to known dependencies (https://www.xiron.ru/content/view/10/27/). In this case, the upper limit of the discharge temperature (the temperature at the inlet to the heat exchanger-condenser 5) should be no more than 95°C, since exceeding this limit will lead to premature boiling of freon, which will result in a shortage of freon, and it will not reach the liquid state. liquid separator 6, as a result of which an emergency situation will occur and the system will stop.

Если разница между температурой нагнетания компрессора 2 (температура на входе в теплообменник-конденсатор 5) и температурой конденсации фреона внутри теплообменника-конденсатора 5 будет менее 20°С, то находящийся в системе отопления циркуляционный насос 7 отключится, что приведет к повышению температуры конденсации фреона, за счет отсутствия отдачи тепла теплоносителю. Кроме того, если указанная температурная разница будет менее 20°С, то это также приведет к недостаточному испарению жидкого фреона, который при попадании в компрессор 2 может вывести его из строя за счет разжижения масла в компрессоре 2, а также может вызвать гидравлический удар в нем. Указанная разница между температурой нагнетания компрессора 2 и температурой конденсации фреона контролируется контроллером 12, который может быть как выносным, так и размещаться в корпусе теплонасосной установки.If the difference between the discharge temperature of compressor 2 (the temperature at the inlet to the heat exchanger-condenser 5) and the freon condensation temperature inside the heat exchanger-condenser 5 is less than 20°C, then the circulation pump 7 located in the heating system will turn off, which will lead to an increase in the freon condensation temperature, due to the lack of heat transfer to the coolant. In addition, if the specified temperature difference is less than 20°C, this will also lead to insufficient evaporation of liquid freon, which, if it enters compressor 2, can damage it due to dilution of the oil in compressor 2, and can also cause hydraulic shock in it . The specified difference between the discharge temperature of compressor 2 and the freon condensation temperature is controlled by controller 12, which can be either remote or located in the body of the heat pump unit.

Контроллер 12 также обеспечивает управление движением фреона по всей системе следующим образом. При отключении компрессора 2 жидкий фреон стремится перетечь в самую холодную часть системы - в геотермальные зонды 1 и скапливаться в их нижней части, что приводит к сбою в системе в связи с тем, что при нормальных режимах работы геотермального теплового насоса жидкий фреон невозможно поднять из геотермальных зондов 1. Чтобы предотвратить перетекание жидкого фреона в геотермальные зонды 1 используется электромагнитный клапан 8 на входе в геотермальные зонды 1 (перед нерегулируемыми расширительными клапанами 9) и обратный клапан 11 на выходе из геотермальных зондов 1. При включенном компрессоре 2 указанные клапаны обеспечивают пропускание фреона в одном заданном направлении, а при отключении компрессора 2, электромагнитный клапан 8 запирается, т.к. обратный клапан 11 не дает возможности для обратного потока жидкого фреона (по направлению к геотермальным зондам 1).The controller 12 also controls the movement of freon throughout the system as follows. When compressor 2 is turned off, liquid freon tends to flow into the coldest part of the system - into geothermal probes 1 and accumulate in their lower part, which leads to a failure in the system due to the fact that under normal operating conditions of the geothermal heat pump, liquid freon cannot be lifted from the geothermal probes 1. To prevent the flow of liquid freon into geothermal probes 1, an electromagnetic valve 8 is used at the inlet to the geothermal probes 1 (before the unregulated expansion valves 9) and a check valve 11 at the outlet of the geothermal probes 1. When the compressor 2 is turned on, these valves ensure the passage of freon into in one given direction, and when compressor 2 is turned off, solenoid valve 8 is locked, because check valve 11 does not allow the reverse flow of liquid freon (towards the geothermal probes 1).

Таким образом фреон сохраняется в верхней части геотермального теплового насоса – в теплонасосной установке, а не в самом холодном месте (геотермальных зондах 1).In this way, the freon is stored at the top of the geothermal heat pump - in the heat pump unit, and not in the coldest place (geothermal probes 1).

В заявленном изобретении отключение компрессора 2 происходит при достижении заданной температуры теплоносителя или заданной температуры отапливаемого (охлаждаемого) помещения, при этом достижение указанных температурных режимов также контролируются контроллером 12. In the claimed invention, the compressor 2 is turned off when the specified temperature of the coolant or the specified temperature of the heated (cooled) room is reached, while the achievement of the specified temperature conditions is also controlled by the controller 12.

Таким образом, в результате осуществления заявленного изобретения, снижается количество фреона (по сравнению с металлическими зондами), обеспечивается работоспособность геотермального теплового насоса при глубоких зондах и при меньшем количестве фреона, сокращается количество используемых геотермальных зондов в 2,5 раза, а также обеспечивается управление движением фреона и предотвращение его миграции в самое холодное место (геотермальные зонды) при отключении компрессора.Thus, as a result of the implementation of the claimed invention, the amount of freon is reduced (compared to metal probes), the operability of the geothermal heat pump is ensured with deep probes and with a smaller amount of freon, the number of used geothermal probes is reduced by 2.5 times, and motion control is also provided freon and preventing its migration to the coldest place (geothermal probes) when the compressor is turned off.

Снижение количества фреона, обеспечение работоспособности при глубоких зондах и сокращение количества геотермальных зондов достигаются также за счет использования геотермальных зондов из полимерных (пластиковых) труб, которые, обладая меньшей теплопроводностью по сравнению с металлом, и при посадке зондов на глубину более 20 метров без использования маслоподъемных петель, позволяют обеспечить закипание жидкого фреона в геотермальных зондах постепенно и равномерно с одной и той же температурой -5°С по всей длине соответствующего геотермального зонда с одновременным поддержанием разницы между температурой нагнетания компрессора и температурой конденсации фреона не менее 20°С посредством контроллера.Reducing the amount of freon, ensuring operability with deep probes and reducing the number of geothermal probes are also achieved through the use of geothermal probes made of polymer (plastic) pipes, which, having lower thermal conductivity compared to metal, and when planting probes to a depth of more than 20 meters without the use of oil-lifting pipes loops, make it possible to ensure the boiling of liquid freon in geothermal probes gradually and evenly with the same temperature of -5°C along the entire length of the corresponding geothermal probe while maintaining the difference between the compressor discharge temperature and the freon condensation temperature of at least 20°C by means of a controller.

Управление движением фреона и предотвращение его миграции в геотермальные зонды при отключении компрессора обеспечивается за счет размещения регулируемых электромагнитного клапана на входе в зонды и обратного клапана на выходе из зондов, при котором в момент отключения компрессора, электромагнитный клапан запирается, фреон перенаправляется от одного клапана до другого и сохраняется в корпусе теплового насоса, а не в зондах.Controlling the movement of freon and preventing its migration into geothermal probes when the compressor is turned off is ensured by placing an adjustable solenoid valve at the inlet to the probes and a check valve at the outlet of the probes, in which, at the moment the compressor is turned off, the solenoid valve is locked, freon is redirected from one valve to another and is stored in the heat pump housing rather than in probes.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении работоспособности геотермального теплового насоса при глубоких зондах при меньшем количестве фреона.Thus, the claimed invention achieves the technical result of ensuring the operation of a geothermal heat pump with deep probes and a smaller amount of freon.

Claims (3)

1. Геотермальный тепловой насос, содержащий теплонасосную установку и геотермальные зонды, насосная установка содержит компрессор, маслоотделитель, теплообменник-конденсатор, отделитель жидкости, при этом выход компрессора сообщен со входом маслоотделителя, первый выход которого сообщен со входом теплообменника-конденсатора, а второй выход маслоотделителя сообщен со входом компрессора, при этом вход компрессора также сообщен с выходом отделителя жидкости, первый выход теплообменника-конденсатора сообщен со входом циркуляционного насоса системы отопления, а второй выход теплообменника-конденсатора через электромагнитный клапан сообщен со входами нерегулируемых расширительных клапанов, сообщенных, в свою очередь с геотермальными зондами, при этом один нерегулируемый расширительный клапан сообщен с одним геотермальным зондом, выходы геотермальных зондов объединены в коллекторе, выход которого через обратный клапан сообщен со входом отделителя жидкости, геотермальные зонды выполнены вертикальными из полимерных труб, разница между температурой на входе в теплообменник-конденсатор и температурой конденсации фреона составляет не менее 20°С, при этом температура на входе в теплообменник-конденсатор составляет не более 95°С, теплонасосная установка снабжена контроллером, который выполнен с возможностью обеспечения отключения электромагнитного клапана при отключении компрессора, а также с возможностью обеспечения контроля температуры на входе в теплообменник-конденсатор и обеспечения контроля разницы температур на входе в теплообменник-конденсатор и температурой конденсации фреона.1. A geothermal heat pump containing a heat pump installation and geothermal probes, the pumping installation contains a compressor, an oil separator, a heat exchanger-condenser, a liquid separator, and the output of the compressor is connected to the input of the oil separator, the first output of which is connected to the input of the heat exchanger-condenser, and the second output of the oil separator communicated with the input of the compressor, while the compressor input is also connected with the output of the liquid separator, the first output of the heat exchanger-condenser is connected with the input of the circulation pump of the heating system, and the second output of the heat exchanger-condenser is connected through an electromagnetic valve with the inputs of unregulated expansion valves, communicated in turn with geothermal probes, while one unregulated expansion valve is connected to one geothermal probe, the outputs of the geothermal probes are combined in a manifold, the output of which is connected through a check valve to the inlet of the liquid separator, the geothermal probes are made vertical from polymer pipes, the difference between the temperature at the inlet to the heat exchanger is condenser and the freon condensation temperature is at least 20°C, while the temperature at the inlet to the heat exchanger-condenser is no more than 95°C, the heat pump unit is equipped with a controller, which is designed to ensure that the solenoid valve is turned off when the compressor is turned off, as well as to ensure controlling the temperature at the inlet to the heat exchanger-condenser and ensuring control of the temperature difference at the inlet to the heat exchanger-condenser and the freon condensation temperature. 2. Геотермальный тепловой насос по п. 1, отличающийся тем, что нерегулируемые расширительные клапаны выполнены в виде капиллярных трубок.2. Geothermal heat pump according to claim 1, characterized in that the unregulated expansion valves are made in the form of capillary tubes. 3. Геотермальный тепловой насос по п. 1, отличающийся тем, что высота геотермальных зондов составляет до 100 м.3. Geothermal heat pump according to claim 1, characterized in that the height of geothermal probes is up to 100 m.
RU2023119114A 2023-07-19 Geothermal heat pump RU2818610C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2818610C1 true RU2818610C1 (en) 2024-05-03

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2292000C1 (en) * 2005-04-20 2007-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр по сверхглубокому бурению и комплексному изучению недр Земли" (ФГУП НПЦ "Недра") Device for power supply to rooms with the use of low-potential power carriers
JP2017048972A (en) * 2015-09-02 2017-03-09 荏原冷熱システム株式会社 Earth thermal heat source machine system, command determination method, and operational method for the earth thermal heat source machine system
RU2738527C1 (en) * 2020-01-10 2020-12-14 Михаил Николаевич Чванов Heat pump system for heating and cooling of rooms
CN114963593A (en) * 2022-06-02 2022-08-30 李海军 Middle-deep geothermal energy application system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2292000C1 (en) * 2005-04-20 2007-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр по сверхглубокому бурению и комплексному изучению недр Земли" (ФГУП НПЦ "Недра") Device for power supply to rooms with the use of low-potential power carriers
JP2017048972A (en) * 2015-09-02 2017-03-09 荏原冷熱システム株式会社 Earth thermal heat source machine system, command determination method, and operational method for the earth thermal heat source machine system
RU2738527C1 (en) * 2020-01-10 2020-12-14 Михаил Николаевич Чванов Heat pump system for heating and cooling of rooms
CN114963593A (en) * 2022-06-02 2022-08-30 李海军 Middle-deep geothermal energy application system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5025634A (en) Heating and cooling apparatus
US4383419A (en) Heating system and method
US5671608A (en) Geothermal direct expansion heat pump system
US7617697B2 (en) In-ground geothermal heat pump system
US6931879B1 (en) Closed loop direct expansion heating and cooling system with auxiliary refrigerant pump
US8931295B2 (en) Multi-faceted designs for a direct exchange geothermal heating/cooling system
CN102393049B (en) Ground-source heat-pipe/heat-pump air conditioner
JP7357324B2 (en) Multi-source heat pump equipment
US10443909B2 (en) Sub-surface insulation and well depth reduction for DX geothermal heat pump and refrigeration system
JP5005751B2 (en) Cold, hot, cold / hot heat pump system
US20120261102A1 (en) Thermosyphon Heat Recovery
US9791176B2 (en) Refrigeration apparatus
CN102449412A (en) Heat pump device
JP2017146033A (en) Feedwater heating system
RU2359183C1 (en) Heat accumulator
RU2818610C1 (en) Geothermal heat pump
ES2912129T3 (en) Multisource Reversible Cycle Heat Pump Type Thermodynamic Machine and Operating Procedure
EP3036485B1 (en) Thermodynamic device and method of producing a thermodynamic device
US3485057A (en) Ice rink
CN203454440U (en) Cold water set
JP2015081708A (en) Water supply heating system
US20130283839A1 (en) Geothermal system
RU2802107C2 (en) Heat pump operation
RU2767253C1 (en) Air conditioning system using natural source cold
EP3954946B1 (en) Geothermal adapter for use with a heat pump