ТЕПЛОВОЙ НАСОС

ТЕПЛОВОЙ НАСОС


RU (11) 2285872 (13) C1

(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: 2005109022/06 
(22) Дата подачи заявки: 2005.03.30 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.03.30 
(45) Опубликовано: 2006.10.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: GB 1542416 А, 21.03.1979. SU 1642207 A1, 15.04.1991. SU 1760266 A1, 07.09.1992. SU 1765638 A1, 30.09.1992. US 6460358 A, 08.10.2002. 
(72) Автор(ы): Москаленко Игорь Валентинович (RU); Костин Александр Михайлович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Москаленко Игорь Валентинович (RU); Костин Александр Михайлович (RU) 
Адрес для переписки: 117321, Москва, ул. Профсоюзная, 136, к.3, кв.236, Э.З. Огневой 

(54) ТЕПЛОВОЙ НАСОС

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к области теплонасосных установок, работающих в условиях широкого диапазона изменений температуры источника тепла. Тепловой насос включает компрессор, конденсатор, расширитель, испаритель и теплообменник. Первая полость теплообменника на входе соединена с выходом испарителя, на выходе - с компрессором. Вторая полость теплообменника на входе соединена через трехходовой регулирующий вентиль с контуром между конденсатором и расширителем, а на выходе - с контуром между трехходовым регулирующим вентилем и расширителем. Расширитель выполнен в виде дросселя. Тепловой насос снабжен датчиком температуры, который установлен между компрессором и первой полостью теплообменника и связан с трехходовым регулирующим вентилем через контроллер. За счет регулируемого перегрева рабочего тела после испарителя его температура останется постоянной вне зависимости от температуры на выходе из испарителя. Технический результат - повышение надежности и стабильности работы теплового насоса при изменении в широком диапазоне температуры низкопотенциального источника тепла. 1 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


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

Известна холодильная установка, используемая для тепло- и хладоснабжения, включающая компрессор, конденсатор, испаритель и теплообменник, первая полость которого подсоединена между испарителем и компрессором, а вторая на входе подсоединена через трехходовой вентиль к контуру между конденсатором и дросселем, а на выходе - к контуру между трехходовым вентилем и дросселем. Регулирование потока через вторую полость теплообменника осуществляется в зависимости от температуры после компрессора (см. а.с. СССР №1642207, F 25 В 1/00, 1991).

Известен тепловой насос, включающий компрессор, конденсатор, расширитель, испаритель и теплообменник, первая полость которого на входе соединена с выходом испарителя, а на выходе - с компрессором, а вторая полость на входе соединена через трехходовой регулирующий вентиль с контуром между конденсатором и расширителем, а на выходе - с контуром между трехходовым регулирующим вентилем и расширителем (см. патент Великобритании №1542416, F 25 В 29/00, 1979). В известном устройстве регулирование потока через теплообменник осуществляется в зависимости от температуры в конденсаторе.

Недостатки такого решения:

1. В условиях динамического изменения температуры окружающей среды возможно создание таких условий, когда ее температура превысит 12-15°С. Тогда к температуре перегрева рабочего тела в испарителе добавляется повышение температуры рабочего тела, внесенного теплообменником, и в итоге на компрессор будет подано рабочее тело с перегревом до 25-30°С, что является критической температурой для многих компрессоров, и в итоге может привести к его перегреву и выходу из строя.

2. В момент запуска компрессора и в условиях изменяющейся температуры источника теплообменник не оказывает существенного влияния на работу компрессора и не устраняет вероятность "мокрого пуска".

3. Не обеспечивается одинаковая эффективность работы компрессора во всем интервале температур источника.

Задачей изобретения является повышение надежности и стабильности работы теплового насоса при изменении в широком диапазоне температуры низкопотенциального источника тепла.

Поставленная задача решается за счет того, что в тепловом насосе, включающем компрессор, конденсатор, расширитель, испаритель и теплообменник, первая полость которого на входе соединена с выходом испарителя, а на выходе - с компрессором, а вторая полость на входе соединена через трехходовой регулирующий вентиль с контуром между конденсатором и расширителем, а на выходе - с контуром между трехходовым регулирующим вентилем и расширителем, согласно изобретению расширитель выполнен в виде дросселя, а тепловой насос снабжен датчиком температуры, установленным между компрессором и первой полостью теплообменника и связанным через контроллер с трехходовым регулирующим вентилем.

На чертеже представлен тепловой насос.

Тепловой насос включает замкнутый контур, состоящий из испарителя 1, теплообменника 2, компрессора 3, конденсатора 4 и дросселя 5. Первая полость теплообменника 2 на входе соединена линией 9 с выходом испарителя, а на выходе - линией всасывания 10 с компрессором, а вторая полость на входе соединена через трехходовой регулирующий вентиль 6 с контуром между конденсатором 4 и дросселем 5, а на выходе - с контуром между трехходовым регулирующим вентилем 6 и дросселем 5. Линия 12 соединяет трехходовой регулирующий вентиль 6 и дроссель 5, а линия 11 - трехходовой регулирующий вентиль 6 и конденсатор 4. На линии 10 установлен датчик температуры 7, соединенный через контроллер 8 с трехходовым регулирующим вентилем 6.

Тепловой насос работает следующим образом. Рабочее тело сжимается в компрессоре 3, конденсируется в конденсаторе 4, отдавая тепло потребителю, расширяется в дросселе 5, испаряется в испарителе 1, нагреваясь от низкопотенциального источника тепла (окружающей среды), и через теплообменник 2 поступает в компрессор 3. При низкой температуре окружающей среды, когда необходимо повышение перегрева рабочего тела, подаваемого на линию всасывания 10, управляющий сигнал на датчике температуры 7 будет максимальной величины, что приведет к закрытию трехходового регулирующего вентиля 6 и, тем самым, к обеспечению прохода всего рабочего тела через теплообменник 2.

В этом случае за счет передачи части тепла от рабочего тела после конденсатора происходит повышение температуры рабочего тела на линии всасывания 10, что позволит компрессору работать в оптимальном тепловом режиме. Это приведет к увеличению коэффициента преобразования системы в целом.

При высокой температуре окружающей среды, когда нет необходимости в повышении перегрева рабочего тела, подаваемого на линию всасывания 10, управляющий сигнал на датчике температуры 7 будет минимальной величины, что приведет к закрытию трехходового регулирующего вентиля 6 и, тем самым, к прекращению передачи тепла в теплообменнике 2. В этом случае температура рабочего тела после испарителя не изменит свою величину и останется оптимальной для работы компрессора.

В интервале между крайними точками рабочего интервала температуры окружающей среды регулирующий вентиль 6 регулирует расход рабочего тела через вторую полость теплообменника 2 пропорционально изменению температуры окружающей среды, что в итоге регулирует перегрев рабочего тела в теплообменнике 2, делая эту температуру оптимальной в каждый конкретный момент времени.

Основное преимущество изобретения заключается в том, что за счет регулируемого перегрева рабочего тела после испарителя его температура останется постоянной вне зависимости от температуры на выходе из испарителя.

По сравнению с предшествующим уровнем техники значительно улучшаются характеристики эффективности работы системы в целом без значительного увеличения расходов и увеличения энергопотребления системы.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Тепловой насос, включающий компрессор, конденсатор, расширитель, испаритель и теплообменник, первая полость которого на входе соединена с выходом испарителя, а на выходе - с компрессором, а вторая полость на входе соединена через трехходовой регулирующий вентиль с контуром между конденсатором и расширителем, а на выходе - с контуром между трехходовым регулирующим вентилем и расширителем, отличающийся тем, что расширитель выполнен в виде дросселя, а тепловой насос снабжен датчиком температуры, установленным между компрессором и первой полостью теплообменника и связанным через контроллер с трехходовым регулирующим вентилем.