Система теплоснабжения

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Конев Сергей Владимирович Шумская Елена Евгеньевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Система теплоснабжения, содержащая магистраль подачи воды от низкопотенциального источника тепла к тепловому насосу с циркулирующим в нем по замкнутому циклу хладагентом, магистраль системы теплоснабжения и бак-аккумулятор, при этом тепловой насос включает испаритель, компрессор и конденсатор, последовательно соединенные трубопроводами, причем конденсатор соединен с магистралью системы теплоснабжения с одной стороны и с помощью дроссельного вентиля соединен с испарителем с другой стороны, который в свою очередь связан с магистралью подачи воды от низкопотенциального источника тепла, отличающаяся тем, что бак-аккумулятор совмещен с конденсатором и выполнен в виде вертикального цилиндра с внешней теплоизоляцией, разделенного на теплопередающие верхнюю и нижнюю секции, установленные на опорном элементе, причем верхняя секция выполнена из вертикально расположенных по диаметру трубок, объединенных верхним и нижним коллекторами, при этом верхний коллектор содержит подводящий патрубок для подачи хладагента от компрессора, а нижняя секция выполнена в виде трубы, навитой вокруг опорного элемента по спирали, причем конец трубы в виде 59982010.02.28 отводящего патрубка выведен из бака-аккумулятора, который, в свою очередь, снабжен патрубком ввода холодной воды, а верхняя секция снабжена патрубком отвода теплой воды в магистраль системы теплоснабжения, закрепленным на баке-аккумуляторе и связанным трубой со сливной воронкой, установленной между трубками верхней секции.(56) 1. Международная заявка/2005/073650, МПК 24 19/10, 2005 (прототип). Полезная модель относится к комбинированным системам для нагрева и охлаждения с тепловым насосом компрессионного типа и может быть использована в жилищнокоммунальном хозяйстве и в любой отрасли промышленности для нагрева жидкостного теплоносителя с одной стороны и охлаждения воздушной или жидкой среды с другой стороны. Известна система теплоснабжения 1, включающая магистраль подачи от низкопотенциального источника тепла, состоящую из трубопроводов, предназначенную для подвода носителя (воды или воздуха) от низкопотенциального источника тепла к тепловому насосу. Тепловой насос предназначен для повышения температуры тепла, полученного от низкопотенциального источника, и передачи тепла в систему потребителя. Система потребителя тепла состоит из аккумулирующего бака (бака-аккумулятора), в который нагретый теплоноситель (вода) поступает из теплового насоса, и магистрали системы теплоснабжения, по которой нагретый теплоноситель подается в приборы потребителя(краны, отопительные приборы). Для поддержания постоянной температуры теплоносителя в системе потребителя тепла предусмотрены датчики температуры, установленные внутри бака-аккумулятора. Датчики регулирует работу теплового насоса следующим образом если температура воды в баке-аккумуляторе ниже установленной величины (первый порог), то тепловой насос включается и работает до тех пор, пока температура не поднимется выше второго температурного порога с более высокой температурой, чем первый порог. В системе теплоснабжения используют тепловой насос компрессионного типа с циркулирующим в нем по замкнутому циклу хладагентом (фреоном), имеющий электрический привод. Тепловой насос включает испаритель, компрессор и конденсатор,последовательно соединенные теплоизолированными трубопроводами. Компрессор предназначен для создания избыточного давления паров фреона, всасываемых из испарителя по соединительным теплоизолированным трубопроводам. В конденсатор пары фреона поступают после компрессора. Конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, в котором пары фреона охлаждаются и происходит конденсация фреона. При этом в конденсаторе выделяется тепло, с помощью которого происходит нагрев воды, поступающей из магистрали системы теплоснабжения и проходящей через конденсатор. Причем конденсатор соединен с магистралью системы теплоснабжения с одной стороны и с помощью дроссельного вентиля соединен с испарителем, в который поступает вода из магистрали от низкопотенциального источника тепла, с другой стороны. Дроссельный вентиль предназначен для терморегуляции и ограничения количества хладагента в системе теплоснабжения. Таким образом, регулируется количество тепла, отводимого от низкопотенциального источника тепла и получаемого потребителем тепла по магистрали системы теплоснабжения. Далее теплоноситель возвращается в испаритель (теплообменный аппарат), в котором хладагент при низком давлении закипает, поглощая тепло от низкопотенциального источника тепла. Нагретая в конденсаторе вода подается в бак-аккумулятор и произвольно стратифицируется по температуре горячие слои воды поднимаются в верх бака-аккумулятора, а холодные слои воды остаются в нижней его части. Для предотвращения перемешивания 2 59982010.02.28 горячего и холодного слоев вода, нагретая тепловым насосом, поступает в верхнюю часть бака-аккумулятора, а в нижнюю часть бака-аккумулятора подводят остывшую воду из отопительных приборов потребителя по магистрали системы теплоснабжения и дополнительное количество холодной воды, необходимой для поддержания постоянной циркуляции в системе теплоснабжения. Недостатком данной системы теплоснабжения является низкая ее эффективность,сложность конструкции и системы теплоснабжения в целом, наличие дополнительных тепловых потерь. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности системы теплоснабжения за счет упрощения конструкции и улучшения теплообменных процессов. Задача решается следующим образом. Известная система теплоснабжения содержит магистраль подачи воды от низкопотенциального источника тепла к тепловому насосу с циркулирующим в нем по замкнутому циклу хладагентом, магистраль системы теплоснабжения и бак-аккумулятор, при этом тепловой насос включает испаритель, компрессор и конденсатор, последовательно соединенные трубопроводами, причем конденсатор соединен с магистралью системы теплоснабжения с одной стороны и с помощью дроссельного вентиля соединен с испарителем с другой стороны, который в свою очередь связан с магистралью подачи воды от низкопотенциального источника тепла. Согласно предлагаемому техническому решению бак-аккумулятор совмещен с конденсатором и выполнен в виде вертикального цилиндра с внешней теплоизоляцией, разделенного на теплопередающие верхнюю и нижнюю секции, установленные на опорном элементе, причем верхняя секция выполнена из вертикально расположенных по диаметру трубок, объединенных верхним и нижним коллекторами, при этом верхний коллектор содержит подводящий патрубок для подачи хладагента от компрессора, а нижняя секция выполнена в виде трубы, навитой вокруг опорного элемента по спирали, причем конец трубы в виде отводящего патрубка выведен из бака-аккумулятора, который, в свою очередь, снабжен патрубком ввода холодной воды, а верхняя секция снабжена патрубком отвода теплой воды в магистраль системы теплоснабжения, закрепленным на бакеаккумуляторе и связанным трубой со сливной воронкой, установленной между трубками верхней секции. Совмещение бака-аккумулятора с конденсатором теплового насоса значительно упрощает конструкцию системы теплоснабжения, предотвращает часть тепловых потерь и способствует увеличению температуры нагреваемой воды, поступающей в магистраль системы теплоснабжения. Также возникает возможность использовать тепло перегретого пара, что приводит к повышению температуры нагреваемой среды при прежних параметрах работы теплового насоса. На фиг. 1 изображена схема общего вида системы теплоснабжения. На фиг. 2 показано конструктивное выполнение бака-аккумулятора, совмещенного с конденсатором. Система теплоснабжения содержит магистраль подачи воды от низкопотенциального источника тепла, по которой подают воду (теплоноситель) к тепловому насосу с циркулирующим в нем по замкнутому циклу хладагентом (фреоном), магистраль системы теплоснабжения и бак-аккумулятор 2, совмещенный с конденсатором. Тепловой насос содержит испаритель 3, компрессор 1 и бак-аккумулятор 2, совмещенный с конденсатором, последовательно соединенные трубопроводами 4, 5. Бак-аккумулятор 2, совмещенный с конденсатором, соединен с магистралью системы теплоснабжения с одной стороны и с помощью дроссельного вентиля 7 соединен с испарителем 3, в который поступает вода из магистрали от низкопотенциального источника тепла, с другой стороны. Компрессор 1, предназначенный для повышения давления паров хладагента, соединен последовательно подающим трубопроводом 4 на входе с испарителем 3, предназначенным 3 59982010.02.28 для получения тепла от низкопотенциального источника тепла (на чертеже не показан) посредством кипения хладагента (фреона) внутри испарителя 3, и нагнетающим трубопроводом 5 - с баком-аккумулятором 2, предназначенным для передачи тепла от конденсирующегося внутри него хладагента в магистраль системы теплоснабжения при более высокой температуре. Бак-аккумулятор 2 соединен с магистралью системы теплоснабжения с одной стороны и подающим трубопроводом 6 с помощью дроссельного вентиля 7,предназначенного для снижения давления конденсата, с магистралью подачи воды от низкопотенциального источника тепла с другой стороны. Бак-аккумулятор 2 совмещен с конденсатором и выполнен в виде вертикального цилиндра 8 с внешней теплоизоляцией 9, разделенного на теплопередающие верхнюю и нижнюю секции с хладагентом, установленные на опорном элементе 10, предназначенном для поддержания верхней и нижней секций. При установившемся режиме работы бакааккумулятора 2, совмещенного с конденсатором, в верхней секции происходит охлаждение паров хладагента, а в нижней - их конденсация. Верхняя секция выполнена из вертикально расположенных по диаметру трубок 11, объединенных верхним коллектором 13 и нижним коллектором 14. Верхний коллектор 13 содержит подводящий патрубок 15, предназначенный для подачи хладагента от компрессора через нагнетающий трубопровод 5. Нижняя секция выполнена в виде трубы 12, навитой вокруг опорного элемента 10 по спирали. Конец трубы в виде отводящего патрубка 16, предназначенного для слива конденсата из бака-аккумулятора 2, совмещенного с конденсатором, и подачи его на дроссельный вентиль 7 через подающий трубопровод 6, выведен из бака-аккумулятора 2. Бакаккумулятор 2 снабжен, в свою очередь, патрубком 17 ввода холодной воды из магистрали системы теплоснабжения. Для отвода теплой воды в магистраль системы теплоснабжения верхняя секция снабжена патрубком 20, закрепленным на баке-аккумуляторе 2 и связанным трубой 19 со сливной воронкой 18, установленной между трубками 11 верхней секции. Устройство работает следующим образом. При включении компрессора 1 в электрическую сеть (на чертеже не показана) происходит постепенное отсасывание хладагента, например фреона, из испарителя 3 по подающему трубопроводу 4 и нагнетание его в верхнюю и нижнюю секции бака-аккумулятора 2, совмещенного с конденсатором и выполненного в виде вертикального цилиндра 8 с внешней теплоизоляцией 9. Бак-аккумулятор разделен на теплопередающие верхнюю и нижнюю секции, в элементах которых циркулирует хладагент, установленные на опорном элементе 10. Одновременно осуществляют подачу воды по магистрали от низкопотенциального источника тепла в испаритель 3. При этом давление хладагента в компрессоре 1 значительно повышается, что приводит к его нагреву. Вследствие низкого давления в испарителе 3 хладагент закипает, забирая тепло у воды, проходящей по магистрали от низкопотенциального источника тепла. Предварительно через патрубок 17 заполняют холодной водой бакаккумулятор 2. Пары фреона поступают по нагнетающему трубопроводу 5 через подводящий патрубок 15 в верхний коллектор 13, где они с его помощью распределяются по трубкам 11 верхней секции и, постепенно опускаясь к нижнему коллектору 14, попадают в нижнюю секцию, выполненную в виде трубы 12, навитой вокруг опорного элемента 10 по спирали. Из бака-аккумулятора 2 фреон выводится через отводящий патрубок 16. С помощью дроссельного вентиля 7 уменьшают давление хладагента, после чего он поступает по подающему трубопроводу 6 в испаритель 3. В начальном режиме работы компрессора 1 происходит конденсация хладагента в верхней и нижней секциях. Когда же вода в пространстве, окружающем трубки 11 верхней секции, прогревается до температуры кипения фреона, в этой секции происходит только охлаждение перегретого пара. Так как температура пара фреона выше температуры конденсации, то вода вокруг трубок 11 верхней секции нагревается до более высокой температуры. Нагретая вода поступает из верхней секции в 59982010.02.28 сливную воронку 18 и по трубе 19 через патрубок 20 выводится из бака-аккумулятора 2 и поступает в магистраль системы теплоснабжения потребителя. Процесс конденсации продолжается в области нижней секции, и через патрубок 17 холодная вода снова заполняет бак-аккумулятор 2 из магистрали системы теплоснабжения. Холодная вода может также подаваться из водопровода (на чертеже не показан). При условии, когда вода не разбирается потребителем, перемешивание слоев воды с разной температурой не происходит. Устанавливается режим естественной конвекции воды в баке-аккумуляторе 2, при котором более нагретые слои воды с меньшей плотностью перемещаются в верхнюю секцию бака-аккумулятора 2. При разборе же нагретой воды потребителем вводят дополнительное количество воды через патрубок 17 в бакаккумулятор 2. Прогретые слои воды перемещаются в верхнюю секцию бакааккумулятора 2, где происходит перемешивание слоев воды. При этом в бакеаккумуляторе 2 устанавливается средняя температура воды, которая ниже температуры,устанавливаемой при режиме работы без разбора потребителем нагретой воды. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5