УСТАНОВКА ТЕПЛОВОЙ НАСОС ПОДЗЕМНЫМ ИСПАРИТЕЛЕМ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к тепловым насосам и может быть использовано в отоплении и горячей водоснабжении.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Отопление и горячее водоснабжение с применением установок тепловой насос основано на использовании низко потенциальной тепловой энергии различных источников. Среди них наиболее распространены установки тепловой насос типа «грунт-вода». Существуют вертикальные грунтовые теплообменники с геотермальным зондом и коаксиального типа.

Установки тепловые насосы с вертикальным грунтовым теплообменником типа геотермальный зонд состоят из наружного теплопоглощающего замкнутого контура циркуляции рассола, теплового насоса и нагревателя воды.

Наружный теплопоглощающий замкнутый контур состоит из нескольких геотермальных зондов, несколько сот метров полиэтиленовых труб соединяющих этих зондов с терморезистор муфтой и тепловым насосом. В них снятую рассолом геотермальную энергию грунта, используют бинарным способом, посредством теплообмена между рассолом и паром низкокипящей жидкости в испарителе теплового насоса [1 ...6].

Геотермальные зонды изготовляются из полиэтилена U-образной или двойной U-образной форме. У полиэтилена низкая теплопроводность, что является причиной снижения интенсивности съема низко потенциальной тепловой энергии грунта геотермальным зондом. Это приводит к увеличению количество скважин и их суммарной глубины. В этих установках несколько скважин обеспечивают геотермальной энергией один тепловой насос.

Низкая интенсивность съема тепловой энергии грунта геотермальным зондом и расход электрической энергии на привод насоса циркуляции рассола по наружному теплопоглощающему замкнутому контуру приводят к снижению их общей энергетической эффективности существующих установок тепловой насос.

Предлагаемое изобретение - установка тепловой насос подземным испарителем является новым типом теплового насоса «грунт-низкокипящая жидкость».

До настоящего времени вопрос создания установки тепловой насос способного снять паром низкокипящей жидкости геотермальную энергию грунта и использующего её прямым способом в научных исследованиях, работах по разработке изобретений и проектированию установок тепловой насос не рассматривалась, поэтому аналога или прототипа по предлагаемому в изобретении установке тепловой насос подземным испарителем не найдено [1...6].

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания нового типа установки тепловой насос - установки тепловой насос подземным испарителем типа «грунт-низкокипящая жидкость», в котором съем низко потенциальной тепловой энергии грунта осуществляется паром низкокипящей жидкости в подземном испарителе установки и используется прямым способом.

В установке тепловой насос подземным испарителем пар и жидкость низкокипящей жидкости циркулирует по замкнутому контуру «подземный испаритель - компрессор - расширительный клапан (дроссель) - нагреватель воды - подземный испаритель». Предлагаемая установка тепловой насос подземным испарителем позволяет:

- повысить интенсивность снятия низко потенциальной энергии грунта и эффективность использования геотермальной энергии;

- одной скважиной обеспечивать геотермальной энергией до четырех тепловых насосов;

- исключить из наружного теплопоглощающего контура геотермальные зонды и терморезисторную муфту, несколько сот метров полиэтиленовых труб соединяющих их с тепловым насосом;

- исключить из пользования сотни литров рассола в качестве теплоносителя;

- исключить из конструкции теплового насоса электропривод циркуляции рассола, испаритель и расширительный клапан (дроссель);

- сократить расход электрической энергии;

- повысить показатели эффективности, надежности и долговечности работы установки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1. Устройство и принцип работы установки тепловой насос подземным испарителем.

Фиг.2. Устройство подземного испарителя.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее настоящее изобретение описано более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, иллюстрирующие вариант осуществления.

ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Установка тепловой насос подземным испарителем состоит из наружного теплопоглощающий контура и теплового насоса.

Тепловой насос состоит из компрессора 8, нагревателя воды 10, соединительных труб 9 и 11 (фиг.1). Наружный теплопоглощающий контур состоит из и расширительного клапана (дросселя) 7, подземного испарителя I, подводной 2 и возвратной 4 труб (фиг.1).

Подземный испаритель состоит из цилиндрического корпуса 2, нижней 1 и верхней 5 крышек. Они образуют герметичную камеру подземного испарителя 3. В верхней крышке 5 имеются отверстия для возвратной трубы 7 и подводной трубы 4 и ушко 6 для троса опускания подземного испарителя в забой скважины (фиг.2).

В том случае, если одна скважина обеспечивает геотермальной энергией грунта четырех тепловых насосов, то в верхней крышке 5 подземного испарителя 3 предусматривают 4 отверстия для возвратной трубы 7 и 4 отверстия для подводной трубы 4 (фиг.2).

К подземному испарителю I присоединяют возвратную 4 и подводную 2 трубы и с помощью троса, закрепленного в ушко 3, опускают в забой ствола скважины II. Остальное свободное пространство ствола скважины II заполняется тампонирующим материалом 6 (фиг.1).

Установка тепловой насос подземным испарителем работает следующим образом.

Пар низкокипящей жидкости температурой ti и давлением pi поступает из камеры подземного испарителя 1 по подводной трубе 2 к компрессору 8. В результате сжатия пара низкокипящей жидкости компрессором 8, повышается её температура и давление соответственно до t2^p2 (фиг.1).

Затем по соединительной трубе 9 пар подается в нагреватель воды 10, где происходит теплообмен между горячим паром низкокипящей жидкости и холодной водой, поступающей из сети горячего водоснабжения. В результате вода нагревается, а пар охлаждается до температуры /з, а давление р2 не меняется. Происходит фазовое превращение пара в жидкость. Горячая вода поступает в сеть горячего водоснабжения (фиг.1).

Образовавшаяся жидкость низкокипящей жидкости по соединительной трубе 11 движется к расширительному клапану (дросселю) 7 под воздействием давления рг и через него подается возвратную трубу 4 (фиг.1).

За расширительным клапаном (дросселем) 7 давление и температура жидкости падает соответственно до pi и . Происходит фазовое превращение жидкости в пар. Пар под давлением pi по возвратной трубе 4 движется к подземному испарителю I, попутно снимая тепловую энергию грунта окружающей возвратную трубу 4 (фиг.1).

Перед выходом из возвратной трубы 4 температура пара низкокипящей жидкости в камеру подземного испарителя 1 увеличивается соответственно ДО ts (фиг.1).

В зоне расположения подземного испарителя I происходит теплообмен между грунтом окружающим её корпус и паром низкокипящей жидкости находящегося внутри камеры подземного испарителя 1. В результате которого температура пара низкокипящей жидкости увеличивается до температуры ti.

Давление пара низкокипящей жидкости в возвратной трубе 4, камере подземного испарителя 1 и подводной трубе 2 давления pi не меняется (фиг.1).

Для предотвращения потери геотермальной энергии паром низкокипящей жидкости в результате теплообмена с грунтом и воздухом, поверхность подводной трубы 2 от подземного испарителя I до компрессора 8 полностью покрывается теплоизоляционным материалом 5.

Таким образом, инновации установки тепловой насос подземным испарителем позволяют создать новый тип установки тепловой насос «грунт- низкокипящая жидкость», повысить интенсивность снятия низко потенциальной тепловой энергии грунта и эффективность использования геотермальной энергии, обеспечить одной скважиной геотермальной энергией до четырех тепловых насосов, значительно упростить наружный теплопоглощающий контур и конструкцию теплового насоса, сократить расход электрической энергии, повысить показатели эффективности, надежности и долговечности работы установки тепловой насос. office@kstuca.kharkov.ua Редько А. А. Рациональные термодинамические параметры циклов многоступенчатой геотермальной энергетической станции. Патент RU 2110019С1. Паротурбинная установка для геотермальной электростанции. Патент RU 2330219С1. Геотермальная установка энергоснабжения. Патент RU 2343368С1. Геотермальная энергетическая установка. https://rfc.kegoc.kz/media Предварительный обзор геотермальных ресурсов Казахстана. www.membrana.ru/particle/13739. Передовая геотермальная электростанция заработала в Юте.