ТЕПЛОВОЙ НАСОС
HEAT PUMP

Изобретение относится к тепловым насосам, то есть к устройствам, использующим тепло низкотемпературных источников естественного или искусственного происхождения для получения воды, пригодной для отопления и горячего водоснабжения (с температурой 50-70°С), в жилых домах, промышленных зданиях, а также предприятий АПК.
Известен тепловой насос, содержащий основной контур с компрессором, контур подачи воды, отстойник с трубой для подачи теплой воды (патент RU 2044236 С1, МПК F25B 30/00, опубл. 20.09.1995 г.)
Известен тепловой насос, содержащий цилиндры сжатия, цилиндр смежного сосуда с индивидуальным теплообменником, запорные вентили, гидравлический насос, включенный в замкнутый контур (патент RU 2301382 С1, МПК F25B 30\02, опубл. 20.06 2007 г.).
Недостатком указанных аналогов является невозможность поддержания постоянства температуры в трубопроводе горячей воды, используемой для обогрева жилых домов, промышленных зданий.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, принятым за прототип, является тепловой насос (патент RU 2238488 С1, МПК F25B 30\02, опубл. 20.06.2004 г.), который состоит из компрессора, дросселирующего устройства, а также конденсатора и испарителя, каждый из которых выполнен в виде теплообменника типа труба в трубе. Внешний и внутренний трубопроводы теплообменника выполнены в виде спиралей, патрубок ввода нагреваемой жидкости расположен со стороны выхода теплоносителя, а патрубок вывода нагреваемой жидкости расположен со стороны входа теплоносителя. Данный тепловой насос также не может обеспечивать поддержание температуры в трубопроводе горячей воды на заданном уровне.
Задача заявленного изобретения заключается в поддержании постоянства температуры в трубопроводе горячей воды, используемой для обогрева жилых домов, промышленных зданий.
Технический результат достигается благодаря тому, что тепловой насос, содержащий компрессор, конденсатор, испаритель, дросселирующее устройство, трубопроводы горячей и теплой воды, холодильного агента, в отличие от прототипа, дополнительно установлен механизм перемещения поршня компрессора и система управления для поддержания постоянной величины температуры горячей воды, включающая датчик фактической температуры в трубопроводе горячей воды, задатчик минимальной температуры горячей воды, блок вычитания, усилитель, ограничительный блок, задатчик допустимого перемещения поршня компрессора, масштабный преобразователь, причем первый вход блока вычитания соединен с датчиком фактической температуры расположенным в трубопроводе горячей воды, второй вход блока вычитания соединен с задатчиком номинальной температуры горячей воды, выход блока вычитания через усилитель соединен с первым входом ограничительного блока, второй вход которого соединен с выходом задатчика допустимого перемещения поршня компрессора, выход ограничительного блока через масштабный преобразователь соединен с механизмом перемещения поршня компрессора.
Новая совокупность существенных признаков, а именно, механизм перемещения поршня компрессора и система управления, позволяют обеспечивать постоянство температуры в трубопроводе горячей воды, используемой для обогрева жилых домов и промышленных зданий.
Поскольку новая совокупность существенных признаков предлагаемого устройства не известна и не следует явным образом из уровня техники, установленного по патентной и научно-технической литературе, то можно говорить о его соответствии критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
На чертеже представлен тепловой насос.
Тепловой насос содержит компрессор 1, конденсатор 2, испаритель 3, дросселирующее устройство 4, трубопровод горячей воды 5, трубопровод теплой воды 6, трубопровод холодильного агента 7, механизм перемещения поршня компрессора 8, датчик фактической температуры в трубопроводе горячей воды 9, задатчик минимальной температуры горячей воды 10, блок вычитания 11, усилитель 12, ограничительный блок 13, задатчик допустимого перемещения поршня компрессора 14, масштабный преобразователь 15.
На чертеже обозначены: t - сигнал, пропорциональный фактической температуре в трубопроводе горячей воды, t* - сигнал, пропорциональный номинальной температуре горячей воды, dt - сигнал, пропорциональный отклонению.
Сигнал отклонения рассчитывается по формуле: +dt=t-t*.
Механизм перемещения поршня компрессора выполнен в виде реечной передачи.
Тепловой насос работает следующим образом.
В испарителе 3 холодильный агент (жидкий фреон) за счет низкотемпературного источника теплой воды, поступающей по трубопроводу 6, испаряется с поглощением теплоты. Пары фреона по трубопроводу 7 поступают в компрессор 1. В камере компрессора 1 путем движения поршня фреон сжимается. При сжатии за счет адиабатического процесса фреон нагревается до температуры 80°С. Далее нагретый фреон по трубопроводу 7 поступает в конденсатор 2. В конденсаторе пары фреона конденсируются, отдавая теплоту трубопроводу горячей воды 5, в котором температура воды поднимается до 55°С. Жидкий фреон дросселируется в дросселирующем устройстве 4 и в состоянии влажного насыщения пара поступает обратно в испаритель.
Сигнал от датчика фактической температуры, расположенного в трубопроводе горячей воды 9, поступает в блок вычитания 11, где сравнивается с задатчиком минимальной температуры горячей воды 10. Сигнал отклонения усиливается по мощности в усилителе 12 и поступает на первый вход ограничительного блока 13, на второй вход которого поступает сигнал от задатчика допустимого перемещения поршня компрессора 14. При снижении температуры воды в трубопроводе 5 ниже минимальной, то есть, если результирующий сигнал становиться отрицательным по величине, то с ограничительного блока 13 снимается сигнал, который преобразуется в масштабном преобразователе 15, а затем поступает на вход механизма перемещения поршня компрессора 8. Механизм перемещения изменяет положение поршня таким образом, что происходит сжатие фреона в компрессоре, температура фреона повышается. Более нагретый фреон перетекает в конденсатор, в котором он конденсируется, отдавая большее количества тепла воде, находящейся в трубопроводе горячей воды 5. В трубопроводе 5 температура горячей воды поднимается до минимальной. При снижении температуры воды ниже минимальной в трубопроводе 5 цикл повторяется. Таким образом, в трубопроводе 5 поддерживается постоянная температура горячей воды.
Исследования показали, что при использовании теплового насоса для отопления теплиц, температура в них поддерживается постоянной на уровне 20-25°С.