СИСТЕМА ДЛЯ НАСТРОЙКИ КАСКАДА ТЕПЛОВОГО НАСОСА
HEAT PUMP CASCADE SETTING SYSTEM

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для улучшения работы теплонасосных установок на объектах их производства, в проектных бюро, а также на производственных предприятиях холодильного парокомпрессионного оборудования.
Известен лабораторный стенд для исследования работы теплового насоса (http://www.rusnauka.com/5_PNW_2010/Tecnic/58925.doc.htm), содержащий термометр сопротивления, насос для перекачки воды, электронагреватели воды, емкость с нагреваемой водой, конденсатор, компрессор, мост сопротивлений, дроссельный вентиль, ресивер, емкость с охлаждаемой водой, испаритель, при этом конденсатор, испаритель, компрессор и дроссельный вентиль представляют из себя тепловой насос.
Недостатками данного лабораторного стенда для исследования работы теплового насоса являются:
- большая погрешность измерений параметров теплового насоса из-за отсутствия необходимого набора измерительных приборов (термометры, манометры, расходомеры), вместо них в схеме предусмотрены термометры сопротивления;
- повышенные эксплуатационные затраты из-за использования электронагревателей воды для нагрева теплоносителя от внешней электрической энергии.
Прототипом изобретения принимается стенд для испытаний теплового насоса (Патент СССР № SU 1416819) состоящий из последовательно установленных компрессора, конденсатора, регулирующего вентиля и испарителя, содержащий первый и второй циркуляционные контуры для теплоносителя с емкостями и насосами, подключенными соответственно к испарителю и конденсатору, с целью снижения энергозатрат дополнительно содержит третий циркуляционный контур для теплоносителя со своими емкостью и насосом, содержащий также теплообменник-охладитель, установленный в тепловом насосе между конденсатором и регулирующим вентилем, причем емкости второго и третьего контуров подключены к емкости первого контура, дополнительно соединенного перед своей емкостью с емкостью второго контура.
Недостатками данного прототипа являются:
- громоздкость схемы, имеющей, четыре контура с теплоносителями и, соответственно, три циркуляционных насоса, большое количество кранов, подводов и отводов потока теплоносителя;
- повышенные эксплуатационные затраты на подогрев воды из внешнего источника, в связи с необходимостью подавать горячий теплоноситель из вне;
- отсутствие счетчиков теплоты, что заставляет прибегать к расчетным методам, чтобы получить расход теплоты в контуре.
Задача изобретения - разработать систему для настойки теплового насоса типа «вода-вода», имеющую одну емкость-приемник и одну емкость-источник, с удобным регулированием температур теплоносителя с помощью скорости циркуляционных насосов и открытием кранов, а также измерением мощности, выдаваемой тепловом насосом.
Технический результат изобретения заключается в простоте и точности измерения за счет использования необходимого набора измерительных приборов - термометры, манометры, расходомеры, ваттметр для измерения мощности компрессора, в снижении стоимости изготовления схемы испытательного стенда для тепловых насосов за счет наличия только трех контуров, и, соответственно, двух циркуляционных насосов, снижение эксплуатационных затрат, так как тепловая энергия в схему испытательного стенда для тепловых насосов поступает за счет работы теплового насоса, а не электронагревателей воды, а так же испытание теплового насоса в различных режимах, характерных для всех распространенных типов источников и приемников за счет возможности в ручном режиме устанавливать различные динамические температуры емкостей, имитирующих приемник и источник.
На чертеже представлена система для настройки теплового насоса, состоящая из емкости-источника 1 соединенной с тепловым насосом 2 через циркуляционный насос 4 теплового насоса 2 с установленными счетчиком теплоты 3 емкости-источника 1, тепловой насос 2 своей испарительной частью помещен в емкость-приемник 5, имеющей в нижней части входной трубопровод от водопровода, а в верхней части счетчик теплоты 6 емкости-приемника 5 и соединенной с емкостью-источником 1 посредством трубопровода с установленным циркуляционным насосом 7 перетока, при этом мощность компрессора (на фиг. не обозначен) теплового насоса 2 фиксируется ваттметром 8, а на «холодной» и «горячей» линиях установлены термометры 9 и манометры 10. Для обеспечения регулирования в циркуляционном насосе 4 и в циркуляционном насосе 7 перетока предусмотрено ступенчатое регулирование скорости, посредством переключения рычагов, стандартно установленных на каждом корпусе циркуляционного насоса 4.
Рассмотрим принцип работы системы для настройки теплового насоса.
Из емкости-источника 1 путем прокачивания теплоносителя при помощи циркуляционного насоса 4 теплового насоса 2 теплота перекачивается в емкость-приемник 5. При этом температура в емкости-источнике 1 будет падать, а в емкости-приемнике 5 увеличиваться. Для того чтобы остановить процесс постоянного падения температуры в емкости-источнике 1 и постоянного роста температуры в емкости-приемнике 5 предусмотрен циркуляционный контур, который посредством циркуляционного насоса перетока 7 возвращает теплоту теплоносителя из емкости-приемника 5 в емкость-источник 1. При этом, регулируя кратность циркуляции, путем управления производительностью насоса 7 перетока с помощью переключения скоростей, выставляется требуемый динамический температурный уровень в емкости-источнике 1 и емкости-приемнике 5, то есть обеспечивается возможность устанавливать различные динамические температуры емкостей, имитирующих приемник и источник, что позволяет настраивать работу теплового насоса 2 в различных режимах, характерных для различных источников и приемников. Для целей получения оптимальных, максимально возможных характеристик теплового насоса 2 обеспечивается имитация температуры источника (емкость-источник 1) и температуры приемника (емкость-приемник 5). Количество тепловой энергии перекаченной из имитируемого источника фиксируется счетчиком теплоты 3 емкости-источника 1, количество теплоты теплоносителя переданное в емкость-приемник 5 фиксируется счетчиком теплоты 6 емкости-приемника 5, мощность компрессора (чертеже не обозначен) теплового насоса 2 фиксируется ваттметром 8. Для контроля работы системы для настройки теплового насоса 2 установлены термометры 9 и манометры 10, за счет чего достигается повышение коэффициента преобразования электрической энергии. Для обеспечения регулирования в циркуляционном насосе 4 и в циркуляционном насосе 7 перетока предусмотрено ступенчатое регулирование скорости.
Счетчиком теплоты 3 емкости-источника 1 и счетчик теплоты 6 емкости-приемника 5 служат для фиксации количества тепловой энергии, «перекачанной» из емкости-источника 1 в емкость-приемник 5, таким образом, выполняется учет движения тепловых потоков для настройки ключевых параметров теплового насоса 2.
Настройка теплового насоса 2 осуществляется в режиме выхода на максимальные рабочие параметры, то есть когда обеспечено максимальное перекачивание теплоты из емкости-источника 1 в емкость-приемник 5. В данном режиме осуществляется пропуск фреона через расширительный клапан (на фиг. не обозначен), путем подкручивания вентиля расширительного клапана (на фиг. не обозначен) монтажным ключом.
Также настройка теплового насоса 2 обеспечивается путем регулирования пропуска фреона через испаритель (чертеже не обозначен) для получения наивысшего СОР теплового насоса 2.