Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно - к комбинированным системам для охлаждения и нагревания, и может применяться в качестве автономной энергоустановки для одновременного производства тепла и холода.

Известная воздушная холодильно-нагревательная установка, включающая компрессор, детандер и включенные между ними по каналу подачи сжатого воздуха основной и дополнительный воздушные теплообменники. Причем основной теплообменник по каналу подачи атмосферного воздуха соединен с вентилятором, а дополнительный - к контуру охлаждения масла [см. авт.свид. СССР Jfe 606049, МIЖ ³ F25B 29/00, опубл. 1978 г., бюл. Ш щ.

Основной недостаток установки заключается в том, что из-за несовершенного теплообмена в теплообменниках снижается холодо- и тешiопродуктивность. Также в режиме нагревания воздуха используется тепловая энергия высокопотенциального теплоносителя

(масла).

В патенте Российской Федерации Ш 2213306 (МПК F25B 30/00, опубл. 27.09.2003] предложена децентрализованная система теплоснабжения с помощью теплового насоса, осуществляющего нагревание рабочего тела путем подвода тепла из окружающей среды, его всасывания со следующим сжатием в компрессоре и повышением температуры, отвод тепла к потребителю. Однако максимальный отопительный коэффициент достигается лишь в случае, когда окружающая среда, как источник тепла, имеет постоянную температуру. Поэтому такой насос имеет низкую эффективность. Также известен многофункциональный тепловой насос по патенту Украины [Xa 20778, МПК F24D 19/00, опубл. 15.02.2007], включающий компрессор для перекачивания рабочего тела, три теплообменника, конденсатор, испаритель, устройство управления, фильтры и трубопроводы. При этом функционально выделены конденсатор-подогреватель и испаритель-охладитель рабочего тела.

К недостаткам описанной конструкции следует отнести: невозможность повышения коэффициента превращения теплового насоса; дублирование одной операции разными устройствами; неоправданная сложность устройства. Температуры, до которой нагревается теплоноситель, недостаточно для использования для подогрева, например, воды. Остаточное тепло, которое имеет теплоноситель контура теплового насоса после передачи тепла контуру отопления, безвозвратно теряется во время дросселирования. Кроме того, невозможно возобновлять и поддерживать в рабочем состоянии источник низкопотенциального тепла.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков и технической сущности к заявляемому решению является криогенная машина Стерлинга, представленная в патенте Российской Федерации JVs 2166711, МПК ⁷ F25B 9/14, опубл. 10.05.2001 г., выбранная автором в качестве прототипа. Криогенная машина Стирлинга работает по обратному циклу. В ее состав входят привод рабочего поршня и вытеснителя, расположенных в общем цилиндре. Отвод тепла от воздуха, поступающего извне, осуществляется в конденсаторе, после чего сжиженный воздух поступает в сосуд Дьюара. Тепло, как побочный продукт криогенной машины, с помощью холодильника циркуляционньм насосом через теплообменник сбрасывают в окружающую среду. Причем количество тепла превышает мощность потребления. Этот недостаток устраняет техническое решение, подаваемое к регистрации.

Задача изобретения направлена на обеспечение теплом промышленности и коммунального хозяйства путем утилизации тепла от криогенной машины.

Поставленная задача решается за счет того, что в универсальном энергомодуле, в состав которого входит криогенная машина, в соответствии с изобретением, криогенная машина дополнительно оснащена тепловым насосом, который имеет с криогенной машиной общий теплообменник.

За счет объединения в энергомодуль криогенной машины и теплового насоса через общий теплообменник-регенератор получено качественно новое устройство, дающее возможность утилизировать неиспользованное тепло криогенной машины. Следует отметить также, что любую криогенную машину можно объединить с тепловыми насосами разных систем. На фиг.1 предоставлен схематический вид энергомодуля. Универсальный энергомодуль содержит, например, криогенную машину Стирлинга 1, работающую по обратному циклу, в состав которого также входят конденсатор 4 и теплообменник 5, являющийся общим для криогенной машины 1 и теплового насоса 6, которым дополнительно оснащенная криогенная машина 1. Кроме того, устройство имеет теплообменник нагрузки 7.

Универсальный энергомодуль работает следующим образом. При вращении вала 2 (от электродвигателя, ветряка и др.) по линии 3 конденсатора 4 к потребителю поступает холод. Тепло, взятое от криогенной машины 1, подают на теплообменник 5, из которого оно поступает в теплообменник нагрузки 7 и дальше в магистраль 8 к потребителю.

Пример конкретного выполнения:

Мощность электродвигателей одного цеха хладокомбината равняется 2 МВт. Температура охлаждения t _oxл = - 40 ⁰ C (T _oxл = 233°K), t _m i _п = +70 ⁰ C (T _min = 343°K) - температура избыточной тепловой энергии, которую сбрасывают в окружающую среду. При этих показателях температуры холодильный и тепловой коэффициенты равняются:

К . _кр . _м ^WСТ^ЛU^ 343/(343-233)=3,12, где:

К χ _к p.мaш - холодильный коэффициент криогенной машины, К _тк р.ма _ш - тепловой коэффициент криогенной машины. Таким образом холодильная энергия (P _xoл ) составляет:

P _xoл = 2 МВт * К _{x KP} ^ = 4,24 МВт. Избыточная тепловая энергия (P _тешi ), которая сбрасывается (при t _ш i _а = +70 ⁰ C) составляет : P _тепл = 2 МВт * К _{т K1} ,.^ = 6,24 МВт.

Если это количество тепловой энергии забираем с помощью теплового насоса и отдаем потребителю t _max = +100 ⁰ C (T _max =373°K), ТО K _x тепл.нacoca ~ ХОЛОДИЛЬНЫЙ И K _{τ теп} л.нacoca — Т ^β ШЕОВОЙ КОЭффиЦИ ^β НТЫ теплового насоса равняются:

K _xтешi .н _ac oca = T _m щ / (T _max - T _1nJn ) = 343/(373-343)= 11,43, "T тепл.насоса *max ' \*max " -*-mщ) l-i^ ^j .

Мопщость двигателя Р _дв теплового насоса: P _да = P _тепл / K _xтепл .нacoca = 6,24 МВт / 11,43 = 0,55 МВт,

Количество тепловой энергии P _{тепл Пoтpeб>} которую отдаем с помощью теплового насоса потребителю при I _m3x = +100 ⁰ C составляет:

Р _{теплпшреб} = P _да * K _ттеiш . _нacoca = 0,55 МВт * 12,43 = 6,78 МВт. Таким образом, конструктивное объединение в заявленном решении криогенной машины и теплового насоса с помощью теплообменника позволяет использовать избыток тепловой энергии криогенной машины и значительно улучшить показатели работы теплового насоса энергомодуля. Кроме того, обеспечение теплом осуществляется без сжигания природного газа и поэтому отсутствующие выбросы диоксида углерода в окружающую среду, что полностью удовлетворяет требованиям Женевской конвенции из защиты озонового слоя Земли.