Спосіб роботи теплового насоса

1. Спосіб роботи теплового насоса, згідно з яким здійснюють поглинання тепла з оточуючого середовища теплообмінником зовнішнього теплообміну, через який пропускають потік рідинного теплоносія, що перетворюється на пару, яка потрапляє в зовнішнє джерело механічної енергії, під дією якого стискається до повної пароконденсації, і отриману рідину подають у другий теплообмінник, в якому теплота пароконденсації передається споживачу, який відрізняється тим, що перед C2 2 (19) 1 3 86097 де q1 - кількість тепла, що отримує робоче тіло теплонасоса від низькопотенційного джерела тепла (наприклад, ріки); q0 - кількість тепла, що отримує робоче тіло теплового насоса від зовнішнього джерела механічної енергії (наприклад, компресора). В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу роботи теплового насоса шляхом створення стрибка ущільнення в газорідинному потоці теплоносія, за рахунок чого відбувається повна конденсація пари, що дозволяє скоротити енергетичні витрати на отримання тепла, і як наслідок, підвищити опалювальний коефіцієнт. Поставлене завдання вирішується тим, що у способі роботи теплового насоса, згідно з яким здійснюють поглинання тепла з оточуючого середовища теплообмінником зовнішнього теплообміну, через який пропускають потік рідинного теплоносія, що перетворюється на пару, яка потрапляє в зовнішнє джерело механічної енергії, під дією якого стискається до повної пароконденсації, і отриману рідину подають у другий теплообмінник, в якому теплоту пароконденсації передають споживачу, згідно з винаходом перед другим теплообмінником отриману пару прискорювачем (наприклад, соплом Лаваля) розганяють до надзвукової швидкості, крім того в потік пари теплоносія під дією зовнішнього джерела механічної енергії під тиском вприскують рідинну фазу теплоносія, внаслідок чого утворюється парорідинний потік, в якому створюють місцевий гідравлічний опір, внаслідок чого виникає стрибок ущільнення, відбувається повна конденсація парової фази і утворюється рідинний потік теплоносія, який додатково компримірують. Відпрацьований рідинний потік теплоносія розділяють на два потоки, один з яких подають на вхід теплообмінника зовнішнього теплообміну для контакту із зовнішнім середовищем, а другий за вприскують під тиском у потік пари теплоносія. Додаткове компримірування зрідженого теплоносія і його часткове повернення насосом у надзвуковий потік пари створює парорідинний потік теплоносія, де швидкість звуку значно нижча за швидкість звуку у потоці чистої пари та чистої рідини теплоносія. Якщо швидкість парорідинного потоку вища за швидкість звуку у ньому, то утворення місцевого гідравлічного опору призводить до різкого підвищення тиску потоку (до стрибка ущільнення), під час якого парові бульбашки колапсують, а температура отриманого рідинного потоку теплоносія зростає за рахунок енергії пароконденсації. На величину стрибка ущільнення впливають швидкість пари теплоносія після надзвукового прискорювача, величина тиску рідини теплоносія, що її вприскують у потік пари теплоносія, та об'ємне співвідношення парової та рідинної Комп’ютерна верстка В. Клюкін 4 фаз у парорідинному потоці теплоносія. Чим вище швидкість руху пари і чим вищий тиск вприскування рідини, тим вищий стрибок ущільнення, і як наслідок, вищий відсоток сконденсованої пари, а значить більша отримана теплота пароконденсації. Згідно із запропонованим способом роботи теплонасоса за рахунок підвищення тиску внаслідок виникнення стрибка ущільнення під час руху парорідинної суміші по трубопроводу заощаджується енергія на стискання парорідинної суміші до повної конденсації парової фази, іншими словами, з огляду на формулу розрахунку опалювального коефіцієнту, зменшується q0 , в результаті чого опалювальний коефіцієнт зростає в декілька разів. Заявлений спосіб можна реалізувати наступним чином. У джерелі низькопотенційної енергії, наприклад, у річці, озері, ґрунті тощо встановлюється теплообмінник, який наповнюється рідким теплоносієм з температурою закипання нижчою за температуру згаданого джерела. Теплоносій нагрівається до температури джерела низькопотенційної енергії, закипає і перетворюється на пару, яка на виході з теплообмінника потрапляє в трубопровід, де розміщується надзвуковий прискорювач, наприклад, сопло Лаваля. У надзвуковому прискорювачі пара теплоносія розганяється до надзвукової швидкості. На виході з надзвукового прискорювача в надзвуковий потік пари під дією зовнішнього джерела механічної енергії, наприклад, рідинного насоса, вприскується рідинна фаза теплоносія, внаслідок чого створюється парорідинна суміш, яка рухається із швидкістю, що значно вища за швидкість звуку. Після змішування парової і рідинної фази теплоносія в трубопроводі, яким рухається парорідинна суміш, створюють місцевий гідравлічний опір, наприклад, зменшують перетин трубопроводу вентилем, внаслідок чого в трубопроводі виникає стрибок ущільнення і парорідинна суміш перетворюється на рідинну, тому що парова фаза під дією тиску конденсується із виділенням тепла, яке йде на підвищення температури потоку. Після цього утворений рідинний потік теплоносія потрапляє в джерело механічної енергії, наприклад, рідинний насос, де додатково стискається і подається в другий теплообмінник, в якому тепло від потоку передається споживачу, а потік теплоносія охолоджується до температури, яка нижча за температуру джерела низькопотенційної енергії. Після другого теплообмінника рідкий охолоджений потік теплоносія розділяють на два потоки, один з яких повертається для вприскування в надзвуковий потік пари теплоносія, а другий подається в перший теплообмінник для відбору тепла у джерела низькопотенційної енергії. Таким чином процес "перекачування тепла є безперервним. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601