Стенд для исследования параметров функционирования бытовых тепловых насосов

Изобретение относится к стендам для проведения термодинамических исследований эффективности работы тепловых насосов. Испаритель, компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль, теплообменник-охладитель хладагента, установленный между конденсатором и регулирующим вентилем расположены последовательно. Внешний контур с емкостью для низкопотенциального теплоносителя выполнен с возможностью регулирования температуры низкопотенциального теплоносителя. Внутренний контур с емкостью для высокопотенциального теплоносителя выполнен с возможностью регулирования температуры высокопотенциального теплоносителя. С целью регулирования температуры хладагента на входе в компрессор, стенд дополнительно содержит теплообменник-перегреватель хладагента, установленный между испарителем и компрессором. Техническим результатом является обеспечение возможности регулирования и управления параметрами теплоносителя как на выходе из конденсатора, так и на выходе из испарителя теплового насоса с целью экспериментального исследования влияния этих параметров хладагента на эффективность работы бытовых тепловых насосов. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Для оценки эффективности работы тепловых насосов (ТН) необходимо проведение их стендовых термодинамических исследований.

Существуют различные конструкции стендов для изучения характеристик ТН.

Так, разработан и построен стенд для испытаний ТН [1]. Стенд предназначен для изучения влияния различных теплоносителей на теплотехнические характеристики ТН. В состав стенда входит компрессор, конденсатор, испаритель, ресивер со смотровой трубкой, фильтр-осушитель, электромагнитный вентиль, терморегулирующий вентиль. На стенде установлена система контроля параметров установки в процессе проведения экспериментов и автоматического снятия показаний с датчиков, размещенных на стенде.

Однако в данном стенде отсутствует возможность регулирования температуры хладагента на входе в компрессор. Между тем термодинамические характеристики теплоносителя, подающегося в компрессор, в значительной степени влияют на эффективность работы как самого компрессора ТН, так и всей теплонасосной установки (ТНУ).

Известна экспериментальная установка для исследования режимов работы ТН [2]. В состав установки входят испаритель, конденсатор, компрессор, ресивер, емкости с охлаждаемой и нагреваемой водой; насос для перекачки воды, дроссельный вентиль и электронагреватели воды. При работе стенда с помощью электронагревателей меняется температура соответственно низкопотенциального теплоносителя в емкости, связанной с испарителем и температура охлаждающей воды (обратки) в емкости, связанной с конденсатором. Температура теплоносителей в испарителе и конденсаторе регистрируется с помощью термометров сопротивлений и моста сопротивлений. Изменяются температуры теплоотдатчика и теплоприемника и на основе выполненных измерений строятся графоаналитические зависимости температуры воды на выходе из конденсатора от температуры теплоотдатчика.

В установке не предусмотрена возможность регулирования температуры теплоносителя на входе в компрессор, тем самым существенно ограничиваются объемы исследований, связанных с эффективностью работы компрессора ТН.

Наиболее близким техническим устройством к предлагаемому является стенд для испытаний тепловых насосов (авторское свидетельство SU 1416819 А1) [3]. Стенд содержит компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль, испаритель, первый, второй и третий циркуляционные контуры для низкопотенциального теплоносителя разной температуры с емкостями и насосами. Стенд также содержит теплообменник-охладитель, установленный в тепловом насосе между конденсатором и вентилем. Такая конструкция обеспечивает возможность работы стенда в широком диапазоне температур низкопотенциального теплоносителя и позволяет определять влияние этих температур на эффективность ТН. Переход на новый температурный режим приводит к изменению температуры конденсации и испарения рабочего тела в конденсаторе и испарителе.

Однако конструкция стенда не позволяет осуществлять регулирование температуры рабочего тела, поступающего в компрессор ТН. В результате значительно сокращаются возможности исследования и поиска оптимальных режимов работы компрессора.

Задачей изобретения является обеспечение возможности регулирования и управления параметрами теплоносителя как на выходе из конденсатора, так и на выходе из испарителя ТН с целью экспериментального исследования влияния этих параметров хладагента на эффективность работы бытовых ТН.

Указанная задача решается за счет того, что стенд для исследования параметров функционирования теплового насоса содержит последовательно расположенные испаритель, компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль, теплообменник-охладитель хладагента, установленный между конденсатором и регулирующим вентилем, а также внешний контур в виде емкости для низкопотенциального теплоносителя и с возможностью регулирования температуры низкопотенциального теплоносителя, а также внутренний контур в виде емкости для высокопотенциального теплоносителя и с возможностью регулирования температуры высокопотенциального теплоносителя и отличается тем, что, с целью регулирования температуры хладагента на входе в компрессор, стенд дополнительно содержит теплообменник-перегреватель хладагента, установленный между испарителем и компрессором.

Теплообменник-перегреватель хладагента может быть выполнен в виде цилиндрического ресивера, а нагрев хладагента в теплообменнике-перегревателе может осуществляться за счет подвода через стенки ресивера тепловой энергии от закрепленных на внешней поверхности ресивера пленочных электронагревателей. Теплообменник-охладитель хладагента может быть выполнен в виде ресивера с плоскими боковыми поверхностями, а охлаждение хладагента в теплообменнике-охладителе может осуществляться через стенки ресивера путем отвода тепловой энергии с помощью элементов Пельтье, закрепленных на внешних боковых поверхностях ресивера.

Емкость для низкопотенциального теплоносителя внешнего контура может иметь плоские боковые поверхности. Охлаждение низкопотенциального теплоносителя в емкости внешнего контура может осуществляться через стенки емкости с помощью элементов Пельтье, закрепленных на внешней поверхности емкости. Нагрев низкопотенциального теплоносителя в емкости внешнего контура может осуществляться через стенки емкости с помощью пленочных электронагревателей, закрепленных на внешней поверхности емкости.

При этом управление работой пленочных электронагревателей и элементов Пельтье стенда может осуществляться с помощью программируемого контроллера.

Принципиальная схема стенда представлена на фиг.

Стенд состоит из испарителя 2, компрессора 3, конденсатора 4, регулирующего вентиля 1, теплообменника-охладителя хладагента 5, установленного между конденсатором 4 и регулирующим вентилем 1, теплообменника-перегревателя хладагента 6, установленного между испарителем 2 и компрессором 3.

Теплообменник-охладитель хладагента 5 выполнен в виде ресивера с плоскими боковыми поверхностями, на которых с внешней стороны закреплены элементы Пельтье 7. Теплообменник-перегреватель хладагента 6 выполнен в виде цилиндрического ресивера, на внешней поверхности которого закреплены пленочные электронагреватели 8. Управление уровнем охлаждения и нагревания поверхностей ресиверов 5 и 6 производится от контроллера 9, а регистрация температуры в узлах стенда осуществляется соответственно термопарами с, d и е. Подвод электроэнергии от внешнего источника (на фиг. не показано) к элементам Пельтье 7 и пленочным электронагревателям 8 осуществляется через контроллер 9 с помощью электропроводов а и в. Измерение давления хладагента в узлах стенда производится манометрами 10, 11 и 12.

Внутренний контур выполнен в виде емкости 13 для высокопотенциального теплоносителя (отопительной воды). Емкость 13 связана с емкостью конденсатора 4 через вентиль 14. Внутренний контур также может быть выполнен в виде отопительной батареи (на фиг. не показано). После вентиля 14 установлен жидкостной насос 16 для обеспечения циркуляции высокопотенциального теплоносителя.

Внешний контур выполнен в виде емкости 15 с плоскими боковыми поверхностями. Внутри емкости 15 находится низкопотенциальный теплоноситель (вода). На внешней поверхности емкости 15 закреплены элементы Пельтье 17 для охлаждения низкопотенциального теплоносителя и пленочные электронагреватели 18 для нагрева низкопотенциального теплоносителя. Внутри емкости 15 также размещен испаритель 2 в форме трубчатого змеевика и электромешалка (на фиг. не показано) для перемешивания низкопотенциального теплоносителя. Элементы Пельтье 17 и пленочные электронагреватели 18 также подключены к контроллеру 9 для осуществления электропитания через двухжильный электропровод k, а регистрация температуры в емкости 15 осуществляется термопарой i через контроллер 9. Стенд работает следующим образом.

Устанавливается необходимый уровень температуры низкопотенциального теплоносителя в емкости 15. Для этого включается контроллер 9, по командам которого осуществляется управление работой закрепленных на внешней поверхности емкости 15 пленочных электронагревателей 18 для нагрева низкопотенциального теплоносителя и/или элементов Пельтье 17 для охлаждения низкопотенциального теплоносителя (в зависимости от текущего опыта в данном эксперименте, который предварительно планируется).

Низкопотенциальный теплоноситель нагревает находящийся в испарителе 2 хладагент, который в виде паров начинает поступать в теплообменник-перегреватель 6.

Открывается вентиль 14, включается жидкостной насос 16 и начинается циркуляция высокопотенциального теплоносителя (отопительной воды) между емкостью конденсатора 4 и емкостью 13 внутреннего контура.

По командам контроллера 9 осуществляется управление работой пленочных электронагревателей 8 для нагрева хладагента в теплообменнике-перегревателе 6 и элементов Пельтье 7 для охлаждения хладагента в теплообменнике-охладителе 5. Пары хладагента из теплообменника-перегревателя 6, подогретые пленочными электронагревателями 8, закрепленными на внешней поверхности теплообменника-перегревателя 6, поступают в компрессор 3, где сжимаются, а затем сжатые пары хладагента поступают в конденсатор 4, где охлаждаются, передавая часть своей тепловой энергии высокопотенциальному теплоносителю (отопительной воде). Из конденсатора 4 хладагент поступает в теплообменник-охладитель 5, где дополнительно охлаждается с помощью элементов Пельтье 7, закрепленных на внешней поверхности теплообменника-охладителя 5, а затем, через регулирующий вентиль 1, хладагент вновь подается на вход испарителя 2, находящегося в емкости 15.

Регулирование температуры хладагента в теплообменнике-охладителе 5 и в теплообменнике-перегревателе 6 в процессе испытаний создает условия для определения оптимальных режимов работы теплового насоса и его основных узлов, а также позволяет исследовать эффективность использования в тепловых насосах различных видов хладагентов.

Предлагаемая конструкция стенда существенно расширит возможности исследования параметров функционирования бытовых ТН.

Используемая литература:

1. Сухих А.А. Генералов К.С., Акимов И.А. «Испытание теплового насоса для теплоснабжения индивидуального дома» (журнал «Новости теплоснабжения» №197 (01.2017 г.)).

2. http://www.poisk-ru.ru/s1266t1.html

Квеладзе З.Д., Козырев Д.В., Низамутдинов Р.Ж. «Экспериментальная установка для исследования режимов работы теплового насоса» (Южно-Уральский аграрный университет).

3. Авторское свидетельство на изобретение SU 1416819 А1 «Стенд для испытаний тепловых насосов» (опубл. в бюлл. №30 от 15.08.88).

1. Стенд для исследования параметров функционирования теплового насоса, содержащий последовательно расположенные испаритель, компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль, теплообменник-охладитель хладагента, установленный между конденсатором и регулирующим вентилем, а также внешний контур с емкостью для низкопотенциального теплоносителя и с возможностью регулирования температуры низкопотенциального теплоносителя, а также внутренний контур с емкостью для высокопотенциального теплоносителя и с возможностью регулирования температуры высокопотенциального теплоносителя, отличающийся тем, что, с целью регулирования температуры хладагента на входе в компрессор, стенд дополнительно содержит теплообменник-перегреватель хладагента, установленный между испарителем и компрессором.

2. Стенд для исследования параметров функционирования теплового насоса по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник-перегреватель хладагента выполнен в виде цилиндрического ресивера, а нагрев хладагента в теплообменнике-перегревателе осуществляют через стенки ресивера за счет подвода тепловой энергии от закрепленных на внешней поверхности ресивера пленочных электронагревателей.

3. Стенд для исследования параметров функционирования теплового насоса по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник-охладитель хладагента выполнен в виде ресивера с плоскими боковыми поверхностями, а охлаждение хладагента в теплообменнике-охладителе осуществляют через стенки ресивера путем отвода тепловой энергии с помощью элементов Пельтье, закрепленных на внешних боковых поверхностях ресивера.

4. Стенд для исследования параметров функционирования теплового насоса по п. 1, отличающийся тем, что емкость для низкопотенциального теплоносителя внешнего контура имеет плоские боковые поверхности.

5. Стенд для исследования параметров функционирования теплового насоса по п. 4, отличающийся тем, что охлаждение низкопотенциального теплоносителя в емкости внешнего контура осуществляют через стенки емкости с помощью элементов Пельтье, закрепленных на внешней поверхности емкости.

6. Стенд для исследования параметров функционирования теплового насоса по п. 4, отличающийся тем, что нагрев низкопотенциального теплоносителя в емкости внешнего контура осуществляют через стенки емкости с помощью пленочных электронагревателей, закрепленных на внешней поверхности емкости.

7. Стенд для исследования параметров функционирования теплового насоса по любому из пп. 2, 3, 5 и 6, отличающийся тем, что управление работой пленочных электронагревателей и элементов Пельтье осуществляют с помощью программируемого контроллера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам испытания двигателей внутреннего сгорания. Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого способа, заключается в определении момента срыва толщины масляного слоя в режимах рабочего хода и газообмена, характеризующего контакт трущихся поверхностей на уровне микронеровностей посредством сигналов датчиков.

Изобретение может быть использовано для анализа быстропротекающих процессов в рабочих колесах турбомашин в процессе поузловой доводки рабочих колес турбин и компрессоров газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к технике испытаний жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) в наземных условиях при проведении огневых приемосдаточных испытаний летных образцов двигателей.

Изобретение относится к способу обработки сигнала, обеспечиваемого реверсивным датчиком. Способ обработки сигнала (CRK), обеспечиваемого реверсивным датчиком, содержит следующие этапы: генерация первого сигнала (CRK_CNT), использующего все интервалы времени сигнала, обеспечиваемого датчиком, генерация второго сигнала (CRK_FW), использующего интервалы времени, соответствующие первому направлению прохождения, генерация третьего сигнала (CRK_BW), использующего интервалы времени, соответствующие второму направлению прохождения, подключение первого сигнала к входу первого электронного компонента, подключение второго сигнала и третьего сигналов ко второму электронному компоненту, обнаружение вторым электронным компонентом перепадов принятых сигналов, изменение значения заданного порога (THMI) в первом компоненте после каждого обнаружения перепада.

Изобретение относится к системе и способу технического обслуживания рабочей машины и, в частности, к автоматизированной системе обслуживания для выполнения и отображения обследования рабочей машины.

Изобретение относится к холодильной технике. Стенд для исследования теплоэнергетических характеристик малых холодильных машин снабжен контроллером управления процессом измерений, блоком программного изменения температуры в теплоизолированной камере и блоком планирования и выполнения измерений.

Описаны система и компьютерный способ контроля и диагностики аномалий в межколесном пространстве газовой турбины, реализованный с использованием вычислительного устройства, соединенного с интерфейсом пользователя и запоминающим устройством, и включающий хранение множества наборов правил в запоминающем устройстве, которые относятся к межколесному пространству и содержат по меньшей мере одно правило в виде выражения связи выходных данных, поступающих в реальном времени, с входными данными, поступающими в реальном времени, причем выражение связи касается температуры межколесного пространства.

Способ эксплуатации газотурбинного двигателя (ГТД) относится к области двигателестроения, а именно к испытаниям ГТД во время их длительной эксплуатации. Измеряют статическое давление на входе в двигатель на контролируемом режиме при приемо-сдаточных испытаниях и в процессе эксплуатации двигателя приводят его к стандартным атмосферным условиям, сравнивают приведенные значения при приемо-сдаточных испытаниях и в процессе эксплуатации, а промывку проточной части двигателя проводят при увеличении приведенного статического давления на входе в двигатель на выбранном режиме не менее чем на 1% относительно значения, полученного при приемо-сдаточных испытаниях.

Изобретение относится к техническому обслуживанию автотранспортных машин, в частности к способам определения экологической безопасности технического обслуживания автомобилей, тракторов, комбайнов и других самоходных машин.

Турбомашина для летательного аппарата, содержащая по меньшей мере один осевой вал (2), установленный вращающимся в корпусе турбомашины; причем турбомашина содержит эталонную кольцевую деталь (10), содержащую короткие (11) и длинные (12) продольные эталонные зубья, первые средства обнаружения прохождения коротких (11) и длинных (12) эталонных зубьев для измерения скорости вала (2) турбомашины (1) вокруг его оси (X), угломерную кольцевую деталь (20), содержащую продольные угломерные зубья (21), и вторые средства обнаружения прохождения длинных (12) эталонных зубьев и угломерных зубьев (21) для измерения крутящего момента вала (2) турбомашины.

Изобретение относится к холодильной технике. Холодильный контур содержит компрессор, регенератор тепла – теплообменник, сепаратор газ/жидкость, газовый охладитель/конденсатор, расширительный бачок и испаритель с расширительным устройством, соединенным с испарителем выше по потоку.

Изобретение относятся к кондиционеру воздуха с компрессором, использующим хладагент R32. Он содержит компрессор для сжатия хладагента; наружный теплообменник; внутренний теплообменник; и расширительный клапан для уменьшения давления хладагента, причем хладагент образован из гидрофторуглерода (HFC); компрессор содержит компрессорный узел для сжатия хладагента, узел электродвигателя для передачи вращающей силы компрессорному узлу через вращающийся вал, соединенный с компрессорным узлом, и участок для вмещения компрессорного масла для содержания компрессорного масла с целью уменьшения трения между вращающимся валом и компрессорным узлом и понижения температуры компрессора; и масло содержит углеродную наночастицу, при этом объем компрессорного масла составляет около 35-45% от эффективного объема внутренней части компрессора, причем эффективным объемом является объем, полученный путем вычитания объемов узла электродвигателя и компрессорного узла из общего объема компрессора.

Изобретение относится к холодильной технике. Способ управления подачей холодильного агента в испаритель (2) паровой компрессионной системы (1), причем паровая компрессионная система (1) содержит по меньшей мере один испаритель (2), по меньшей мере один компрессор, по меньшей мере один конденсатор и по меньшей мере один терморегулирующий вентиль (3), расположенный в контуре циркуляции холодильного агента.

Изобретение относится к технике турбостроения, а именно к устройствам регулирования турбодетандеров, и может быть использовано на газораспределительных станциях для рекуперации энергии сжатого газа и выработки электроэнергии.

Описан способ, предназначенный для управления устройством охлаждения. Устройство охлаждения содержит контур охлаждения, который включает в себя испаритель (EV), компрессор переменной скорости (CPS) и по меньшей мере одно отделение (FG, FZ), которое охлаждается с помощью упомянутого контура охлаждения.

Изобретение относится к системам кондиционирования воздуха. Система кондиционирования воздуха содержит первый и второй теплообменники на стороне использования и теплообменник на стороне источника тепла, соответственно соединенные последовательно; компрессор, подсоединенный между первым теплообменником на стороне использования и теплообменником на стороне источника тепла; расширительный клапан, подсоединенный между первым теплообменником на стороне использования и вторым теплообменником на стороне использования; устройство для управления давлением, подсоединенное между вторым теплообменником на стороне использования и теплообменником на стороне источника тепла; и перепускной клапан, подсоединенный между расширительным клапаном и теплообменником на стороне источника тепла, причем устройство для управления давлением выполнено с возможностью поддержания хладагента, который протекает из второго теплообменника на стороне использования в теплообменник на стороне источника тепла, при заданном давлении, перепускной клапан выполнен с возможностью обеспечения обхода хладагентом из расширительного клапана второго теплообменника на стороне использования и устройства для управления давлением, и устройство для управления давлением и перепускной клапан выполнены во взаимодействии друг с другом для удержания температуры компрессора ниже максимально допустимой температуры, заданной для компрессора.

Холодильный компрессор, включающий в себя приводной двигатель и компрессорный узел, который сжимает поступающий через всасывающий подвод хладагент и выпускает его через напорное выпускное отверстие.

Изобретение относится к охлаждающему контуру, установке для осушки газа и способу управления охлаждающим контуром. Охлаждающий контур, содержащий охлаждающую среду, компрессор (3), конденсатор (5) и комбинации испаритель (8) - расширительный клапан (7), причем выходы испарителей (8) присоединены к коллекторной трубе (9), которая присоединена к компрессору (3), причем охлаждающий контур (2) содержит управляющий блок (18), который присоединен к датчику (24) температуры и датчику (23) давления, которые установлены в коллекторной трубе (9), и который присоединен к расширительным клапанам (7, 7А, 7В) для управления ими, причем управляющий блок (18) снабжен алгоритмом для управления расширительными клапанами (7, 7А, 7В) на основании показаний датчика (24) температуры и датчика (23) давления, для того чтобы регулировать величину перегрева в коллекторной трубе (9).

Группа изобретений относится к холодильному аппарату, в частности бытовому холодильному аппарату, содержащему компрессор, испаритель, расположенный выше по направлению циркуляции, и испаритель, расположенный ниже по направлению циркуляции, последовательно соединенные с компрессором.

Изобретение относится к устройству регулирования турбодетандера, установленного на газораспределительной станции между магистралями высокого и низкого давления.
Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в воздухоразделительных установках. Способ работы теплового насоса включает сжатие в компрессоре нагретой при охлаждении воздуха воды и нагрев до требуемого значения температуры газа, идущего на регенерацию адсорбента в блоке комплексной очистки воздуха.

Изобретение относится к стендам для проведения термодинамических исследований эффективности работы тепловых насосов. Испаритель, компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль, теплообменник-охладитель хладагента, установленный между конденсатором и регулирующим вентилем расположены последовательно. Внешний контур с емкостью для низкопотенциального теплоносителя выполнен с возможностью регулирования температуры низкопотенциального теплоносителя. Внутренний контур с емкостью для высокопотенциального теплоносителя выполнен с возможностью регулирования температуры высокопотенциального теплоносителя. С целью регулирования температуры хладагента на входе в компрессор, стенд дополнительно содержит теплообменник-перегреватель хладагента, установленный между испарителем и компрессором. Техническим результатом является обеспечение возможности регулирования и управления параметрами теплоносителя как на выходе из конденсатора, так и на выходе из испарителя теплового насоса с целью экспериментального исследования влияния этих параметров хладагента на эффективность работы бытовых тепловых насосов. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх