КОАКСИАЛЬНЫЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована для отбора низкопотенциального тепла текучей среды естественного или искусственного происхождения в системах теплоснабжения децентрализованных помещений.
Известна установка для подогрева сетевой воды с использованием теплового насоса (Пат. РФ №2310137, опубл. 10.11.2007), в которой теплообменник внешнего теплосборного циркуляционного контура состоит из множества труб, изготовленных из пластмассы или металла, которые изогнуты, примерно, в их середине, так что соседние области труб теплообменника находятся в противотоке. Регистр теплообменника теплосборного контура омывается водой из цистерны большой емкости с дождевой водой или подобного источника и размещен с погружением в нее. Причем в регистре теплообменника поступающая из теплового насоса холодная среда нагревается и возвращается к тепловому насосу, а в случае погруженной в грунт цистерны вода цистерны за счет теплообмена через стенку цистерны отбирает тепло окружающего ее грунта и при этом вода снова нагревается.
Недостатками известной установки являются значительный для отвода под размещение цистерны земельный участок, выводимый из хозяйственного оборота, очень большой фронт земляных работ и соответствующая материалоемкость для устройства погруженной в грунт цистерны.
Известен трубчатый теплообменник теплового насоса в виде отдельного модуля для теплосборного контура, использующего тепло от поверхностных вод (ООО «Торговый дом «Водная техника», статья «Все о тепловых насосах» от 21.06.2012, рис. 25). Применяемый модуль теплосборного контура помещается в проточной воде или в теплых бытовых стоках, а также в градирнях и стоках тепловых электростанций, используя конвективную теплопередачу в гидродинамическом поле. Известный гидродинамический модуль теплосборного контура представляет собой трубчатый теплообменник, состоящий из параллельно расположенных на расстоянии друг от друга труб. Началом и концом эти трубы перпендикулярно встроены в выходной и входной соединительные коллекторы с патрубками для соединения с внешним трубопроводом теплосборного контура. Известный гидродинамический модуль размещается в месте с хорошей скоростью протока воды и закрепляется якорями. Эффективность его работы в значительной мере определяется особенностями гидродинамического воздействия обтекающей жидкости на теплопередающие поверхности и низкой нагрузкой на циркуляционный насос.
Данный гидродинамический модуль наиболее близок к предлагаемому. Недостатками известного гидродинамического модуля являются громоздкость, сложность конструкции и сложность в обслуживании, довольно высокая материалоемкость.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в упрощении гидродинамического модуля и снижении затрат на его изготовление, упрощении обслуживания.
1
2
1
2
1
2
Для достижения указанного технического результата коаксиальный гидродинамический модуль теплового насоса представляет собой трубчатый теплообменник, который состоит из двух труб разного диаметра D и D, при этом D меньше D, труба с меньшим диаметром D соосно установлена в трубу с большим диаметром D с образованием межтрубного канала для циркуляции теплоносителя, при этом канал с торцов герметично наглухо закрыт и снабжен патрубками ввода и вывода циркулирующего теплоносителя.
Благодаря такому конструктивному решению модуля достигается простота его конструкции и, как следствие, снижение затрат на его изготовление. Кроме того, упрощена его эксплуатация за счет уменьшения зоны обслуживания, т.к. приходится обслуживать всего одну трубу вместо множества.
Полезная модель поясняется чертежами, представленными на фиг. 1, 2.
На фиг. 1 показано продольное сечение коаксиального гидродинамического модуля; на фиг. 2 - размещение коаксиального гидродинамического модуля (в разрезе) теплового насоса в потоке текущей среды, вид сверху.
1
2
2
1
2
Коаксиальный гидродинамический модуль теплового насоса представляет собой трубчатый теплообменник. Теплообменник содержит две трубы разного диаметра D и D. Труба 1 с диаметром и труба 2 с диаметром D, при этом D меньше D. Труба 1 вставлена соосно в трубу 2 с образованием межтрубного канала 3 для циркуляции по нему теплоносителя 4. Канал 3 с торцов труб герметично наглухо закрыт, например, с помощью сварки. Канал 3 снабжен патрубком 5 ввода теплоносителя 4 и патрубком 6 вывода теплоносителя 4. Внутренняя труба 1 с торцов открыта для прохождения по ней низкопотенциального теплоносителя 7.
Коаксиальный гидродинамический модуль теплового насоса работает следующим образом.
Коаксиальный гидродинамический модуль помещают на дно реки продольно в поток низкопотенциального теплоносителя 7 текучей среды искусственного или естественного происхождения, например, в систему водовода промышленных или бытовых стоков или в русло реки или протоки, в том числе с малым сечением массы текучей среды, как незамерзающий ручей. Низкопотенциальный теплоноситель 7 проходит по трубе 1, а также омывает трубу 2 снаружи, отдавая тепло теплоносителю 4, который циркулирует по межтрубному каналу 3. Причем теплоноситель 4 циркулирует по каналу 3 в направлении, противоположном направлению потока низкопотенциального теплоносителя 7. Холодный теплоноситель 4 поступает по патрубку 5 в межтрубный канал 3. Нагретый теплоноситель 4 по патрубку 6 вывода поступает в систему теплосборного контура теплового насоса.
На изготовление модуля в сравнении с материалоемкостью труб классического контура потребуется ориентировочно в 1,5 раза меньше исходного сырья. Предлагаемый коаксиальный гидродинамический модуль теплового насоса позволяет повысить упростить и удешевить работу устройств систем теплоснабжения от ВИЭ. К преимуществам такого модуля теплового насоса в первую очередь следует отнести его компактность и пониженную материалоемкость.