Энергосберегающий двухступенчатый воздушный тепловой насос


 


Владельцы патента RU 2478885:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "ХИМХОЛОДСЕРВИС" (RU)

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к системам кондиционирования воздуха. Энергосберегающий двухступенчатый тепловой насос содержит два блока, соединенные между собой и разделенные внутри себя горизонтальной перегородкой на изолированные тракты приточного воздуха и вытяжного воздуха. В первом блоке по ходу движения воздуха в обоих трактах установлены фильтры очистки воздуха, основные теплообменники, соединенные между собой трубопроводом с размещенными на нем пластинчатым теплообменником, насосом и соленоидными вентилями. В тракте вытяжного воздуха перед основным теплообменником установлены дополнительный теплообменник и установка адиабатического увлажнения. Во втором блоке в тракте приточного воздуха размещены последовательно по ходу движения воздуха теплообменник, установка адиабатического увлажнения, нагреватель и приточный вентилятор, а в тракте вытяжного воздуха последовательно по ходу движения воздуха установлены компрессор, четырехходовой клапан, теплообменник и вентилятор. Теплообменники во втором блоке в трактах сообщены друг с другом. Техническим результатом изобретения являются увеличение теплотехнической эффективности первой ступени утилизации при нагреве приточного наружного воздуха, устранение возможности образования льда на поверхностях теплообменника в вытяжном потоке, возможность использования первой ступени в теплый период года для охлаждения приточного наружного воздуха. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к системам кондиционирования воздуха.

Известны двухступенчатые тепловые насосы, использующие теплоты вытяжного выбросного воздуха Lу на нагрев приточного наружного воздуха LПН с умеренной отрицательной температурой (tНХ=-5°C), включающие в качестве первой ступени теплоутилизатор из вертикальных тепловых трубок, заполненных легкокипящей жидкостью на 20%-30% объема трубок, и в качестве второй ступени утилизации компрессор, соединенный медными трубами через четырехходовый автоматический клапан с подвижным сектором с теплообменниками в потоках LПН и Lу воздуха (Каталог на приточно-вытяжные агрегаты модели VPL фирмы «NILAN»).

Недостатками известного решения являются значительное снижение теплотехнической эффективности первой ступени утилизации при нагреве приточного наружного воздуха LПН с низкими отрицательными температурами (например, tНХ=-28°C в климате Москвы), и опасность накопления льда на оребренной поверхности теплообменника в вытяжном потоке воздуха Lу, и невозможность использования первой ступени в теплый период года для охлаждения приточного наружного воздуха LПН, являющегося летом только дополнительным аэродинамическим сопротивлением, и другим серьезным недостатком известной конструкции двухступенчатого теплового насоса является использование для охлаждения воздушного конденсатора холодильной машины вытяжного воздуха Lу, который летом имеет высокую температуру даже выше температуры наружного воздуха, и количество Lу равно или меньше количества охлаждаемого наружного воздуха LПН, что приводит к крайне высоким давлениям конденсации рабочего агента.

Техническим результатом изобретения являются увеличение теплотехнической эффективности первой ступени утилизации при нагреве или охлаждении приточного наружного воздуха, предотвращение образования льда на поверхностях теплообменника в вытяжном потоке, целесообразность интеграции предлагаемого теплового насоса с тепловым насосом системы горячего водоснабжения здания.

Технический результат достигается тем, что энергосберегающий двухступенчатый тепловой насос содержит два блока, соединенные между собой и разделенные внутри себя горизонтальной перегородкой на изолированные тракты приточного воздуха и вытяжного воздуха, при этом в первом блоке по ходу движения воздуха в обоих трактах установлены фильтры очистки воздуха, основные теплообменники, соединенные между собой трубопроводом с размещенными на нем пластинчатым теплообменником, насосом и соленоидными вентилями, в тракте удаляемого воздуха перед основным теплообменником установлены дополнительный теплообменник и установка адиабатического увлажнения, причем во втором блоке в тракте приточного воздуха размещены последовательно по ходу движения воздуха теплообменник, установка адиабатического увлажнения, нагреватель и приточный вентилятор, а в тракте удаляемого воздуха последовательно по ходу движения воздуха установлены компрессор, четырехходовой клапан, теплообменник и вентилятор, при этом теплообменники во втором блоке в трактах сообщены друг с другом.

Блоки могут быть соединены друг с другом посредством гибкой вставки.

Принципиальная схема энергосберегающего двухступенчатого воздушного теплового насоса показана на чертеже.

Предложенное устройство состоит из блоков, разделенных горизонтальной перегородкой на изолированные тракты движения приготовляемого приточного наружного воздуха LПН и вытяжного выбросного воздуха Lу, и в блоках первыми установлены фильтры 1 грубой очистки воздуха и в тракте LПН дополнительно установлены карманный фильтр 2 тонкой очистки и после него теплообменник 7, а в потоке Lу установлен теплообменник 5, и теплообменники 7 и 5 соединены трубопроводами 4 со смонтированными на них пластинчатым теплообменником 3, насосом 6 и соленоидными вентилями 22 и 23 взаимообратного действия. Перед теплообменником 5 последовательно смонтирована установка адиабатного увлажнения 14 и теплообменник 17, к которому присоединены трубопроводы 19, и к пластинчатому теплообменнику 3 присоединены трубопроводы 18 с насосом 20 и трехходовым клапаном 21. А через гибкие вставки первый блок соединен со вторым блоком с раздельными воздушными трактами для LПН и Lу, и в тракте LПН установлен теплообменник 11 и после него установка адиабатного увлажнения 14, концевой электронагреватель 12, датчик 16 контроля tКн.х.мин=6° и приточный вентилятор 15, а во втором блоке по ходу Lу установлен компрессор 8, четырехходовый автоматический клапан 9, теплообменник 10 и вытяжной вентилятор 13.

Энергосберегающий воздушный тепловой насос по принципиальной схеме работает в двух режимах: «зима»-«лето». В режиме «зима» соленоидный вентиль 22 открыт, а 23 закрыт, и по трубопроводам 18 и пластинчатому теплообменнику 3 поступает горячая вода G с температурой t от 15° до 60° (в зависимости от источника сбросного тепла), и от работы насоса 6 по трубопроводам 4 антифриз Gаф проходит в каналах пластинчатого теплообменника 3 и нагревается до температуры tаф1, которая контролируется датчиком, имеющим проводящую связь с трехходовым автоматическим клапаном 21, и насос 20 подает горячую воду G с t≥15° во вторые каналы пластинчатого теплообменника 3, а в трубках теплообменника 7 от холода наружного воздуха антифриз Gаф снижает температуру до tаф2≥0°, и при закрытом соленоидном вентиле 23 поступает в трубки теплообменника 5, и воспринимает тепло от вытяжного воздуха, и через трубопровод 4 при открытом соленоидном вентиле 22 поступает на догрев до tаф1 в каналах пластинчатого теплообменника 3, по вторым каналам которого от работы насоса 20 проходит горячая вода с температурой, которую выбирают с учетом условий применения агрегата, а во втором блоке работает компрессор 8, и через клапан 9 горячие пары фреона R22 поступают в трубки теплообменника 11, выполняющего в режиме «зима» роль воздушного конденсатора, и тепло конденсации R22 идет на нагрев LПН до температуры tПН.Х.=8°, с которой от работы вентилятора 12 по приточным воздухоотводам подается в смесительный воздухораспределитель, установленный в обслуживаемом помещении (на чертеже не показаны), а парожидкостная смесь из теплообменника 11 по медным соединительным трубам через клапан 9 подается в трубки теплообменника 10, где R22 кипит и отнимает тепло от вытяжного воздуха, приходящего со стороны оребрения трубок теплообменника 10 от работы вентилятора 13.

Режим «лето» наступает при температуре tН>16° и от центрального коллектора (ЦК на череже не показан) подается сигнал на закрытие соленоидного вентиля 22 и открытие вентиля 23 и перемещение сектора в автоматическом клапане 9 в положение, при котором теплообменник 11 становится испарителем R22, а теплообменник 10 - конденсатором R22, а по трубопроводу 18 от работы насоса 20 в пластинчатый теплообменник 3 подается холодная вода G с температурой t=14° и, проходя по каналам пластинчатого теплообменника 3, охлаждает антифриз, который от работы насоса 6 по соединительным трубопроводам 4 поступает в трубки теплообменника 7 и охлаждает наружный приточный воздух LПН до температуры tп2, и если требуется дальнейшее охлаждение LПН до tп3, то включается компрессор 8 и через клапан 9 горячие газы R22 поступают в трубки теплообменника 10, через который проходит адиабатно увлажненный до tу2 вытяжной воздух, который в режиме отведения тепла от горячих газов R22 в теплообменнике 10 нагревается до tу3, что будет отвечать температуре конденсации tн, и парожидкостная смесь R22 через клапан 9 будет поступать и кипеть в трубках теплообменника 11.

Наибольшее энергосбережение от применения двухступенчатого воздушного теплового насоса достигается при его применении в проекте экологичного и энергосберегающего холодо- и теплоснабжения здания, когда дополнительно применяется холодильная машина с водяными конденсатором и испарителем в режиме теплового насоса зимой, вырабатывающая тепло для систем горячего водоснабжения и отопления, а летом тепло для горячего водоснабжения и холод для охлаждения LПН и обитаемых помещений. Эта холодильная машина работает только 8 ночных часов при дешевом тарифе на электроэнергию и обеспечивает накопление в первой группе баков горячей воды twгвc=55° для дневного расхода на горячее водоснабжение, а охлаждаемая в испарителе вода в ночные часы собирается во второй группе баков и расходуется днем для подачи в пластинчатый теплообменник 3 и теплообменники местных воздухоохладителей (на чертеже не показаны), что позволяет в режиме «лето» не включать в работу компрессор 8 и снижать расход электроэнергии в дневные часы, когда действует высокая цена.

В тех случаях, когда при ночной работе дополнительной холодильной машины первые баки наполняются twгвc=55° ранее 8 часов, а во вторых баках не накоплена холодная вода, то холодильная машина прекращает работу и тепло от ее конденсации отводится через теплообменник 17 в поток адиабатно увлажненного в установке 14 вытяжного воздуха Lу.

В случае применения предлагаемого энергосберегающего двухступенчатого воздушного теплового насоса, когда отсутствует холодная вода, которая необходима в режиме «лето» для подачи в пластинчатый теплообменник 3, энергосберегающий режим охлаждения LПН достигается путем открытия соединительного вентиля 22 и закрытия вентиля 23, вытяжной воздух Lу в установке 14 в режиме адиабатного увлажнения понижает температуру до tу2 и, проходя со стороны оребрения трубок теплообменника 5, охлаждает антифриз в трубках до температуры tаф1=tу2+3, °C, с которой насос 6 подает охлажденный антифриз tаф1 в трубки теплообменника 7, где обеспечивает охлаждение LПН до температуры tн2=tаф1+4, °C, и требуемое охлаждение в теплообменнике 11 от работы компрессора 8 сокращается до 50%.

1. Энергосберегающий двухступенчатый тепловой насос, характеризующийся тем, что содержит два блока, соединенных между собой и разделенных внутри себя горизонтальной перегородкой на изолированные тракты приточного воздуха и вытяжного воздуха, при этом в первом блоке по ходу движения воздуха в обоих трактах установлены фильтры очистки воздуха, основные теплообменники, соединенные между собой трубопроводом с размещенными на нем пластинчатым теплообменником, насосом и соленоидными вентилями, в тракте вытяжного воздуха перед основным теплообменником установлены дополнительный теплообменник и установка адиабатического увлажнения, причем во втором блоке в тракте приточного воздуха размещены последовательно по ходу движения воздуха теплообменник, установка адиабатического увлажнения, нагреватель и приточный вентилятор, а в тракте вытяжного воздуха последовательно по ходу движения воздуха установлены компрессор, четырехходовой клапан, теплообменник и вентилятор, при этом теплообменники во втором блоке в трактах сообщены друг с другом.

2. Тепловой насос по п.1, характеризующийся тем, что блоки соединены друг с другом посредством гибкой вставки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплосистемах, использующих тепловые насосы. .

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к области теплонаносных устройств. .

Изобретение относится к оборудованию для отопления жилых и производственных зданий. .

Изобретение относится к технике преобразования температуры рабочего вещества с низкого уровня на более высокий и может быть использовано при разработке и изготовлении тепловых насосов, холодильных машин и трансформаторов тепла.

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к области теплонасосных установок, работающих в условиях широкого диапазона изменений температуры источника тепла.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности, к трансформаторам тепла (тепловым насосам), используемым в системах отопления, кондиционирования и водоснабжения, и может быть использовано как в системах централизованного, так и автономного теплохладоснабжения.

Изобретение относится к тепловым насосам, то есть к устройствам, использующим тепло низкотемпературных источников естественного или искусственного происхождения для получения воды, пригодной для отопления и горячего водоснабжения с температурой 50-70°С.

Изобретение относится к области защиты от обмерзания. .

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. .

Изобретение относится к шторным воздушным клапанам для вентиляции закрытых помещений. .

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. .

Изобретение относится к приточной трубе для вентиляции животноводческих помещений для сельскохозяйственных животных, содержащей: отверстие впуска наружного воздуха, вытяжное отверстие, воздушный канал, продолжающийся вдоль продольной оси приточной трубы и соединяющий отверстие впуска наружного воздуха с вытяжным отверстием; с первым участком воздушного канала, продолжающимся в направлении потока наружного воздуха от отверстия впуска наружного воздуха к отверстию впуска воздуха животноводческого помещения и вторым участком воздушного канала, продолжающимся в направлении потока от отверстия впуска воздуха животноводческого помещения к вытяжному отверстию; устройство подачи воздуха, расположенное внутри второго участка воздушного канала и выполненное для подачи воздуха из отверстия впуска воздуха животноводческого помещения и первого участка воздушного канала к вытяжному отверстию.

Изобретение относится к области устройств подавления излучения звука в окружающую среду в системах удаления отходящих промышленных газов. .

Изобретение относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха
Наверх