Тепловой насос

 

1 ТЕПЛОВОЙ НАСОС по авт. св. fC 1038753, о тличающи и с я тем, 4to, с целью расширения функциональных возможностей путем I использования в качестве дополнительного источника тепла низкого потенциала грунтовой воды и повьппенйя производительностиi он дополнительно содержит второй электрохимический детандер, установленный в грзттовой скважине и подключенный через два трехлинейных трехпозиционньпс вентиля к газовому циркуляционному контуру после первого детандера перед теплообменником - регенератором , причем оба детандера . подключены к источнику электрического тока параллельно через дополнительно введенные выключатели и переключатель полярности напряжения. 2. Насос по п. 1, о т л и чающийся тем, что второй .детандер выполнен в виде коаксиально размещённых щшикдров, образующих кольцевые полости высокого и низкого давлений, заполненные сетчатым теплопроводным материалом.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (ю + F 25 В 21/00, 27/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТОЗЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ- КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61 ) 1038753 (21) 3765540/23-06 (22) 29.06.84 (46) 07.12.85. Бюл. В 45 (71) Научно-исследовательский,инсти» тут строительной физики Госстроя

СССР (72) С.А. Сидорцев (53) 651.57 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 457852, кл. 7 25 В 9/00, 1974, Авторское свидетельство СССР по заявке 1(3602806, кл. F 25 В 27/ОО, 1983, Авторское свидетельство СССР

1(1038753, кл. F 25 В 27/00, 1982, (54) (57) 1. ТЕНЛОВОЙ НАСОС по авт. св. @1038753, о тлнч ающий с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем

ièñïîëü3îâàíèÿ в качестве дополнительного источника тепла низкого потенциала грунтовой воды и повышения производительности, он дополнительно содержит второй электрохнми- . ческий детандер установленный в грунтовой скважине и подключенный через два трехлинейных трехпозиционных вентиля к газовому циркуляционному контуру после первого детандера перед теплообменником — регенератором, причем оба детандера .. подключены к источнику электрического тока параллельно через дополнительно введенные выключатели и переключатель полярности .напряжения °

2. На ос по п. 1, о т л и ч а .юшийся тем, что второй,детандер выполнен s ниде коаксиально размещенных цилиндров, образующих кольцевые полости высокого и низкого давлений, заполненные сетчатым теплопроводным материалом.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к тепловым насосам, в которых осуществляется газовый цикл с помощью электрохимических термотрансформаторов, и является усовершенствованием изобретения по основному авт.св.9 1038753.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем использования в качестве дополнительного источника тепла низкого потенциала грунтовой воды и повышение производительности.

На фиг. 1 изображен предлагаемый тепловой насос, план;на фиг. 2 - разрезА-А на фиг. 1.

Тепловой насос содержит электрохимический компрессор 1 регенеративный теплообменник 2 электрохимический солнечный детандер 3, электро" химический грунтовой детандер 4.

Компрессор 1 содержит пористые электроды 5 и 6 высокого и низкого давлений, электролит 7 полостей 8 и 9 высокого и низкого давлений рабочего тела, стенки 10 и 11, теплопроводный сетчатый материал 12, оребрение 13, отводящий патрубок

14, подводящий патрубок 15.

Солнечный детандер 3 содержит пористые электроды 16 и 17 высокого и низкого давлений, электролит 18 полостей 19 и 20 высокого и низкого давлений рабочего тела, светопрозрачную стенку 21, теплоизоляционные стенки 22, подводящий патрубок 23, отводящий патрубок 24, концентратор

25.

Грунтовой детандер 4 содержит . цилиндрические пористые электроды

2б и 27 высокого и низкого давлений рабочего тела, цилиндрический электролит 28, цилиндрические полости 29 и

30 высокого и низкого давлений рабочего тела, цилиндрические теплопроводные стенки 31 и 32, сетчатый теплопрсводный материал 33, оребрение 34, подводящий патрубок 35, отводящий патрубок 36. Детандер 4 установлен в скважине 37 с грунтовой водой 38. Тепловой насос также содержит трехлинейные трехпозиционные вентили 39 и 40, электрическую связь

41, выключатели 42.и 43, переключатель 44 полярности напряжения, низковольтный источник 45 постоянного тока, реостат 46 и контакты 47 и 48 переключателя 44 напряжения.

1196626 2

8 качестве рабочего тела в тепловом насосе может быть использована смесь газов, например аммиака с водородом в нестехиометрическом сос5 таве: 1 моль раб.тела=l моль ЯН5+

+0,5 моль Н, а в качестве электролитных мембран может быть использо-. ван пористый диэлектрический сухарь, пропитанный насыщенным водным раствором соли с проводимостью по комплекс.— ,Ф ному иону ЯЬф, типа (НН,1) 80, ЯН С (Ф НН 4110 3 .

Тепловой йасос работает следующим образом. !

5 Для работы теплового насоса в режиме обогрева помещения за счет тепzra солнца и грунтовой воды включают выключатели 42 и 43, замыкают контакты 47 переключателя 44 полярности

20 напряжения и устанавливают трехлинейные трехпозиционные вентили 39 и

40 в положение, как показано на фиг, 2. Тепловая энергия сконцентри рованного солнечного излучения, про- .

25 ходящего через прозрачную стенку 21, попадает на электрод 16 и поднимает о, его температуру до 5-10 С, Поскольt ку общая толщина электродного бло— ка включающего электроды 16 и 17

ЗО и мембрану !8> мала- (}-3 мм)1 то от электрода 16 за счет теплопроводности электродов и электролита равномерно нагревается этот электродо ный блок до 5-10 С. За счет конвекЗ5 .тивного нагрева рабочего тела высокого давления (1 атм) вблизи электрода 16 в полости 19 оно будет иметь также температуру 5-10 С.

Рабочий процесс токообразования в

rig в солнечном детандере 3 (процесс расширения с поглощением тепла солнечного излучения при 283 К) состоит в ионизацин рабочего тела высокого давления (! атм) в полости 19 по

+ реакции NH +Н вЂ” е — + ИН на грани5 1 це электрод 16 — мембрана 18, перетоке ионов NH через слой электролита под действием градиента электростатического поля, рекомбинации

5О ионов NH на границе мембрана 18—

+ ф

+ электрод 17 по реакции NH .+ е —

NH +H в полости 20.

Грунтовая вода 38 температурой

5-!О С смывает грунтовой детандер

4. За счет теплопроводности стенок

31 и 32, ребер 34 и сеток 33 электродный блок, содержащий электроды

26 и 27 и электролит 28, будет иметь

196626!

О !

40

45

3 1 такую же температуру, что и вода в о скважине 37, т.е. 5-10 С. За счет конвективного нагрева рабочего тела высокого .давления (! атм) от стенки 31 и сетки 33, а также от электрода 26 в полости 29, его темперао тура будет также равна 5-10 С.

Рабочий процесс токообразования в грунтовом детандере 4 (процесс расширения рабочего тела с поглощением тепла грунтовой воды при температуре 283 К) состоит в ионизации рабочего тела высокого давления (1 атм) в полости 29 по реакФ ции NH +Н вЂ” е-+ХН на границе элект Ф род 26 — мембрана 28, перетоке иоионов NH через слой электролита

% под действием градиента.электростатического поля, рекомбинации ионов

NH на границе мембрана 28 - элект+ род 27 по реакции NH + е-ъНН +Н в

+ э полости 30.

Таким образом, при расширении рабочего тела в солнечном и грунтовом детандерах 3 и 4 рабочим телом поглощается тепло как солнечного. излучения, так и грунтовой воды.

Положение вентилей 39 и 40 таково, что поток рабочего тела, поступающий к детандерам 3 и 4 в их полости 19 и 29 высокого давления из теплообменника 2, раздваивается, а потоки рабочего тела, выходящие из полостей 20 и 30 низкого давления перед теплообменником 2, смешиваются.

Рабочий процесс сжатия рабочего тела в компрессоре 1 сопровождается выделением тепла в электродном блоке, включающем электроды

5 и 6 и мембрану 7, н сбросом его через сетки 12, стенки 10 и 1! и ребра.l3 в отапливаемое помещение нри

313 К. Процесс сжатия рабочего те ла в компрессоре 1 состоит в иониэации рабочего тела низкого давления (l0 атм ) в полости 9 но реакции

NH +Н вЂ” е - ЯН, на границе электрод

6 - мембрана 7, перетоке ионов

ИН Через слой электро та под дей". ствием градиента электростатического поля, рекомбинации ионов NH иа

+ границе мембрана 7 — электрод 5 по реакции NH+ + e NH +H в полости 8.

Для уменьшения потерь тепла в цикле. теплового насоса иэобарнческие процессы охлаждения рабочего тела и нагрева осуществляют в теплообменнике 2.

Для работы теплового насоса в режиме обогрева за счет только тепла солнца замыкают контакты 47 переключателя 44 полярности напряжения, включают выключатель 42, выключают выключателЬ 43 и поворачивают вентили

39 и 40 против часовой стрелки на 45 (относительно их положения на фиг. 2).

Для работы теплового насоса в режиме обогрева за счет только тепла грунтовой воды замыкают контакты

47 переключателя 44 полярности напряжения, выключают выключатель 42, включают выключатель 43 и поворачи-. вают вентили 39 и 40 по часовой стрелке на 45 (относительно их положения на фиг. 2).

Для плавного регулирования теплопроизводительности теплового насоса при работе в изложенных режимах служит реостат 46.

Для работы теплового насоса в режиме охлаждения помещения необходимо, чтобы переключатель 44 полярности напряжения был в положении, когда замкнуты его контакты 48, выключатель 42 выключен, выключатель

43 включен, при этом. вентили 39 и 40 необходимо повернуть (по сравнению с их расположением на фиг. 2 ) по ча -. совой стрелке на 45 .

Теперь функции компрессора 1 и грунтового детандера .4 меняются местами, а именно: компрессор становится устройством, которое забирает тепло из помещения, а детандер— устройством, которое сбрасывает тепло в грунтовую воду. Процесс отбора тепла у воздуха иэ помещения здания осчшествляется компрессором 1 с поглощением тепла при 303 К. Процесс сброса тепла в грунтовую воду осуществляется детандером 4 при

283 К. Процессы изобарического охлаждения рабочего тела и его нагрева происходят в теплообменнике 2.

ll96626

A-А

ВНИИПИ Заказ 7550/35 Тираж 508 Подписное

Филиал ППП "Натеит", г.Ужгород, ул.Проектная, 4