УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА КАРТОФЕЛЕХРАНИЛИЩА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Полезная модель относится к сельскохозяйственному производству и может быть использована для хранения картофеля в течение круглого года.
В картофелехранилище поддерживается оптимальный температурный режим, который достигается при помощи теплового насоса, работающего на низкопотенциальном источнике энергии грунта.
Известно устройство для хранения картофеля [1]. Устройство содержит термоэлектрический охладитель - нагреватель, электронагреватель и элементы автоматики, которые предназначены для регулирования температурного режима картофелехранилища. Устройство позволяет поддерживать заданный температурный режим в картофелехранилище в течение круглого года.
Основным недостатком данного устройства является низкий коэффициент полезного действия термоэлектрического охладителя - нагревателя, поэтому в результате хранения картофеля при помощи данного устройства резко будет повышаться себестоимость картофеля.
Наиболее близким техническим решением является способ хранения картофеля и устройство для его осуществления [2]. Данный способ содержит совокупность признаков: хранение картофеля при положительной температуре и атмосферном давлении, активное вентилирование насыпи продукции, обогрев воздушного пространства над насыпью, хранение при регулируемой влажности воздуха, создание в потолочном перекрытии хранилища участка с геплопроводностью большей, чем остальные участки; регистрация наличия или отсутствия сконденсированной влаги на этом участке; управление температурой верхней зоны хранилища в зависимости от регистрации конденсата (ее увеличение при появлении конденсата и снижение при исчезновении).
Устройство для хранения картофеля содержит хранилище с корпусом и потолочным перекрытием и установленными в нем системами активного вентилирования и автоматического регулирования параметров микроклимата в хранилище. Устройство снабжено размещенным в потолочном перекрытии металлическим стержнем, теплопроводность которого выше, чем теплопроводность перекрытия, а также датчиком конденсата, расположенном на торце стержня и соединенным с системой автоматического регулирования параметров микроклимата.
Основными недостатками данного способа является отсутствие источника холода для хранения картофеля в теплое время года и во время лечебного периода его хранения, а также потребление значительного количества энергии для обслуживания отопительных агрегатов, что снижает экономическую эффективность хранения картофеля.
Заявляемая полезная модель решает задачу создания устройства для регулирования температурного режима картофелехранилища с использованием теплового насоса, позволяющего получить оптимальный температурный режим картофелехранилища в течение круглого года.
Технический результат достигается тем, что устройство для регулирования температурного режима картофелехранилища с использованием теплового насоса, содержащее картофелехранилище; объект отопления; низкопотенциальный источник энергии; контуры низкопотенциального источника энергии; хладагента; теплоносителя; хладоносителя; компрессор; конденсатор; дроссельный вентиль; испаритель; датчики температуры; элементы автоматики; оно содержит дополнительный испаритель, установленный в контуре циркуляции хладагента.
Кроме того, устройство содержит первый, второй и третий электронные трехходовые краны, причем первый электронный трехходовой кран установлен на контуре теплоносителя, вход первого патрубка через электрический насос подключен к конденсатору, выход: второй патрубок связан с объектом отопления, третий патрубок - с картофелехранилищем.
Кроме того, второй электронный трехходовой кран, установленный на стыке контуров теплоносителя и хладоносителя, вход которого связан с картофелехранилищем, выход: второй патрубок подключен к конденсатору, третий патрубок через электрический насос - к дополнительному испарителю.
Кроме того, третий электронный трехходовой кран, установленный на контуре хладагента, вход первого патрубка через дроссельный вентиль связан с конденсатором, выход: второй патрубок подключен к дополнительному испарителю, третий патрубок - к основному испарителю.
На фигуре представлено устройство для регулирования температурного режима картофелехранилища с использованием теплового насоса, которое содержит четыре условных циркуляционных контура.
К первому контуру (I) относятся: каналы подвода 1 и отвода 2 низкопотенциального источника энергии (остальные элементы первого контура на фигуре не показаны).
Ко второму контуру (II) относятся: основной испаритель 6; канал подачи пара 26, электрический компрессор 3; канал подачи пара хладагента 27; конденсатор 4; канал жидкого хладагента 21; дроссельный вентиль 5; третий электронный трехходовой кран 8; испаритель 7; каналы подачи хладагента 23,24, 25.
К третьему контуру (III) теплоносителя относятся: конденсатор 4, первый и второй электронные трехходовые кран 12, 13; объект отопления 14; картофелехранилище 9; каналы теплоносителя 28, 29, 30, 33, 34, 31, 32; электрический насос 10.
К четвертому контуру (IV) хладоносителя относятся: дополнительный испаритель 7; картофелехранилище 9; второй электронный трехходовой кран 13; электрический насос 11; каналы хладоносителя 35, 36, 37.
В качестве энергоносителя в первом, третьем, четвертом контурах используется солевой раствор.
Предлагаемый тепловой насос содержит: каналы подвода 1 и отвода 2 низкопотенциального источника энергии; электрический компрессор 3; конденсатор 4;
дроссельный вентиль 5; основной испаритель 6; дополнительный испаритель 7; первый, второй, третий электронные трехходовые краны 12, 13, 8; картофелехранилище 9; электрические насосы 10, 11; объект отопления 14; датчик температуры 15; блок управления 16; блок сравнения 17; задатчик 18; блок питания 19; переключатель 20; каналы хладагента 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27; каналы теплоносителя 28, 29, 30, 33, 34, 31, 32; каналы хладоносителя 35, 36, 37; каналы подачи электроэнергии 38, 39, 40, 41, 42. 43, 47; каналы подачи электрических сигналов 44, 45, 46.
Таким образом, в устройстве полезной модели под первым электронным трехходовым краном названа позиция 12, под вторым - 13, под третьим - 8. Компрессор 3 может быть использован любой конструкции.
Каналы 30, 31 предназначены для перемещения, как теплоносителя, так и хладоносителя для достижения заданного температурного режима, в результате чего упрощается конструкция данного устройства.
В предлагаемом устройстве использован патент №2270923, производящий перераспределение теплоносителя и хладоносителя по предусмотренным каналам через первый, второй, третий электронные трехходовые краны 12, 13,8.
В качестве хладагента во втором контуре используется легкокипящее вещество, например, R-134a.
Циркуляцию второго контура осуществляет компрессор 3, третьего - насос 10, четвертого - насос 11.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Пусть в картофелехранилище 9 действительная температура равна 9°С, но в хранилище картофель происходит лечебное хранение картофеля, при котором должна поддерживаться температура 12°С. Тогда включением переключателя 20 тепловой наздс начинает работать.
В первом контуре по каналу 1 в основной испаритель 6 подается низкопотенциальный источник энергии (НПИЭ) в виде солевого раствора. Одновременно начинают работать второй, третий, четвертый контуры. При этом блок управления 16 контролирует подачу электроэнергии на компрессор 3, первый, второй, третий электронные трехходовые краны 12, 13, 8; электрические насосы 10,11 и элементы автоматики.
В основной испаритель 6 кроме НПИЭ по каналу 25 подается хладагент в парожидкостном состоянии, имеющий пониженное давление. В основном испарителе 6 происходит теплообмен между НПИЭ и хладагентом, при этом последний кипит и превращается в пар, а солевой раствор (НПИЭ) по каналу 2 направляется в грунт для получения следующей порции низкопотенциальной энергии.
Полученный пар в основном испарителе 6 по каналу 26 поступает в компрессор 3, где происходит сжатие пара. При этом увеличивается давление пара и его температура. Далее этот пар по каналу 27 поступает в конденсатор 4, где в результате теплообмена с теплоносителем третьего контура превращается в жидкость, и температура теплоносителя третьего контура повышается.
Из конденсатора 4 хладагент в виде жидкости по каналу 21 проходит через дроссельный вентиль 5. где его давление резко падает.При этом хладагент кипит и по каналу 22 через третий электронный трехходовой кран 8 по каналу 25 в парожидкостном состоянии подается в основной испаритель 6. И цикл повторяется.
При этом по каналу 42 электроэнергия подается в третий электронный трехходовой кран 8, который полностью закрывает патрубок канала 23, а патрубки каналов 22, 25 открывает.
Теплоноситель третьего контура, нагретый в конденсаторе 4, через насос 10 по каналам 28, 29 через первый патрубок поступает в первый электронный трехходовой кран 12.
В первом электронный трехходовой кран 12 по каналу 40 подается электроэнергия, которая приводит его в рабочее состояние. При этом открываются все патрубки первого электронного трехходового крана 12; часть теплоносителя третьего контура через третий патрубок первого электронного трехходового крана 12 по каналу 30 поступает в картофелехранилище 9, другая часть через второй патрубок первого электронного трехходового крана 12 - по каналу 33 в объект отопления 14.
В картофелехранилище 9 происходит теплообмен между теплоносителем третьего контура и воздухом хранилища, в результате чего температура воздуха в картофелехранилище повышается. Теплообмен происходит до тех пор, пока температура воздуха в картофелехранилище 9 не поднимется до заданного значения - до 12°С.
Из картофелехранилища 9 теплоноситель третьего контура по каналу 31 поступает в первый патрубок второго электронного трехходового крана 13. При этом третий патрубок второго электронного трехходового крана 13 канала 36 находится в закрытом положении, а первый и второй патрубки каналов 31, 32 - в открытом, и поток теплоносителя по каналу 32 поступает в конденсатор 4. Одновременно в канал 32 по каналу 34 поступает теплоноситель третьего контура из объекта отопления 14.
После достижения заданной температуры датчик температуры 15 подает сигнал в блок сравнения 17, сюда же по каналу 45 подается сигнал из задатчика 18. Сигнал рассогласования по каналу 46 подается в блок управления 16, который прекращает подачу электроэнергии в первый электронный трехходовой кран 12. При этом третий патрубок первого электронного трехходового крана 12 канала 30 закрывается, а первый и второй патрубки каналов 29, 33 остаются открытыми, соответственно весь поток теплоносителя третьего контура поступает в объект отопления 14 и после завершения процесса отопления по каналам 34, 32 возвращается в конденсатор 4 и цикл повторяется.
Теперь предположим, что действительная температура в картофелехранилище равна 4°С, но в хранилище в основной период хранения следует поддерживать температуру 2°С. Для понижения температуры в помещении картофелехранилища предлагаемое устройство выполняет следующую работу.
Датчик температуры 15 по каналу 44 подает сигнал в блок сравнения 17, сюда же по каналу 45 подается сигнал задатчика 18. Происходит сравнение этих сигналов и сигнал рассогласования по каналу 46 подается в блок управления 16, который подачей сигнала по каналу 42 приводит в рабочее состояние третий электронный трехходовой кран 8, а подачей энергии по каналу 41 приводит в действие второй электронный трехходовой кран 13. При этом открываются все патрубки третьего электронного трехходового крана 8. Первый патрубок канала 30 первого электронного трехходового крана 12 и второй патрубок канала 32 второго электронного трехходового крана 13 находятся в закрытом состоянии. Первый и второй патрубки каналов 31, 36 второго электронного трехходового крана 13 при этом будут открыты. В этом случае предлагаемый тепловой насос работает следующим образом.
После поступления хладагента в дроссельный вентиль 5 он в парожидкостном состоянии подается в третий электронный трехходовой кран 8, который часть хладагента по каналу 23 направляет в дополнительный испаритель 7, а часть по каналу 25 - в основной испаритель 6. Кроме того, в дополнительный испаритель 7 по каналу 37 поступает хладоноситель четвертого контура. В дополнительном испарителе 7 происходит теплообмен между хладагентом и хладоносителем четвертого контура. При этом хладагент кипит и превращается в пар и по каналу 24 поступает в канал 25. Далее термодинамический процесс хладагента аналогичен описанному выше.
А хладоноситель в результате теплообмена с парами хладагента в дополнительном испарителе 7 понижает свою температуру и по каналам 35, 30 поступает в картофелехранилище 9. В картофелехранилище 9 хладоноситель в результате теплообмена с воздухом картофелехранилища понижает его температуру. Отработанный хладоноситель по каналу 31 поступает во второй электронный трехходовой кран 13, по каналам 36, 37 и насос 11 возвращается в основной испаритель 7 и цикл повторяется.
При достижении заданной температуры в картофелехранилище 9 работа четвертого контура прекращается.
При этом теплоноситель третьего контура после конденсатора 4 отапливает только объект отопления 14.
Таким образом, предложенное устройство для регулирования температурного режима картофелехранилища с использованием теплового насоса производит теплоту, а за счет применения дополнительного испарителя - холод, который используется в теплое время года, в результате чего обеспечивается поддержание оптимального температурного режима в картофелехранилище в течение круглого года.
В данном устройстве можно выделить следующие преимущества:
- экономичность - стоимость производства 1 кВт/ч тепловой энергии в 3…5 раз ниже, чем у других источников;
- энергосбережение - установка производит теплоту и холод, используя возобновляемую энергию - низкопотенциальный источник энергии грунта, не используя традиционные энергоносители;
- экологичность и безопасность - используются не ядовитые, экологически чистые, взрыво- и пожаробезопасные хладо- и теплоносители и хладагенты;
- надежность - минимум подвижных частей с высоким ресурсом работы.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №100873, F24J 2/04. Устройство для хранения картофеля / В.Н.Тимофеев, И.Г.Васильева; опубл. в БИ №1 от 10.01.2011.
2. Патент РФ №2017388 С1, МПК A0F 25/00. Способ хранения картофеля и устройство для его осуществления / В.И.Терентьев, Б.П.Коршунов, Н.Н.Толкачев, В.Н.Абросимов; опубл. в БИ от 15.08.1994.
3. Патент РФ №2270923, F01P 7/16. Электрический термостат / В.Н.Тимофеев, Н.П.Кузин, А.Н.Краснов; опубл. в БИ №6 от 27.02.2006.