SE542633C2 - Device for rapid defrosting without compressor stop of the evaporator in an air-to-water heat pump and for running the heat pump at extremely low evaporator temperatures and at extremely low loads - Google Patents

Device for rapid defrosting without compressor stop of the evaporator in an air-to-water heat pump and for running the heat pump at extremely low evaporator temperatures and at extremely low loads

Info

Publication number
SE542633C2
SE542633C2 SE1650658A SE1650658A SE542633C2 SE 542633 C2 SE542633 C2 SE 542633C2 SE 1650658 A SE1650658 A SE 1650658A SE 1650658 A SE1650658 A SE 1650658A SE 542633 C2 SE542633 C2 SE 542633C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
heat pump
evaporator
condenser
refrigerant
bypass
Prior art date
Application number
SE1650658A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE1650658A1 (en
Inventor
Friberg Lars
Original Assignee
Lars Friberg Evolution Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lars Friberg Evolution Ab filed Critical Lars Friberg Evolution Ab
Priority to SE1650658A priority Critical patent/SE542633C2/en
Priority to EP17171090.8A priority patent/EP3246641A1/en
Publication of SE1650658A1 publication Critical patent/SE1650658A1/en
Publication of SE542633C2 publication Critical patent/SE542633C2/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02Defrosting cycles
    • F25B47/022Defrosting cycles hot gas defrosting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00Hot-water central heating systems
    • F24D3/18Hot-water central heating systems using heat pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00Heat pumps
    • F25B30/02Heat pumps of the compression type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04Details of condensers
    • F25B2339/047Water-cooled condensers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0403Refrigeration circuit bypassing means for the condenser
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0411Refrigeration circuit bypassing means for the expansion valve or capillary tube
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0415Refrigeration circuit bypassing means for the receiver
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/24Storage receiver heat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/25Control of valves
    • F25B2600/2501Bypass valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/25Control of valves
    • F25B2600/2513Expansion valves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Defrosting Systems (AREA)

Abstract

Uppfinningen avser en värmepump innefatande en kompressor (101), en kondensor (102), et köldmedieförråd (103), en expansionsventil (104), styrd av en styrenhet (106) och en förångare (105). Värmepumpen är försedd med en bypasskanal (200) som löper förbi åtminstone köldmedieförrådet (103) och expansionsventilen (104). Det finns anordnat en tempererad köldmediedom (301), innefattande en sluten behållare som nedtill via ett öppet förbindelserör är förbunden med köldmediekretsens högtrycksida. Domen är anordnad så att den står i flödesförbindelse antingen med kondensorns (102) utlopp (102u) eller kompressorns utlopp (101u). En bypassventil (201) är konfigurerad att manövreras externt mellan sina tre alternativa lägen, helt stängd, helt öppen respektive reducerat öppen, motsvarande värmepumpens tre alternativa driftlägen, normaldrift, avfrostningsdrift respektive effektreducerad drift. En särskild styrenhet (203) är anordnad att manövrera bypassventilen (201) mellan dess tre alternativa lägen.The invention relates to a heat pump comprising a compressor (101), a condenser (102), a refrigerant supply (103), an expansion valve (104), controlled by a control unit (106) and an evaporator (105). The heat pump is provided with a bypass duct (200) which runs past at least the refrigerant supply (103) and the expansion valve (104). A tempered refrigerant judgment (301) is provided, comprising a closed container which is connected at the bottom via an open connecting pipe to the high-pressure side of the refrigerant circuit. The mandrel is arranged so that it is in flow communication with either the outlet (102u) of the condenser (102) or the outlet (101u) of the compressor. A bypass valve (201) is configured to be operated externally between its three alternative positions, fully closed, fully open and reduced open, corresponding to the heat pump's three alternative operating positions, normal operation, defrost operation and power-reduced operation, respectively. A special control unit (203) is arranged to operate the bypass valve (201) between its three alternative positions.

Description

VÄRMEPUMP MED KÖLDMEDIEDOM Uppfinningen avser att reducera avfrostningstiderna i en Luft-Vatten-värmepumpmed mer än 96 procent. I tillägg elimineras behovet av att stänga avvärmepumpskompressorn under avfrostningsprocessen. Inte heller krävs attluftflödet genom förångaren 105 bidrar till avfrostningen utöver det att det helst börhålla en temperatur överstigande O °C så att det inte motverkaravfrostningsprocessen. Uppfinningen avser också att möjliggöra utvidgning avvärmepumpens tillåtna driftområde till att utan risk för kompressorskador ocksåinnefatta extremt låga förångartemperaturer och/ eller extremt låga uteffekter Bakgrund till uppfinningen Förångaren 105 i en högeffektiv Luftvärmepump håller vanligen en temperaturväsentligt under noll grader och ofta ända ner till ca tjugo grader under noll.Därmed kommer luftens fukt att fällas ut på förångaren 105 och bilda ett allttjockare och allt mer värmeisolerande is / frostskikt som medför att förångarens 105COP (coefficient of performance) degraderas mer och mer, vilket i sin tur inverkarmenligt på värmepumpens COP. Därför måste förångaren 105 avfrostasregelbundet så att dess kapacitet återställs. Under avfrostningsförloppet kommervärmepumpen inte att kunna ta upp någon värmeenergi från värmekällan luften),vilket över tid medför att värmepumpens genomsnittliga energikapacitet degraderasi motsvarande omfattning. Sålunda kommer en 6 kW värmepump som exempelvisbehöver avfrostas under ca 15 % av drifttiden att förlora hela 15 % i kapacitet ochsålunda inte prestera en genomsnittlig värmeeffekt högre än 4,5 kW. The invention intends to reduce the defrosting times in an Air-Water heat pump by more than 96 percent. In addition, the need to shut off the heat pump compressor during the defrost process is eliminated. Also, it is not required that the air flow through the evaporator 105 contributes to the defrost in addition to preferably maintaining a temperature in excess of 0 ° C so that it does not counteract the defrosting process. The invention also intends to make it possible to extend the permissible operating range of the heat pump to include extremely low evaporator temperatures and / or extremely low output effects without risk of compressor damage. Background to the invention The evaporator 105 in a highly efficient air heat pump usually maintains a temperature substantially below zero degrees and often even below zero. Thus, the air moisture will precipitate on the evaporator 105 and form an increasingly thicker and increasingly heat-insulating ice / frost layer which causes the evaporator's 105COP (coefficient of performance) to degrade more and more, which in turn has a detrimental effect on the heat pump's COP. Therefore, the evaporator 105 must be defrosted regularly so that its capacity is restored. During the defrosting process, the heat pump will not be able to absorb any heat energy from the heat source air), which over time means that the heat pump's average energy capacity degrades to a corresponding extent. Thus, a 6 kW heat pump that, for example, needs to be defrosted during about 15% of the operating time will lose as much as 15% in capacity and thus not perform an average heat output higher than 4.5 kW.

Avfrostningsbehovet utgör därför en icke oväsentlig nackdel som behäftar alla typerav luftvärmepumpar.The need for defrosting therefore constitutes a not insignificant disadvantage affecting all types of air source heat pumps.

Förutsatt att lufttemperaturen överstiger noll grader åstadkoms avfrostningenenklast genom att man stänger av kompressorn och låter luftflödet från fläkten tinaupp frosten på förångaren. (Denna enkla avfrostning är den metod som traditionellttillämpas för frånluftsvärmepumpar, där ju luftflödet normalt alltid hållerrumstemperatur.) ° En uteluftvärmepump kan dock inte avfrostas via luftflödet när det är fryskalltute, utan då måste avfrostningsenergin tillföras på annat sätt. Värme får då tasfrån kompressorn eller från tillskottsel vilket i sin tur kraftigt degraderar COP-genomsnittet. Ä andra sidan är ju uteluften att betrakta som en obegränsadenergitillgång, varför man alltid kan dimensionera uteluftsmaskinen till att underresterande drifttid kunna producera all den uppvärmningsenergi huset behöver.Provided that the air temperature exceeds zero degrees, defrosting is most easily achieved by switching off the compressor and letting the air flow from the fan thaw the frost on the evaporator. (This simple defrosting is the method traditionally applied to exhaust air heat pumps, where the air flow normally always holds room temperature.) ° An outdoor air heat pump cannot be defrosted via the air flow when it is freezing cold, but then the defrosting energy must be supplied in another way. Heat is then taken from the compressor or from additional electricity, which in turn greatly degrades the COP average. On the other hand, the outdoor air can be regarded as an unlimited energy supply, which is why you can always dimension the outdoor air machine so that the remaining operating time can produce all the heating energy the house needs.

° För en frånluftvärmepump, däremot, är själva frånluften alltid tillräckligt varm,dryga tjugo grader, för att förångaren 105 ska kunna avfrostas. Sådan avfrostningtar dock en ganska lång tid i anspråk om man vill säkerställa att all is avlägsnats.Under avfrostningstiden kan ingen värmeenergi tas ut för självahusuppvärmningen. Samtidigt är frånluften oftast en begränsad energiresurs somman behöver utnyttja så långt det går för att kunna tillgodoseuppvärmningsbehovet under kalla perioder. Där finns ju ingen möjlighet att ökavärmeuttaget utöver vad effektflödet i frånluften medger. Likaså är frånluftsenerginatt se som en ”färskvara”. Energin i det flöde som inte utnyttjats föruppvärmningen har ju oåterkalleligen gått förlorad. Så, om husets värmebehovöverstiger vad värmepumpen i genomsnitt över tiden förmår producera, tvingas man att täcka bristen genom att skjuta till dyrbar spetsenergi, vanligen då frånelpatroner. Detta blir i sin tur blir förödande för den totala COP föruppvärmningssystemet. En VP-COP på exempelvis aktningsvärda 4,0 kanskeräcker för husets behov. Men om avfrostningstiderna skulle uppgå till inte orimliga20 % av den totala drifttiden, så blir snitt-COP endast mediokra 3,2, samtidigt somelförbrukningen för uppvärmningen ökar med hela 25 %.° For an exhaust air heat pump, on the other hand, the exhaust air itself is always warm enough, just over twenty degrees, for the evaporator 105 to be able to defrost. However, such defrosting takes a fairly long time if you want to ensure that all ice has been removed. During the defrosting period, no heat energy can be taken out for the self-heating. At the same time, the exhaust air is usually a limited energy resource that one needs to utilize as far as possible in order to be able to meet the heating need during cold periods. There is no possibility that the additional heat outlet in addition to what effect fl the fate of the exhaust air allows. Similarly, exhaust air energy night is seen as a "fresh product". The energy in the flow that has not been used for the preheating has irrevocably been lost. So, if the heat demand of the house exceeds what the heat pump is able to produce on average over time, you are forced to cover the shortfall by shooting for expensive peak energy, usually frayed cartridges. This in turn becomes devastating for the overall COP preheating system. A VP-COP of, for example, respectable 4.0 is probably enough for the needs of the house. But if the defrosting times were to amount to a not unreasonable 20% of the total operating time, the average COP would only be a mediocre 3.2, while the total consumption for the heating would increase by as much as 25%.

En annan olycklig begränsning är att kompressorn kan ta allvarlig skada om denhamnar i sådana driftförhållanden att den på sin sugsida utsätts för alltför lågatemperaturer, tryck och eller gasflöden. Man tvingas då vanligen att stänga avkompressorn till dess acceptabla driftförhållanden kunnat återupprättas. Detta isin tur inverkar förstås menligt på värmepumpens energiproduktion och COP.Another unfortunate limitation is that the compressor can be seriously damaged if it ends up in such operating conditions that it is exposed on its suction side to excessively low temperatures, pressures and or gas fumes. You are then usually forced to close the decompressor until its acceptable operating conditions have been restored. This in turn, of course, has a detrimental effect on the heat pump's energy production and COP.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning utgörs av kompletteringar till den traditionellaköldmediekretsen i en Luft-Vatten-värmepump.Summary of the Invention The present invention consists of additions to the traditional refrigerant circuit of an Air-to-Water heat pump.

Närmare bestämt inkluderas 1. En styrd bypasskanal via vilken en direktförbindelse med lågt tryckfall mellankompressorutlopp alternativt kondensorutlopp 102u och förångarinlopp 105i kanhelt stängas, helt öppnas eller delvis öppnas med hjälp av en manövrerbar ventil,bypassventilen 201.Öppen ventil leder het köldmedieånga via bypassledningen 202 tillförångaren 105 för kondensering med åtföljande högeffektsavfrostning,avfrostningsdrift.Stängd ventil ger normal VP-drift, normaldrift.Delvis öppen ventil ger effektreducerad drift i det att ett mycket litetdelflöde av het ånga avleds direkt till kondensorinloppet, varvidtemperatur, tryck och gasflöde ökar i kondensor och ikompressorinlopp. Samtidigt reduceras den värmeeffekt somproduceras i kondensorn och detta vid oförändrat kompressorvarvtal. 2. En styrenhet 203 med tillhörande sensorer som analyserar behovet avavfrostning och eller effektreduktion och baserat därpå styr bypassventilen 201.Enhetens analysfunktion kan göras obegränsat komplex och den kan vara anslutentill en mångfald olika sensorer. I sitt enklaste utförande är styrenheten 203ansluten till endast en sensor för förångartemperaturen och den grundar sin analyshelt och hållet på dels den tid som förflutit sedan senaste avfrostning, dels aktuellförångartemperatur. 3. En köldmediedom 301 som vid avfrostning driver in sitt innehåll avköldmediekondensat i värmepumpens varma kondensor 102 för avkokning underupptagande av ansenliga energimängder från det varma cirkulationsvatten somströmmar genom kondensorns 102 värmeväxlare.More specifically, 1. A controlled bypass duct is included via which a direct connection with low pressure drop between compressor outlet or condenser outlet 102u and evaporator inlet 105i can be completely closed, fully opened or partially opened by means of a manoeuvrable valve, bypass valve 201. Open valve directs bypass line 20 for condensation with accompanying high-power defrost, defrost operation. Closed valve provides normal VP operation, normal operation. Partly open valve provides power-reduced operation in that a very small part fl waste of hot steam is diverted directly to the condenser inlet, where temperature, pressure and gas flow increase in condenser pressure. At the same time, the heat output produced in the condenser is reduced at an unchanged compressor speed. 2. A control unit 203 with associated sensors which analyzes the need for defrosting and / or power reduction and based thereon controls the bypass valve 201. The analysis function of the unit can be made infinitely complex and it can be connected to a variety of different sensors. In its simplest embodiment, the control unit 203 is connected to only one sensor for the evaporator temperature and it bases its analysis entirely on the time that has elapsed since the last defrost and the current evaporator temperature. A refrigerant judgment 301 which, upon defrosting, drives its contents of refrigerant condensate into the heat condenser 102 of the heat pump for decoction undertake of considerable amounts of energy from the hot circulating water flowing through the heat exchanger of the condenser 102.

Den öppna bypasskanalen enligt punkt 1 leder kompressoreffekten på ca 1-2 kW ini förångaren 105 som värms upp. Framför allt värms förångarens kallaste delarupp, där man kan påräkna den kraftigaste påfrostningen. Därmed smälter isensnabbt loss från förångarmetallen, eventuella lösa frostrester blir fullständigtexponerade för frånluftsflödet och smälter snabbt bort. På så sätt kan enavfrostning som med traditionella metoder normalt tar minst ca tio minuter ianspråk (20 % av normal tid mellan två på varandra följande avfrostningar) klarasav på mindre än två minuter (4 % av denna tid).The open bypass duct according to point 1 conducts the compressor power of approx. 1-2 kW inside the evaporator 105 which is heated. Above all, the evaporator's coldest part heats up, where you can expect the strongest frosting. As a result, the ice quickly melts away from the evaporator metal, any loose frost residues are completely exposed to the exhaust air fate and melt away quickly. In this way, a single defrost that with traditional methods normally takes at least about ten minutes (20% of normal time between two consecutive defrosts) can be cleared in less than two minutes (4% of this time).

Köldmediedomen 301 enligt punkt 3 ovan tillför inte på egen hand någonavfrostningsfunktion. Men när trycket i domen sjunker kraftigt pga. attbypasskanalen 200 ovan öppnas, så kommer domens innehåll avköldmediekondensat att i ansenliga mängder flöda genom den varma kondensorn102 där det omedelbart tillförs stora mängder värmeenergi från kondensorns 102värmeväxlare (effekter om ca trettio till fyrtio kW kan påräknas), snabbkokar ochströmmar över till den kalla förångaren 105 där det snabbkondenserar och återavger sina ca trettio till fyrtio kW. Dessa tillförda ca trettio till fyrtio kW smälter bortall påfrostning på mindre än tio sekunder (0,33 % av normal tid mellan två påvarandra följande avfrostningar )! Möjligen kan smältvattnet behöva få ytterligaretio sekunder på sig för att hinna lämna förångaren. Sammantaget åstadkoms då enfullständig avfrostning av förångaren 105 på kortare tid än tjugo sekunder (<0,7 %av normal tid mellan två på varandra följande avfrostningar).The refrigerant judgment 301 according to paragraph 3 above does not add any defrosting function on its own. But when the pressure in the verdict drops sharply due to. If the bypass channel 200 above is opened, the contents of the refrigerant condensate in the dome will be expended in considerable quantities through the hot condenser 102 where large amounts of heat energy are immediately supplied from the condenser 102 heat exchanger (effects of about thirty to forty kW can be expected). it condenses rapidly and relays its approximately thirty to forty kW. These supplied about thirty to forty kW melt away defrost in less than ten seconds (0.33% of normal time between two consecutive defrosts)! The melt water may need an additional ten seconds to leave the evaporator. In total, complete defrosting of the evaporator 105 is achieved in less than twenty seconds (<0.7% of normal time between two consecutive defrosts).

Tack vare den extremt korta avfrostningstiden kan man här låta avfrostningarnaske ofta utan att värmeproduktionen minskar märkbart. Då minskar dengenomsnittliga isbeläggningen utanpå förångaren 105 liksom den erforderliga tidenför varje enskild avfrostning, vilket i sin tur medför en inte oväsentlig ökning avsåväl förångartemperaturen och -verkningsgraden som av COP och avvärmeproduktionen för hela värmepumpen.Thanks to the extremely short defrosting time, defrosting can often be allowed here without the heat production decreasing significantly. Then the average ice coating on the evaporator 105 decreases as well as the required time for each individual defrost, which in turn leads to a not insignificant increase in the evaporator temperature and efficiency as well as of the COP and the heat production for the entire heat pump.

Avfrostningsfunktion: 1. Avfrostningen startas omedelbart och utan att kompressorn behöver stoppasnär styrenheten 203 öppnar bypassventilen 201 helt. Då uppstår i bypassledningen202 ett kraftigt köldmedieflöde i ångfas från kondensor till förångarinlopp som delsreducerar tryckskillnaden dem emellan till ett minimum (kondensortrycket sjunkerkraftigt och förångartrycket stiger kraftigt), dels överför en mycket hög effekt tillförångaren. Likaså minskas tryckdifferensen över kompressorn till motsvarandeminimum vilket medför att denna hamnar i tomgång och således endast förbrukartomgångsel. 2. Den kraftiga tryckökningen i förångaren 105 ger upphov till en kraftigkondensering med åtföljande kraftig uppvärmning och särskilt då i förångarens 105kallaste partier. Värmeenergin strömmar ut genom förångarväggarna och smältersnabbt bort befintlig påfrostning. Allra snabbast sker smältningen i de kallastepartierna, där påfrostningen är som tjockast. 3. I den varma kondensorn 102 sjunker trycket på motsvarande sätt kraftigt,vilket ger upphov till en blixtsnabb avkokning av där befintligt kondensat, somexpanderar kraftigt och strömmar vidare genom den öppna bypasskanalen 200 tillden kalla förångaren 105 där det lika blixtsnabbt kondenserar och avlämnar sittenergiinnehåll. 4. I förekommande fall medför det snabbt sänkta trycket i kondensorn 102 ocksåatt nytt kondensat strömmar in i kondensorn 102 från den trycksatta och varmaköldmediedomen, ett kondensatflöde som passerar kondensorn 102 och där ävendet snabbt förångas under kraftigt energiupptag från cirkulationsvattnet, strömmarvidare genom bypasskanalen 200 till förångaren 105, där ångan åter kondenserasoch avger den värmeenergi som tagits upp vid passagen genom kondensorn 102.Defrost function: 1. Defrost is started immediately and without the compressor having to be stopped when the control unit 203 opens the bypass valve 201 completely. Then in the bypass line 202 a strong refrigerant fl occurs in vapor phase from condenser to evaporator inlet which partly reduces the pressure difference between them to a minimum (condenser pressure drops sharply and evaporator pressure rises sharply), partly a very high power transmits the evaporator. Likewise, the pressure difference across the compressor is reduced to the corresponding minimum, which means that it ends up at idle and thus only consumer bypass. 2. The strong pressure increase in the evaporator 105 gives rise to a strong condensation with concomitant strong heating and especially then in the coldest parts of the evaporator 105. The heat energy flows out through the evaporator walls and melts away existing frost quickly. The melting takes place very quickly in the coldest parts, where the frosting is thickest. 3. In the hot condenser 102 the pressure drops correspondingly sharply, which gives rise to a lightning-fast decoction of the condensate present there, expands strongly and flows further through the open bypass channel 200 to the cold evaporator 105 where it condenses and delivers seat energy content just as lightning fast. 4. Where appropriate, the rapidly lowering pressure in the condenser 102 also causes new condensate to flow into the condenser 102 from the pressurized and hot refrigerant, a condensate de fate passing the condenser 102 and where the condenser evaporates rapidly during heavy energy uptake from the circulating water, flows further through the bypass channel 200. 105, where the steam is condensed again and emits the heat energy taken up during the passage through the condenser 102.

. När påfrostningen avlägsnats från förångaren 105 stiger dennas temperatursnabbt. Styrenheten 203 stänger då bypassventilen 201 varvid värmepumpenomedelbart övergår i ordinarie drift med full effekt och därefter på mycket kort tid,endast ett fåtal sekunder, återför den utnyttjade avfrostningsenergin tillrecipienten. 6. Tidsåtgängen för en fullständig avfrostningscykel enligt ovan kan påräknasväsentligt understiga en minut.. When the defrost is removed from the evaporator 105, its temperature rises rapidly. The control unit 203 then closes the bypass valve 201, whereby the heat pump immediately switches to ordinary operation with full power and then in a very short time, only a few seconds, returns the utilized defrosting energy to the recipient. 6. The time required for a complete defrost cycle as above can be estimated to be significantly less than one minute.

Effektreduktionsfunktion: 1. Styrenheten 203 övervakar eventuellt behov av effektreduktion och/ eller ökningav temperatur-, tryck- eller gasflöde i kompressorinloppet. 2. Skulle sådant behov föreligga så öppnar styrenheten bypassventilen 201 så passmycket som erfordras. Därvid avleds en delmängd av kompressorns 101hetgasflöde och tillförs förångarinloppet 105i. Dä ökar gasflöde, tryck ochtemperatur i förångaren 105 och i kompressorinloppet. Samtidigt minskarhetgasflödet in i kondensorn 102 medförande minskad kondensering minskadeffektavgivning till cirkulationsvattnet och sänkt tryck. Allt sammantaget minskaspå detta sätt kompressorns tryckkvot, den viktigaste parametern för att undvikakompressorskador, samt ökar gasflöde och därmed smörjningen av kompressorn. 3. Under vissa omständigheter kan det tänkas vara ekonomiskt fördelaktigt attrationalisera bort kompressorns varvtalsreglering och ersätta denna med enbypassdriven effektreduktion.Power reduction function: 1. The control unit 203 monitors any need for power reduction and / or increase in temperature, pressure or gas fl in the compressor inlet. 2. Should such a need exist, the control unit opens the bypass valve 201 as much fitting as required. Thereby a subset of the compressor 101's gas gas gas is diverted and supplied to the evaporator inlet 105i. Then gas ökar fate, pressure and temperature increase in the evaporator 105 and in the compressor inlet. At the same time, the amount of gas entering the condenser 102 decreases, resulting in reduced condensation, reduced power output to the circulating water and reduced pressure. All in all, in this way the compressor pressure ratio is reduced, the most important parameter to avoid compressor damage, as well as increasing gas fl fate and thus the lubrication of the compressor. 3. In certain circumstances, it may be economically advantageous to rationalize away the speed control of the compressor and replace it with a single-pass-driven power reduction.

Den nya uppfinningen definieras i krav 1.The new invention is defined in claim 1.

Föredragna utföringsformer definieras i de beroende kraven.Preferred embodiments are defined in the dependent claims.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar principutformningen av en traditionell värmepump med dess gängseköldmediekrets och styrutrustning.Brief description of the drawings Fig. 1 shows the principle design of a traditional heat pump with its threaded refrigerant circuit and control equipment.

Fig. 2 - 6 visar hur den traditionella värmepumpen enligt f1g. 1 kompletterats meduppfinningen i olika konfigurationer och olika status: 1. En obligatorisk grov bypasskanal som driver avfrostningen. Kanalen inkluderarsjälva bypassledningen 202 och en bypassventil 201 som manövreras av entillhörande egen styrenhet 203. 2. En köldmediedom 301.Figs. 2 - 6 show how the traditional heat pump according to f1g. 1 has been supplemented with the invention in different configurations and different status: 1. A mandatory coarse bypass channel that drives the defrost. The duct itself includes the bypass line 202 and a bypass valve 201 which is operated by an associated own control unit 203. 2. A refrigerant judgment 301.

Fig. 2 visar värmepumpen enligt fig. 1 med tillförd komplett funktion för bypassfrån kompressorutlopp 101u till förångarinlopp. I figuren är bypassventilen 201helt stängd.Fig. 2 shows the heat pump according to Fig. 1 with supplied complete function for bypass from compressor outlet 101u to evaporator inlet. In the figure, the bypass valve 201 is completely closed.

Fig. 3 visar värmepump med bypass enligt fig. 2, men där bypassledningen 202anslutits till kondensorutloppet 102u i stället för som i fig. 2 tillkompressorutloppet.Fig. 3 shows a heat pump with bypass according to Fig. 2, but where the bypass line 202 is connected to the condenser outlet 102u instead of as in Fig. 2 to the compressor outlet.

Fig. 4 visar värmepumpen enligt fig. 2 kompletterad med en returvattentempereradköldmediedom 301 ansluten på motsatt sida av kondensorn 102 relativtanslutningen av bypassledningen 202.Fig. 4 shows the heat pump according to Fig. 2 supplemented with a return water temperature refrigerant 301 connected on the opposite side of the condenser 102 relative to the connection of the bypass line 202.

Fig. 5 visar i analogi med fig. 4 värmepumpen enligt fig. 3 kompletterad med enreturvattentempererad köldmediedom 301 ansluten på motsatt sida av kondensorn102 relativt anslutningen av bypassledningen 202.Fig. 5 shows in analogy with Fig. 4 the heat pump according to Fig. 3 supplemented with a return water temperature refrigerant 301 connected on the opposite side of the condenser 102 relative to the connection of the bypass line 202.

Fig. 6 visar ett förenklat utförande av värmepumpen enligt fig. 4, medbortrationaliserad returvattentemperering av köldmediedomen 301 som i ställettempereras via fränluftsflödet Fig. 7 visar motsvarande förenklat utförande av värmepumpen enligt f1g. 5, medbortrationaliserad returvattentemperering av köldmediedomen 301 som i ställettempereras via frånluftsflödet Fig. 8 visar principen för en värmepump utan köldmediedom i avfrostningsdrift.Som exempel har här valts värmepumpen enligt fig. 2. Bypassventilen 201 hållsmaximalt öppen.Fig. 6 shows a simplified embodiment of the heat pump according to Fig. 4, co-rationalized return water tempering of the refrigerant judgment 301 which is instead tempered via the exhaust air flow. Fig. 7 shows the corresponding simplified embodiment of the heat pump according to Figs. Fig. 8 shows the principle of a heat pump without refrigerant judgment in defrosting operation. As an example, the heat pump according to Fig. 2 has been chosen here. The bypass valve 201 is kept maximally open.

Fig. 9 visar principen för en värmepump med köldmediedom i avfrostningsdrift.Som exempel har här valts värmepumpen enligt fig. 6. Bypassventilen 201hållsmaximalt öppen.Fig. 9 shows the principle of a heat pump with refrigerant judgment in defrost operation. As an example, the heat pump according to Fig. 6 has been selected here. The bypass valve 201 is kept open to the maximum.

Fig. 10 visar principen för en värmepump utan köldmediedom i effektreduceraddrift. Som exempel har här valts värmepumpen enligt fig. 2. Bypassventilen 201hålls begränsat öppen och släpper då igenom en liten delmängd av hetgasflödetdirekt till förångarinloppet.Fig. 10 shows the principle of a heat pump without refrigerant judgment in power-reduced operation. As an example, the heat pump according to Fig. 2 has been chosen here. The bypass valve 201 is kept open for a limited time and then lets a small subset of hot gas through the evaporator inlet directly.

Fig. 1 1 visar principen för en värmepump med köldmediedom i avfrostningsdrift.Som exempel har här valts värmepumpen enligt fig. 6. Bypassventilen 201 hållsbegränsat öppen och släpper då igenom en liten delmängd av hetgasflödet direkt tillförångarinloppet.Fig. 1 1 shows the principle of a heat pump with refrigerant judgment in defrosting operation. As an example, the heat pump according to Fig. 6 has been selected here. The bypass valve 201 is kept open for a limited time and then lets a small subset of the hot gas flow directly to the evaporator inlet.

Detaljerad Beskrivning Uppfinningen avser modifiering av en sedvanlig köldmediekrets, fig. 1, i envärmepump. Modifieringen definieras ovan i beskrivningarna avseende fig. 2-6.Detailed Description The invention relates to the modification of a conventional refrigerant circuit, Fig. 1, in a single heat pump. The modification is defined above in the descriptions of Figures 2-6.

Den sedvanliga köldmediekretsen utgörs av en sluten slinga med i tur och ordningföljande komponenter: En kompressor 101, en kondensor 102, ett köldmedieförråd103 (ibland benämnt ”receiver”), en expansionsventil 104 samt en förångare 105.Flödet genom köldmediekretsen styrs av en dedicerad maskinstyrning 106.The usual refrigerant circuit consists of a closed loop with successive components: a compressor 101, a condenser 102, a refrigerant supply 103 (sometimes referred to as a "receiver"), an expansion valve 104 and an evaporator 105. The flow through the refrigerant circuit is controlled by a dedicated machine control 106 .

Modifieringen innefattar: 1. En genväg (bypasskanal 200) för hetgasen från kompressorn 101, förbiköldmedelförråd 103 och expansionsventil 104, direkt till inloppet av kretsensförångare 105. I en alternativ dragning kan bypasskanalen 200 också få passeraförbi kondensorn 102. Kapaciteten för bypasskanalen 200 kan skiftas mellan heltblockerad, delvis öppen respektive helt vidöppen med fri passage och endastobetydligt tryckfall för allt gasflöde från kompressorn, företrädesvis maximalt 100kPa.The modification includes: 1. A shortcut (bypass duct 200) for the hot gas from the compressor 101, bypass refrigerant supply 103 and expansion valve 104, directly to the inlet of circuit evaporator 105. In an alternative route, the bypass duct 200 may also be passed by condenser 102. The capacity of bypass duct 200 may be shifted between completely blocked, partially open and fully wide open with free passage and only insignificant pressure drop for all gas fl fate from the compressor, preferably a maximum of 100kPa.

Kapacitetsregleringen av bypasskanalen 200 sker via en manövrerbar bypassventil201 vars läge kan ställas om mellan helt stängd, delvis öppen respektive helt öppen. 2. En styrenhet 203 som manövrerar bypassventilen 201, baserat på signalernafrån anslutna externa sensorer. 3. En köldmediedom 301 som hålls tempererad av antingen vattencirkulationengenom värmepumpen (figurerna 4 och 5) eller av frånluftsflödet genomvärmepumpen (figurerna 6 och 7) och som under avfrostningen kontinuerligt förserkondensorn 102 med kondensat för förångning.The capacity control of the bypass channel 200 takes place via an operable bypass valve 201, the position of which can be switched between fully closed, partially open and fully open, respectively. A control unit 203 which operates the bypass valve 201, based on the signals from connected external sensors. A refrigerant 301 which is kept tempered by either the water circulation through the heat pump (Figures 4 and 5) or by the exhaust air through the heat pump (Figures 6 and 7) and which during defrosting continuously supplies the condenser 102 with condensate for evaporation.

I exempelvis fig. 4 visas värmepumpen enligt fig. 2 kompletterad med enköldmediedom 301 tempererad av returvatten 1 122 och ansluten tillköldmediekretsen. För bästa verkan är enligt uppfinningen domens 301 anslutningalltid förlagd på motsatt sida av kondensorn 102 relativt anslutningen avbypassledningen 202. I detta fall således vid kondensorutloppet.In Fig. 4, for example, the heat pump according to Fig. 2 is shown supplemented with a single refrigerant judgment 301 tempered by return water 122 and connected to the refrigerant circuit. For best effect, according to the invention, the connection 30 of the dome 301 is always located on the opposite side of the condenser 102 relative to the connection of the bypass line 202. In this case thus at the condenser outlet.

Köldmediedomen 301 utgörs av en sluten behållare, nedtill via ett öppetförbindelserör förbunden med köldmediekretsens högtrycksida. (Förbindelseröretska således anslutas till köldmediekretsen någonstans mellan kompressorutloppet101u och köldmedieförrådet 103. I tillägg uppnås bästa effekt om anslutningenförläggs på motsatt sida av kondensorn 102 relativt anslutningen av bypasskanalen200.) Genom förbindelsen mellan dom 301 och köldmediekrets kommer köldmedium frittatt flöda så att alla tryckskillnader mellan domen och kretsen omedelbartelimineras. På grund av att anslutningen är förlagd i domens botten, kommeremellertid utflödet ur domen att alltid bestå av eventuellt förekommandeköldmediekondensat, som ju ansamlats på domens botten. Inflödet kan däremotutgöras av såväl ånga som kondensat, helt beroende på aktuell mediefas ianslutningen till köldmediekretsen.The refrigerant mandrel 301 consists of a closed container, connected at the bottom via an open connecting pipe to the high-pressure side of the refrigerant circuit. (The connection pipe is thus connected to the refrigerant circuit somewhere between the compressor outlet 101u and the refrigerant supply 103. In addition, the best effect is obtained if the connection is located on the opposite side of the condenser 102 relative to the connection of the bypass duct 200.) Through the connection between the 301 and refrigerant circuit, refrigerant flows freely. the circuit is immediately eliminated. Due to the fact that the connection is located at the bottom of the judgment, the fate of the judgment will always consist of any refrigerant condensate that has accumulated, which has accumulated at the bottom of the judgment. The kan fate, on the other hand, can be constituted by both steam and condensate, depending entirely on the current media phase connection to the refrigerant circuit.

Som en följd av domens 301 konstruktion, temperering och anslutning kommerden under normaldrift att helt fyllas av köldmediekondensat och underavfrostningsdrift att mycket snabbt driva allt sitt kondensatinnehåll ut iköldmediekretsen.As a result of the design, tempering and connection of the judgment 301, during normal operation the refrigerant condensate and sub-defrost operation will very quickly drive all its condensate content out into the refrigerant circuit.

Förklaring av detta som följer: Medietrycket inne i domen 301 är som tidigare nämnts detsamma som iköldmediekretsen utanför.Explanation of this as follows: As previously mentioned, the media pressure inside the judgment 301 is the same as the refrigerant circuit outside.

När maskinen går i normaldrift eller i effektreducerad drift, bestäms medietrycketav förhållandena i kondensorn och motsvarar mediets kondenseringstryck vidrådande kondensortemperatur. På grund av att domen 301 är tempererad till entemperatur som vid normaldrift alltid understiger kondensortemperaturen (vidfrånluftstemperering av domen 301 innebär detta att kondensortemperaturen intebör understiga frånluftstemperaturen(, vilket rimligen mycket sällan sker)), såkommer trycket inne i domen att vid normaldrift väsentligt överstiga köldmedietskondenseringstryck vid aktuell temperatur, varför all köldmedieånga i domen 301kommer att kondensera och medge inströmning av ytterligare köldmedium.Därmed kommer domen 301 att efter en kort period i normaldrift eller ieffektreducerad drift vara helt fylld med kölmediekondensat.When the machine is running in normal operation or in power-reduced operation, the media pressure is determined by the conditions in the condenser and corresponds to the condensing temperature of the medium at the prevailing condenser temperature. Because the dome 301 is tempered to a single temperature which during normal operation is always below the condenser temperature (at outside air temperature of the dome 301 this means that the condenser temperature should not be below the exhaust air temperature (which probably happens very rarely)), the pressure inside the dome significantly exceeds the refrigerant pressure temperature during normal operation. current temperature, so that all refrigerant vapor in the judgment 301 will condense and allow the inflow of additional refrigerant. Thus, after a short period in normal operation or power-reduced operation, the judgment 301 will be completely filled with refrigerant condensate.

När maskinen däremot går i avfrostningsdrift och bypasskanalen 200 är vidöppen,så blir medietrycket detsamma som rådande mycket låga kondenseringstryck i denkalla förångaren. En liten delmängd av domens 301 tempereradekondensatinnehåll kommer då att blixtsnabbt förångas och driva allt övrigtdomkondensat ut i köldmediekretsen, vidare genom den heta kondensorn för snabbvärmeupptagning, förångning, expansion samt vidareflöde genom den vidöppnabypasskanalen 200 in i den kalla förångaren 105. Inne i den kalla förångarenkommer den heta ångan att snabbt avge sin värmeenergi och kondenseras. Dennaenergiöverföring kan förväntas bli störst i förångarens kallaste partier, dvs. departier som är mest påfrostade. Påfrostningen kommer därmed att snabbt tinasupp inifrån, lossna från förångarmaterialet och blåsas bort av frånluftsflödet föreventuellt erforderlig vidare upptinande samt för avrinning.On the other hand, when the machine goes into defrosting operation and the bypass duct 200 is wide open, the medium pressure becomes the same as the prevailing very low condensing pressures in the cold evaporator. A small subset of the tempered condensate contents of the mandrel 301 will then evaporate rapidly and drive all other condensate out into the refrigerant circuit, further through the hot condenser for rapid heat absorption, evaporation, expansion and flow through the wide open bypass channel 200 into the cold evaporator. hot steam to quickly give off its heat energy and condense. This energy transfer can be expected to be greatest in the coldest parts of the evaporator, ie. departments that are most frosted. The defrost will thus quickly thaw from within, detach from the evaporator material and be blown away by the exhaust air, which may require further thawing and drainage.

Som framgår av vad ovan sägs, så bör det totala energiinnehållet i köldmediånganfrån domkondensatet vara minst lika stort som den energi som erfordras för atttina upp påfrostningen på förångaren. Domens 301 ”minsta tillåtna” volym bestämsdärmed av hur stor kondensatvolym som måste få rum i den. Denna volymbestäms i sin tur av mängden is som behöver smältas, isens smältvärme per liter,och aktuellt köldmediums ångbildningsvärme per liter kondensat. För smältvärmetgäller att isens smältvärme per liter nollgradigt smältvatten kan sättas till 335 kJ.As can be seen from the above, the total energy content of the refrigerant vapor from the cathondensate should be at least as large as the energy required to thaw the frost on the evaporator. The 301 "minimum permissible" volume of the judgment is thus determined by the amount of condensate volume that must be accommodated in it. This volume is in turn determined by the amount of ice that needs to be melted, the heat of melting the ice per liter, and the heat of formation of the current refrigerant per liter of condensate. For the melting heat, the melting heat of the ice per liter of zero-degree melting water can be set at 335 kJ.

Med tillägg för uppvärmningsenergin av isen till smälttemperatur från ursprungligaca minus femton grader kan man räkna med att 400 kJ per liter smältvatten kanerfordras. För ångbildningsvärmet gäller exempelvis att det vanligt förekommandeköldmediet R410a har ett specifikt ångbildningsvärme på ca 70 kJ per literkondensat. För R410a gäller således att det erfordras 5,7 liter kondensat för atttina upp påfrostning motsvarande 1liter smältvatten. Av olika anledningar bör mandock undvika kondensatvolymer överstigande 6 deciliter. Därmed begränsas denmängs smältvatten som per avfrostningstillfälle kan tinas upp till ca 1 dl. Dettasätter i sin tur maxgränsen för hur lång tid som bör tillåtas för att bygga upppåfrostning på kondensorn, vilket i sin tur är den tid som förflyter mellan tvåkonsekutiva avfrostningar.With the addition of the heating energy of the ice to a melting temperature from the original minus minus fifteen degrees, it can be expected that 400 kJ per liter of melt water will be required. For the steam generation heat, for example, the commonly occurring refrigerant R410a has a specific steam generation heat of approximately 70 kJ per liter of condensate. For R410a, therefore, 5.7 liters of condensate are required to thaw frost corresponding to 1 liter of melt water. For various reasons, mandock should avoid condensate volumes in excess of 6 deciliters. This limits the amount of melt water that can be thawed up to about 1 dl per defrost occasion. This in turn sets the maximum limit for how long it should be allowed to build up defrost on the condenser, which in turn is the time that elapses between two consecutive defrosts.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas nedan med hänvisning till figurerna fig. 7respektive fig. 8. (Motsvarande resonemang gäller för figurerna 6 respektive 9, menredovisas inte här.) Fig. 7 visar värmepumpen enligt fig. 6 i normaldrift. Bypassventilen 201 hålls heltstängd och maskinens funktion motsvarar fullständigt den hos en traditionellmaskin enligt fig. 1.The invention will now be described below with reference to Figures 7 and 7, respectively. (Corresponding reasoning applies to Figures 6 and 9, respectively, but is not reported here.) Figure 7 shows the heat pump according to Figure 6 in normal operation. The bypass valve 201 is kept completely closed and the function of the machine completely corresponds to that of a traditional machine according to Fig. 1.

I denna driftsmod tillförs i kondensorn 102 energi från kondensationen av hetgasen(=köldmedieångan) från kompressorn 101, energi som via kondensorvärmeväXlarenöverförs till cirkulationsvattenflödet. Temperaturen i kondensorn 102 överstigerdärmed cirkulationsflödets framledningstemperatur liksom ännu mycket mer dessreturtemperatur. Trycket i kondensorn 102 överstiger i sin tur köldmedietskondenseringstryck vid rådande temperatur. Typiska värden i detta driftläge är påtemperaturdifferensen över kondensorvärmeväXlaren, ca 3 °C respektive påöverföringseffekten till cirkulationsvattnet, ca 6 kW.In this mode of operation, energy is supplied in the condenser 102 from the condensation of the hot gas (= refrigerant vapor) from the compressor 101, energy which is transferred to the circulating water via via the condenser heat exchanger. The temperature in the condenser 102 thus exceeds the flow temperature of the circulation circuit as well as much more of the return temperature. The pressure in the condenser 102 in turn exceeds the refrigerant condensing pressure at the prevailing temperature. Typical values in this operating mode are the temperature difference across the condenser heat exchanger, approx. 3 ° C and the transfer power to the circulating water, approx. 6 kW.

I köldmediedomen 301, som tempereras av cirkulationsreturen och står i direktförbindelse med kondensorn 102, råder under normaldriften samma tryck som iköldmediekretsen och kondensorn 102, men väsentligt mycket lägre temperatur,långt under köldmediets i domen 301 kondenseringstemperatur vid rådande tryck.Eventuell ångfas av köldmediet i domen kondenseras därför och volymminskningenpga. ångans övergång till kondensat kompenseras av ett motsvarandeköldmedieinflöde, i vätske- och/ eller gasfas, från köldmediekretsen. Eventuellinflödad gas kondenseras och nytt köldmedium flödar in etc. Till slut blir domen301 helt fylld av köldmediekondensat. Övergång till avfrostningsdrift sker när bypassventilen 201 mellan systemetshögtryckssida och dess lågtryckssida öppnas. I och med det uppkomna tryckfalletpå högtryckssidan uppstår en kraftig avkokning av förekommandeköldmediekondensat i den varma kondensorn102. Stora mängder förångatköldmedium, medförande stora energimängder bildas i kondensorn 102 ochströmmar ut via kondensorinlopp och bypassledning 202 till förångaren 105 där deomgående kondenseras och avger sin energi. Se vidare nedan under fig. 8.In the refrigerant judgment 301, which is tempered by the circulation return and is in direct communication with the condenser 102, the normal pressure prevails during normal operation as in the refrigerant circuit and the condenser 102, but significantly lower temperature, well below the condensing temperature in the condenser 301 at prevailing pressure. is therefore condensed and the volume reduction due to the transition of the steam to condensate is compensated by a corresponding inflow of refrigerant, in liquid and / or gas phase, from the refrigerant circuit. Any fl liquefied gas is condensed and new refrigerant flows in, etc. Finally, the dome301 is completely filled with refrigerant condensate. Transition to defrost operation occurs when the bypass valve 201 between the system high pressure side and its low pressure side is opened. Due to the pressure drop that occurs on the high-pressure side, a strong decoction of the existing refrigerant condensate occurs in the hot condenser 102. Large amounts of evaporated refrigerant, causing large amounts of energy, are formed in the condenser 102 and flow out via condenser inlet and bypass line 202 to the evaporator 105 where it immediately condenses and emits its energy. See further below under Fig. 8.

Fig. 8 visar värmepumpen enligt fig. 7 i avfrostningsdrift. Bypassventilen 201 hållsmaximalt öppen. Och en nästan total tryckutjämning råder mellan förångare 105och kondensor 102. Därmed blir kondensortrycket mycket lägre än vid normaldriftoch kommer att mycket kraftigt understiga förångningstrycket i kondensorn 102och i den kommunicerande köldmediedomen 301. Allt eventuelltköldmediekondensat i kondensorn 102 kommer därmed att blixtsnabbt förångasunder kraftig energiupptagning, varvid kondensortemperaturen sjunker till en nyjämviktstemperatur, väsentligt lägre än vid normaldrift.Fig. 8 shows the heat pump according to Fig. 7 in defrost operation. The bypass valve 201 is kept open to the maximum. And an almost total pressure equalization prevails between evaporator 105 and condenser 102. Thus the condenser pressure will be much lower than in normal operation and will very much fall below the evaporation pressure in condenser 102 and in the communicating refrigerant 301. All possible refrigerant condensate in condenser 102 will thus rapidly evaporate during condensation. drops to a new equilibrium temperature, significantly lower than in normal operation.

Trycket sjunker även i köldmediedomen 301 och gör att köldmediet i denna,uppvärmt av cirkulationsreturen, förångas och driver ut kondensat från domensbotten via köldmedieförrådet 103 och upp i kondensorn 102 där det försörjer denfortsatta avkokningsprocess som pågår där. Därmed töms köldmediedomen snabbtpå sitt kondensatinnehåll och fylls i stället av köldmedieånga.The pressure also drops in the refrigerant dome 301 and causes the refrigerant in it, heated by the circulation return, to evaporate and expel condensate from the domain bottom via the refrigerant supply 103 and up into the condenser 102 where it supplies the continued decoction process which takes place there. Thus, the refrigerant is quickly emptied of its condensate content and is instead filled with refrigerant vapor.

Temperatursänkningen i kondensorn 102 medför ett stort temperaturunderskott iköldmediet relativt cirkulationsvattnet. Temperaturunderskottet orsakar i sin turett mycket kraftigt värmeflöde genom kondensorvärmeväxlaren fråncirkulationsvattnet och in i köldmediet, där det driver förångningsprocessen vidare.The temperature drop in the condenser 102 causes a large temperature deficit in the refrigerant relative to the circulating water. The temperature deficit in turn in turn causes very strong heat loss through the condenser heat exchanger from the circulating water and into the refrigerant, where it drives the evaporation process further.

(Typvärde för kondensorns 102 värmeväXlarkapacitet är 2 kW per gradtemperaturskillnad. Vid den nya jämviktstemperaturen kan man påräkna entemperaturskillnad över väXlaren på femton till tjugo grader, vilket i sin tur ger enöverföringseffekt på ca trettio till fyrtio kW som energiförsörjerförångningsprocessen i kondensorn.) Den bildade ångan strömmar ut ur kondensorutloppet, medförande sina ca trettiotill fyrtio kW värmeeffekt, och vidare genom bypassledningen 202 tillförångarinloppet.(Typical value for the heat exchanger capacity of the condenser 102 is 2 kW per degree temperature difference. At the new equilibrium temperature, one can expect a temperature difference over the exchanger of fifteen to twenty degrees, which in turn gives a transfer power of about thirty to forty kW. out of the condenser outlet, carrying its approximately thirty to forty kW heat output, and further through the bypass line 202 the evaporator inlet.

Det ordinarie köldmedieflödet från eXpansionsventilen 104 till förångarinloppetkommer att nästan helt upphöra i och med att den drivande tryckdifferensenmellan kondensor och förångare 105 försvinner.The ordinary refrigerant flow from the expansion valve 104 to the evaporator inlet will cease almost completely as the driving pressure difference between condenser and evaporator 105 disappears.

Kompressorn 101 pumpar samtidigt, mot ett mycket lågt mottryck, runt allt sittflöde genom förångaren 105 där den tillförda kompressoreffekten (i princip enbarttomgångseffekten för kompressorn) bidrar ytterligare en smula till energitillförseln.At the same time, against a very low back pressure, the compressor 101 pumps around all the siting flow through the evaporator 105, where the supplied compressor power (in principle only the passing power of the compressor) contributes a little more to the energy supply.

I förångaren 105 kommer tryckutjämningen på motsvarande sätt att ge ett trycksom är mycket högre än under normaldrift och som ligger långt överkondenseringstrycket vid rådande förångartemperatur. Därvid kondenserasköldmedieångan i förångaren 105, befintlig såväl som inströmmande viabypassledningen 202 och avger sina ca trettio till fyrtio kW inuti förångaren 105,vars inre temperatur blixtsnabbt ökar så pass mycket att den avgivnavärmeeffekten kan strömma vidare ut genom förångarvärmeväXlaren och nåförångarens 105 kalla utsida där temperaturen nästan omedelbart stiger tillvattnets smältpunkt och får påfrostningen att snabbt börja smälta. Även förångaren 105 har en värmeväXlarkapacitet på ca 2 kW per gradtemperaturskillnad, varför den frigjorda värmeeffekten ca trettio till fyrtio kWmedför en jämviktstemperatur ca femton till tjugo grader över de noll grader sområder i smältvattnet på utsidan av förångaren 105. Dessa ca trettio till fyrtio kW (=(30-40) kJ/s) omvandlar varje sekund en ismängd om (30-40)/400 kg = 75 - 80 gtill tiogradigt smältvatten som snabbt rinner bort. På knappa en och en halvsekund har därmed närmare ett hg is, motsvarande en dl smältvatten, en isammanhanget aktningsvärd mängd, avlägsnats från förångaren 105.In the evaporator 105, the pressure equalization will correspondingly give a pressure which is much higher than during normal operation and which is far above the condensing pressure at the prevailing evaporator temperature. Thereby the condensed shield medium vapor in the evaporator 105, existing as well as the inflowing via pass line 202 and emits its about thirty to forty kW inside the evaporator 105, the internal temperature of which increases so rapidly that the emitted heat effect can flow further out through the evaporator heat exchanger near the temperature exchanger. the melting point of the water rises and causes the frost to begin to melt quickly. The evaporator 105 also has a heat exchanger capacity of about 2 kW per degree temperature difference, so the released heat output about thirty to forty kW brings an equilibrium temperature about fifteen to twenty degrees above the zero degrees prevailing in the melt water on the outside of the evaporator 105. These about thirty to forty to forty. (30-40) kJ / s) converts every second an amount of ice of (30-40) / 400 kg = 75 - 80 g to ten-degree melt water that drains away quickly. In just under one and a half seconds, almost a hg of ice, corresponding to one dl of melt water, an associated respectable amount, has thus been removed from the evaporator 105.

På köpet kommer under avfrostningen en mängd köldmediekondensat 301 1 attansamlas i förångaren 105 och i eventuella anslutna kondensatdepåer. Dennaansamlade kondensatmängd kommer vid övergången till normaldrift att snabbtförångas och via kompressorn på mindre än en minut återföra det utnyttjadeavfrostningsvärmet till cirkulationsvattnet.In addition, during defrosting, a quantity of refrigerant condensate 301 1 will accumulate in the evaporator 105 and in any connected condensate depots. During the transition to normal operation, this accumulated condensate will evaporate rapidly and return the utilized defrost heat to the circulating water in less than one minute via the compressor.

Maskinen hålls av styrenheten 203 kvar i avfrostningsdrift så länge, men endastjust så länge, någon frost finns kvar på förångaren 105. På grund av den mycketeffektiva avfrostningen kommer den totala tiden i detta läge att bli extremt kort,inte mer än ett fåtal sekunder, nästan försumbara i jämförelse med den totala tidenför motsvarande traditionell avfrostning. Likaså kommer energiåtgång och energiförlust pga. avfrostningen att bli extremt mycket lägre än vad de skulle hablivit vid traditionell frånluftsdriven avfrostning.The machine is kept by the control unit 203 in defrost mode for as long as, but only for as long as, any frost remains on the evaporator 105. Due to the very efficient defrost, the total time in this position will be extremely short, no more than a few seconds, almost negligible in comparison with the total time for the corresponding traditional defrost. Similarly, energy consumption and energy loss due to the defrost to be extremely much lower than they would have been with traditional exhaust-driven defrost.

Styrenheten 203 försätter maskinen i avfrostningsdrift med jämna tidsmellanrum,valda för att hålla den ackumulerade frostmängden på förångaren 105 på enoptimal nivå. Med optimal nivå förstås här den nivå som över en hel uppvärmnings-/ avfrostningscykel ger högsta genomsnittliga värmeffektproduktion och högstagenomsnittliga COP, i sinsemellan optimal balans. Styrenheten 203 övervakarockså avfrostningsprocessen och stänger bypassventilen 201 så snart allpåfrostning avlägsnats från förångaren 105. Övergång till normaldrift sker när bypassventilen 201 stängs. Därmed kommerkondensatet 301 1 på kompressorns 101 sugsida att förångas, av kompressornöverföras till hetgas med högt tryck samt pressas vidare in i kondensorn 102 därdet under kondensering avger sin energi. Det kondensat som under avfrostningenansamlats på sugsidan kommer så länge något av det återstår att bidra till enordentlig men kortlivad höjning av köldmedieflödet och kondensoreffekten som i sintur bidrar till att snabbt återföra den ianspråktagna avfrostningsenergin tillcirkulationsvattnet.The control unit 203 puts the machine into defrost mode at regular intervals, selected to keep the accumulated amount of frost on the evaporator 105 at an optimal level. By optimal level is meant here the level that over an entire heating / defrosting cycle gives the highest average heat output and the highest average COP, in optimal balance between them. The control unit 203 also monitors the defrosting process and closes the bypass valve 201 as soon as all defrosting has been removed from the evaporator 105. Transition to normal operation takes place when the bypass valve 201 is closed. Thus, the commercial condensate 301 1 on the suction side of the compressor 101 is to be evaporated, transferred by the compressor to hot gas with high pressure and pressed further into the condenser 102 where it emits its energy during condensation. The condensate that has accumulated on the suction side during defrosting will, as long as some of it remains, contribute to an orderly but short-lived increase in the refrigerant fate and the condenser effect, which in centrifuge helps to quickly return the used defrosting energy to the circulating water.

Figurerna 10 och 11 visar värmepumpen enligt fig. 2 respektive fig. 6 ieffektreducerad drift. Bypassventilen styrs då av styrenheten 203 till att släppaförbi en lämplig andel av kompressorns (101) hetgasflöde direkt tillförångarinloppet. Därvid kommer gasflöde och effektflöde in i kondensorn (102) attminska liksom tryck och temperatur i kondensorn (102). Samtidigt påverkasmedieflödet in i förångarinloppet, här en blandning av het bypassgas och kalltköldmedium från eXpansionsventilen 104, till att få åsyftat lämplig utformning vadgäller temperatur, tryck och flödesomfattning.Figures 10 and 11 show the heat pump according to Fig. 2 and Fig. 6, respectively, in power-reduced operation. The bypass valve is then controlled by the control unit 203 to release a suitable proportion of the hot gas fl of the compressor (101) directly to the evaporator inlet. Thereby, gas fl fate and power flow into the condenser (102) will decrease as well as pressure and temperature in the condenser (102). At the same time, the medium påverk fate is influenced into the evaporator inlet, here a mixture of hot bypass gas and cold refrigerant from the expansion valve 104, to obtain the intended design in terms of temperature, pressure and fl extent of fate.

Numrerade komponenter i ritningarna, figurerna 1-1 1 101 Kompressor 101u Kompressorutlopp102 Kondensor 102u Kondensorutlopp103 Köldmedieförråd104 Expansionsventil105 Förångare 105i Förångarinlopp 6 Ordinarie maskinstyrning1 122 Returflöde 200 Bypasskanal 1 Bypassventil 1 1 Styrbar ventilkägla202 Bypassledning2021 Bypassflöde 203 Styrenhet 3013011 Köldmediedom KöldmediekondensatNumbered components in the drawings, figures 1-1 1 101 Compressor 101u Compressor outlet102 Condenser 102u Condenser outlet103 Refrigerant storage104 Expansion valve105 Evaporator 105i Evaporator inlet 6 Ordinary machine control1 122 Return fl fate 200 Bypass bevel valve1 Bypass valve122 Control bar Bypass valve

Claims (5)

(synliga ändringar):(visible changes): 1. Värmepump innefattande en kompressor (101), en kondensor (102), ettköldmedieförråd (103), en expansionsventil (104), styrd av en styrenhet (106), enförångare (105), och en bypasskanal (200) löpande förbi expansionsventilen (104),och där bypasskanalen innehåller en bypassledning (202) och en bypassventil (20 1), kännetecknad av en tempererad köldmediedom (301), innefattande en sluten behållaresom nedtill via ett öppet förbindelserör är förbunden med köldmediekretsenshögtrycksida, och anordnad så att den står i flödesförbindelse antingen medkondensorns (102) utlopp (102u) eller kompressorns utlopp (101u), och av att bypasskanalen (200) löper från kompressorutloppet (101u) tillförångarinloppet (105i) eller att bypasskanalen (200) löper från kondensorutloppet (102u) tillförångarinloppet (105i), och av att köldmediedomen (301) är ansluten på motsatt sida av kondensorn(102) relativt anslutningen av bypasskanalen (200).A heat pump comprising a compressor (101), a condenser (102), a refrigerant supply (103), an expansion valve (104), controlled by a control unit (106), an evaporator (105), and a bypass duct (200) extending past the expansion valve ( 104), and wherein the bypass duct contains a bypass line (202) and a bypass valve (20 1), characterized by a tempered refrigerant (301), comprising a closed container which is connected at the bottom via an open connecting pipe to the high pressure side of the refrigerant circuit, and arranged so as to stand in fl fatal connection either to the outlet (102u) of the co-condenser (102) or to the outlet (101u) of the compressor, and in that the bypass channel (200) runs from the compressor outlet (101u) to the evaporator inlet (105i) or that the bypass channel (200) runs from the condenser outlet (102u) to , and in that the refrigerant dome (301) is connected on the opposite side of the condenser (102) relative to the connection of the bypass duct (200). 2. Värmepump enligt föregående krav, där bypassventilen (201) är konfigurerad attmanövreras externt mellan sina tre alternativa lägen, helt stängd, helt öppenrespektive reducerat öppen, motsvarande värmepumpens tre alternativa driftlägen,normaldrift, avfrostningsdrift respektive effektreducerad drift.Heat pump according to the preceding claim, wherein the bypass valve (201) is configured to be operated externally between its three alternative positions, fully closed, fully open or reduced open, corresponding to the heat pump's three alternative operating positions, normal operation, defrost operation and power reduction operation. 3. Värmepump enligt något av föregående krav, där en särskild styrenhet (203)manövrerar bypassventilen (201) mellan dess tre alternativa lägen.A heat pump according to any one of the preceding claims, wherein a special control unit (203) operates the bypass valve (201) between its three alternative positions. 4. Värmepump enligt något av föregående krav, där bypasskanalen (200) ärdimensionerad för att, med bypassventilen (201) i helt öppet läge, ha engenomströmningskapacitet så stor att hela kompressorflödet kan släppas igenommed begränsat tryckfall, maximalt 100 kPa.Heat pump according to one of the preceding claims, wherein the bypass duct (200) is dimensioned so that, with the bypass valve (201) in the fully open position, it has a flow capacity so large that the entire compressor can be released through a limited pressure drop, maximum 100 kPa. 5. Värmepump enligt krav 3, där bypassventilen (201) av styrenheten (203) ärmanövrerad till att vidarebefordra ett begränsat läckflöde av hetgas tillförångarinloppet (105i), tillräckligt för att dels höja temperatur, tryck och gasflöde iförångare och kompressorinlopp till värden som inte medför risk förkompressorskador, dels reducera den producerade värmeeffekten till åsyftad nivå.A heat pump according to claim 3, wherein the bypass valve (201) of the control unit (203) is operated to transmit a limited leakage of the hot gas evaporator inlet (105i) sufficient to raise the temperature, pressure and gas flow of the evaporator and compressor inlet to non-hazardous values. precompressor damage, and reduce the heat output produced to the intended level.
SE1650658A 2016-05-17 2016-05-17 Device for rapid defrosting without compressor stop of the evaporator in an air-to-water heat pump and for running the heat pump at extremely low evaporator temperatures and at extremely low loads SE542633C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1650658A SE542633C2 (en) 2016-05-17 2016-05-17 Device for rapid defrosting without compressor stop of the evaporator in an air-to-water heat pump and for running the heat pump at extremely low evaporator temperatures and at extremely low loads
EP17171090.8A EP3246641A1 (en) 2016-05-17 2017-05-15 Apparatus for rapid defrosting of the evaporator in an air-water heat pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1650658A SE542633C2 (en) 2016-05-17 2016-05-17 Device for rapid defrosting without compressor stop of the evaporator in an air-to-water heat pump and for running the heat pump at extremely low evaporator temperatures and at extremely low loads

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE1650658A1 SE1650658A1 (en) 2017-11-18
SE542633C2 true SE542633C2 (en) 2020-06-23

Family

ID=59276482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE1650658A SE542633C2 (en) 2016-05-17 2016-05-17 Device for rapid defrosting without compressor stop of the evaporator in an air-to-water heat pump and for running the heat pump at extremely low evaporator temperatures and at extremely low loads

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3246641A1 (en)
SE (1) SE542633C2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019146070A1 (en) * 2018-01-26 2019-08-01 三菱電機株式会社 Refrigeration cycle device
CN110454944B (en) * 2019-08-26 2021-11-23 重庆美的通用制冷设备有限公司 Control method and device of air conditioner and air conditioner

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4646539A (en) * 1985-11-06 1987-03-03 Thermo King Corporation Transport refrigeration system with thermal storage sink
JPH07248166A (en) * 1994-03-14 1995-09-26 Nippondenso Co Ltd Refrigerator
US7096679B2 (en) * 2003-12-23 2006-08-29 Tecumseh Products Company Transcritical vapor compression system and method of operating including refrigerant storage tank and non-variable expansion device
JP2007170758A (en) * 2005-12-22 2007-07-05 Sanden Corp Refrigerating device
WO2009140370A2 (en) * 2008-05-14 2009-11-19 Carrier Corporation Charge management in refrigerant vapor compression systems
GB2487975A (en) * 2011-02-11 2012-08-15 Frigesco Ltd Flash defrost system
JP6087611B2 (en) * 2012-12-14 2017-03-01 シャープ株式会社 Refrigeration cycle and air conditioner equipped with the same
SE537022C2 (en) * 2012-12-21 2014-12-09 Fläkt Woods AB Process and apparatus for defrosting an evaporator wide air handling unit

Also Published As

Publication number Publication date
EP3246641A1 (en) 2017-11-22
SE1650658A1 (en) 2017-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103090537B (en) Heat pump type hot water supply apparatus and method of operation thereof
EP2936008B1 (en) Method for defrosting of an evaporator in connection with an air handling unit
EP2420767B1 (en) Heat-pump hot water supply and air conditioning apparatus
CN101476774B (en) Double-heat source heat pump water heater with air source and water source
US20150059379A1 (en) Feed Water Heating System
US20100064699A1 (en) Refrigeration-generation solar unit for an air-conditioning system, heat-generation solar unit, corresponding devices and corresponding control method
WO2010016988A1 (en) Hybrid water heating system
WO2008156287A1 (en) Hot/cold water supplier having ice-making function
CN204154044U (en) The air-conditioning system of hot-gas bypass
SE542633C2 (en) Device for rapid defrosting without compressor stop of the evaporator in an air-to-water heat pump and for running the heat pump at extremely low evaporator temperatures and at extremely low loads
US20200348059A1 (en) System for deicing an external evaporator for heat pump systems
EP3237814B1 (en) Device and method for heating of air at an air treatment device
JP5640815B2 (en) Steam system
EP3344932B1 (en) A heat pump system
GB2532439A (en) Improved air-source heat pump
JP3840914B2 (en) Heat pump bath water supply system
US20190049164A1 (en) Refrigerator And/Or Freezer Device
JP2015021643A (en) Heat pump device
CN105318599B (en) Cold and hot multifunctional heat pump equipment
JP2002349987A (en) Absorption refrigeration unit
JP5691498B2 (en) Engine-driven air conditioner
JP4996974B2 (en) Refrigeration apparatus, air conditioner and control method thereof
JP4909663B2 (en) Air conditioner
CN110793246A (en) Hot gas defrosting system and hot gas defrosting method
JP2010085092A (en) Hot water supply heating device

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed