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.
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.
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.
