Устройство для регулирования температурного режима картофелехранилища с использованием теплового насоса

Полезная модель относится к сельскохозяйственному производству и может быть использована для хранения картофеля в течение круглого года Основными элементами предлагаемого устройства с использованием теплого насоса являются картофелехранилище, низкопотенциальный источник энергии, испаритель, компрессор, конденсатор, дроссельный вентиль, объект отопления, дополнительный испаритель и элементы автоматики. Устройство условно содержит четыре замкнутых контура: низкопотенциального источника энергии, хладагента, теплоносителя и хладагента. В качестве низкопотенциального источника энергии, теплоносителя и хладоносителя используется солевой раствор, а в качестве хладагента - легкокипящее вещество, например R-134a. Принцип работы заключается в следующем. В конденсаторе в результате теплообмена с парами хладагента теплоноситель нагревается до определенной температуры и подогревает картофелехранилище, например во время лечебного периода картофеля в зимнее время, и объект отопления по заданной программе. В дополнительном испарителе в результате теплообмена хладагента и хладоносителя уменьшается температура хладоносителя, который подается в картофелехранилище, и происходит понижение температуры воздуха в картофелехранилище, например в весенне-осеннее время. При этом переход картофелехранилища из режима нагрева в режим охлаждения производится с помощью элементов автоматики. Таким образом, предложенное устройство для регулирования температурного режима картофелехранилища с использованием теплового насоса производит теплоту и холод, и обеспечивает поддержание оптимального температурного режима в картофелехранилище в течение круглого года.

Полезная модель относится к сельскохозяйственному производству и может быть использована для хранения картофеля в течение круглого года.

В картофелехранилище поддерживается оптимальный температурный режим, который достигается при помощи теплового насоса, работающего на низкопотенциальном источнике энергии грунта.

Известно устройство для хранения картофеля [1]. Устройство содержит термоэлектрический охладитель - нагреватель, электронагреватель и элементы автоматики, которые предназначены для регулирования температурного режима картофелехранилища. Устройство позволяет поддерживать заданный температурный режим в картофелехранилище в течение круглого года.

Основным недостатком данного устройства является низкий коэффициент полезного действия термоэлектрического охладителя - нагревателя, поэтому в результате хранения картофеля при помощи данного устройства резко будет повышаться себестоимость картофеля.

Наиболее близким техническим решением является способ хранения картофеля и устройство для его осуществления [2]. Данный способ содержит совокупность признаков: хранение картофеля при положительной температуре и атмосферном давлении, активное вентилирование насыпи продукции, обогрев воздушного пространства над насыпью, хранение при регулируемой влажности воздуха, создание в потолочном перекрытии хранилища участка с геплопроводностью большей, чем остальные участки; регистрация наличия или отсутствия сконденсированной влаги на этом участке; управление температурой верхней зоны хранилища в зависимости от регистрации конденсата (ее увеличение при появлении конденсата и снижение при исчезновении).

Устройство для хранения картофеля содержит хранилище с корпусом и потолочным перекрытием и установленными в нем системами активного вентилирования и автоматического регулирования параметров микроклимата в хранилище. Устройство снабжено размещенным в потолочном перекрытии металлическим стержнем, теплопроводность которого выше, чем теплопроводность перекрытия, а также датчиком конденсата, расположенном на торце стержня и соединенным с системой автоматического регулирования параметров микроклимата.

Основными недостатками данного способа является отсутствие источника холода для хранения картофеля в теплое время года и во время лечебного периода его хранения, а также потребление значительного количества энергии для обслуживания отопительных агрегатов, что снижает экономическую эффективность хранения картофеля.

Заявляемая полезная модель решает задачу создания устройства для регулирования температурного режима картофелехранилища с использованием теплового насоса, позволяющего получить оптимальный температурный режим картофелехранилища в течение круглого года.

Технический результат достигается тем, что устройство для регулирования температурного режима картофелехранилища с использованием теплового насоса, содержащее картофелехранилище; объект отопления; низкопотенциальный источник энергии; контуры низкопотенциального источника энергии; хладагента; теплоносителя; хладоносителя; компрессор; конденсатор; дроссельный вентиль; испаритель; датчики температуры; элементы автоматики; оно содержит дополнительный испаритель, установленный в контуре циркуляции хладагента.

Кроме того, устройство содержит первый, второй и третий электронные трехходовые краны, причем первый электронный трехходовой кран установлен на контуре теплоносителя, вход первого патрубка через электрический насос подключен к конденсатору, выход: второй патрубок связан с объектом отопления, третий патрубок - с картофелехранилищем.

Кроме того, второй электронный трехходовой кран, установленный на стыке контуров теплоносителя и хладоносителя, вход которого связан с картофелехранилищем, выход: второй патрубок подключен к конденсатору, третий патрубок через электрический насос - к дополнительному испарителю.

Кроме того, третий электронный трехходовой кран, установленный на контуре хладагента, вход первого патрубка через дроссельный вентиль связан с конденсатором, выход: второй патрубок подключен к дополнительному испарителю, третий патрубок - к основному испарителю.

На фигуре представлено устройство для регулирования температурного режима картофелехранилища с использованием теплового насоса, которое содержит четыре условных циркуляционных контура.

К первому контуру (I) относятся: каналы подвода 1 и отвода 2 низкопотенциального источника энергии (остальные элементы первого контура на фигуре не показаны).

Ко второму контуру (II) относятся: основной испаритель 6; канал подачи пара 26, электрический компрессор 3; канал подачи пара хладагента 27; конденсатор 4; канал жидкого хладагента 21; дроссельный вентиль 5; третий электронный трехходовой кран 8; испаритель 7; каналы подачи хладагента 23,24, 25.

К третьему контуру (III) теплоносителя относятся: конденсатор 4, первый и второй электронные трехходовые кран 12, 13; объект отопления 14; картофелехранилище 9; каналы теплоносителя 28, 29, 30, 33, 34, 31, 32; электрический насос 10.

К четвертому контуру (IV) хладоносителя относятся: дополнительный испаритель 7; картофелехранилище 9; второй электронный трехходовой кран 13; электрический насос 11; каналы хладоносителя 35, 36, 37.

В качестве энергоносителя в первом, третьем, четвертом контурах используется солевой раствор.

Предлагаемый тепловой насос содержит: каналы подвода 1 и отвода 2 низкопотенциального источника энергии; электрический компрессор 3; конденсатор 4;

дроссельный вентиль 5; основной испаритель 6; дополнительный испаритель 7; первый, второй, третий электронные трехходовые краны 12, 13, 8; картофелехранилище 9; электрические насосы 10, 11; объект отопления 14; датчик температуры 15; блок управления 16; блок сравнения 17; задатчик 18; блок питания 19; переключатель 20; каналы хладагента 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27; каналы теплоносителя 28, 29, 30, 33, 34, 31, 32; каналы хладоносителя 35, 36, 37; каналы подачи электроэнергии 38, 39, 40, 41, 42. 43, 47; каналы подачи электрических сигналов 44, 45, 46.

Таким образом, в устройстве полезной модели под первым электронным трехходовым краном названа позиция 12, под вторым - 13, под третьим - 8. Компрессор 3 может быть использован любой конструкции.

Каналы 30, 31 предназначены для перемещения, как теплоносителя, так и хладоносителя для достижения заданного температурного режима, в результате чего упрощается конструкция данного устройства.

В предлагаемом устройстве использован патент 2270923, производящий перераспределение теплоносителя и хладоносителя по предусмотренным каналам через первый, второй, третий электронные трехходовые краны 12, 13,8.

В качестве хладагента во втором контуре используется легкокипящее вещество, например, R-134a.

Циркуляцию второго контура осуществляет компрессор 3, третьего - насос 10, четвертого - насос 11.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Пусть в картофелехранилище 9 действительная температура равна 9°С, но в хранилище картофель происходит лечебное хранение картофеля, при котором должна поддерживаться температура 12°С. Тогда включением переключателя 20 тепловой наздс начинает работать.

В первом контуре по каналу 1 в основной испаритель 6 подается низкопотенциальный источник энергии (НПИЭ) в виде солевого раствора. Одновременно начинают работать второй, третий, четвертый контуры. При этом блок управления 16 контролирует подачу электроэнергии на компрессор 3, первый, второй, третий электронные трехходовые краны 12, 13, 8; электрические насосы 10,11 и элементы автоматики.

В основной испаритель 6 кроме НПИЭ по каналу 25 подается хладагент в парожидкостном состоянии, имеющий пониженное давление. В основном испарителе 6 происходит теплообмен между НПИЭ и хладагентом, при этом последний кипит и превращается в пар, а солевой раствор (НПИЭ) по каналу 2 направляется в грунт для получения следующей порции низкопотенциальной энергии.

Полученный пар в основном испарителе 6 по каналу 26 поступает в компрессор 3, где происходит сжатие пара. При этом увеличивается давление пара и его температура. Далее этот пар по каналу 27 поступает в конденсатор 4, где в результате теплообмена с теплоносителем третьего контура превращается в жидкость, и температура теплоносителя третьего контура повышается.

Из конденсатора 4 хладагент в виде жидкости по каналу 21 проходит через дроссельный вентиль 5. где его давление резко падает.При этом хладагент кипит и по каналу 22 через третий электронный трехходовой кран 8 по каналу 25 в парожидкостном состоянии подается в основной испаритель 6. И цикл повторяется.

При этом по каналу 42 электроэнергия подается в третий электронный трехходовой кран 8, который полностью закрывает патрубок канала 23, а патрубки каналов 22, 25 открывает.

Теплоноситель третьего контура, нагретый в конденсаторе 4, через насос 10 по каналам 28, 29 через первый патрубок поступает в первый электронный трехходовой кран 12.

В первом электронный трехходовой кран 12 по каналу 40 подается электроэнергия, которая приводит его в рабочее состояние. При этом открываются все патрубки первого электронного трехходового крана 12; часть теплоносителя третьего контура через третий патрубок первого электронного трехходового крана 12 по каналу 30 поступает в картофелехранилище 9, другая часть через второй патрубок первого электронного трехходового крана 12 - по каналу 33 в объект отопления 14.

В картофелехранилище 9 происходит теплообмен между теплоносителем третьего контура и воздухом хранилища, в результате чего температура воздуха в картофелехранилище повышается. Теплообмен происходит до тех пор, пока температура воздуха в картофелехранилище 9 не поднимется до заданного значения - до 12°С.

Из картофелехранилища 9 теплоноситель третьего контура по каналу 31 поступает в первый патрубок второго электронного трехходового крана 13. При этом третий патрубок второго электронного трехходового крана 13 канала 36 находится в закрытом положении, а первый и второй патрубки каналов 31, 32 - в открытом, и поток теплоносителя по каналу 32 поступает в конденсатор 4. Одновременно в канал 32 по каналу 34 поступает теплоноситель третьего контура из объекта отопления 14.

После достижения заданной температуры датчик температуры 15 подает сигнал в блок сравнения 17, сюда же по каналу 45 подается сигнал из задатчика 18. Сигнал рассогласования по каналу 46 подается в блок управления 16, который прекращает подачу электроэнергии в первый электронный трехходовой кран 12. При этом третий патрубок первого электронного трехходового крана 12 канала 30 закрывается, а первый и второй патрубки каналов 29, 33 остаются открытыми, соответственно весь поток теплоносителя третьего контура поступает в объект отопления 14 и после завершения процесса отопления по каналам 34, 32 возвращается в конденсатор 4 и цикл повторяется.

Теперь предположим, что действительная температура в картофелехранилище равна 4°С, но в хранилище в основной период хранения следует поддерживать температуру 2°С. Для понижения температуры в помещении картофелехранилища предлагаемое устройство выполняет следующую работу.

Датчик температуры 15 по каналу 44 подает сигнал в блок сравнения 17, сюда же по каналу 45 подается сигнал задатчика 18. Происходит сравнение этих сигналов и сигнал рассогласования по каналу 46 подается в блок управления 16, который подачей сигнала по каналу 42 приводит в рабочее состояние третий электронный трехходовой кран 8, а подачей энергии по каналу 41 приводит в действие второй электронный трехходовой кран 13. При этом открываются все патрубки третьего электронного трехходового крана 8. Первый патрубок канала 30 первого электронного трехходового крана 12 и второй патрубок канала 32 второго электронного трехходового крана 13 находятся в закрытом состоянии. Первый и второй патрубки каналов 31, 36 второго электронного трехходового крана 13 при этом будут открыты. В этом случае предлагаемый тепловой насос работает следующим образом.

После поступления хладагента в дроссельный вентиль 5 он в парожидкостном состоянии подается в третий электронный трехходовой кран 8, который часть хладагента по каналу 23 направляет в дополнительный испаритель 7, а часть по каналу 25 - в основной испаритель 6. Кроме того, в дополнительный испаритель 7 по каналу 37 поступает хладоноситель четвертого контура. В дополнительном испарителе 7 происходит теплообмен между хладагентом и хладоносителем четвертого контура. При этом хладагент кипит и превращается в пар и по каналу 24 поступает в канал 25. Далее термодинамический процесс хладагента аналогичен описанному выше.

А хладоноситель в результате теплообмена с парами хладагента в дополнительном испарителе 7 понижает свою температуру и по каналам 35, 30 поступает в картофелехранилище 9. В картофелехранилище 9 хладоноситель в результате теплообмена с воздухом картофелехранилища понижает его температуру. Отработанный хладоноситель по каналу 31 поступает во второй электронный трехходовой кран 13, по каналам 36, 37 и насос 11 возвращается в основной испаритель 7 и цикл повторяется.

При достижении заданной температуры в картофелехранилище 9 работа четвертого контура прекращается.

При этом теплоноситель третьего контура после конденсатора 4 отапливает только объект отопления 14.

Таким образом, предложенное устройство для регулирования температурного режима картофелехранилища с использованием теплового насоса производит теплоту, а за счет применения дополнительного испарителя - холод, который используется в теплое время года, в результате чего обеспечивается поддержание оптимального температурного режима в картофелехранилище в течение круглого года.

В данном устройстве можно выделить следующие преимущества:

- экономичность - стоимость производства 1 кВт/ч тепловой энергии в 35 раз ниже, чем у других источников;

- энергосбережение - установка производит теплоту и холод, используя возобновляемую энергию - низкопотенциальный источник энергии грунта, не используя традиционные энергоносители;

- экологичность и безопасность - используются не ядовитые, экологически чистые, взрыво- и пожаробезопасные хладо- и теплоносители и хладагенты;

- надежность - минимум подвижных частей с высоким ресурсом работы.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ 100873, F24J 2/04. Устройство для хранения картофеля / В.Н.Тимофеев, И.Г.Васильева; опубл. в БИ 1 от 10.01.2011.

2. Патент РФ 2017388 С1, МПК A0F 25/00. Способ хранения картофеля и устройство для его осуществления / В.И.Терентьев, Б.П.Коршунов, Н.Н.Толкачев, В.Н.Абросимов; опубл. в БИ от 15.08.1994.

3. Патент РФ 2270923, F01P 7/16. Электрический термостат / В.Н.Тимофеев, Н.П.Кузин, А.Н.Краснов; опубл. в БИ 6 от 27.02.2006.

1. Устройство для регулирования температурного режима картофелехранилища с использованием теплового насоса, содержащее картофелехранилище, объект отопления, низкопотенциальный источник энергии, контуры низкопотенциального источника энергии, хладагента, теплоносителя, хладоносителя, компрессор, конденсатор, дроссельный вентиль, испаритель, датчик температуры, элементы автоматики, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный испаритель, установленный на контуре циркуляции хладагента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит первый, второй и третий электронные трехходовые краны.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первый электронный трехходовой кран установлен на контуре теплоносителя, вход первого патрубка через электрический насос подключен к конденсатору, выход: второй патрубок связан с объектом отопления, третий патрубок - с картофелехранилищем.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что второй электронный ходовой кран установлен на стыке контуров теплоносителя и хладоносителя, вход которого связан с картофелехранилищем, выход: второй патрубок подключен к конденсатору, третий патрубок через электрический насос - к дополнительному испарителю.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что третий электронный трехходовой кран установлен на контуре хладагента, вход первого патрубка через дроссельный вентиль связан с конденсатором, выход: второй патрубок подключен к дополнительному испарителю, третий патрубок - к основному испарителю.