СПОСІБ РОБОТИ ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Спосіб роботи теплового насоса, що включає стадії, де за допомогою пристрою керування вибирають режим роботи теплового насоса; за допомогою циркуляційного насоса забезпечують циркуляцію теплоносія по зовнішньому контуру; холодоагент, що міститься у циркуляційному контурі, у теплообміннику-випарнику нагрівають теплотою від теплоносія, який циркулює у зовнішньому контурі; перетворений у газ холодоагент стискають за допомогою компресора; утвореним у результаті стискання холодоагенту теплом за допомогою теплообмінника-конденсатора нагрівають теплоносій, який циркулює у контурі опалювання; залишковою теплотою холодоагенту у теплообміннику-підігрівнику підігрівають теплоносій, який циркулює у зовнішньому контурі; дроселюють холодоагент; повторюють цикл роботи теплового насоса, в циркуляційному контурі теплового насоса використовують робочий агент, який відрізняється тим, що як робочий агент використовують екологічно безпечний природний холодоагент ізобутан з додатною температурою кипіння, який циркулює по замкнутому контуру і кипить у випарнику, відбираючи теплоту від низькопотенційних природних джерел енергії: із зовнішнього повітря, природних водойм, ґрунту або ґрунтових вод, перетворюючись з рідкого стану в газоподібний, отриманий пар у випарнику далі перегрівають зворотною теплотою рідкого агента у перегрівачі, який надходить із охолоджувача конденсату, а далі перегріта пара, відповідно, всмоктується в компресор, який приводиться в дію електродвигуном, а потім газоподібний агент стискається в компресорі і подається до конденсатора, в якому він охолоджується, віддаючи теплоту теплоносію для опалення, і переходить в рідкий стан, а далі відбувається охолодження конденсату агента в охолоджувачі з відводом теплоти охолодження агента, після охолоджувача і перегрівача агент дроселюється через дросель і надходить у випарник, а тоді термодинамічний цикл роботи теплового насоса повторюється знову.

Корисна модель належить до області теплотехніки, а саме до теплонасосних установок, які працюють у широкому діапазоні температур джерела енергії. Теплонасосну технологію можна використовувати при розробці і виготовленні теплових насосів, які дозволяють одержати теплову енергію з температурою, достатньою для опалення та гарячого водопостачання житлових, виробничих об'єктів, при її утилізації з низькопотенційних природних джерел і вторинних енергоресурсів. Найближчим аналогом є спосіб роботи теплового насоса [1], що включає стадії, де за допомогою пристрою керування вибирають режим роботи теплового насоса; за допомогою циркуляційного насоса забезпечують циркуляцію теплоносія по зовнішньому контуру; холодоагент, що міститься у циркуляційному контурі, у теплообміннику-випарнику нагрівають теплотою від теплоносія, який циркулює у зовнішньому контурі; перетворений у газ холодоагент стискають за допомогою компресора; утвореним у результаті стискання холодоагенту теплом за допомогою теплообмінника-конденсатора нагрівають теплоносій, який циркулює у контурі опалювання; залишковою теплотою холодоагенту у теплообміннику-підігрівнику підігрівають теплоносій, який циркулює у зовнішньому контурі; дроселюють холодоагент; повторюють цикл роботи теплового насоса, в циркуляційному контурі теплового насоса використовують робочий агент. Недоліком найближчого аналога є використання в циркуляційному контурі теплового насоса робочого агента, який має значний потенціал впливу на глобальне потепління. Використання робочого агента та його стискування, вимагає підвищенні вимоги до всіх елементів циркуляційного контуру, а також до збільшення матеріалоємності і вартості теплового насоса. Задачею корисної моделі є створення екологічно чистого і озонобезпечного способу роботи теплового насоса, який дозволить використовувати як робочий агент екологічно безпечний природний холодоагент ізобутан з додатною температурою кипіння. Поставлена задача вирішується тим, що в способі роботи теплового насоса, що включає стадії, де за допомогою пристрою керування вибирають режим роботи теплового насоса; за допомогою циркуляційного насоса забезпечують циркуляцію теплоносія по зовнішньому контуру; холодоагент, що міститься у циркуляційному контурі, у теплообміннику-випарнику нагрівають теплотою від теплоносія, який циркулює у зовнішньому контурі; перетворений у газ холодоагент стискають за допомогою компресора; утвореним у результаті стискання холодоагенту теплом за допомогою теплообмінника-конденсатора нагрівають теплоносій, який циркулює у контурі опалювання; залишковою теплотою холодоагенту у теплообміннику-підігрівнику підігрівають теплоносій, який циркулює у зовнішньому контурі; дроселюють холодоагент; повторюють цикл роботи теплового насоса, в циркуляційному контурі теплового насоса використовують робочий агент, згідно з корисною моделлю, як робочий агент використовують екологічно безпечний природний холодоагент ізобутан з додатною температурою кипіння, який циркулює по замкнутому контуру і кипить у випарнику, відбираючи теплоту від низькопотенційних природних джерел енергії: із зовнішнього повітря, природних водойм, ґрунту або ґрунтових вод, перетворюючись з рідкого стану в газоподібний, отриманий пар у випарнику далі перегрівають зворотною теплотою рідкого агента у перегрівачі, який надходить із охолоджувача конденсату, а далі перегріта пара, відповідно, всмоктується в компресор, який приводиться в дію електродвигуном, а потім газоподібний агент стискається в компресорі і подається до конденсатора, в якому він охолоджується, віддаючи теплоту теплоносію для опалення і переходить в рідкий стан, а далі відбувається охолодження конденсату агента в охолоджувачі з відводом теплоти охолодження агента, після охолоджувача і перегрівача агент дроселюється через дросель і надходить у випарник, а тоді термодинамічний цикл роботи теплового насоса повторюється знову. Природний холодоагент ізобутан, з точки зору термодинамічних характеристик, є найпоширеним і безпечним для довкілля. Природний холодоагент ізобутан є сучасним і безпечним при використанні в тепловому насосі і належить до групи вуглеводнів, його виробництво не вимагає великих витрат, легко виділяється з природного газу. Він не руйнує озоновий шар (ODP=0) і має низький потенціал впливу на глобальне потепління (GWP=3). Природний холодоагент ізобутан є найкращим варіантом вибору, якщо брати до уваги екологічність. Перевагами природного холодоагенту ізобутану є його термодинамічні властивості, зокрема широка доступність, низька вартість, сумісність з мінеральними і алкілбензоловими маслами і з усіма матеріалами, які використовуються в компресорних і холодильних системах. На кресленні наведена схема запропонованого способу роботи теплового насоса. Спосіб роботи теплового насоса, полягає в циркуляції робочого агента ізобутану по замкнутому контуру із послідовно з'єднаних випарника 1, компресора 2, електродвигуна 3, конденсатора 4, охолоджувача 5, перегрівача 6, дроселя 7 і здійснюється наступним чином. Питома теплота qB на випаровування робочого агента відбирається від джерела низькопотенційної енергії: із зовнішнього повітря, природних водойм, ґрунту або ґрунтових вод і підводиться до робочого агента у випарнику 1, який кипить при тиску рв і температурі Тв. Отриманий пар у випарнику 1 далі перегрівається зворотною теплотою рідкого агента у перегрівачі 6, який надходить із охолоджувача 5 конденсату, а далі перегріта пара, відповідно, всмоктується в компресор 2, який приводиться в дію електродвигуном 3, в якому пара агента стискається від тиску рв до тиску рк. Температура пари при цьому, відповідно, підвищується від температури Тв до Тк. Із компресора 2 пара надходить в конденсатор 4, де агент віддає теплоту верхньому джерелу - мережевій воді системи теплопостачання, при цьому здійснюється конденсація агента qk, який перетворюється в рідину, віддаючи при охолодженні теплоту приймачу високопотенційної теплоти. Далі відбувається охолодження конденсату агента в охолоджувачі 5 з відводом теплоти охолодження агента qno. Після охолоджувача 5 і перегрівача 6 агент дроселюється через дросель 7 і надходить у випарник 1 і тоді термодинамічний цикл теплового насоса повторюється знову. Для парокомпресійного теплового насоса вибираємо озонобезпечний природний холодоагент ізобутан, який має широке застосування. Для низькопотенційного теплоносія енергії: повітря, природних водойм, ґрунту або ґрунтових вод приймаємо температуру на вході у випарник Т’нт=283 К, а на виході з нього Т"нт=278 К, для теплоносія системи опалення приймаємо температуру Τ"мв = 338 К. Приймаємо кінцеві різниці температур на виході з теплообмінних апаратів: у випарнику Тв=Т"нт-Тв=3 К, а в конденсаторі Тк-Тк-Τ"мв=5 К. Термодинамічні параметри природного холодоагенту ізобутану наступні: критична температура Ткр=408 К, критичний тиск ркр=3,65 МПа, температура кипіння при атмосферному тиску (р=0,1 МПа) Ткип=261,3 К [2, 3]. Для роботи теплового насоса приймаємо діапазон робочих температур від 276 К (залежно від температури джерела низькопотенційної теплоти) та до 328…343 К (залежно від потреб споживача). При температурі кипіння Тв=276 К тиск у випарнику для ізобутану становить ре = 0,18 МПа. При тиску пари в конденсаторі для ізобутану рв=1,2 МПа, робочий агент конденсується при температурі Тк=343 К. Режим роботи теплового насоса підбирають індивідуально залежно від температури низькопотенційного джерела і потреб в температурі споживача високопотенційної теплоти. Коефіцієнт перетворення (СОР) теплового насоса використовують для оцінки ефективності роботи теплового насоса. (СОРт) теоретичний коефіцієнт перетворення теплового насоса за циклом Карно на природному робочому агенті ізобутані досягає значення 5. Врахувавши, що ηтн=0,8 - коефіцієнт реальних процесів, що здійснюються в тепловому насосі, отримаємо (СОРр) реальний коефіцієнт перетворення теплового насоса на природному робочому агенті ізобутані зі значенням 4. Отже тепловий насос здійснює трансформацію теплової енергії з низького потенціалу до більш високого потенціалу необхідного споживачу з високою ефективністю. Таким чином, запропонована корисна модель забезпечує використання екологічно чистого, природного озонобезпечного робочого агента ізобутану. Тепловий насос при утилізації низькопотенційних природних джерел енергії: повітря, природних водойм, ґрунту або ґрунтових вод, використовуючи наведений природний робочий агент ізобутан, працює з високими показниками ефективності. Джерела інформації:. 1. Пастушенко Е.П. Патент № 31654 Україна, МПК (2006) F28C 3/00. Спосіб роботи теплового насоса. // u200803309; заявл. 17.03.2008; опубл. 10.04.2008, бюл. № 7/2008. 2. Ізобутан: універсальні сучасні вуглеводні. URL: https://ua.fluorines-chemicals.com/info/butane-and-isobutane-versatile-hydrocarbons-f-17320483704841216.html 3. Фізичні властивості ізобутану. URL: https://corelamps.com/elementy/izobutan/