Тепловой насос

 

Использование: в области теплоснабжения, преимущественно в системах централизованного и автономного теплоснабжения. Сущность изобретения: в тепловом насосе, содержащем циркуляционный контур рабочего тела, который включает последовательно соединенные компрессор 1, охладитель пара 2, конденсатор 3, охладитель конденсата 4, регенеративный теплообменник 5, который соединен через дроссельный вентиль 6 с входом испарителя 7, выход которого через регенеративный теплообменник 5 подключен к входу компрессора 1, причем вход охладителя конденсата 4 по нагреваемой среде соединен с входом теплового насоса. Выход конденсатора 3 по нагреваемой среде подключен к линии 10 первого потребителя, а выход охладителя пара 2 по нагреваемой среде подключен к линии 11 второго потребителя, охладитель конденсата 4 по нагреваемой среде дополнительно снабжен байпасной линией 9, подключенной к входу конденсатора 3, а выход охладителя конденсата 4 по нагреваемой среде соединен с входом охладителя пара 2, что позволяет повысить энергетический КПД теплового насоса на 4 10% Тепловой насос снабжен регулирующим линией низкопотенциального источника теплоты и может быть снабжен вентилем 12. 1 ил.

Изобретение относится к области теплоснабжения и может быть использовано в системах централизованного и автономного теплоснабжения.

Известны тепловые насосы, содержащие компрессор, конденсатор, дроссельный вентиль, испаритель, которые дополнительно содержат охладитель перегретых паров рабочего тела, размещенный между компрессором и конденсатором в контуре рабочего тела и служащий для повышения эффективности теплового насоса за счет снижения потерь энергии от необратимости в процессах охлаждения и конденсации рабочего тела путем увеличения количества теплоты, отведенной от перегретых паров рабочего тела нагреваемой среде в охладителе пара.

Недостатком подобной конструкции теплового насоса является относительно малое снижение потерь энергии в процессах охлаждения и конденсации рабочего тела вследствие малого повышения температуры нагреваемой среды в охладителе пара при прохождении всего потока нагреваемой среды через охладитель пара из-за возникающей при этом большой неэквивалентности потоков рабочего тела и нагреваемой среды.

Известен тепловой насос, содержащий компрессор, конденсатор, дроссельный вентиль, испаритель, две емкости для аккумулирования энергии в жидкой нагреваемой среде и дополнительный контур с теплообменным аппаратом, причем в одной из емкостей расположен теплообменник, служащий охладителем пара рабочего тела после компрессора, а во второй емкости размещен испаритель. Данный тепловой насос служит для производства нагреваемой среды двух температурных уровней, за счет разделения потока пара рабочего тела на два потока, причем один проходит через охладитель пара, нагревая нагреваемую среду в емкости, а другой попадает непосредственно в конденсатор, при этом предусмотрено регулирование потоков рабочего тела, проходящих через охладитель пара и конденсатор.

Недостатком подобного теплового насоса является относительно малое снижение потерь энергии вследствие малого повышения температуры нагреваемой среды в охладителе пара из-за сохраняющейся большой неэквивалентности потоков pабочего тела и нагреваемой среды при разделении потока рабочего тела.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является, выбранный в качестве прототипа, тепловой насос, содержащий циркуляционный контур рабочего тела, включающий последовательно соединенные компрессор, охладитель пара, конденсатор, охладитель конденсата, регенеративный теплообменник, который соединен через дроссельный вентиль с входом испарителя, выход которого через регенеративный теплообменник подключен к входу компрессора, причем вход охладителя конденсата по нагреваемой среде соединен с входом теплового насоса, выход конденсатора по нагреваемой среде подключен к линии первого потребителя, а выход охладителя пара по нагреваемой среде подключен к линии второго потребителя [4] Недостатком подобного теплового насоса является относительно малое снижение потерь энергии в процессах охлаждения и конденсации рабочего тела вследствие того, что протекание всего потока нагреваемой среды через охладитель конденсата не позволяет максимально использовать потенциал теплоты конденсата рабочего тела после конденсатора из-за возникающей большой эквивалентности потоков рабочего тела и нагреваемой среды.

Целью изобретения является повышение энергетического КПД теплового насоса за счет максимально возможного снижения потерь энергии в процессах охлаждения и конденсации рабочего тела.

Для этого в тепловом насосе, содержащем циркуляционный контур рабочего тела, который включает последовательно соединенные компрессор, охладитель пара, конденсатор, охладитель конденсата, регенеративный теплообменник, который соединен через дроссельный вентиль с входом испарителя, выход которого через регенеративный теплообменник подключен к входу компрессора, причем вход охладителя конденсата по нагреваемой среде соединен с входом теплового насоса, выход конденсатора по нагреваемой среде подключен к линии первого потребителя, а выход охладителя пара по нагреваемой среде подключен к линии второго потребителя, при этом охладитель конденсата по нагреваемой среде дополнительно снабжен байпасной линией, подключенной к входу конденсатора, а выход охладителя конденсата по нагреваемой среде соединен с входом охладителя пара, что позволяет повысить энергетический КПД теплового насоса за счет снижения неэквивалентности потоков рабочего тела и нагреваемой среды путем разделения потока нагреваемой среды на входе теплового насоса и прохождения через охладитель конденсата и охладитель пара только части нагреваемой среды.

На чертеже приведена схема предложенного теплового насоса.

Тепловой насос, содержит компрессор 1, охладитель пара 2, конденсатор 3, охладитель конденсата 4, регенеративный теплообменник 5, дроссельный вентиль 6, испаритель 7, линию 8 низкопотенциального источника теплоты, байпасную линию 9, линию 10 первого потребителя, линию 11 второго потребителя, регулирующий вентиль 12.

Тепловой насос работает следующим образом.

Сжатый в компрессоре 1 пар рабочего тела в перегретом состоянии поступает в охладитель пара 2, где он охлаждается до состояния насыщения с отдачей теплоты нагреваемой среде. После охладителя пара 2 насыщенный пар рабочего тела попадает в конденсатор 3, в котором происходит его конденсация, с отдачей теплоты нагреваемой среде, после чего конденсат рабочего тела поступает в охладитель конденсата 4, где он охлаждается с отдачей теплоты нагреваемой среде. Далее конденсат рабочего тела в переохлажденном состоянии поступает в регенеративный теплообменник 5, в котором происходит его дальнейшее охлаждение с отдачей теплоты потоку рабочего тела, который идет в компрессор 1. В дроссельном вентиле 6 осуществляется дросселирование потока рабочего тела, после чего рабочее тело в состоянии влажного пара поступает в испаритель 7, в котором происходит его кипение за счет теплоты низкопотенциального источника теплоты 8. После испарителя 7 сухой насыщенный пар рабочего тела поступает в регенеративный теплообменник 5, в котором перегревается за счет теплоты конденсата рабочего тела, идущего из охладителя конденсата 4, и далее направляется в компрессор 1.

Нагреваемая среда, поступающая в тепловой насос, разделяется на его входе на два потока. Первый поток основной, по байпасной линии 9 поступает в конденсатор 3, в котором нагревается за счет теплоты, отводимой от конденсирующегося рабочего тела, после чего направляется в линию первого потребителя 10. Второй поток поступает в охладитель конденсата 4, в котором нагревается за счет теплоты, отводимой от конденсата рабочего тела, и поступает в охладитель пара 2, где происходит его окончательный нагрев за счет теплоты, отводимой от охлаждающегося перегретого пара рабочего тела, после чего отводится в линию второго потребителя 11. Вентиль 12 регулирует расход нагреваемой среды, поступающей в охладитель конденсата 4 и далее в охладитель пара 2, что позволяет полностью или частично устранить неэквивалентность потоков рабочего тела и нагреваемой среды.

Разделение потока нагреваемой среды на входе теплового насоса на два потока, один из которых проходит через конденсатор, а другой через охладитель конденсата и охладитель пара, позволяет повысить энергетический КПД теплового насоса на 4-10% за счет максимально возможного снижения потерь энергии в процессах охлаждения и конденсации рабочего тела путем снижения или даже полного устранения неэквивалентности потоков рабочего тела и нагреваемой среды в охладителе конденсата и охладителе пара, что приводит к снижению доли потерь энергии в процессах охлаждения и конденсации рабочего тела от величины суммарных потерь энергии в тепловом насосе. Преимуществом предложенной схемы также является то, что она позволяет не только снизить потери энергии в тепловом насосе, но и получать нагреваемую среду двух температурных уровней.

Формула изобретения

ТЕПЛОВОЙ НАСОС, содержащий циркуляционный контур рабочего тела, включающий последовательно соединенные компрессор, охладитель пара, конденсатор, охладитель конденсата, регенеративный теплообменник, который соединен через дроссельный вентиль с входом испарителя, выход которого через регенеративный теплообменник подключен к входу компрессора, причем вход охладителя конденсата по нагреваемой среде соединен с входом теплового насоса, выход конденсатора по нагреваемой среде подключен к линии первого потребителя, а выход охладителя пара по нагреваемой среде подключен к линии второго потребителя, отличающийся тем, что охладитель конденсата по нагреваемой среде снабжен байпасной линией, подключенной к входу конденсатора, а выход охладителя конденсата по нагреваемой среде соединен с входом охладителя пара.

РИСУНКИ

Рисунок 1