UA136044U - Тепловий насос прямого випаровування - Google Patents

Abstract

Тепловий насос прямого випаровування містить компресор, пластинчатий теплообмінник. Містить відділювач фреону, фільтр, розподільник фреону із дросельним пристроєм, теплозбірний земляний колектор, ґрунтовий мідний зонд. При цьому насос виконаний з можливістю циркуляції у ґрунтовому мідному зонді озонобезпечного фреону, без використання етиленгліколю. Розподільник фреону виконаний з можливістю рівномірного заповнення зондів фреоном.

Description

Корисна модель належить до галузі теплоенергетики та належить до пристроїв, які дозволяють одержати теплову енергію з температурою, достатньою для опалювання та гарячого водопостачання жилих та виробничих об'єктів, шляхом її утилізації з низькотемпературних джерел, які належать до категорії так званих вторинних ресурсів, та може бути використана при теплопостачанні споживачів та в системах кондиціонування повітря.

Вторинними ресурсами є: тепло грунтових, артезіанських та термальних вод, вод рік, озер, морів, обертового водоохолодження, очищені промислові та побутові стоки, вода відкачки з кар'єрів та шахт, вода виробничих технологічних циклів, а також вентиляційні викиди і димові гази та взагалі будь-яке так зване "викидне" тепло, яке має позитивну температуру.

Принцип роботи теплового насоса відомий. Робота теплового насосу базується на процесі виділення тепла з грунту за допомогою теплообміну між трьома контурами: зовнішнім (земляним) контуром, контуром теплового насосу та опалювальним контуром. При цьому застосовується принцип, за яким працюють холодильні машини, а саме: зворотний цикл Карно.

Відомо, що температура грунту на глибині до 100 метрів є постійною протягом року, не залежить від пори року та складає у середньому -7С. Для перетворення цього температурного потенціалу для опалювання та гарячого водопостачання використовується тепловий насос. Зовнішній контур виконується у вигляді труби, усередині якої циркулює незамерзаюча рідина. Труба розміщується у свердловині на глибині 30-120 метрів та забезпечує подачу у будинок теплоносія з температурою землі (18 "С). Відібране у грунті тепло крізь теплообмінник передається теплоносію контуру теплового насосу, як тепловий насос використовується холодоагент - низько кипляча рідина (температура кипіння -3 С). Вона випарюється та у газоподібному стані подається до компресору, де у результаті стискання нагрівається до температури 80-857С та крізь теплообмінник передає надлишок тепла теплоносію, який циркулює у контурі опалювання.

За такої схеми отримана теплова енергія значно перевищує енергію, витрачену на роботу компресора.

Таким чином, тепловий насос здійснює трансформацію теплової енергії з низького температурного рівня на більш високий, необхідний споживачу.

Відношення отриманої теплової енергії до витраченої енергії (на роботу компресора)

Зо називають коефіцієнтом перетворення теплового насосу або коефіцієнтом трансформації. Цей коефіцієнт залежить від температури первинного джерела тепла та від температури теплоносія, що виходить з контуру теплового насосу. Зазвичай коефіцієнт перетворення теплового насосу досягає у середньому значення З або трохи більше.

Зрозуміло, що перевагу мають теплові насоси з найбільшим коефіцієнтом перетворення теплового насосу.

Теплообмінник, який змінює стан теплоносія з рідкого на газоподібний, зазвичай називають випарником, а теплообмінник, який змінює стан теплоносія з газоподібного на рідкий, зазвичай називають конденсатором.

Відома теплонасосна установка (Резерви природного тепла. Журн. "Техніка і наука", Ме5, 1982 р., б. 15)|, що містить тепловий насос з випарником і конденсатором, компресором та електродвигуном системи господарсько-питного водопостачання. Вода надходить |Ііз свердловини з температурою 40 С и розділяється на два потоки, один із яких йде на випарник, а іншій - на конденсатор теплового насоса. У випарнику геотермальна вода прохолоджується до -20"С та спрямовується до системи господарсько-питного водопостачання. Другий потік нагрівається в конденсаторі до температури 165 "С та подається до системи гарячого водопостачання.

Недоліками описаної конструкції є: неможливість підвищення коефіцієнту перетворення теплового насосу, неможливість підвищення функціональності та економічності пристрою.

Залишкове тепло, яке має теплоносій контуру теплового насосу, після передачі тепла контуру опалювання безповоротно втрачається під час дроселювання. Крім того, використання такого пристрою обмежено тільки застосуванням при наявності джерела геотермальних вод, які нажаль, не дуже поширені на території України та й інших країн Європи.

Відомий тепловий насос, описаний в |Д. Рей, Д. Макмайкл. Тепловье насосьі. М., с.142, 19821, який складається з послідовно розташованих постачального насоса, контуру теплоносія, випарника, компресора та конденсатора, поєднаного через дросель з випарником.

Постачальний насос качає теплоносій із навколишнього середовища у випарник, в якому міститься холодоагент, холодоагент відбирає від теплоносія тепло та надходить до компресора, в якому за рахунок стиснення його температура підвищується до температури вище температури конденсації. З компресора холодоагент надходить до конденсатора, в якому за бо рахунок конденсації пара виділяється тепло, яке передається споживачу. Охолоджений в конденсаторі холодоагент, надходить через дросель, у якому він розширюється та охолоджується нижче температури навколишнього середовища, у випарник.

Недоліками описаної конструкції є: неможливість підвищення коефіцієнту перетворення теплового насосу, неможливість підвищення функціональності та економічності пристрою.

Залишкове тепло, яке має теплоносій контуру теплового насосу після передачі тепла контуру опалювання, безповоротно втрачається під час дроселювання.

Відомий багатофункціональний тепловий насос за патентом України Мо 20778 на корисну модель, опублікований 15.02.2007 р., що містить компресор для перекачування робочого тіла, три теплообмінники, конденсатор, випарник, два спонукачі витрати охолоджуваного середовища, пристрій керування, фільтри і трубопроводи, при цьому функціонально виділені конденсатор-підігрівник і випарник-охолоджувач робочого тіла.

Недоліками описаної конструкції є: неможливість підвищення коефіцієнту перетворення теплового насосу, дублювання однієї операції різними пристроями, невиправдана складність пристрою. Залишкове тепло, яке має теплоносій контуру теплового насосу, після передачі тепла контуру опалювання безповоротно втрачається під час дроселювання. Неможливість відновлювати та підтримувати у робочому стані джерело низько потенційного тепла.

В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення теплового насосу прямого випаровування для забезпечення розширення можливостей насосу.

Поставлена задача вирішується тим, що тепловий насос прямого випаровування, який містить компресор, пластинчатий теплообмінник, згідно з корисною моделлю, містить відділювач фреону, фільтр, розподільник фреону із дросельним пристроєм, теплозбірний земляний колектор, грунтовий мідний зонд, при цьому насос виконаний з можливістю циркуляції у грунтовому мідному зонді озонобезпечного фреону, без використання етиленгліколю, а розподільник фреону виконаний з можливістю рівномірного заповнення зондів фреоном.

Насос містить: 1 - компресор спіральний, 2 - пластинчастий теплообмінник, З - відділювач фреону (відділювач фреону може бути виконано із оглядовим вічком), 4 - фільтр, 5 - розподільник фреону із дросельним пристроєм, 6 - теплозбірний земляний колектор.

Запропонована конструкція насосу має грунтовий мідний зонд, по якому циркулює відразу озонобезпечний фреон, без використання етиленгліколю, як у інших геотермальних теплових

Зо насосах, також встановлено розподільник фреону, який забезпечує рівномірне заповнення зондів фреоном без використання спеціально розроблених для цього терморегулюючого вентиля і електронних вентилів.

Нова сукупність елементів корисної моделі та нове взаємне розташування цих елементів забезпечують досягнення кращих показників збору тепла з грунту, збільшують перетворення електричної енергії у теплову, конструкція насосу є більш простішою і надійнішою, насос не містить шкідливих речовин, не потрібні додаткові ємності для етиленгліколю, всі з'єднання мідних трубопроводів здійснюються пайкою, що виключає можливість витоку, обсяг фреону для збору тепла в 18 разів менше обсягу етиленгліколю за умови забезпечення однакової потужності. Технічне обслуговування не потрібно, так як система не має складних пристроїв.

Фреоновий розподільник був розроблений і встановлений у потрібному місці дослідним шляхом, що дозволило збільшити перетворення електричної енергії в теплову.

Корисна модель пояснюється графічними зображеннями.

На Фіг. 1 показано блок схему насосу, де: 1 - компресор спіральний, 2 - пластинчастий теплообмінник, З - відділювач фреону (відділювач фреону може бути виконано із оглядовим вічком), 4 - фільтр, 5 - розподільник фреону із дросельним пристроєм, б - теплозбірний земляний колектор.

На Фіг. 2 показано виконання блоку теплового насоса (блок теплового насоса містить: компресор спіральний, теплообмінник пластинчастий, відділювач фреону з оглядовим вічком).

На Фіг. З показано приклад виконання блоку (блок теплового насоса містить: компресор спіральний, теплообмінник пластинчастий, відділювач фреону з оглядовим вічком) відповідно корисної моделі.

На Фіг. 4, 5 показано фотографії прикладів виконання роздільника фреонового для земляних зондів відповідно корисної моделі.

Принцип дії корисної моделі.

Компресор 1 всмоктує фреон, який випарувався, із земляного контуру через відділювач фреону 3, в якому відділяється фреон, який не випарувався, перешкоджаючи потрапляння рідини в компресор. Компресор, стискаючи пари фреону, розігріває його до більш високої температури і через пластинчастий теплообмінник 2 віддає тепло воді системи опалення. Після теплообмінника сконденсований фреон, проходячи через фільтр 4, надходить до розподільника бо фреону 5, який розподіляє рівномірне заповнення мідних зондів фреоном, вбудований дросельний пристрій зменшує тиск холодоагенту, який надходить в земляний контур. При падінні тиску, фреон, скипаючи, забирає тепло у грунту, суміш пар-рідина піднімається до гребінки, де всі зонди з'єднані в загальну магістраль, і потрапляє у відділювача рідини 3. Цикл повторюється.

Запропонований тепловий насос прямого випаровування призначений для обігріву та для охолодження житлових будинків, офісів, складських приміщень. Може нагрівати воду в системі опалення або гріти безпосередньо повітря, гріє воду для гарячого водопостачання. Для отримання 5 квт тепла в систему опалення, витрачають 1 квт електроенергії, решту - 4 квт викачують з грунту за допомогою даної корисної моделі.

Таким чином, технічна задача, яка поставлена при створенні даного універсального теплового насосу виконана з досягненням зазначеного технічного результату.

Заявлена корисна модель може бути виготовлена на стандартному устаткуванні, з використанням відомих матеріалів, засобів та операцій.

Запропонована корисна модель не містить будь-яких складових частин, які б неможливо було відтворити на практиці.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Тепловий насос прямого випаровування, який містить компресор, пластинчатий теплообмінник, який відрізняється тим, що містить відділювач фреону, фільтр, розподільник фреону із дросельним пристроєм, теплозбірний земляний колектор, грунтовий мідний зонд, при цьому насос виконаний з можливістю циркуляції у грунтовому мідному зонді озонобезпечного фреону, без використання етиленгліколю, а розподільник фреону виконаний з можливістю рівномірного заповнення зондів фреоном. Кая нн 3; З я шк с КК со се а ще КЗ ще я їх ВЕ "чу шини й

   Фіг. 1 І АХ о. . ХАН КК Я ово, КО САКЕ щХ г ЗАС: ВАНЬ ОКХ Я ОО КК, Ко з о: ОО Ж ВКА Я Ко КЕКВ ЕВ с ин

   Фіг. й

   ОО ЩЕ с с с

   Фіг. З Осо: о ее ОХ ху х ХО ЗА ха Я Я ОХ ОК В В с о.

   Фіг. 4 с с о. ох ШЕНЕНННН с Ох ОВК

   Фіг. 5