ТЕПЛОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области теплотехники, в частности, к конструкции теплонасосной установки с тепловым насосом, приводимым в действие двигателем внутреннего сгорания посредством электрогенератора и электродвигателя.
Известна конструкция теплонасосной установки с тепловым насосом, приводимым в действие двигателем внутреннего сгорания [1], однако из-за низкого коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания (от 34 до 40%) использование этой конструкции экономически неэффективно.
Известна также теплонасосная установка с тепловым насосом, приводимым в действие двигателем внутреннего сгорания [2], близкая к предлагаемому техническому решению и имеющая недостаток, заключающийся в том, что утилизируемое от ДВС тепло используется на тракте конденсатора теплового насоса, что снижает эффективность теплонасосной установки.
Заявляемая полезная модель направлена на разработку конструкции, имеющей к.п.д. 60 процентов и выше, с тепловым насосом, приводимым в действие электродвигателем, подключенным к электрогенератору, который в свою очередь, приводится двигателем внутреннего сгорания и от которой тепловая энергия, отводимая охлаждающей жидкостью и воздухом, утилизируется упомянутым тепловым насосом.
На фиг.1 показаны элементы теплонасосной установки: 1 - двигатель внутреннего сгорания (ДВС), 2 - электрический генератор, 3 - электродвигатель, 4 - компрессор теплового насоса (ТЫ (17)), 5 - конденсатор ТН (17), 6 - испаритель ТН (17), 7 - первый воздушно-жидкостный теплообменник, 8 - воздуховод от ДВС (1) к первому воздушно-жидкостному теплообменнику (7), 9 - вентилятор системы воздушного охлаждения ДВС, 10 - второй жидкостно-жидкостный теплообменник, 11 - трубопровод от первого воздушно-жидкостного теплообменника (7) к второму жидкостно-жидкостному теплообменнику (10), 12 - система жидкостного охлаждения ДВС, 13 - входной трубопровод испарителя ТН (17), 14 - потребители электроэнергии, 15 - потребители тепловой энергии, 16 - насосы, 17 - тепловой насос (ТН), 18 - вентиль, 19 - подпитка теплоносителя, 20 - сброс теплоносителя, 21 - теплообменник отбора энергии выхлопного газа, 22 - выхлоп газа ДВС.
Заявляемая теплонасосная установка состоит из двух блоков. Первый включает двигатель внутреннего сгорания 1 (далее ДВС) и на его валу электрический генератор 2 электроснабжения потребителей. Второй включает электрический двигатель 3 и на его валу компрессор 4 теплового насоса 17, который в свою очередь имеет конденсатор 5, испаритель 6 и теплообменник 21, утилизирующий тепло выхлопных газов ДВС 1. Установка дополнительно снабжена двумя теплообменниками 7 и 10 воздушного и жидкостного охлаждения ДВС в тракте испарителя 6 теплового насоса 17; при этом первый теплообменник 7 размещен на тракте трубопровода испарителя 6 теплового насоса 17, утилизирующего низкотемпературную тепловую энергию с системы воздушного охлаждения 8 корпуса ДВС. При этом первый теплообменник 7 конструктивно является воздушно-жидкостным, а второй теплообменник 10 размещен на тракте трубопровода испарителя 6 теплового насоса 17 утилизации низкотемпературной тепловой энергии с системы жидкостного охлаждения 12 ДВС 1, и при этом второй теплообменник 10 конструктивно является жидкостно-жидкостным.
Избыточная электроэнергия от электрического генератора 2 питает электрические нагрузки потребителей электроэнергии 14, например, освещение и привод насосов 16, а получаемая утилизацией от ДВС 1 тепловая энергия передается потребителям тепловой энергии 15. Теплоносители движутся под действием соответствующих насосов 16.
Принцип работы теплонасосной установки:
ДВС 1 работает на горючем газе и приводит во вращение электрический генератор 2. Электрический генератор 2 снабжает электрической энергией электродвигатель 3, который приводит во вращение компрессор теплового насоса 4, который также включает конденсатор 5 и испаритель 6. Жидкий теплоноситель, охлажденный в испарителе 6, подается в первый воздушно-жидкостный теплообменник 7. Горячий воздух от разогретого корпуса ДВС 1 по воздуховоду 8 с помощью вентилятора 9 попадает в коллектор воздушно-жидкостного теплообменника 7 и отдает тепловую энергию жидкому теплоносителю. Далее жидкий теплоноситель из этого первого воздушно-жидкостного теплообменника 7 попадает во второй жидкостно-жидкостной теплообменник 10, где еще больше нагревается от теплоносителя системы охлаждения ДВС.
Электрический генератор 2 также снабжает электрической энергией потребителей 14.
Источники информации:
1. Разуваев А.В., «Целесообразность применения систем утилизации теплоты ДВС», ж. «Экспозиция. Нефть. Газ», №3/Н (64) июнь 2008 г, стр.112-114 или http://www.expoz.ru
2. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Гельманов P.P. Повышение эффективности пароком-прессионных теплонасосных установок с приводом от ДВС. Спец. 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника. Диссертационный совет: Д 212.079.02 при Казанском государственном техническом университете им. А.Н.Туполева. Адрес диссертационного совета: 420111, г.Казань, ул. К.Маркса, 10. Дата защиты: 13 мая 2009