СПОСОБ ДОСТИЖЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО ОТОПИТЕЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ДОСТИЖЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО ОТОПИТЕЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ


RU (11) 2153133 (13) C2

(51) 7 F25B29/00, F25B30/00 

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

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

(21) Заявка: 98115079/06 
(22) Дата подачи заявки: 1998.08.03 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1998.08.03 
(45) Опубликовано: 2000.07.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. RU 2083932 C1, 1997. 2. RU 94004301 A1, 1995. 3. Рей Д., Макмайл Д. Тепловые насосы. - М.: Энергоиздат, 1982, с.39, 190, 4. RU 2062964 C1, 1996. 5. Хайнрих Г., Найорк Х., Неотлер В. Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения. - М.: Стройиздат, 1985, с.37-45. 
(71) Заявитель(и): Захаров Аркадий Николаевич; Конов Алексей Филиппович 
(72) Автор(ы): Захаров А.Н.; Конов А.Ф. 
(73) Патентообладатель(и): Захаров Аркадий Николаевич; Конов Алексей Филиппович 
Адрес для переписки: 249020, Калужская обл., г. Обнинск, ул. Мира д. 5, кв.2, Конову А.Ф. 

(54) СПОСОБ ДОСТИЖЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО ОТОПИТЕЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 

Способ и установка могут быть использованы при эксплуатации и разработке тепловых насосов, холодильников и трансформаторов тепла. При осуществлении способа всю массу рабочего тела подвергают сжатию или расширению в сосуде, смежном с сосудом цилиндра компрессора, при этом подвод тепла от охлаждаемой среды к рабочему телу при его расширении и отвод тепла от рабочего тела в нагреваемую среду при его сжатии производят поочередно с помощью теплоносителей, циркулирующих в двух не связанных циркуляционных контурах, по одному из теплообменников которых размещены в сосуде с рабочим телом, а вторые их теплообменники размещены соответственно в охлаждаемой и нагреваемой средах. Изобретение обеспечивает максимальное значение отопительного коэффициента, повышение надежности и упрощение условий эксплуатации. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к технологии преобразования тепловой энергии и может быть использовано при разработке тепловых насосов, холодильников и трансформаторов тепла.

Известен способ достижения максимального отопительного коэффициента и устройство для его осуществления /1/. Недостатком данного способа является то, что для достижения максимального значения отопительного коэффициента работу проталкивания, выполняемую компрессором, необходимо преобразовывать в тепловую или электрическую энергию. Для преобразования этой работы необходимы расширительный цилиндр или детандер. Введение этих устройств делает тепловой насос дорогим и сложным в эксплуатации.

Недостаток устройства, осуществляющего известный способ, заключается в том, что замкнутый циркуляционный контур находится над действием давления рабочего тела в 50-200 атм. Это обстоятельство требует особых мер предосторожности в процессе эксплуатации. Кроме того, в устройстве цилиндр с поршнем погружены в рабочее тело. В этом случае доставка смазывающего материала к трущимся поверхностям возможна только путем растворения его в рабочем теле, что ограничивает выбор рабочего тела. Наконец, конструкция усложняется еще и тем, что она требует использования жидких магнитных уплотнителей, которые могут удерживать ограниченную величину давления в сосуде с рабочим телом.

Цель изобретения - достижение максимального значения отопительного коэффициента устройства, а также повышение надежности и упрощение его эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что всю массу рабочего тела помещают в один сосуд, смежный с сосудом цилиндра компрессора, в котором и производят его сжатие и расширение, причем подвод тепла к рабочему телу при расширении от охлаждаемой среды и отвод тепла от рабочего тела в нагреваемую среду при сжатии производят поочередно с помощью теплоносителей, при этом тепловой контакт теплоносителей с рабочим телом осуществляют непосредственно в сосуде с рабочим телом.

Поставленная цель в устройстве достигается тем, что в устройство, содержащее компрессор и теплообменники, вводятся два несвязанных циркуляционных контура с жидкими теплоносителями, каждый из которых состоит из двух теплообменников, причем один теплообменник первого контура помещен в охлаждаемую среду, а один теплообменник второго контура помещен в нагреваемую среду, вторые теплообменники помещены в сосуд с рабочим телом, при этом компрессор выполнен так, что рабочий объем его цилиндра равен половине объема рабочего тела в смежном сосуде.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ.

На фиг. 2 показана индикаторная диаграмма термодинамического цикла работы устройства.

Устройство содержит первый циркуляционный контур, состоящий из теплообменников 11, 8 и насоса 7, второй циркуляционный контур состоит из теплообменников 6, 10 и насоса 9, компрессора, в который входят цилиндр 1, поршень 2, смежного сосуда 3, масляного насоса 4 и сосуда для масла 5. Теплообменник 8 помещен в охлаждаемую среду, а теплообменник 10 - в нагреваемую среду или в отапливаемое помещение.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии или в начале цикла поршень 2 находится в верхнем крайнем положении. Рабочее тело заполняет цилиндр 2 и сосуд 3. При этом температура, давление и объем рабочего тела соответствуют критическим параметрам. На фиг. 2 это состояние соответствует точке К.

При включении масляного насоса 4, масло поступает из сосуда 5 в объем над поршнем 2, вследствие чего происходит смещение поршня и сжатие рабочего тела. Одновременно с включением насоса 4 включается насос 9, при этом тепло от рабочего тела теплоносителем второго циркуляционного контура и теплообменников 10, 6 переносится в отапливаемое помещение.

При достижении поршнем крайнего нижнего положения насосы 4 и 9 включаются. При этом температура рабочего тела равна температуре отапливаемого помещения, а параметры состояния соответствуют точке G на линии ВД.

При включении масляного насоса 4 в обратном направлении включается насос 7 первого контура с теплообменниками 11, 8, при этом происходит расширение рабочего тела и понижение его температуры, и тепло от охлаждаемой среды поступает к рабочему телу. При достижении поршнем крайнего верхнего положения параметры рабочего тела будут соответствовать критическому состоянию. Этим заканчивается термодинамический цикл устройства.

В отличие от известного, отопительный коэффициент предлагаемого способа зависит от скорости сжатия и отбора теплоты от рабочего тела. Для определения этой зависимости необходимо рассмотреть цикл с минимальным и максимальным значениями отопительного коэффициента. Минимальное значение достигается, когда сжатие производится адиабатически. В этом случае рабочее тепло из точки K в точку B переводится без отвода тепла. Работа компрессора равна площади Ее значение вычислено в /1/ и оно равно 0,6. При включении второго контура, тепло от рабочего тела будет перенесено в отапливаемое помещение. Температура рабочего тела без изменения его объема снизится до температуры отапливаемого помещения, его параметры будут соответствовать точке G. Количество тепла, отданное рабочим телом, будет равно

Q = 3R(TB-TG),

где R - газовая постоянная,

TB - температура в точке B;

TG - температура в точке G.

При переходе рабочего тела из точки G в точку K работа внешних сил равна нулю. Этот процесс можно рассматривать как расширение в пустоту с поглощением теплоты.

Поскольку в цикле определены количество теплоты, перенесенное от рабочего тела в отапливаемое помещение, и затраченная при этом работа, то отопительный коэффициент цикла равен



Это значение является минимальным для данного устройства.

Максимальное значение отопительного коэффициента достигается при одновременном равновесном сжатии и отводе тепла от рабочего тела. Этот процесс описывается отрезком кривой KG. Его нельзя определить ни как изотермическим, ни как адиабатическим. Эту кривую можно аппроксимировать кривой, описывающей адиабатическое сжатие идеального газа. В этом случае 

Поскольку в описанном процессе, как и в цикле с адиабатическим сжатием, конечное состояние рабочего тела соответствует параметрам точки G, то и количество теплоты, переданное рабочим телом в отапливаемое помещение, равно Q = 3R (TB - TG). В этом случае отопительный коэффициент будет иметь максимальное значение



Для устройства, рассмотренного в /1/, максимальное значение = 19,7.

Если температура отапливаемого помещения будет увеличиваться, то точка G будет перемещаться вверх по линии BD. Площадь GKDG (зачерченная на фиг. 2) будет увеличиваться, а отопительный коэффициент уменьшаться. При этом отопительный коэффициент в устройстве /1/ всегда больше отопительного коэффициента предлагаемого устройства.

Если в данном устройстве в качестве рабочего тела использовать одноатомный идеальный газ, то максимальное значение отопительного коэффициента устройства будет равно = 1,5. Диаграмма цикла будет идентична циклу DBCD (см. фиг. 2), но смещена к началу координат.

Таким образом, и максимальное значение отопительных коэффициентов описанного способа и устройства всегда меньше, чем у известного /1/. Однако, в новом способе и устройстве не требуется выполнения работы проталкивания и преобразования ее в электрическую или тепловую энергию. Циркуляционные контуры, обеспечивающие теплообмен, заполнены жидким теплоносителем низкого давления. Высокое давление в новом устройстве может возникать только в сосуде с рабочим телом. В устройстве решена проблема смазки трущихся деталей и нет необходимости применения магнитных уплотнителей. Устройство позволяет использовать экологически безопасные газы в качестве рабочего тела.

Стоимость устройства значительно снижена, оно просто в обслуживании и надежно в эксплуатации.

Необходимо отметить, что применение известных фреонов в описанном устройстве невозможно в принципе, поскольку их физические свойства не позволяют достичь максимального отопительного коэффициента при любых реальных условиях.

Источники информации

1. Конов А.Ф. Способ достижения максимального отопительного коэффициента тепловых насосов и устройство для его осуществления. Патент РФ N 2083932, кл. F 25 B 30/00, опубл. 10.07.97 г. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ достижения максимального отопительного коэффициента в тепловых насосах, включающий подвод тепла к рабочему телу из охлаждаемой среды и отвод его от рабочего тела в нагреваемую среду, выбор рабочего тела и приведение его в критическое состояние перед сжатием, отличающийся тем, что всю массу рабочего тела помещают в один сосуд, смежный с сосудом цилиндра компрессора, в котором и производят его сжатие и расширение, причем подвод тепла к рабочему телу от охлаждаемой среды при расширении и отвод тепла от рабочего тела в нагреваемую среду при сжатии производят поочередно с помощью теплоносителей, при этом тепловой контакт теплоносителей с рабочим телом осуществляют непосредственно в сосуде с рабочим телом.

2. Установка для достижения максимального отопительного коэффициента тепловых насосов, содержащая компрессор и теплообменники, отличающаяся тем, что в установку вводятся два не связанных циркуляционных контура с жидкими теплоносителями, каждый из которых состоит из двух теплообменников, причем один теплообменник первого контура помещен в охлаждаемую среду, а один теплообменник второго контура помещен в нагреваемую среду, вторые теплообменники помещены в сосуд с рабочим телом, при этом компрессор выполнен так, что рабочий объем его цилиндра равен половине объема рабочего тела в смежном сосуде.






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