Тепловой насос

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к тепловым насосам,в которых осуществляется газовыйцикл с помощью электрохимическихтермотрансформаторов, и является усовершенствованием изобретения по основному авт.св,В 1038753.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей путем использования в качестве дополнительного источника тепла низкого потенциала грунтовой воды и повышениепроизводительности.На фиг. 1 изображен предлагаемыйтепловой насос, план;на фиг. 2 - разрезА-А на фиг, 1,Тепловой насос содержит электрохимический компрессор 1 регенеративный теплообменник 2 электрохимический солнечный детандер 3, электро"химический грунтовой детандер 4.Компрессор 1 содержит пористыеэлектроды 5 и 6 высокого и низкогодавлений, электролит 7 полостей 8и 9 высокого и низкого давлений рабочего тела, стенки 10 и 11, теплопроводный сетчатый материал 12,оребрение 13, отводящий патрубок14, подводящий патрубок 15.Солнечный детандер 3 содержитпористые электроды 16 и 17 высокогои низкого давлений, электролит 18полостей 19 и 20 высокого и низкогодавлений рабочего тела, светопрозрачную стенку 21, теплоизоляционныестенки 22, подводящий патрубок 23,отводящий патрубок 24, концентратор25.Грунтовой детандер 4 содержит. цилиндрические пористые электроды2 б и 27 высокого и низкого давленийрабочего тела, цилиндрический электролит 28, цилиндрические полости 29 и30 высокого и низкого давлений рабочего тела, цилиндрические теплопроводные стенки 31 и 32, сетчатыйтеплопрсводный материал 33, оребрение 34, подводящий патрубок 35,отводящий патрубок 36. Детандер 4установлен в скважине 37 с грунтовойводой 38. Тепловой насос также содержит трехлинейные трехпозиционныевентили 39 и 40, электрическую связь41, выключатели 42,и 43, переключатель 44 полярности напряжения, низковольтный источник 45 постоянноготока, реостат 46 и контакты 47 и 48переключателя 44 напряжения. 1196626 2В качестве рабочего тела в тепловом насосе может быть использованасмесь газов, например аммиака сводородом в нестехиометрическом сос 5 таве: 1 моль раб.тела=1 моль ИН 5++0,5 моль Н а в качестве электролитных мембран может быть использо-.ван пористый диэлектрический сухарь,пропитанный насыщенным водным раствоО ром соли с проводимостью по комплекс. -,Фному ионУ ИН 4 типа (ИН,1)30,ИН С 1 ИНИ 05.Тепловой йасос работает следующимобразом.15 Для работы теплового насоса в режиме обогрева помещения за счет тепла солнца и грунтовой воды включаютвыключатели 42 и 43, замыкают контакты 47 переключателя 44 полярности20 напряжения и устанавливают трехлинейные трехпозиционные вентили 39 и40 в положение, как показано на ,фиг, 2, Тепловая энергия сконцентрированного солнечного излучения, про 25 ходящего через прозрачную стенку 21,попадает на электрод 16 и поднимаето,его температуру до 5-10 С, Поскольку общая толщина электродного бло -ка включающего электроды 16 и 1730 и мембрану 8 мала-(1-3 мм)1 то отэлектрода 16 за счет теплопроводности электродов и электролита рав-номерно нагревается этот электродоный блок до 5-10 С. За счет конвекЗ 5 тивного нагрева рабочего тела высокого давления (1 атм) вблизи электрода 16 в полости 19 оно будет иметьтакже температуру 5-10 С.Рабочий процесс токообразования вщ в солнечном детандере 3 (процессрасширения с поглощением тепла солнечного излучения при 283 К) состоитв ионизацин рабочего тела высокогодавления (1 атм) в полости 19 по45 реакции ИН +Н - е - + ИН на грани 5це электрод 16 - мембрана 18, перетоке ионов ИН. через слой электролита под действием градиента электростатического поля, рекомбинации5 О ионов ИН на границе мембрана 18 -+ффэлектрод 17 по реакции ИН .+ е -+ИН+Н в полости 20.Г 1 оунтовая вода 38 температурой5-10 С смывает грунтовой детандер55 4. За счет теплопроводности стенок31 и 32, ребер 34 и сеток 33 электродный блок, содержащий электроды26 и 27 и электролит 28, будет иметь196626 10 5 20 25 30 40 35 3 1 такую же температуру, что и вода воскважине 37, т.е. 5-10 С. За счет конвективного нагрева рабочего тела высокого, давления (, атм) от стенки 31 и сетки 33, а также от электрода 26 в полости 29, его темперао тура будет также равна 5-10 С.Рабочий процесс токообразования в грунтовом детандере 4 (процесс расширения рабочего тела с поглощением тепла грунтовой воды при температуре 283 К) состоит в ионизации рабочего тела высокого давления 1 атм) в полости 29 по реакции ЯН +Н - е-+ХН на границе элект 3 Фрод 26 - мембрана 28, перетоке иоионов МНф через слой электролита под действием градиента.электростатического поля, рекомбинации ионов НН на границе мембрана 28 - электрод 27 по реакции НН + е-БН +Н вэ полости 30.Таким образом, при расширении рабочего тела в солнечном и грунтовом детандерах 3 и 4 рабочим телом поглощается тепло как солнечного, излучения, так и грунтовой воды.Положение вентилей 39 и 40 таково, что поток рабочего тела, поступающий к детандерам 3 и 4 в их полости 19 и 29 высокого давления из теплообменника 2, раздваивается, а потоки рабочего тела, выходящие из полостей 20 и 30 низкого давления перед теплообменником 2, смешиваются. Рабочий процесс сжатия рабочего тела в компрессоре 1 сопровождается выделением тепла в электродном блоке, включающем электроды 5 и 6 и мембрану 7, н сбросом его через сетки 12, стенки 10 ии ребра 13 в отапливаемое помещение нри 313 К. Процесс сжатия рабочего те ла в компрессоре 1 состоит в иониэации рабочего тела низкого давления (10 атм ) в полости 9 но реакции ЙН +Н - е -НН, на границе электрод 6 - мембрана 7, перетоке ионов Ин Через слой электролита под дей". ствием градиента электростатического поля, рекомбинации ионов НН 4.иа+ границе мембрана 7 - электрод 5 пореакции МН + е-тВНэ+Н в полости 8.Для уменьшения потерь тепла вцикле. теплового насоса иэобарическиепроцессы охлаждения рабочего телаи нагрева осуществляют в теплообменнике 2,Для работы теплового насоса в режиме обогрева за счет только тепласолнца замыкают контакты 47 переключателя 44 полярности напряжения,включают выключатель 42, выключаютвыключателЬ 43 и поворачивают вентили39 и 40 против часовой стрелки на 45(относительно их положения на фиг, 2,Для работы теплового насоса врежиме обогрева за счет только тепла грунтовой воды замыкают контакты47 переключателя 44 полярности напряжения, выключают выключатель 42,включают выключатель 43 и поворачи-.вают вентили 39 и 40 по часовойстрелке на 45 (относительно ихположения на фиг, 2).Для плавного регулирования теплопроизводительности теплового насосапри работе в изложенных режимахслужит реостат 46.Для работы теплового насоса врежиме охлаждения помещения необходимо, чтобы переключатель 44 поляр"чности напряжения был в положении,когда замкнуты его контакты 48,выключатель 42 выключен, выключатель43 включен при этом вентили 39 и 40необходимо повернуть по сравнениюс их расположением на фиг, 2 ) по чусовой стрелке на 45Теперь функции компрессора 1 игрунтового детандера .4 меняются местами, а именно: компрессор становится устройством, которое забираеттепло из помещения, а детандер -устройством, которое сбрасывает тепло в грунтовую воду. Процесс отбора тепла у воздуха иэ помещения зданияосчиествляется компрессором 1 с поглощением тепла при 303 К. Процесс сброса тепла в грунтовую воду осуществляется детандером 4 при283 К. Процессы изобарического охлаждения рабочего тела и его нагрева происходят в теплообменнике 2,