RU119857U1 - INSTALLATION FOR HEATING AND HOT WATER SUPPLY - Google Patents

Abstract

Установка для отопления и горячего водоснабжения, включающая источник теплоты низкого потенциала, циркуляционный контур, тепловой насос и контур системы отопления, отличающаяся тем, что тепловой насос выполнен в виде термоэлектрического преобразователя с присоединенным к его выходу электрическим нагревательным элементом, установленным в контуре системы отопления, а циркуляционный контур состоит из замкнутого трубопровода, заполненного низкозамерзающей жидкостью, нижняя часть которого проложена внутри источника теплоты низкого потенциала, а верхняя установлена снаружи, наклонно по отношению к поверхности Земли. An installation for heating and hot water supply, including a low-potential heat source, a circulation circuit, a heat pump and a heating system circuit, characterized in that the heat pump is made in the form of a thermoelectric converter with an electric heating element connected to its output, installed in the heating system circuit, and the circulation loop consists of a closed pipeline filled with a low-freezing liquid, the lower part of which is laid inside a low-potential heat source, and the upper part is installed outside, obliquely relative to the Earth's surface.

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике, в частности, к установкам для отопления и горячего водоснабжения индивидуальных жилых домов и отдельных сооружений при использовании в качестве низкопотенциальных источников теплоты грунта, хозяйственно-бытовых стоков и других отходов.The utility model relates to a power system, in particular, to installations for heating and hot water supply of individual residential buildings and individual structures when used as low-potential sources of soil heat, domestic sewage and other waste.

Известна установка для отопления и горячего водоснабжения, включающая источник теплоты низкого потенциала, циркуляционный контур, тепловой насос и контур системы отопления (патент RU 2155302, МКП F24D 17/02, 2000).A known installation for heating and hot water supply, including a source of low potential heat, a circulation circuit, a heat pump and a heating system circuit (patent RU 2155302, MKP F24D 17/02, 2000).

Недостатком такой установки является необходимость использования внешней электрической энергии для питания теплового насоса, низкая надежность установки (вследствие наличия движущихся частей при использовании компрессионного теплового насоса или большого количества герметичных соединений при использовании адсорбционного теплового насоса), а также сложность технического обслуживания, обусловленная громоздкостью конструкции.The disadvantage of this installation is the need to use external electric energy to power the heat pump, the low reliability of the installation (due to the presence of moving parts when using a compression heat pump or a large number of tight joints when using an adsorption heat pump), as well as the complexity of maintenance due to the cumbersome design.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является исключение потребления внешней электрической энергии, повышение надежности ее работы и упрощение технического обслуживания.The technical result of the proposed utility model is to eliminate the consumption of external electric energy, increase the reliability of its operation and simplify maintenance.

Такой технический результат достигается тем, что установка для отопления и горячего водоснабжения, включающая источник теплоты низкого потенциала, циркуляционный контур, тепловой насос и контур системы отопления, при этом тепловой насос выполнен в виде термоэлектрического преобразователя с присоединенным к его выходу электрическим нагревательным элементом, установленным в контуре системы отопления, а циркуляционный контур состоит из замкнутого трубопровода, заполненного низкозамерзающей жидкостью, нижняя часть которого проложена внутри источника теплоты низкого потенциала, а верхняя установлена снаружи наклонно по отношению к поверхности Земли.This technical result is achieved by the fact that the installation for heating and hot water supply, including a low potential heat source, a circulation circuit, a heat pump and a heating system circuit, the heat pump in the form of a thermoelectric converter with an electric heating element connected to its output, installed in heating system circuit, and the circulation circuit consists of a closed pipeline filled with low-freezing fluid, the lower part of which is laid inside the heat source is of low potential, and the upper one is installed outside obliquely with respect to the Earth's surface.

На фиг.1 представлен общий вид установки для отопления и горячего водоснабжения, которая включает источник 1 теплоты низкого потенциала (в качестве которого может быть использована теплота грунта, хозяйственно-бытовых стоков и других отходов) и циркуляционный контур 2, представляющий собой замкнутый трубопровод, заполненный низкозамерзающей жидкостью (например, тосолом, антифризом, спиртом или другой жидкостью, замерзающей при температуре ниже температуры воздуха, при которой планируется эксплуатация установки). Нижняя часть 3 циркуляционного контура 2 находится внутри источника 1 теплоты низкого потенциала, а верхняя часть 4 установлена снаружи наклонно, под углом 2…10° по отношению к поверхности Земли. Для повышения эффективности работы установки циркуляционный контур 2 может быть дополнительно оснащен теплообменниками и (или) циркуляционным насосом. Тепловой насос 5 авполнен в виде термоэлектрического преобразователя 6 (например, батареи термопар, реализующей эффект Зеебека) с присоединенным к его выходу электрическим нагревательным элементом 7. Термоэлектрический преобразователь 6 установлен в верхней части 4 циркуляционного контура 2 с возможностью расположения мест спаев термопар при температуре источника теплоты 1 низкого потенциала и свободных концов термопар - при температуре воздуха (температуре окружающей среды). В качестве электрического нагревательного элемента 7 может быть использован ТЭН, электродный нагреватель жидких сред или другой преобразователь электрической энергии в тепловую. Электрический нагревательный элемент 7 установлен в контуре 8 системы отопления или горячего водоснабжения.Figure 1 presents a General view of the installation for heating and hot water supply, which includes a source 1 of low potential heat (which can be used as the heat of soil, domestic wastewater and other waste) and a circulation circuit 2, which is a closed pipeline filled low-freezing liquid (for example, antifreeze, antifreeze, alcohol or other liquid freezing at a temperature below the air temperature at which the unit is planned to be used). The lower part 3 of the circulation circuit 2 is located inside the heat source 1 of low potential, and the upper part 4 is installed obliquely from the outside, at an angle of 2 ... 10 ° relative to the Earth's surface. To increase the efficiency of the installation, the circulation circuit 2 can be additionally equipped with heat exchangers and (or) a circulation pump. The heat pump 5 is filled in the form of a thermoelectric converter 6 (for example, a thermocouple battery implementing the Seebeck effect) with an electric heating element 7 connected to its output. Thermoelectric converter 6 is installed in the upper part 4 of the circulation circuit 2 with the possibility of locating the junctions of thermocouples at the temperature of the heat source 1 low potential and free ends of thermocouples - at air temperature (ambient temperature). As an electric heating element 7, a heater, an electrode heater of liquid media, or another converter of electrical energy into heat can be used. An electric heating element 7 is installed in the circuit 8 of the heating system or hot water supply.

Установка для отопления и горячего водоснабжения работает следующим образом. Теплота источника 1 низкого потенциала нагревает низкозамерзающую жидкость в нижней части 3 циркуляционного контура 2. За счет разности плотностей прогретой низкозамерзающей жидкости в нижней части 3 циркуляционного контура 2 и холодной (в зимнее время года) низкозамерзающей жидкости в верхней части 4 циркуляционного контура 2 низкозамерзающая жидкость приходит в движение, поднимаясь от источника 1 теплоты низкого потенциала и опускаясь по верхней части циркуляционного контура 2, расположенной наклонно. Места спаев термопар термоэлектрического преобразователя 6 прогреваются до температуры источника теплоты 1 низкого потенциала, а свободные концы этих термопар охлаждаются до температуры окружающей среды. На свободных концах термопар термоэлектрического преобразователя 6 образуется напряжение, которое подается к электрическому нагревательному элементу 7. Электрический нагревательный элемент 7 нагревается и прогревает теплоноситель в контуре 8 системы отопления и горячего водоснабжения.Installation for heating and hot water works as follows. The heat of the low potential source 1 heats the low-freezing liquid in the lower part 3 of the circulation circuit 2. Due to the difference in the densities of the heated low-freezing liquid in the lower part 3 of the circulation circuit 2 and the cold (winter time) low-freezing liquid in the upper part 4 of the circulation circuit 2, the low-freezing liquid comes into motion, rising from the source 1 of heat of low potential and descending along the upper part of the circulation circuit 2, located obliquely. The junctions of the thermocouples of the thermoelectric converter 6 are heated to the temperature of the heat source 1 of low potential, and the free ends of these thermocouples are cooled to ambient temperature. At the free ends of the thermocouples of the thermoelectric converter 6, a voltage is generated which is supplied to the electric heating element 7. The electric heating element 7 is heated and warms up the coolant in the circuit 8 of the heating system and hot water supply.

Так, в зимнее время года температура низкозамерзающей жидкости в нижней части 3 циркуляционного контура 2 составляет примерно +10°С. Примем температуру воздуха на поверхности Земли -15°С. Один кубический метр низкозамерзающей жидкости, имеющий массу, например, 1000 кг, по отношению к окружающей среде будет обладать тепловой энергией в объемеSo, in the winter season, the temperature of the low-freezing liquid in the lower part 3 of the circulation circuit 2 is approximately + 10 ° C. Let us take the air temperature on the Earth’s surface -15 ° С. One cubic meter of low-freezing liquid, having a mass of, for example, 1000 kg, will have thermal energy in volume in relation to the environment

Q=cm(ν₂-ν₁),Q = cm (ν ₂ -ν ₁ ),

где c - массовая теплоемкость жидкости, например, c=4,19 кДж/кг×град;,where c is the mass heat capacity of the liquid, for example, c = 4.19 kJ / kg × deg ;,

m - масса жидкости, m=1000 кг;m is the mass of liquid, m = 1000 kg;

ν₁ и ν₂ - температура жидкости в источнике 1 теплоты низкого потенциала и окружающей среды соответственно, ν₁=10°C и ν₂=-15°C.ν ₁ and ν ₂ are the temperature of the liquid in the heat source 1 of low potential and the environment, respectively, ν ₁ = 10 ° C and ν ₂ = -15 ° C.

Подставляя численные значения, получим: Q₁=104750 кДж. С учетом КПД термоэлектрического преобразователя 6 (η=5%) можно оценить количество полученной электрической энергии: E₂=5238 кДж=1,45 кВт×чSubstituting the numerical values, we obtain: Q ₁ = 104750 kJ. Taking into account the efficiency of thermoelectric converter 6 (η = 5%), it is possible to estimate the amount of received electric energy: E ₂ = 5238 kJ = 1.45 kW × h

Если в циркуляционном контуре 2 будет установлен дополнительный циркуляционный насос, то часть полученной энергии через инвертор должна быть направлена для обеспечения его работы. Для поднятия 1000 кг жидкости на поверхность в течение одного часа потребуется современный насос с потребляемой мощностью 0,7…1,0 кВт. За час работы этот насос израсходует 0,8 кВт×ч электрической энергии. КПД инверторов (статических преобразователей электрической энергии) составляет примерно 90…95%. Следовательно, оставшаяся энергия (0,7 кВт×ч) может быть использована для получения теплоты в контуре 8 системы отопления и горячего водоснабжения с помощью электрического нагревательного элемента 7.If an additional circulation pump will be installed in the circulation circuit 2, then part of the received energy through the inverter must be directed to ensure its operation. To raise 1000 kg of liquid to the surface within one hour, you will need a modern pump with a power consumption of 0.7 ... 1.0 kW. For an hour of operation, this pump will consume 0.8 kW × h of electric energy. The efficiency of inverters (static converters of electrical energy) is approximately 90 ... 95%. Therefore, the remaining energy (0.7 kW × h) can be used to obtain heat in the circuit 8 of the heating system and hot water using an electric heating element 7.

Основным преимуществом предлагаемой полезной модели является ее полная автономность, то есть работоспособность при отсутствии потребления внешней электрической энергии Указанное преимущество делает возможным организацию отопления и горячего водоснабжения удаленных объектов, для которых прокладка трубопроводов с природным газом, горячей водой или паром, а также линий электропередач является экономически нецелесообразной.The main advantage of the proposed utility model is its complete autonomy, that is, its operability in the absence of external electric energy consumption. This advantage makes it possible to organize heating and hot water supply to remote objects for which laying pipelines with natural gas, hot water or steam, as well as power lines is economically inappropriate.

Claims (1)

Установка для отопления и горячего водоснабжения, включающая источник теплоты низкого потенциала, циркуляционный контур, тепловой насос и контур системы отопления, отличающаяся тем, что тепловой насос выполнен в виде термоэлектрического преобразователя с присоединенным к его выходу электрическим нагревательным элементом, установленным в контуре системы отопления, а циркуляционный контур состоит из замкнутого трубопровода, заполненного низкозамерзающей жидкостью, нижняя часть которого проложена внутри источника теплоты низкого потенциала, а верхняя установлена снаружи, наклонно по отношению к поверхности Земли.

Installation for heating and hot water supply, including a low potential heat source, a circulation circuit, a heat pump and a heating system circuit, characterized in that the heat pump is made in the form of a thermoelectric converter with an electric heating element connected to its output installed in the heating system circuit, and the circulation circuit consists of a closed pipeline filled with a low-freezing liquid, the lower part of which is laid inside a low-heat source entsiala, installed outside the upper, obliquely with respect to the Earth's surface.