Система для настройки каскада теплового насоса
Владельцы патента RU 2709008:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) (RU)
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для улучшения работы теплонасосных установок на объектах их производства, в проектных бюро, а также на производственных предприятиях холодильного парокомпрессионного оборудования. Система для настройки теплового насоса включает термометры, манометры, ваттметр, емкость-источник, соединенную со стороной теплоносителя с тепловым насосом через его испаритель. Испаритель по стороне хладагента последовательно соединен с компрессором, конденсатором, дроссельным клапаном. Конденсатор по стороне теплоносителя соединен с емкостью-приемником. Дополнительно содержит счетчики теплоты и циркуляционный насос между емкостью-источником и емкостью-приемником, составляющие в совокупности циркуляционный контур. Технический результат изобретения заключается в обеспечении простоты и точности измерения параметров, а также различных режимов работы теплового насоса, характерных для всех распространенных типов источников и приемников за счет возможности в ручном режиме устанавливать различные динамические температуры емкостей, имитирующих приемник и источник. 1 ил.
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для улучшения работы теплонасосных установок на объектах их производства, в проектных бюро, а также на производственных предприятиях холодильного парокомпрессионного оборудования.
Известен лабораторный стенд для исследования работы теплового насоса (http://www.rusnauka.com/5_PNW_2010/Tecnic/58925.doc.htm), содержащий термометр сопротивления, насос для перекачки воды, электронагреватели воды, емкость с нагреваемой водой, конденсатор, компрессор, мост сопротивлений, дроссельный вентиль, ресивер, емкость с охлаждаемой водой, испаритель, при этом конденсатор, испаритель, компрессор и дроссельный вентиль представляют из себя тепловой насос.
Недостатками данного лабораторного стенда для исследования работы теплового насоса являются:
- большая погрешность измерений параметров теплового насоса из-за отсутствия необходимого набора измерительных приборов (термометры, манометры, расходомеры), вместо них в схеме предусмотрены термометры сопротивления;
- повышенные эксплуатационные затраты из-за использования электронагревателей воды для нагрева теплоносителя от внешней электрической энергии.
Прототипом изобретения принимается стенд для испытаний теплового насоса (Патент СССР № SU 1416819) состоящий из последовательно установленных компрессора, конденсатора, регулирующего вентиля и испарителя, содержащий первый и второй циркуляционные контуры для теплоносителя с емкостями и насосами, подключенными соответственно к испарителю и конденсатору, с целью снижения энергозатрат дополнительно содержит третий циркуляционный контур для теплоносителя со своими емкостью и насосом, содержащий также теплообменник-охладитель, установленный в тепловом насосе между конденсатором и регулирующим вентилем, причем емкости второго и третьего контуров подключены к емкости первого контура, дополнительно соединенного перед своей емкостью с емкостью второго контура.
Недостатками данного прототипа являются:
- громоздкость схемы, имеющей, четыре контура с теплоносителями и, соответственно, три циркуляционных насоса, большое количество кранов, подводов и отводов потока теплоносителя;
- повышенные эксплуатационные затраты на подогрев воды из внешнего источника, в связи с необходимостью подавать горячий теплоноситель из вне;
- отсутствие счетчиков теплоты, что заставляет прибегать к расчетным методам, чтобы получить расход теплоты в контуре.
Задача изобретения - разработать систему для настойки теплового насоса типа «вода-вода», имеющую одну емкость-приемник и одну емкость-источник, с удобным регулированием температур теплоносителя с помощью скорости циркуляционных насосов и открытием кранов, а также измерением мощности, выдаваемой тепловом насосом.
Технический результат изобретения заключается в простоте и точности измерения за счет использования необходимого набора измерительных приборов - термометры, манометры, расходомеры, ваттметр для измерения мощности компрессора, в снижении стоимости изготовления схемы испытательного стенда для тепловых насосов за счет наличия только трех контуров, и, соответственно, двух циркуляционных насосов, снижение эксплуатационных затрат, так как тепловая энергия в схему испытательного стенда для тепловых насосов поступает за счет работы теплового насоса, а не электронагревателей воды, а так же испытание теплового насоса в различных режимах, характерных для всех распространенных типов источников и приемников за счет возможности в ручном режиме устанавливать различные динамические температуры емкостей, имитирующих приемник и источник.
На чертеже представлена система для настройки теплового насоса, состоящая из емкости-источника 1 соединенной с тепловым насосом 2 через циркуляционный насос 4 теплового насоса 2 с установленными счетчиком теплоты 3 емкости-источника 1, тепловой насос 2 своей испарительной частью помещен в емкость-приемник 5, имеющей в нижней части входной трубопровод от водопровода, а в верхней части счетчик теплоты 6 емкости-приемника 5 и соединенной с емкостью-источником 1 посредством трубопровода с установленным циркуляционным насосом 7 перетока, при этом мощность компрессора (на фиг. не обозначен) теплового насоса 2 фиксируется ваттметром 8, а на «холодной» и «горячей» линиях установлены термометры 9 и манометры 10. Для обеспечения регулирования в циркуляционном насосе 4 и в циркуляционном насосе 7 перетока предусмотрено ступенчатое регулирование скорости, посредством переключения рычагов, стандартно установленных на каждом корпусе циркуляционного насоса 4.
Рассмотрим принцип работы системы для настройки теплового насоса.
Из емкости-источника 1 путем прокачивания теплоносителя при помощи циркуляционного насоса 4 теплового насоса 2 теплота перекачивается в емкость-приемник 5. При этом температура в емкости-источнике 1 будет падать, а в емкости-приемнике 5 увеличиваться. Для того чтобы остановить процесс постоянного падения температуры в емкости-источнике 1 и постоянного роста температуры в емкости-приемнике 5 предусмотрен циркуляционный контур, который посредством циркуляционного насоса перетока 7 возвращает теплоту теплоносителя из емкости-приемника 5 в емкость-источник 1. При этом, регулируя кратность циркуляции, путем управления производительностью насоса 7 перетока с помощью переключения скоростей, выставляется требуемый динамический температурный уровень в емкости-источнике 1 и емкости-приемнике 5, то есть обеспечивается возможность устанавливать различные динамические температуры емкостей, имитирующих приемник и источник, что позволяет настраивать работу теплового насоса 2 в различных режимах, характерных для различных источников и приемников. Для целей получения оптимальных, максимально возможных характеристик теплового насоса 2 обеспечивается имитация температуры источника (емкость-источник 1) и температуры приемника (емкость-приемник 5). Количество тепловой энергии перекаченной из имитируемого источника фиксируется счетчиком теплоты 3 емкости-источника 1, количество теплоты теплоносителя переданное в емкость-приемник 5 фиксируется счетчиком теплоты 6 емкости-приемника 5, мощность компрессора (чертеже не обозначен) теплового насоса 2 фиксируется ваттметром 8. Для контроля работы системы для настройки теплового насоса 2 установлены термометры 9 и манометры 10, за счет чего достигается повышение коэффициента преобразования электрической энергии. Для обеспечения регулирования в циркуляционном насосе 4 и в циркуляционном насосе 7 перетока предусмотрено ступенчатое регулирование скорости.
Счетчиком теплоты 3 емкости-источника 1 и счетчик теплоты 6 емкости-приемника 5 служат для фиксации количества тепловой энергии, «перекачанной» из емкости-источника 1 в емкость-приемник 5, таким образом, выполняется учет движения тепловых потоков для настройки ключевых параметров теплового насоса 2.
Настройка теплового насоса 2 осуществляется в режиме выхода на максимальные рабочие параметры, то есть когда обеспечено максимальное перекачивание теплоты из емкости-источника 1 в емкость-приемник 5. В данном режиме осуществляется пропуск фреона через расширительный клапан (на фиг. не обозначен), путем подкручивания вентиля расширительного клапана (на фиг. не обозначен) монтажным ключом.
Также настройка теплового насоса 2 обеспечивается путем регулирования пропуска фреона через испаритель (чертеже не обозначен) для получения наивысшего СОР теплового насоса 2.
Система для настройки теплового насоса, состоящая из термометров, манометров, ваттметра, емкости источника, соединенной со стороной теплоносителя с тепловым насосом через его испаритель, который по стороне хладагента последовательно соединен с компрессором, конденсатором, дроссельным клапаном, конденсатор, в свою очередь, по стороне теплоносителя соединен с емкостью-приемником, отличающаяся тем, что дополнительно содержит счетчики теплоты и циркуляционный насос между емкостью-источником и емкостью-приемником, составляющие в совокупности циркуляционный контур.
