Трансформатор теплоты сезонного действия

Авторы патента:

E01H5/10 - с помощью нагрева (стационарные установки для продувания и нагрева E01C 11/26)

Полезная модель относится к промышленной теплоэнергетике и может быть использована для поддержания состояния дорожных покрытий различных конструкций в холодный период года без ледяного и снежного покрова, а также для производства горячей воды для систем горячего водоснабжения за счет утилизации теплоты нагрева дорожного покрытия в теплый период года. В трансформаторе теплоты сезонного действия, состоящем из парокомпрессионного реверсивного теплового насоса с испарителем-конденсатором соединенным с контуром циркуляции теплоносителя, содержащим циркуляционный насос и горизонтальный коллектор, выполненный из полимерных труб заполненных теплоносителем, уложенных в грунте под дорожным покрытием, парокомпрессионный реверсивный тепловой насос снабжен конденсатором-испарителем, соединенным со вторым контуром циркуляции теплоносителя, содержащим циркуляционный насос второго контура и коллектор, выполненный из полимерных труб заполненных теплоносителем, уложенных вокруг трубы отвода канализационных стоков, и с третьим контуром циркуляции теплоносителя, содержащим циркуляционный насос третьего контура и коллектор, выполненный из полимерных труб, размещенных в баке-аккумуляторе системы горячего водоснабжения. Технический результат: создание трансформатора теплоты сезонного действия, обеспечивающего быстрое очищение асфальтного или грунтового покрытия от снега и льда, создание стабильных условий его эксплуатации и продление срока службы, а так же покрытие нагрузки горячего водоснабжения в неотопительный период.

Известен горизонтальный грунтовый коллектор (http://www.insolar.ru), предназначенный для извлечения низкопотенциальной энергии грунта для испарителей тепловых насосов, который представляет собой отдельные полимерные трубы, уложенные горизонтально под слоем грунта, положенные относительно плотно и соединенные между собой последовательно или параллельно.

Недостатками указанного коллектора являются большая площадь оттеснения земли (порядка 25-50 м2) и низкая величина теплосъема (порядка 10-35 Вт с одного квадратного метра поверхности грунта), а так же вероятность промерзания грунта в зоне прокладки коллектора и высокое гидравлическое сопротивление (http://www.ivd.ru/document.xgi?id=5102&gid=393&hid=514&oid=514).

Известно устройство для утилизации тепловых потерь теплотрасс (Патент на полезную модель РФ 88361, МПК E02D 1/00, 2009 г.), состоящее из горизонтального грунтового коллектора, выполненного из полимерной трубы в форме винтовой спирали, заполненного теплоносителем, соединенного через циркуляционный насос с испарителем теплового насоса. Винтовая спираль трубы коллектора, расположена вокруг канала теплотрассы.

Недостатками указанного устройства являются сложность его монтажа и ремонта, сложность обслуживания теплотрассы.

Известно устройство для утилизации тепловых потерь в канале теплотрассы (Патент на полезную модель РФ 94988, МПК E02D 1/00, 2010 г.) состоящее из горизонтального коллектора, выполненного из полимерной трубы в форме винтовой спирали, заполненного теплоносителем, соединенного через циркуляционный насос с испарителем теплового насоса. Винтовая спираль трубы коллектора, расположена в канале теплотрассы вокруг трубопроводов тепловой сети.

Недостатками указанного устройства являются вероятность отбора тепловой энергии в размере, превышающем регламентируемые потери, сильная зависимость от внешних условий вокруг канала и сложность обслуживания теплотрассы.

Известно устройство для таяния снега (Патент на изобретение РФ 2498006, МПК E01H 5/10, 2013 г.), имеющее расположенный в грунтовом массиве грунтовый теплообменник, оснащенный трубопроводом-спутником и служащий для обеспечения циркуляции теплоносителя, теплонасосную систему теплохладоснабжения, сообщенную с грунтовым теплообменником, обогреваемую площадку и уложенный под нее трубопровод, заполненный теплоносителем, нагревающимся в теплонасосной системе теплохладоснабжения, причем теплоноситель после прохождения через уложенный под площадкой трубопровод поступает в теплонасосную систему теплохладоснабжения для повторного нагрева, а талая вода, образующаяся на поверхности площадки, утилизируется посредством трубопровода-спутника для увлажнения грунтового массива. Температурный режим теплоносителя обеспечивается вовлечением в процесс теплообмена скрытой теплоты фазовых переходов влаги, содержащейся в поровом пространстве грунтового массива в жидком и парообразном состоянии.

Недостатком указанного устройства является низкий коэффициент трансформации при низких температурах наружного воздуха и отсутствие энергетического и экономического эффекта от работы устройства в летний период.

Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в создании трансформатора теплоты сезонного действия, обеспечивающего быстрое очищении асфальтного или грунтового покрытия от снега и льда, создание стабильных условий его эксплуатации и продление срока службы, а так же покрытие нагрузки горячего водоснабжения в неотопительный период.

Технический результат достигается тем, что в трансформаторе теплоты сезонного действия, состоящем из парокомпрессионного реверсивного теплового насоса с испарителем-конденсатором соединенным с контуром циркуляции теплоносителя, содержащим циркуляционный насос и горизонтальный коллектор, выполненный из полимерных труб заполненных теплоносителем, уложенных в грунте под дорожным покрытием, парокомпрессионный реверсивный тепловой насос снабжен конденсатором-испарителем, соединенным со вторым контуром циркуляции теплоносителя, содержащим циркуляционный насос второго контура и коллектор, выполненный из полимерных труб заполненных теплоносителем, уложенных вокруг трубы отвода канализационных стоков, и с третьим контуром циркуляции теплоносителя, содержащим циркуляционный насос третьего контура и коллектор, выполненный из полимерных труб, размещенных в баке-аккумуляторе системы горячего водоснабжения.

На чертеже показан трансформатор теплоты сезонного действия.

Трансформатор теплоты сезонного действия состоит из парокомпрессионного реверсивного теплового насоса 1 и трех контуров циркуляции теплоносителя. Первый контур циркуляции теплоносителя содержит горизонтальный коллектор 2, выполненный из полимерных труб соединенных последовательно или параллельно, заполненных теплоносителем, уложенных в грунте под дорожным покрытием 3, соединенных через циркуляционный насос первого контура 4 с испарителем-конденсатором 5 реверсивного парокомпрессионного теплового насоса 1. Второй контур циркуляции теплоносителя содержит коллектор 6, выполненный из полимерных труб, выполненный из полимерных труб заполненных теплоносителем, уложенных вокруг трубы отвода канализационных стоков 7, соединенный через циркуляционный насос второго контура 8 с конденсатором-испарителем 9 реверсивного парокомпрессионного теплового насоса 1. Третий контур циркуляции теплоносителя содержит коллектор 10, выполненный из полимерных труб, размещенных в баке-аккумуляторе 11 (входящего в систему горячего водоснабжения), соединенный через циркуляционный насос третьего контура 12 с конденсатором-испарителем 9 реверсивного парокомпрессионного теплового насоса 1.

Трансформатор теплоты сезонного действия работает следующим образом.

Для реализации летнего и зимнего режимов работы используется реверсивный парокомпрессионный тепловой насос 1.

В зимнем режиме работы (во время отопительного сезона) используют только первый и второй контуры циркуляции теплоносителя, при этом испаритель-конденсатор 5 реверсивного парокомпрессионного теплового насоса 1 в первом контуре является конденсатором, а со стороны второго контура - испарителем. Третий контур перекрыт.В зимний период теплоноситель, циркулирующий втором контуре в коллекторе 6, воспринимает тепловую энергию отвода канализационных стоков 7 и при помощи циркуляционного насоса второго контура 8 поступает в конденсатор-испаритель 9 реверсивного парокомпрессионного теплового насоса 1. При этом полученная реверсивным парокомпрессионным тепловым насосом 1 тепловая энергия, передается теплоносителю первого контура. Теплоноситель в первом контуре, циркулирующий при помощи циркуляционного насоса первого контура 4 нагревается в испаритель-конденсаторе 5 реверсивного парокомпрессионного теплового насоса 1 и направляется в горизонтальный коллектор 2, расположенный под дорожным покрытием обогреваемой площадки. Снег или лед, находящийся на дорожном покрытии 3, воспринимает тепловую энергию от горизонтального коллектора 2 и тает. Таким образом, обеспечивается быстрое очищение асфальтного покрытия от снега и льда в зимний период и продлении срока службы асфальтного покрытия, за счет поддержания стабильных температурных режимов его эксплуатации.

В летнее время используют только первый и третий контуры, при этом при этом испаритель-конденсатор 5 реверсивного парокомпрессионного теплового насоса 1 в первом контуре является испарителем, а в третьем контуре - конденсатором. Второй контур перекрыт.В летний период тепловой поток солнечной радиации нагревает дорожное покрытие 3 и прилегающий к нему грунт и воспринимается горизонтальным коллектором 2, в котором циркулирует теплоноситель. Поток тепловой энергии от дорожного покрытия 3 воспринимается горизонтальным грунтовым коллектором 2 теплоноситель направляется при помощи циркуляционного насоса первого контура 4 поступает в испаритель-конденсатор 5 реверсивного парокомпрессионного теплового насоса 1. При этом полученная реверсивным парокомирессионным тепловым насосом 1 тепловая энергия, передается теплоносителю третьего контура. Теплоноситель в третьем контуре нагревает воду в баке-аккумуляторе 11, пригодную для нужд горячего водоснабжения. Произведенная в результате дешевая горячая вода может быть использована для нужд горячего водоснабжения. Кроме того охлаждение дорожного покрытия в летний период предохраняют его от перегрева, создает более стабильные условия эксплуатации, что ведет к продлению срока его службы.

Таким образом, предлагаемый трансформатор теплоты сезонного действия устраняет недостатки существующих на данный момент устройств, предназначенных для очистки дорожных покрытий от снега и льда, а также повышает технико-экономические показатели работы теплового насоса, в летний период утилизирует локализованную на дорожном покрытии тепловую энергию солнечной радиации, покрывает нагрузку на горячее водоснабжение и продлевает срок службы дорожного покрытия.

Трансформатор теплоты сезонного действия, состоящий из парокомпрессионного реверсивного теплового насоса с испарителем-конденсатором, соединенным с контуром циркуляции теплоносителя, содержащим циркуляционный насос и горизонтальный коллектор, выполненный из полимерных труб, заполненных теплоносителем, уложенных в грунте под дорожным покрытием, отличающийся тем, что парокомпрессионный реверсивный тепловой насос снабжен конденсатором-испарителем, соединенным со вторым контуром циркуляции теплоносителя, содержащим циркуляционный насос второго контура и коллектор, выполненный из полимерных труб заполненных теплоносителем, уложенных вокруг трубы отвода канализационных стоков, и с третьим контуром циркуляции теплоносителя, содержащим циркуляционный насос третьего контура и коллектор, выполненный из полимерных труб, размещенных в баке-аккумуляторе системы горячего водоснабжения.