УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛА ТРАНСФОРМАТОРА

Полезная модель относится к устройствам для использования тепла, выделяемого при работе силовых трансформаторов, и может быть применена на электрических подстанциях.
Уровень техники
Известно выбранное в качестве прототипа устройство для использования тепла трансформатора, содержащее теплообменник, трубопроводный контур, которым греющая сторона теплообменника сообщена с баком трансформатора, тепловой насос, предназначенный для подключения к потребителю тепла, второй трубопроводный контур, которым испаритель теплового насоса сообщен с обогреваемой стороной теплообменника, первый и второй гидравлические насосы, установленные в первом и втором трубопроводных контурах соответственно, и датчик температуры теплоносителя второго контура [RU 2234755].
Недостаток прототипа - ненадежность работы и низкая эффективность использования тепла трансформатора. Этот недостаток обусловлен следующим.
Температура теплоносителя, поступающего по второму контуру из теплообменника в испаритель теплового насоса колеблется в зависимости от температуры теплоносителя, циркулирующего в первом контуре (т.е. масла, охлаждающего трансформатор), которая меняется в зависимости от электрической нагрузки трансформатора, температуры окружающего воздуха и других факторов. При этом коэффициент преобразования теплового насоса увеличивается при росте температуры теплоносителя, поступающего в испаритель теплового насоса, но при этом ограничен способностью конструкции теплового насоса выдерживать возрастающее при росте температуры давление испаряющегося в нем хладагента (с низкой температурой испарения, например фреона).
Раскрытие существа полезной модели
Технический результат полезной модели - повышение надежности и эффективности использования тепла, выделяющегося при работе трансформатора.
Предметом полезной модели является устройство для использования тепла трансформатора, содержащее теплообменник, первый трубопроводный контур, которым греющая сторона теплообменника сообщена с баком трансформатора, тепловой насос, предназначенный для подключения к потребителю тепла, второй трубопроводный контур, которым испаритель теплового насоса сообщен с обогреваемой стороной теплообменника, первый и второй гидравлические насосы, установленные в первом и втором трубопроводных контурах соответственно, и датчик температуры теплоносителя второго контура, отличающееся тем, что в электропривод первого гидравлического насоса введен преобразователь частоты, к управляющему входу которого подключен выход указанного датчика температуры, при этом преобразователь частоты выполнен с возможностью регулирования производительности первого гидравлического насоса для поддержания заданной температуры теплоносителя, поступающего в тепловой насос из теплообменника.
Это позволяет получить указанный технический результат.
Полезная модель поясняется чертежом, где представлена схема предлагаемого устройства. На схеме показаны теплообменник 1, бак 2 трансформатора и тепловой насос 3. Теплообменник 1 имеет греющую сторону 4, обтекаемую первым теплоносителем, отдающим тепло, и обогреваемую сторону 5, обтекаемую вторым теплоносителем, получающим тепло от первого теплоносителя. В составе теплового насоса 3 показаны испаритель 6 и конденсатор 7, сообщенные внутренним трубопроводным контуром, в котором установлены компрессор 8 с электроприводом и дроссель 9 [Электронный ресурс http://asupro.com/altemative/heat-pump/schematic-diagram-heat-pump.html].
Греющая сторона 4 теплообменника 1 сообщена с баком 2 первым трубопроводным контуром 10, в котором циркулирует первый теплоноситель, охлаждающий трансформатор, например, трансформаторное масло. С обогреваемой стороной 5 теплообменника 1 вторым трубопроводным контуром 11 сообщен испаритель 6 теплового насоса 3. К отопительному контуру потребителя тепла тепловой насос 3 подключается конденсатором 7. В контурах 10 и 11 установлены гидравлические насосы 12 и 13 соответственно. На трубопроводе контура 11 установлен датчик 14 температуры теплоносителя. В электропривод первого гидравлического насоса 12 введен преобразователь 15 частоты. К его управляющему входу подключен выход датчика 14. Преобразователь 15 выполнен с возможностью регулирования производительности гидравлического насоса 12 для поддержания заданной температуры теплоносителя, поступающего в тепловой насос 3 из теплообменника 1.
Трубопроводные контуры 10, 11 обеспечивают конструктивное единство устройства, которое работает следующим образом.
Через бак 2 трансформатора и греющую сторону 4 теплообменника 1 по контуру 10 насосом 12 прокачивается трансформаторное масло -теплоноситель первого контура 10. По контуру 11 через обогреваемую сторону 5 теплообменника 1 и испаритель 6 теплового насоса 3 насосом 13 прокачивается теплоноситель второго контура 11 - этиленгликоль или другой антифриз.
Теплообменник 1 передает тепло от греющей стороны 4 к обогреваемой стороне 5, нагревая теплоноситель второго контура 11, циркулирующий через испаритель 6 теплового насоса 3. Во внутреннем трубопроводном контуре теплового насоса 3 циркулирует хладагент, например фреон, который при соответствующем давлении, устанавливаемом с помощью дросселя 9, закипает в испарителе 6, нагреваясь теплоносителем контура 11. Газообразный фреон из испарителя 6 всасывается в компрессор 8, сжимается им, нагревается при сжатии и выталкивается в конденсатор 7. В конденсаторе 7 хладагент охлаждается водой отопительного контура до жидкого состояния и через дроссель 9, обеспечивающий перепад давления, попадает в испаритель 6, где снова переходит в газовую фазу, нагреваясь до кипения теплоносителем контура 11.
Энергетическая эффективность устройства определяется отношением выдаваемой потребителю тепловой энергии к электроэнергии, потребляемой устройством на работу компрессора 8 (основная часть потребляемой электроэнергии) и насосов 12 и 13. При повышении температуры теплоносителя, поступающего в испаритель 6 по контуру 11, уменьшаются затраты электроэнергии, необходимые для сжатия его паров компрессором 8 и подачи горячего фреона в конденсатор 7. Однако, повышение температуры пара в испарителе приводит к соответствующему повышению давления, допустимая величина которого ограничена прочностными характеристиками испарителя.
Введение в электропривод гидравлического насоса 12 преобразователя 15 частоты, к управляющему входу которого подключен выход датчика 14 температуры и выполнение преобразователя 15 с возможностью регулирования производительности насоса 12 для поддержания заданной (достаточно большой, но ограниченной) температуры теплоносителя, поступающего в тепловой насос 3 из теплообменника 1 позволяет испарителю 6 работать при высокой, но безопасной в отношении прочности испарителя 6 температуре при колебаниях нагрузки трансформатора и окружающих условий, что обеспечивает повышение энергоэффективности и надежности работы устройства.