Способ получения тепла для отопления с помощью теплового насоса

 

N 42095

Класс 14 с, 13;

ЗЬс, 1

АВТОРСНОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТ(НИЕ

ОПИСАНИЕ способа получения тепла для отопления с помощью теплового насоса.

К авторскому свидетельству А. M. Регирера, заявленному 25 мая

1933 года (спр. с перв. № 129197).

О выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 марта 1935 года. (171) Предметом настоящего изобретения

1 является способ получения тепла для отопления с помощью теплового насоса, при каковом способе часть теплового потребления покрывается за счет тепла, извлекаемого из окружающей среды, в частном случае из воды, подвергаемой, замораживанию.

Давно известная схема теплового насоса не нашла до сего времени применения в энергетике вследствие дороговизны электрической энергии, недостаточно высокого коэфициента пояезного действия теплового насоса, затруднений в отношении подыскания первоисточника тепла и т. и.

Настоящее предложение позволяет обойти эти затруднения путем применения тепловых насосов совокупно с установками теплофикационного типа и включения конденсатора теплового насоса в обратную теплофикационную магистраль перед бойлерами и другими нагревательными устройствами. Компрессор теплового насоса непосредственно соединен с энергоагрегатом с применением описанного ниже способа использования тепловым насосом тепла, выделяющегося при замерзании воды. Тем самым создаются предпосылки для вовлечения в энергетическое хозяйство тепла окружающей среды взамен эквивалентного количества топлива и передачи тепла на расстояния, доступные для передачи электрической энергии.

На чертеже фиг. 1 изображает схему устройства в случае установки теплового насоса непосредственно на теплофикационной станции; фиг.2 †видоизменен схемы применительно к случаю установки теплового насоса на подстанции; фиг. 3 — то же, с замораживателем в качестве испарителя.

В систему одноступенчатого твплового насоса, показанного для примера на фиг. l, входит компрессор 1, конденсатор 2, испаритель 3 и регулирующий вентиль 4. Последний может быть заменен расширительным двигателем, в целях регенерирования некоторой части энергии, затрачиваемой на работу теплового насоса.

Компрессор 1 теплового насоса непосредственно соединяется с энергоагрегатом 5 наглухо или посредством расцепной муфты 6, например, гидравлической. Преимуществом такого непосредственного соединения, по сравнению с возможным сепаратным приводом компрессора, например, посредством отдельного двигателя теплофикационного типа или электродвигателя, является большая компактность и более высокий коэфициент полезного действия.

Регулирование теплового насоса может быть связано кинематически, элек1

° в трически или иным путем с регулированием первичного двигателя. Если послед ний работает на противодавление, то характерная для такого рода двигателей жесткая зависимость между отдачей тепла и отдачей электрической энергии может отпасть в известных: пределах благодаря возможности перераспределения нагрузки между тепловым насосом и генератором.

Конденсатор 2 теплового насоса включается в теплофикационную сеть 8 таким образом, что теплоноситель из обратной магистрали 7 поступает прежде всего в конденсатор 2 теплового насоса, где ему сообщается тепло при наинизшем потенциале. До конечной температуры теплоноситель догревается в прочих нагревательных аппаратах, например, в конденсаторе 9 с ухудшенным вакуумом первичного двигателя и бойлере 10.

Такое предвключение конденсатора теплового насоса обеспечивает получение в последнем минимального температурного перепада и соответственно наибольшего коэфициента полезного действия и уместно, поэтому, и в тех случаях, когда компрессор теплового насоса снабжается сепаратным приводом.

Еще больший коэфициент полезного действия может быть получен при приР менении теплового насоса для начального подогрева добавка, коим пополняется обычно довольно значительная в теплофикационных установках убыль теплоносителя, так как температура добавки ниже температуры теплоносителя в обратной магистрали. Наибольшее использование тепла окружающей среды и сведение к минимуму чисто конденсационной мощности достигается путем применения теплового насоса совокупно с теплофикационными установками, дающими максимальный относительный выход электрической энергии.

На схеме показаны для примера сочетание теплового насоса с бинарной теплофикационной установкой 11.

Если имеется в наличии избыточная энергия, например, от гидравлических, ветряных, районных и тому подобных электростанций, то может оказаться целесообразным сочетание тепловых насосов с теплофикационными установками любого типа до чисто теплового включительно.

В зависимости от местных условий первоисточниками тепла для тепловых насосов могут служить: окружающий воздух, имеющий, однако, ряд недостатков, как-то: относительно малую теплоемкость, низкий коэфициент теплопере дачи и низкую температуру зимой; теплая артезианская вода и допускающая глубокое охлаждение соленая вода, располагать которыми можно, однако, не везде; солнечное тепло, аккумулируемое в воде, почве и т. д., что требует, однако, дорогих сооружений, и наконец, вода в естественных водоемах, имея в виду рессурсы скрытой теплоты образования льда, практически пригодного способа использования коих в тепловом насосе до сих пор, однако, не было предложено.

Способ получения тепла для отопления с помощью теплового насоса основан на применении цикла, обратного циклу, предложенному для энергетического использования малых разностей температур в приполярных странах и совершаемого в другом температурном интервале. Цикл приполярной станции совершается в интервале температур ниже 0 и имеет целью получение энергии за счет разности температур воды и воздуха, предлагаемый же ооратный цикл совершается и интервале температур выше 0 и преследует цель создания разности температур путем затраты некоторого количества энергии.

Вода вводится по трубопроводу 12 посредством насоса 13 в замораживатель 14, куда одновременно поступает по трубопроводу 15 вещество, кипящее при соприкосновении с- водой и не смешивающееся с ней, например, бутан. В результате происходящего внутри замораживателя 14 непосредственного теплообмена между водой и бутаном вода обращается в лед, а бутан испаряется.

Лед удаляется из замораживателя, например, через жидкостный затвор посредством конвейеров или иным путем.

Пары бутана поступают по трубопроводу 1б в испаритель 3 теплового насоса, где конденсируются, отдавая тепло рабочему телу теплового насоса. Ожиженный бутан снова подается насосом 17. в замораживатель 14.

Возможно также видоизменение описанного выше устройства, отличающееся тем, что замораживатель является одновременнно испарителем теплового насоса, и бутану присваивается непосредственно роль рабочего тела теплового насоса (фиг. 3). В этом случае в систему теплового насоса включается в качестве его испарителя непосредственно замораживатель 14. При таком устройстве образующиеся в замораживателе пары поступают по трубопроводу 16 непосредственно в компрессор 1 теплового насоса, далее в сжатом состоянии конденсируются в конденсаторе 2, отдавая свое тепло воде теплофикационной сети 8, и наконец, через регулирующий вентиль 4 снова возвращаются в первоначальное состояние, при котором и поступают обратно в замораживатель 74.

Представленная на фиг. 1 схема может быть видоизменена путем уничтожения механической связи между энергоагрегатом теплофикационной станции и компрессором теплового насоса, элементы которого при этом могут быть расположены в произвольном расстоянии от станционного оборудования, например, на отдельной подстанции. Последний случай иллюстрируется схемой, представленной на фиг. 2.

Подстанция оборудуется тепловым насосом, в систему которого входят компрессор 7, конденсатор 2, испаритель 3, регулирующий вентиль4, замораживатель

14 и подогреватель 18, который связывается теплопроводом 19 с теплофикационной станцией 11. Конденсатор 2 и подогреватель 18 включаются последовательно в теплофикационную сеть 8 таким образом, чтобы теплоноситель последней поступал из обратной магистрали 7 прежде всего в конденсатор 2 теплового насоса.

По образцу схемы фиг.2 может быть осуществлена группировка нескольких подстанций вокруг теплофикационной станции для теплофикации более или менее обширных районов.

В зависимости от местных условий возможно совокупное применение всех вышеупомянутых мероприятий или только части их, например, в некоторых случаях может оказаться целесообразным применение тенлового насоса с замораживателем, независимо от теплофикационной станции.

В вышеописанных устройствах элементы тепловых насосов, а также накапливаемый в течение отопительных периодов лед могут использоваться для целей охлаждения.

Предмет изоб ретения.

1, Способ получения тепла для отопления с помощью теплового насоса, отличающийся тем, что испаритель 3 насоса обогревается паром жидкости, кипящей при низкой температуре (например, бутаном и т. п.), и конденсат снова испаряется в замораживателе 14 действием наружной воды при частичном ее превращении в лед.

2. Видоизменение способа по п. 1, отличающееся тем, что в качестве испарителя используется замораживатель 14, из которого рабочее вещество (например, бутан) подается непосредственно в тепловой насос 1.

В авторсному свидетельству А. М. Регирера Я 42095

1 ! ! ! !

Г

| ю

М

Эксперт Н. А. Быков

Редактор А. А. Денисов

Тип. „Печатный Труд". Зак. 3182 — 400