ТЕПЛОВОЙ НАСОС

ТЕПЛОВОЙ НАСОС


RU (11) 2301382 (13) C2

(51) МПК
F25B 30/02 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005125796/06 
(22) Дата подачи заявки: 2005.08.16 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.08.16 
(43) Дата публикации заявки: 2007.02.27 
(45) Опубликовано: 2007.06.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2187769 C1, 20.08.2002. RU 2223454 С2, 20.06.2003. RU 2200282 С2, 10.03.2003. GB 2064013 А, 10.06.1981. US 6915656 В2, 12.07.2005. 
(72) Автор(ы): Конов Алексей Филиппович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Конов Алексей Филиппович (RU) 
Адрес для переписки: 249031, Калужская обл., г. Обнинск, ул. Мира, 5, кв.2, А.Ф. Конову 

(54) ТЕПЛОВОЙ НАСОС

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. Тепловой насос содержит цилиндры сжатия, цилиндр смежного сосуда с разделительным поршнем с их индивидуальными теплообменниками, запорные вентили, гидравлический насос высокого давления, включенные в замкнутый контур. В контур между гидравлическими входами вертикально расположенных цилиндров сжатия подсоединены параллельно два дополнительных цилиндра, соединенных между собой через запорные вентили. Первый из дополнительных цилиндров снабжен перегородкой, через отверстие в которой штангой соединены два поршня. Две полости, образованные стенками перегородки, поршнями и стенкой цилиндра, снабжены отверстиями, к которым подсоединены выходы трехпозиционного гидравлического переключателя, входы которого соединены со входом и выходом гидравлического насоса высокого давления. Поршень второго дополнительного цилиндра через шток, затем через качающий рычаг с гидроприводом и второй теплоизолированный шток соединен с разделительным поршнем цилиндра смежного сосуда. Поршни цилиндров сжатия снабжены вытеснителями, поверхность которых и внутренняя поверхность цилиндров сжатия, прилежащая к пневмовыходу этих цилиндров, теплоизолированы твердым теплоизолятором. Техническим результатом является разработка конструкции теплового насоса и увеличение его отопительного коэффициента. 3 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


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.

Известно устройство теплового насоса, которое позволяет выполнить термодинамический цикл с параметрами рабочего вещества, близкими или равными критическим (патент РФ №2187769, кл. F25В 29/00, 2002).

Недостатком известного устройства теплового насоса является то, что цилиндр сжатия и цилиндр смежного сосуда выполнены в одном цилиндре, где один цилиндр является продолжением другого, поэтому при сжатии рабочего тела часть выделяемого тепла по корпусу цилиндра из объема смежного сосуда переносится в цилиндр сжатия, где смывается маслом и переносится в масляный бак.

Кроме того, как следует из схемы устройства, в конце сжатия, после отвода тепла в нагреваемое помещение, наступает процесс выталкивания отжатого рабочего вещества в циркуляционный контур. При выталкивании поршень перемещается на ту часть цилиндра смежного сосуда, где тепло от рабочего тела через стенки цилиндра передавалось теплоносителю. В этом положении поршня остаточное тепло самой стенки будет передаваться поршню, что также приведет к потере тепла. Для того, чтобы исключить эту потерю необходимо изготовить поршень из теплоизолирующего материала, а его длина должна быть не меньше длины той части цилиндра, через стенки которой происходит теплообмен при сжатии.

Поскольку требование к конструкции поршня не оговорено в описании, то при его изготовлении без учета этих требований утечка тепла будет происходить как в процессе сжатия, так и в процессе выталкивания.

Цель изобретения - разработка конструкции теплового насоса и увеличение его отопительного коэффициента.

Поставленная цель достигается с помощью теплового насоса, содержащего цилиндры сжатия, цилиндр смежного сосуда с разделительным поршнем с их индивидуальными теплообменниками, запорные вентили, гидравлический насос высокого давления, включенные в замкнутый контур, отличающегося тем, что в контур между гидравлическими входами вертикально расположенных цилиндров сжатия подсоединены параллельно два дополнительных цилиндра, соединенных между собой через запорные вентили, причем первый из дополнительных цилиндров снабжен перегородкой, через отверстие в которой штангой соединены два поршня, а две полости, образованные стенками перегородки, поршнями и стенкой цилиндра, снабжены отверстиями, к которым подсоединены выходы трехпозиционного гидравлического переключателя, входы которого соединены со входом и выходом гидравлического насоса высокого давления, при этом поршень второго дополнительного цилиндра через шток, затем через качающий рычаг с гидроприводом и второй теплоизолированный шток соединен с разделительным поршнем цилиндра смежного сосуда, а поршни цилиндров сжатия снабжены вытеснителями, поверхность которых и внутренняя поверхность цилиндров сжатия, прилежащая к пневмовыходу этих цилиндров, теплоизолированы твердым теплоизолятором.

На фиг.1 представлена гидравлическая и пневматическая схема теплового насоса.

На фиг.2 показано устройство цилиндра сжатия, в котором в качестве поршня с вытеснителем используется эластичный разделитель.

На фиг.3 показан разрез цилиндра сжатия и цилиндра смежного сосуда, в котором отверстия, выполненные в корпусе цилиндра, служат трубками теплообменника.

Тепловой насос состоит из цилиндра 1 смежного сосуда, его теплообменника 13, поршня с теплоизолированным штоком 19, цилиндров 2 и 3 сжатия с теплообменниками 14 и 15, поршней 7 и 8, вытеснителей 11 и 12, внутренних твердых теплоизоляторов 17 и 18, первого дополнительного цилиндра 4, неподвижной перегородки 16, спаренных поршней 9, второго дополнительного цилиндра 5, поршня 10 и штока 20, гидравлического насоса высокого давления 24, трехпозиционного гидропереключателя 22, качающего рычага 21 и гидропривода 23, запорных вентилей 25-31 и 34, разделительных вентилей с электроприводом 32 и 33, теплоизоляцией 35.

Тепловой насос работает следующим образом. Если в последнем процессе сжатия поршень 6 находится относительно чертежа в крайнем правом положении, то поршень 10 находится в крайнем левом положении. В этом положении в цилиндре 3 рабочее вещество приводится в критическое состояние, а спаренные поршни 9 цилиндра 4 находятся в крайнем левом положении. После того как рабочее вещество в цилиндре 3 достигнет критической температуры, а в цилиндре 1 температура рабочего вещества будет равна температуре обогреваемого помещения, откроются запорные вентили 32 и 33 и включится гидропривод 23. Переместив разделительный поршень 6 в левое крайнее положение, а поршень 10 в крайнее правое положение, гидропривод отключится, а вентили с электроприводом 32 и 33 закроются. При этом объем газа равный 0,7 Vкр из цилиндра 3 переместится в цилиндр 1, оставшаяся часть газа объемом 0,3 Vкр будет находиться в цилиндре 3 в полости, образованной внутренним твердым теплоизолятором 18 и теплоизолированной поверхностью вытеснителя 12. Далее трехпозиционный гидравлический переключатель ставится в положение, при котором гидравлический насос высокого давления 24 будет перекачивать масло из левой полости цилиндра 4 в правую полость. При этом смещение спаренных поршней будет происходить слева направо, а поршень 8 с вытеснителем 12 будет двигаться вверх.

Процесс сжатия закончится, когда масло из левой полости цилиндра 4 полностью перекачается в правую полость, при этом поршень 8 с вытеснителем 12 протолкнет оставшийся газ в цилиндр 1.

По окончанию этого процесса гидропереключатель ставится в положение, при котором гидравлический насос высокого давления 24 будет перекачивать масло по замкнутому контуру, т.е. будет работать на холостом ходу. Наступает пауза, за время которой тепло от сжатого газа в цилиндре 1 переходит к теплоносителю циркуляционного контура обогреваемого помещения, а в цилиндре 2 рабочее вещество будет доведено до критического состояния. По окончании паузы вентили с электроприводом 32 и 33 открываются, гидропривод 23 переведет поршни цилиндров 1 и 5 в противоположное положение, гидрораспределитель включит насос, который будет перекачивать масло из правой полости цилиндра 4 в левую, поршень 7 с вытеснителем 11 вытолкнут газ в цилиндр 1. Наступает очередная пауза, и далее циклы попеременно повторяются.

На фиг.2 показан сжимающий цилиндр, в котором в качестве поршня с вытеснителем используется эластичный разделитель. При таком варианте цилиндр сжатия состоит из корпуса цилиндра 2, эластичного разделителя 36, гидравлического входа 41 и пневмовыхода 40, уплотнителей 38 и 39, пневмоклапана 37 и твердого теплоизолятора 17.

На фиг.3 показан разрез цилиндра сжатия и цилиндра смежного сосуда, в котором отверстия, выполненные в корпусе цилиндра, служат как теплообменные трубки теплообменника. Согласно фиг.3 обозначения соответствуют: 1 - цилиндр, 42 - отверстие для теплоносителя и 35 - внешний теплоизолятор.

В предлагаемом тепловом насосе переталкивание рабочего вещества из цилиндров сжатия в цилиндр смежного сосуда происходит без изменения его начальных параметров, что исключает тепловые потери в том процессе.

Процесс сжатия производится в теплоизолированном объеме, что исключает потерю тепла во время процесса сжатия.

При переходе от одного цикла к другому процесс выравнивания давления в контуре происходит при синхронном смещении поршней в цилиндре смежного сосуда и во втором дополнительном цилиндре, что устраняет причину, вызывающую потерю тепловой энергии перед началом нового цикла.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Тепловой насос, содержащий цилиндры сжатия, цилиндр смежного сосуда с разделительным поршнем с их индивидуальными теплообменниками, запорные вентили, гидравлический насос высокого давления, включенные в замкнутый контур, отличающийся тем, что в контур между гидравлическими входами вертикально расположенных цилиндров сжатия подсоединены параллельно два дополнительных цилиндра, соединенных между собой через запорные вентили, причем первый из дополнительных цилиндров снабжен перегородкой, через отверстие в которой штангой соединены два поршня, а две полости, образованные стенками перегородки, поршнями и стенкой цилиндра, снабжены отверстиями, к которым подсоединены выходы трехпозиционного гидравлического переключателя, входы которого соединены со входом и выходом гидравлического насоса высокого давления, при этом поршень второго дополнительного цилиндра через шток, затем через качающий рычаг с гидроприводом и второй теплоизолированный шток соединен с разделительным поршнем цилиндра смежного сосуда, а поршни цилиндров сжатия снабжены вытеснителями, поверхность которых и внутренняя поверхность цилиндров сжатия, прилежащая к пневмовыходу этих цилиндров, теплоизолированы твердым теплоизолятором.








ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru