БЕЗДРОССЕЛЬНАЯ ТЕПЛОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА
THROTTLE-FREE HEAT PUMP UNIT

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для снабжения теплом и холодом автономных объектов.
Известно теплохолодильное устройство с гетерогенным рабочим телом (патент РФ №2319912, МПК F25B 9/04), содержащее контуры циркуляции рабочего тела с его компрессором, дросселем и теплообменниками нагрева и охлаждения. Выход компрессора соединен с тангенциальным патрубком отделителя, у которого верхний патрубок соединен со входом газового детандера, а нижний - с жидкостным дросселем, соединенным через теплообменник нагрева с входным соплом инжектора входного патрубка компрессора. Недостатком данного устройства является необходимость в использовании тихоходного компрессора с большим рабочим объемом и производительностью, отсутствие независимого регулирования температурных параметров контура нагрева и контура охлаждения
Задача изобретения - создание бездроссельной теплонасосной установки, обеспечивающей независимое регулирование технологических параметров теплонасосной установки по контуру нагрева и по контуру охлаждения.
Для обеспечения поставленной цели заявляется бездроссельная теплонасосная установка, содержащая контуры охлаждения и нагрева, между которыми расположены компрессоры. К медной трубке со стороны контура охлаждения и перед компрессором через электрозадвижку подсоединен дополнительный резервуар, содержащий в себе хладагент.
Принцип действия теплонасосной установки основан на отдаче и поглощении теплоты рабочим агентом (хладагентом) при периодическом переходе его из одного агрегатного состояния в другое. Данное явление описывается обратным циклом Карно.
Конденсатор предназначен для передачи тепловой энергии от хладагента к нагреваемому объекту или к окружающей среде, а также для перехода хладагента из газообразного состояния в жидкое состояние (конденсации), процесс которого неизбежен.
Испаритель предназначен для передачи тепловой энергии от источника тепла или охлаждаемого объекта к хладагенту, а также для перехода хладагента из жидкого состояния в газообразное состояние в результате его кипения.
Медные трубки предназначены для направленного движения хладагента, а также для поддержания необходимой разности давления внутри относительно давления снаружи.
Компрессор предназначен для создания разности давления в системе до и после его места установки, увеличивая или уменьшая его.
Резервуар предназначен для хранения хладагента, периодически наполняясь или опустошаясь в зависимости от создаваемой компрессорами разности давлений и режимов работы электрозадвижки.
Электрозадвижка предназначена для запирания или отпирания медной трубки, соединяющей дополнительный резервуар с контуром охлаждения.
Сущность изобретения поясняется схемой установки, представленной на чертеже (фигура 1). Предложенная установка содержит контур охлаждения 1 и контур нагрева 2, представляющие собой теплообменники, между которыми расположены компрессоры 3 и 4 соответственно. К медной трубке 5 со стороны контура охлаждения 1 и перед компрессором 3 через электрозадвижку 6 подсоединен дополнительный резервуар 7, содержащий в себе хладагент.
Принцип работы предложенного устройства заключается в создании разности давлении в контурах 1 и 2, как это принято в существующих аналогичных конструкциях, но путем изменения скорости работы одинаковых по мощности компрессоров 3 и 4.
Для увеличения давления в контуре нагрева 2 открывается электрозадвижка 6 и одновременно увеличивается скорость вращения компрессора 3 выше номинального значения. При этом из резервуара 2 перекачивается необходимый объем хладагента для создания избыточного давления. При достижении необходимого давления в контуре нагрева 2 (с учетом требуемой докачки высвободившегося из резервуара 7 объема хладагента, попавшего в контур охлаждения 1) закрывается электрозадвижка 6 и снижается скорость вращения компрессора 3 до номинального значения после выравнивания давления в контуре охлаждения 1 до начального уровня.
Для уменьшения давления в контуре нагрева 2 открывается электрозадвижка 6 и одновременно кратковременно увеличивается скорость вращения компрессора 4 выше номинального значения скорости вращения компрессора 3. Таким образом, происходит перемещение некоторого объема хладагента в резервуар 7 и снижение его давления в контуре нагрева 2. При достижении расчетного давления в контуре охлаждения 1, необходимого для закрытия требуемого объема хладагента в резервуаре 7, перекрыть электрозадвижку 6 и снизить скорость вращения компрессора 4 ниже его номинального значения до тех пор, пока не восстановится давление в контуре охлаждения 1 до начального уровня. После чего необходимо восстановить скорость вращения компрессора 4 до номинального значения.
Для увеличения давления в контуре охлаждения 1 открывается электрозадвижка 6 на время, требуемое для высвобождения нужного количества хладагента, при условии избыточного давления в резервуаре 7, способного его достаточно быстро высвободить. Также увеличение давления в контуре охлаждения 1 получается путем нагнетания давления в контуре охлаждения 1 из резервуара 7. Для этого при открытой электрозадвижке 6 увеличивается скорость вращения компрессора 7 выше его номинального значения, перекачивается расчетный объем хладагента из резервуара 7 для временного хранения в контуре нагрева 2. Закрывается электрозадвижка 6 и восстанавливается скорость вращения компрессора 3 до номинального значения. Затем для перемещения запасенного объема хладагента из контура нагрева 2 в контур охлаждения 1 увеличивается скорость вращения компрессора 4 до тех пор, пока не произойдет увеличение давления в контуре охлаждения 1 и одновременное выравнивание давления в контуре нагрева 2 до необходимого уровня.
Для уменьшения давления в контуре охлаждения 6 увеличивается давление в нем путем уменьшения скорости вращения компрессора 3. Затем открывается электрозадвижка 6, тем самым наполняется резервуар 7 хладагентом. После заполнения резервуара 7 расчетным объемом хладагента закрывается электрозадвижка 6 и увеличивается скорость вращения компрессора 3 сначала выше номинальной его скорости, а затем, после стабилизации давлений в контурах 2 и 1, до скорости вращения номинального значения.
Использование изобретения позволяет осуществлять нагрев и охлаждение газов, жидкостей и твердых тел, а также осушение воздуха и утилизацию теплоты с возможностью независимого регулирования температурных параметров контура нагрева и контура охлаждения.