Використання: в установках для опалення та охолодження приміщень з постійно діючою вентиляцією. Суть винаходу теплонасосная установка містить теплообмінник 1, випарник 4, інжектор-абсорбер 6, напірно-розділовий бачок 9 і рідинної насос 7. Випарник 4 і інжектор-абсорбер 6 з'єднані щонайменше одним капіляром 5. Випарник 4 виконаний з трьох порожнин і заповнений пористим тілом 16. 5 з.п. ф-ли, 2 мул.
Винахід відноситься до теплонасосної установки, що базуються на абсорбційних агрегатах, зокрема до установок для опалення та охолодження приміщень з постійно діючою вентиляцією.
В основу роботи всіх теплових насосів закладені термодинамічний стан і параметри, що визначають цей стан: температура, тиск, питомий об'єм, ентальпія і ентропія.
Робота всіх теплових насосів полягає в тому, що тепло ізотермічні підводиться при низькій температурі і изометрически відводиться при високій температурі. Стиснення і розширення проводиться при постійній ентропії, а робота проводиться від зовнішнього двигуна.
Тепловий насос можна охарактеризувати як помножувач тепла, що використовує низькопотенційне тепло різних тепловиділяючих середовищ, таких як навколишнє повітря, грунт, грунтові і стічні води і т.п.
В даний час відомо безліч різних теплових насосів з різними робочими тілами. Така різноманітність викликано існуючими обмеженнями використання того чи іншого виду теплового насоса, які накладаються не тільки технічними проблемами, але також законами природи.
Найбільш поширеними є насоси з механічною компресією пари, потім насоси з абсорбційним циклом і подвійним циклом Ренкіна.
Насоси з механічною компресією не знаходять широкого використання на увазі необхідність наявності сухого пара, що викликано особливостями механіки більшості компресорів. Рідина, яка може разом з парою на вхід компресора може зашкодити його клапани, а надходження великої кількості рідини в компресор може взагалі вивести його з ладу.
Найбільш широко використовуються насоси абсорбційного типу. Процес роботи абсорбційних установок заснований на послідовному здійсненні термохімічних реакцій поглинання робочого агента абсорбентом, а потім звільнення (десорбції) абсорбенту від робочого агента.
Як правило, робочим агентом в абсорбційних установках служить вода або інші розчини, здатні поглинатися абсорбентом, як абсорбентів можуть бути використані сполуки і розчини, легко поглинають робоче тіло: аміак (NH3), сірчаний ангідрид (SO2), двоокис вуглецю (CO2), їдкий натр (NaOH), їдкий калій (KOH), хлористий кальцій (CACl2) і т.д.
Відома, наприклад, теплонасосная установка (авт. Св. СРСР N 1270499, кл. F 25 B 15/02, 29/00, 1986), що містить абсорбційний холодильний агрегат з контуром холодоагенту, конденсатор, переохлодітель, випарник, дефлегматор і регенеративний теплообмінник, а також контур опалювальної води, що проходить через конденсатор, лінію вентиляційного повітря, що проходить послідовно через абсорбер і переохолоджувач, контур опалювальної води виконаний замкнутим і в нього додатково включено дефлегматор. Установка додатково містить двопорожнинна теплообмінник -переохладітель, який однією порожниною включений в контур холодоагенту між Переохолоджувач і випарником, а інший-в лінію вентиляційного повітря перед абсорбером.
Описана установка громіздка і металоємність, так як має вузли і системи, що працюють при підвищеному тиску. Крім того, досягнення високих енергетичних показників певною установці використовують в якості теплоносія аміак і його водні розчини, які є отруйними і корозійно агресивними.
Найбільш ефективні теплонасосні установки абсорбційної-інжекторного типу.
Відома теплова установка (авт. Св. СРСР N 87623, кл. F 25 B 15/04, 1949), що включає генератор аміачного пара (випарник), заповненого висококонцентрованим водоаміачних розчином, з розташованим всередині нього змійовиком із сталевих труб, до якого подається пар низького тиску, службовець для випаровування аміаку, абсорбери високого тиску (інжектори), насоси, трубчасту систему тепла, генератор високої пара, підігрівач конденсату пара низького тиску, охолоджувач, службовець одночасно підігрівачем.
Описана установка дозволяє підвищити тиск пари при високому значенні термічного коефіцієнта корисної дії за рахунок того, що абсорбер установки має інжектори, службовці для підвищення тиску, отриманого в генераторі аміачного пара, за допомогою подається насосом з генератора збідненого розчину.
Однак в описаній установці використовують агресивні середовища, що вимагає використання спеціальних матеріалів високої корозійної стійкості. Це значно здорожує установку.
Метою винаходу є створення спрощеної, екологічно нешкідливою, економічною установки, що має високі енергетичні характеристики.
Це завдання вирішується тим, що теплонасосная установка, що містить теплообмінник, випарник, інжектор-абсорбер, рідинної насос, напірно-розділовий бачок, випарник і інжектор-абсорбер, які відповідно до винаходу, з'єднані між собою щонайменше одним капіляром, а випарник виконаний трехполостним, одна порожнина якого з'єднана з теплообмінником лінією вентиляційного повітря, інша заповнена теплоносієм, розділені порожниною вакууму, підключеної до інжектору-абсорберу, причому випарник містить пористе тіло, р азмещенное одночасно у всіх зазначених порожнинах.
Виконання в установці зв'язку між випарником і інжектором-абсорбером у вигляді термодинамічно переривану системи, з'єднаної щонайменше одним капіляром, дозволяє вести процес отримання тепла в області, далекій від термодинамічної рівноваги, що значно інтенсифікує тепломассообмен в даній системі.
Можна з'єднати випарник і інжектор-абсорбер декількома капілярами.
Це посилить ефект тепломасообміну в даній системі.
Виконання випарника з трьома незалежними, розділеними порожнинами і з пористим тілом, розміщеним одночасно у всіх трьох порожнинах, дозволяє утворювати розвинену поверхню масообміну між теплоносієм і повітрям (приблизно 100-10000 см 2 в 1 см 3), за рахунок чого всередині пористого тіла відбувається інтенсивне випаровування теплоносія і насичення їм повітря, що супроводжується великим поглинанням тепла, що надходить з тепловиділяючою середовища.
Доцільно, щоб капіляр мав діаметр, рівний довжині вільного пробігу молекул теплоносія в паровій фазі при залишковому тиску, створюваним інжектором-абсорбером, і температурі, рівній температурі рідкого теплоносія, і довжину, рівну 10-10 5 діаметрів капіляра.
Це забезпечує інтенсивний масоперенос теплоносія в напрямку тільки від випарника до інжектору-абсорберу.
Пористе тіло доцільно виконати з пір двох видів, поверхня одних з яких змочується, а інших не змочується теплоносієм.
В цьому випадку пористе тіло проникності одночасно для рідини і повітря і дозволить утворювати більш розвинену поверхню масообміну між теплоносієм і повітрям всередині пористого тіла. Це значно інтенсифікує процес випаровування. Швидкість випаровування в випарнику описаної вище конструкції з пористим тілом досягає величини, наближеною до швидкості випаровування в абсолютному вакуумі.
Доцільно до випарника підвести щонайменше одну теплову трубу, один кінець якої розмістити в пористому тілі, а інший в тепловиділяючою середовищі, наприклад в грунті.
Це дозволить інтенсифікувати теплообмін між випарником і тепловиділяючою середовищем.
Патрубок відводу газо-парової суміші напірно-розділового бачка можна з'єднати з теплообмінником, який є одночасно в описаній установці і конденсатором.
Це забезпечить підігрів, а отже, і зниження вологості вентиляційного повітря, засмоктує в випарник з навколишнього середовища, тим самим інтенсифікуючи процес випаровування теплоносія у випарнику.
Напірно-розділовий бачок доцільно поєднати з теплообмінником, який є одночасно в описаній установці і конденсатором.
Це забезпечить підігрів, а отже, і зниження вологості вентиляційного повітря, засмоктує в випарник з навколишнього середовища, тим самим інтенсифікуючи процес випарника теплоносія у випарнику.
Порожнина випарника, заповнену теплоносієм, можна з'єднати з теплообмінником лінією конденсату теплоносія.
Це дозволить уникнути втрат теплоносія з парогазової сумішшю, відокремленої в напірно-розподільчому бачку, і забезпечить постійне заповнення теплоносія у випарнику.
На фіг.1 зображена схема пропонованої теплонососной установки; на фіг.2 випарник з розміщеним в ньому пористим тілом і тепловою трубою.
Заявляється теплонасосная установка містить теплообмінник 1 (фіг.1) з патрубками 2, 3 відповідно подачі вентиляційного повітря і повітряно-парової суміші, випарник 4, з'єднаний з теплообмінником 1 газожидкостной лінією 5, що представляє собою два окремих труби, і з інжектором-абсорбером з капіляром 7, підключеним до всмоктуючої лінії інжектора-абсорбера. Капіляр повинен мати діаметр, рівний довжині вільного пробігу молекул теплоносія в паровій фазі при залишковому тиску, створеному в інжекторі-абсорбере 6, і температурі, рівній температурі рідкого теплоносія. Довжина капілярної лінії повинна мати 10-10 5 діаметра капіляра. Інжектор-абсорбер 6 встановлений на напірної лінії рідинного насоса 8 і з'єднаний з напірно-розділовим бачком 9, заповненим на 2/3 його об'єму рідким теплоносієм. Напірно-розділовий бачок з'єднаний лінією 10 з теплообмінником 1 через патрубок 3 і лінією 2, призначеної для відведення рідкого теплоносія, з нагрівальними приладами 12, які підключені до всмоктуючої лінії рідинного насоса 7.
Випарник 4 виконаний з трьох незалежних порожнин 13, 14 і 15 (фіг.2). Порожнина 13 з'єднана з трубою подачі повітря з теплообмінника. Порожнина 15 заповнена рідким теплоносієм і з'єднана з трубою подачі конденсату теплоносія з теплообмінника 1, що є і конденсатором пара теплоносія. Це дозволяє уникнути втрат теплоносія з газо-парової сумішшю, яка відділяється від рідкого теплоносія в напірно-розподільчому бачку 9. Порожнина 14 з'єднана за допомогою капілярної лінії 7 з всмоктуючої лінією інжектора-абсорбера 6, всередині випарника 4 розміщено пористе тіло 16, виконане у вигляді товстостінного циліндра, що містить два види пір - поверхня одного виду пір добре змочується теплоносієм, поверхню іншого виду пір не змочується теплоносієм, але є проникною для повітря. Матеріал для пористого тіла підбирають в залежності від теплоносія, яким може бути будь-яка неагресивна рідина з температурою кипіння при тиску 1 атм не вище 150 o C, наприклад вода, спирти, ефіри, вуглеводні і їх суміші, що складаються з двох, трьох і більше компонентів, взаємно розчинних. Теплоносій вибирають в залежності від того, яке приміщення потрібно обігрівати установкою, від кліматичних умов та інших факторів.
Пористе тіло 16 розміщено всередині випарника таким чином, що його поверхні стикаються з усіма трьома зазначеними порожнинами.
До випарника 4 підведена теплова труба 17, один кінець якої розміщений в пористому тілі 16, а інший в тепловиділяючою середовищі, наприклад грунті. Теплових труб може бути кілька, що посилить підведення тепла з теплосодержащей середовища до випарника і посилить тим самим процес випаровування теплоносія.
Теплонасосна установка працює наступним чином.
Повітря з атмосфери через патрубок 3 подачі повітря за рахунок розрідження, створеного інжектором-абсорбером в випарнику 4, засмоктує в теплообмінник 1 і за допомогою газорідинної лінії 5 по трубі повітря надходить в камеру 13 випарника 4. Усередині пористого тіла 16 відбувається інтенсивне випаровування теплоносія і насичення його парами повітря. При цьому поглинається тепло тепловиділяючою середовища, наприклад грунту, яке підводиться в випарник за допомогою теплових труб 17. Швидкість випаровування теплоносія всередині пористого тіла досягає величини, порівнянної зі швидкістю випаровування в абсолютному вакуумі 0,3 г / см 3 c, що відповідає тепловому потоку 0, 75 Вт / см 2 пористого тіла.
Повітря, насичений парами теплоносія, по капіляри 7 засмоктується в інжектор-абсорбер 6, сюди ж рідинним насосом 8 з нагрівальних приладів 12 під напором подається теплоносій і змішується з паро-повітряною сумішшю, утворюючи емульсію, що представляє собою бульбашки повітря і теплоносія. При цьому відбувається поглинання парообразной вологи рідиною з виділенням тепла, еквівалентного поглиненому в випарнику тепла. Виділене тепло витрачається на нагрів теплоносія.
Освічена в інжекторі-абсорбере 6 емульсія надходить в напірно-розділовий бачок 9, де відбувається поділ її на повітро-парову суміш і рідкий теплоносій. З напірно-розділового бачка 9 нагрітий теплоносій надходить самопливом в нагрівальні прилади 12 і знову на всмоктувальну лінію рідинного насоса 8, завершуючи таким чином цикл рідкого теплоносія.
Повітряно-парова суміш з напірно-розділового бачка 9 по лінії 10 за рахунок невеликого надлишкового тиску, створеного в напірно-розподільчому бачку 9, надходить в теплообмінник 1 через патрубок 3. В теплообміннику 1 відбувається нагрів засмоктуваного атмосферного повітря і конденсація пари теплоносія, які окремо надходять у випарник 4.
Таким чином, заявляється теплонасосная установка відрізняється високими енергетичними характеристиками, без використання агресивних, екологічно шкідливих теплоносіїв, що робить її безпечною в експлуатації.
В якості теплоносія може використовуватися вода. Для обігріву приміщень, будівель в суворих кліматичних умовах випарник можна заповнювати легкозакипаючої теплоносієм для більш інтенсивного випаровування, а по опалювальній системі можна пропускати воду. Для обігріву, наприклад, гаражів, коли не потрібно навіть в зимовий час постійного його обігріву, доцільно використовувати в якості теплоносія спирти або розчини, що мають низьку температуру замерзання, що запобіжить розмерзання системи під час відключення установки.
Використання неагресивних нагрівальних теплоносіїв виключає необхідність застосування спеціальних матеріалів і сплавів при виготовленні установки. Частина вузлів установки, такі як напірно-розділовий бачок, з'єднувальні трубопроводи можна виконувати із пластмас, гуми та інших неметалевих матеріалів, що дозволить значно знизити металоємність.
Установка технічно проста у виконанні і експлуатації, не вимагає великих енерговитрат.
Тепловиділяючий вузол компактний і може бути розміщений на невеликій площі і може бути використана як для опалення великих приміщень, будівель, так і невеликих будівель, а також гаражів, а при роботі в холодильній циклі для охолодження підвалів в літню пору.
Можливість широкого вибору виду теплоносія дозволяє використання установки в будь-яких кліматичних умовах.
Все це визначає дешевизну установки, безпеку її експлуатації і доступність для великого числа споживачів.
1. Теплонасосна установка, що містить теплообмінник, випарник, інжектор-абсорбер, рідинної насос, напірно-розділовий бачок, що відрізняється тим, що установка забезпечена лінією вентиляційного повітря, щонайменше одним капіляром і пористим тілом, а випарник виконаний трехполостним, одна порожнина якого з'єднана з теплообмінником лінією вентиляційного повітря, інша заповнена теплоносієм і третя вакуумована порожнину підключена до інжектору -абсорберу, при цьому пористе тіло розміщено у всіх трьох порожнинах, а випарує тель і інжектор-абсорбер з'єднані між собою щонайменше одним капілярів.
2. Установка по п.1, що відрізняється тим, що капіляр має діаметр, рівний довжині вільного пробігу молекул теплоносія в паровій фазі при залишковому тиску, створеному в інжекторі-абсорбере, і температурі, рівній температурі навколишнього середовища, а довжина капіляра дорівнює 10 10 5 його діаметра.
3. Установка по п.1, що відрізняється тим, що пористе тіло утворено порами двох видів, поверхня одних з яких змочується, а інших не змочується теплоносієм.
4. Установка по п.1, що відрізняється тим, що до випарника підведена щонайменше одна теплова труба, один кінець якої розміщений в пористому тілі, а інший в тепловиділяючою середовищі.
5. Установка по п.1, що відрізняється тим, що напірно-розділовий бачок з'єднаний з теплообмінником.
6. Установка по п.1, що відрізняється тим, що забезпечена лінією конденсату теплоносія, за допомогою якої порожнину випарника, заповнена теплоносієм, пов'язана з теплообмінником.