CZ19597U1 - Zařízení k provádění intenzifikace odtávání výparníků tepelných čerpadel typu vzduch-voda se spirálovým kompresorem - Google Patents

Description

Zařízení k provádění intenzifikace odtávání výparníků tepelných čerpadel typu vzduchvoda se spirálovým kompresorem

Oblast techniky

Předmětem technického řešení je zařízení k provádění intenzifikace odtávání výparníků tepel5 ných čerpadel typu vzduch-voda se spirálovým kompresorem.

Dosavadní stav techniky

Tepelná čerpadla výrazně snižují energetickou náročnost vytápění, přípravy teplé vody a dalších technologických pochodů. Z toho důvodu se používají stále častěji pro vytápění rodinných domů, objektů občanské vybavenosti i pro další účely. Nejekologičtějším zdrojem nízkopotenciálního tepla pro tepelná čerpadla je v klimatických podmínkách střední Evropy okolní vzduch. Zatímco u jiných přírodních zdrojů nízkopotenciálního tepla, kterými může být teplo akumulované v zemském masivu, nebo teplo v podzemních nebo povrchových vodách, může dojít při jeho nesprávném odběru k narušení přírodní a ekologické rovnováhy, u vzduchu k takovému narušení dojít nemůže. Teplo, které je ze vzduchu tepelným čerpadlem odváděno, je do něj bezprostředně poté vraceno tepelnými ztrátami vytápěného objektu, aniž by jakkoliv jinak okolí ovlivnilo.

Přes tuto ekologickou výhodu je používání tepelných Čerpadel „vzduch-voda“ dosud méně časté, přestože jejich pořizovací i provozní náklady jsou příznivé. Je tomu tak ze dvou základních důvodů. Prvním důvodem je skutečnost, že vzduch jako zdroj nízkopotenciálního tepla má v průběhu otopné sezóny značně proměnnou teplotu. Protože parametry a energetický efekt tepelného čerpadla jsou závislé na teplotě nízkopotenciálního tepla (a to tak, že s poklesem této teploty klesá topný výkon i poměr topného výkonu a příkonu - tak zvaný energetický nebo topný faktor), je topný výkon a energetický efekt tepelného čerpadla nejnížší právě v období s nejnižšími teplotami, to je v období největších nároků na vytápění. Tato nevýhoda je v současnosti do značné míry eliminována jednak použitím spirálových kompresorů (tak zvaných kompresorů SCROLL), jednak použitím frekvenčních měničů pro tyto kompresory, případně použitím dvojice kompresorů. Spirálové kompresory totiž pracují téměř se stoprocentní objemovou účinností, takže zhoršování parametrů u tepelných Čerpadel pracujících s těmito kompresory s poklesem teploty nízkopotenciálního tepla je mnohem méně významné než u klasických kompresorů pístových. Přitom tento menší pokles se může dále eliminovat zvyšováním otáček kompresoru a tím i výkonu tepel30 ného čerpadla frekvenčním měničem při poklesu teploty pod určitou hranici. Při takovém řešení se pak může v bivalentně zapojeném tepelném Čerpadlu posunout teplota bivalence, to je teplota, do které tepelné čerpadlo samo zajistí celý potřebný topný výkon ze standardních přibližně -5 °C až do teploty přibližně -10 až -12 °C. Podobně se může stabilizovat výkon tepelného čerpadla při poklesu teploty vzduchu řešením tepelného čerpadla s dvojicí kompresorů, kdy při vyšších tep35 lotách vzduchu pracuje jediný kompresor a při nižších teplotách pracují kompresory oba.

Druhým důvodem je skutečnost, že na výměníku odvádějícím teplo ze vzduchu, výparníků, kondenzuje vlhkost ve vzduchu obsažená a tato vlhkost při teplotách vzduchu nižších než asi +5 °C na výměníku vymrzá. Námraza snižuje efekt výměníku a proto se musí periodicky odstraňovat, to je výměník se musí odtávat. Odtávání se provádí tak, že se do výměníku přivede teplo, které výměník ohřeje a námrazu roztaje. Odtávání tedy představuje vždy určitý energetický nárok, který snižuje efekt tepelného Čerpadla „vzduch-voda“. Další nevýhodou je, že odtávání se musí provádět za podmínek, kdy je zpravidla požadován trvalý provoz tepelného čerpadla, takže čas potřebný pro odtávání dále snižuje efekt tepelného čerpadla.

Při odtávání se musí celý výpamík ohřát teoreticky na teplotu tání námrazy, to je na 0 °C. S ohle45 dem na určitou nerovnoměrnost ohřívání výparníků, a dále proto, aby bylo zaručeno úplné odtát: námrazy na celém výparníků, musí se celý výpamík ohřát na odtávací teplotu bezpečně vyšší (na cca 2 až 5 °C). Z uvedeného je zřejmé, že pro odtávání je zapotřebí nejen teplo na odtátí vlastní námrazy, ale i teplo na ohřátí celé hmoty výparníků na odtávací teplotu. Při venkovních teplotách nižších než je odtávací teplota, dochází navíc při odtávání k tepelné ztrátě do okolí, což dále na50 vyšuje potřebu tepla pro odtávání.

-1 CZ 19597 Ul

Z předchozího popisu vyplývá, že teplo pro odtávání má tři složky.

První složka, teplo potřebné pro ohřátí hmoty výpamíku, se zvětšuje s poklesem vnější teploty a je nezávislé na době odtávání.

Drahá složka, teplo potřebné pro ohřátí a odtátí námrazy, se zvětšuje jednak s množstvím námra5 zy, jednak s poklesem vnější teploty a je opět nezávislé na době odtávání.

Třetí složka, teplo potřebné pro kryli tepelných ztrát ohřátého výpamíku do okolí, je závislé na ploše výpamíku, zvětšuje se s poklesem vnější teploty a je závislé na době odtávání. S prodlužující se dobou odtávání se tato složka výrazně zvětšuje.

Z uvedeného vyplývá, že s prodlužující se dobou odtávání se nejen zkracuje aktivní provozní doba tepelného čerpadla, ale zvětšuje se i energetická náročnost odtávání a celého provozu tepelného čerpadla. Souhrnně tedy platí, že s prodlužujícím se odtáváním energetický efekt tepelného čerpadla klesá.

Pro zajištění co největšího energetického efektu tepelného čerpadla je proto třeba zajistit co nejkratší dobu odtávání. Ta může být zajištěna jen intenzivním přívodem tepla při odtávání. Odtává15 ní by tedy mělo být zajišťováno s co největším topným výkonem.

Známá je celá rada způsobů odtávání, z nichž nej efektivnější jsou způsoby, při kterých se potřebné teplo přivádí„zvnitřku“ výměníku - výpamíku. Námraza se pak odtává hloubky*⁴, to je od povrchu výměníku. Při takovém odtávání se po roztátí kontaktní vrstvy zbývající část námrazy uvolní na ploše výměníku a spadává z výměníku, aniž by celý její objem musel změnit své sku20 penství. To je energeticky výhodné, snižuje se potřeba tepla pro jednu ze tří složek odtávacího tepla - tepla pro roztátí určitého množství námrazy. Podíl „spadávající“ námrazy závisí na intenzitě odtávání. Čím je přívod tepla intenzivnější, tím rychleji kontaktní vrstva odtaje a větší podíl námrazy spadává z výměníku. Je samozřejmé, že při odtávání se blokuje provoz ventilátorů výpamíku, protože za této situace není žádoucí.

K takovému efektivnímu způsobu odtávání „zvnitřku“ dochází při odtávání reverzací funkce okruhu a při odtávání záměnou výpamíků.

Při odtávání reverzací funkce okruhu se známými způsoby zamění funkce obou výměníků. Kondenzátor tepelného čerpadla pracuje jako výpamík a výpamík tepelného čerpadla pracuje jako kondenzátor. Nevýhodou tohoto řešení je, že při odtávání se jako zdroj nízkopotenciálnflio tepla pro výpamík odebírá teplo ze systému, do kterého bylo při aktivní fůnkci tepelným čerpadlem dodáno, to je teplo vyprodukované samotným tepelným čerpadlem. Efekt tepelného čerpadla se tedy snižuje jednak časem potřebným pro odtávání, jednak tím, že pro odtávání se spotřebuje určité množství již vyprodukovaného tepla.

Při odtávání záměnou funkce výpamíků, které může být použito jen v případě, že okruh tepelné35 ho Čerpadla pracuje alespoň se dvěma výpamíky, se při odtávání změní jen funkce jednoho výpamíku. Při odtávání pak pracuje alespoň jeden výpamík ve standardní funkci „pracovní výparník“ a jeden, „odtávaný výpamík“, ve funkci kondenzátora. Toto řešení má tu výhodu, že při odtávání tepelné čerpadlo nevyužívá jako nízkopotenciální teplo jednou již vyprodukované, ale teplo přírodní, stejně jako při standardní topné fiinkci.

Některé spirálové kompresory mají vedle své pro tepelné čerpadlo vzduch-voda velice příznivé vlastnosti, a to vysoké objemové účinnosti, další vlastnosti, které rovněž ovlivňují provoz tepelného čerpadla „vzduch-voda“. Jednou z těchto vlastností je schopnost startovat odlehčené. Při startu kompresoru je propojen výtlak se sáním, takže kompresor se rozbíhá při vyrovnaných tlacích, což snižuje proudový náraz při startu. Odlehčování je zajištěno mechanickým způsobem, konstrukčním řešením kompresoru, který při malém rozdílu tlaku mezi výtlakem a sáním při startu snižuje přítlačnou sílu mezi pevnou a pohyblivou spirálou, což vede ke zrušení těsnosti mezi oběma spirálami a potlačení funkce kompresoru. Toto příznivé řešení z pohledu „startu“ se ale ukazuje jako nepříznivé z pohledu „odtávání“.

Při odtávání, a to zejména při odtávání reverzací funkce okruhu, totiž dochází ke zcela anomální so situací. Výpamík je připojen na zdroj tepla s teplotní úrovní, odpovídající teplotě otopné vody (v

-2CZ 19597 Ul rozsahu cca 30 až 50 °C) a kondenzátor je připojen na odběr tepla s teplotní úrovní odpovídající teplotě namrzlého výpamíku (cca 0 až -25 °C). Teplotní úrovně zdroje a odběru tepla jsou tedy zcela nelogické a právě opačné než při standardní funkci tepelného čerpadla. Při odtávání záměnou výpamíků není sice rozdíl v teplotních úrovních tak drastický, nicméně neodpovídá opět standardní funkci tepelného čerpadla.

Tato situace pak vede k tomu, že při odtávání se sníží rozdíl tlaků mezi výtlakem a sáním kompresoru na hodnotu, při které spirálový kompresor začne odlehčovat. To je provázeno sice výrazným snížením příkonu, ale také odpovídajícím snížením chladicího a především topného výkonu. Intenzita odtávání významně klesá, průvodním jevem je prodlužování doby odtávání, se všemi io negativními důsledky z toho plynoucími.

Podstata technického řešení

Předmětem technického řešení je zařízení k provádění intenzifikace odtávání výpamíků tepelných čerpadel typu vzduch-voda se spirálovým kompresorem, jehož podstata spočívá v tom, že zahrnuje chladicí okruh, ve kterém je spirálový kompresor svým výtlakem propojen přes konden15 zátor s prvním expanzním ventilem a dále přes výpamík se sáním spirálového kompresoru, mezi výpamíkem a spirálovým kompresorem a dále mezi spirálovým kompresorem a kondenzátorem je vřazen čtyřcestný ventil pro reverzaci funkce chladicího okruhu, dále mezi výpamíkem a kondenzátorem je vřazen druhý expanzní ventil, kde každý z obou expanzních ventilů má ve svém obtoku vřazen zpětný ventil, přičemž do výtlaku spirálového kompresoru před čtyřcestným ven20 tilem je vřazen škrticí element.

V průběhu odtávání výpamíku se mezi výtlakem a sáním spirálového kompresoru udržuje tlakový rozdíl nad hodnotou, pod kterou část oběhového množství chladivá, která je nepřímo úměrná tlakovému rozdílu mezi výtlakem a sáním spirálového kompresoru, cirkuluje uvnitř spirálového kompresoru, čímž se výtlačný tlak spirálového kompresoru tepelného čerpadla stabilizuje. Výho25 dy spočívají především v tom, že kompresor při stabilizaci výtlačného tlaku pracuje s celkovým disponibilním oběhovým množstvím chladivá, odpovídajícím daným tlakovým poměrům, nedochází k přepouštění a k cirkulaci určité části oběhového množství uvnitř kompresoru, která pak nevykazuje vnější efekt. Kompresor proto pracuje s plným, nesníženým topným výkonem, který zkracuje dobu odtávání.

Do výtlaku spirálového kompresoru je zabudován systém stabilizace výtlačného tlaku, který při odtávání znemožní pokles výtlačného tlaku, respektive pokles tlakového rozdílu mezi výtlakem a sáním spirálového kompresoru pod hodnotu, která by při daném vypařovacím tlaku způsobila odlehčování spirálového kompresoru.

Škrticí element, který vytváří průtočný odpor, je vybrán ze skupiny, která zahrnuje dýzu nebo kapiláru v kombinaci s uzavíracím ventilem v obtoku, a automatický regulační ventil. Uzavírací ventil může být v tomto provedení technického řešení tvořen elektromagnetickým ventilem. Průtočný odpor v podobě dýzy nebo kapiláry je dimenzován pro daný spirálový kompresor tak, aby při odtávání udržel potřebný tlakový rozdíl. Při odtávání se ventil uzavře a průtočný odpor zajistí stabilizaci výtlačného tlaku na hodnotě, kdy nedochází k odlehčování spirálového kompre40 soru. Jako elektromagnetický uzavírací ventil se výhodně může použít ventil s obrácenou funkcí, to je ventil, který je otevřen, je-li jeho cívka bez napětí a naopak. Tím je zajištěno, že cívka ventilu bude pod napětím jen po relativně velice krátkou dobu vlastního odtávání.

Do chladicího okruhu dále mohou být mezi kondenzátorem a výpamíkem vestavěny sběrač chladivá, filtrdehydrátor a průhledítko a mezi čtyřcestným ventilem a sáním spirálového kompresoru může být vestavěn odlučovač kapalného chladivá.

Další provedení tohoto technického řešení zahrnuje chladicí okruh, ve kterém je spirálový kompresor svým výtlakem propojen jednak s kondenzátorem a jednak dvěma třícestnými ventily s výstupy dvou výpamíků, kde třícestné ventily současně propojují sání spirálového kompresoru s oběma výpamíky, a kde mezi kondenzátorem a dvěma výpamíky je jednotlivě předřazen každé50 mu z výpamíků příslušný expanzní ventil, kde každý z obou expanzních ventilů má ve svém ob-3CZ 19597 Ul toku vřazen zpětný ventil, přičemž do výtlaku spirálového kompresoru je vřazen škrticí element. Škrticí element je vybrán ze skupiny, zahrnující dýzu nebo kapiláru v kombinaci s uzavíracím ventilem v obtoku, a automatický regulační ventil.

Oběma výpamíkům je předřazen uzavírací ventil. Výhodou je, že při uzavření tohoto ventilu při odtávání je funkční výpamík zásobován chladivém nejenom z výpamíku, který je momentálně ve funkcí kondenzátem, ale i ze sběrače chladivá. V počáteční fázi odtávání dotuje sběrač chladivá potřebné množství chladivá ve funkčním výpamíku.

Vstupy obou výpamíků mohou být propojeny prostřednictvím třetího expanzního ventilu, který eliminuje pokles vypařovacího tlaku chladivá při odtávání.

Do chladicího okruhu rovněž mohou být mezi kondenzátorem a výpamíky vestavěny sběrač chladivá, filtrdehydrátor a průhledítko a mezi třícestnými ventily a sáním kompresoru je vestavěn odlučovač kapalného chladivá. Sběrač chladívá je do chladicího okruhu vestavěn pro zajištěni spolehlivosti funkce systému, eliminuje disproporce v náplni chladivá při různých provozních režimech, Filtrdehydrátor odstraňuje z okruhu nečistoty a zbytky vlhkosti. Průhledítko indikuje množství a suchost chladivá v okruhu. Odlučovač kapalného chladivá zajišťuje, že kompresor při změně režimu nebude nasávat mokré páry.

Výhodou automatického regulačního ventilu je, že nemusí být zcela přesně dimenzován pro daný kompresor, protože je schopen v rámci svých regulačních schopností přizpůsobit se žádanému a nastavenému rozdílu tlaků nebo výtlačnému tlaku automaticky, zatím co Škrticí dýza nebo kapilára musí být přesně dimenzovány a odzkoušeny pro daný kompresor. Pokud ale tepelné čerpadlo pracuje s nízkými teplotami ohřívané látky, například při podlahovém vytápění, nemůže se použít regulační ventil udržující kondenzační tlak na konstantní úrovni, protože provozní kondenzační tlak v režimu vytápění je nižší než potřebný konstantní v režimu odtávání.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude blíže vysvětleno pomocí připojených výkresů a následujícího popisu příkladů jeho provedení. Příklady uspořádání systému pro stabilizaci výtlačného tlaku kompresoru tepelného čerpadla s jedním výpamíkem jsou znázorněny na schématu tepelného čerpadla vzduch-voda s odtáváním reverzací okruhu na obr. 1, 2, 3 a 4, kde na obr. 1 a 3 pracuje chladicí okruh v režimu vytápění a na obr. 2 a 4 v režimu odtávání. Na obr. 5 je znázorněn automatický regulační ventil pro udržování konstantního výtlačného tlaku kompresoru tepelného čerpadla v chladicím okruhu, na obr. 6 automatický regulační ventil pro udržování konstantního rozdílu výtlačného a sacího tlaku kompresoru tepelného čerpadla v chladicím okruhu. Na obr. 7 až 10 jsou znázorněny příklady systému s odtáváním záměnou dvou výpamíků, kde na obr. 7 a 9 pracuje chladicí okruh v režimu vytápění a na obr. 8 a 10 v režimu odtávání.

Příklady provedeni technického řešeni

Okruh tepelného čerpadla vzduch-voda na obr. 1 a 2 se skládá z několika standardních základních komponentů, a to spirálového kompresoru KO. kondenzátoru K, prvního expanzního ventilu EV1 a výpamíku V. Spirálový kompresor KO ie výtlakem propojen přes kondenzátor K s prvním expanzním ventilem EV1 a dále přes výpamík V se svým sáním. Mezi výpamíkem V a spirálovým kompresorem KO a dále mezi spirálovým kompresorem KO a kondenzátorem K je vřazen čtyřcestný ventil CV pro reverzaci funkce chladicího okruhu. Mezi výpamíkem V a kondenzátorem K je dále vřazen druhý expanzní ventil EV2. Každý z obou expanzních ventilů EV1, EV2 má ve svém obtoku vřazen příslušný zpětný ventil ZVI, ZV2. Podstatným prvkem z hlediska tohoto předloženého technického řešení je Škrticí element, který je do chladicího okruhu vřazen do výtlaku spirálového kompresoru KO před čtyřcestným ventilem CV.

Škrticím elementem může být dýza nebo kapilára (obecně přídavná tlaková ztráta TZ), zařazená do obtoku uzavíracího ventilu MV, např. elektromagnetického ventilu, vyobrazená na obr. 1 a 2, případně může být škrticím elementem automatický regulační ventil RV podle obr. 3 a 4.

-4CZ 19597 Ul

Do chladicího okruhu jsou dále z důvodu bezpečnosti a spolehlivosti zařazeny další komponenty, kterými jsou mezi kondenzátorem K a prvním expanzním ventilem EV1 postupně za sebou sběrač chladivá SCH. filtrdehydrátor FD a indikační průhledítko P. Mezi výpamíkem V a sáním kompresoru KO je dále zařazen odlučovač OK kapalného chladivá.

Pro odtávání reverzací chladicího okruhu je důležitý čtyřcestný ventil CV. který zajišťuje vlastní reverzaci, a další prvky, které při reverzací zajišťují průtoky chladivá ve správných směrech. Jsou to druhý expanzní ventil EV2 a dva zpětné ventily ZVI. ZV2.

V režimu „Vytápění“ podle obr. 1 pracuje chladicí okruh tepelného Čerpadla standardním způsobem. Nízkopotenciální teplo je odnímáno vnějšímu vzduchu ve výpamíku V vypařujícím se to chladivém, které je do něj přiváděno v potřebném množství prvním expanzním ventilem EV1. Páry chladivá jsou z výpamíku V nasávány kompresorem KO přes čtyřcestný ventil CV a odlučovač kapaliny OK, ve kterém se odloučí kapalné chladivo, které může být po odtávání strženo z výpamíku V. Odloučené kapalné chladivo je pak postupně z odlučovače OK spolu s parami chladivá odsáváno kompresorem KO. Kompresor KO páry stlačuje a vytlačuje je přes uzavírací ventil

MV v obtoku přídavné tlakové ztráty TZ (kapiláry nebo dýzy) do kondenzátoru K, ve kterém páry při kondenzaci odevzdávají teplo ohřívanému otopnému médiu. Zkondenzované kapalné chladivo odtéká pres druhý zpětný ventil ZV2 do sběrače kapalného chladivá SCH a odtud přes filtrdehydrátor FD a indikační průhledítko P k prvnímu expanznímu ventilu EV1.

V režimu „odtávání“ podle obr. 2 se zamění funkce obou výměníků, výpamíku V a kondenzátoru

K, čtyřcestným ventilem CV. Současně s přeřazením Čtyřcestného ventilu CV se uvádí do funkce přídavná tlaková ztráta TZ, to je škrticí dýza nebo kapilára ve výtlaku kompresoru KO. a to tím, že se uzavírá ventil MV v obtoku. Po přeřazení potrubních cest v chladicím okruhu čtyřcestným ventilem CV dojde skokově ke zvýšení sacího (vypařovacího) tlaku tím, že do funkce výpamíku je uveden kondenzátor K, s vysokou teplotní úrovní nízkopotenciálního tepla. Pokud by nebyla do výtlaku kompresoru KO zařazena Škrticí dýza nebo kapilára, došlo by rovněž skokově k výraznému poklesu výtlačného (kondenzačního) tlaku, protože do funkce kondenzátoru je uveden výpamík, který odvádí produkované teplo na velice nízké teplotní úrovni. Zařazením škrticí dýzy do výtlaku kompresoru KO se sice nezvýší kondenzační tlak, zvýší se ale výtlačný tlak, který rozhoduje o parametrech kompresoru. Výtlačný tlak se stabilizuje na úrovni, která znemožní odlehčování kompresoru. Chladicí okruh pak pracuje za podmínek zvyšujících efekt odtávání. Přívod chladivá do výpamíku K je při odtávání řízen druhým expanzním ventilem EV2. který je v počáteční fázi odtávání zásobován chladivém ze sběrače chladivá SCH a až v další fázi odtávání chladivém zkondenzovaným v kondenzátoru V.

Ukončení „odtávání“, indikované dosažením žádané povrchové teploty výpamíku ve funkci kon35 denzátoru, otevře uzavírací ventil MV v obtoku a s malým časovým zpožděním přeřadí zpět čtyřcestný ventil CV. Časové zpoždění přeřazení čtyřcestného ventilu CV je voleno proto, aby po přeřazení potrubních cest nedošlo ke skokovému navýšení výtlačného tlaku nad přípustnou hodnotu.

Funkce okruhu na obr. 3 při použití automatického regulačního ventilu RV ve výtlaku kompreso40 ru KO je v režimu vytápění shodná jako u okruhu podle obr. 1 s tím, že v režimu vytápění prestavná síla regulační ventil RV naplno otevře. Nakreslené propojení regulačního ventilu RV s výtlakem a sání kompresoru KO se použije jen pro ventil udržující konstantní tlakový rozdíl mezi výtlačným a sacím tlakem. Funkce okruhu na obr. 4 při použití automatického regulačního ventilu RV ve výtlaku kompresoru KO je v režimu odtávání shodná jako u okruhu podle obr. 2 s tím, že v režimu odtávání přestavná síla nastaví regulační ventil RV tak, aby byl dosažen buď žádaný výtlačný tlak, nebo žádaný rozdíl mezi výtlačným a sacím tlakem.

Funkce automatického regulačního ventilu RV pro udržování konstantního výtlačného tlaku je stručně vysvětlena s přihlédnutím k obr. 5. Přestavná síla P, která způsobuje pohyb kuželky regulačního ventilu RV a regulaci výtlačného tlaku, je dána rozdílem dvou sil P = P2 - PÍ, kde síla

PÍ = pv * FM je vyvozena výtlačným tlakem pv působícím na plochu membrány FM a síla P2 je vyvozena nastavitelným přepětím pružiny tohoto ventilu. Pokud tlak pv v režimu odtávání po-5CZ 19597 Ul klesne pod hodnotu, při které P2 < Pl. ventil začne přivírat. Pokud tlak pv v režimu vytápění přestoupí hodnotu, při které Pl > P2, ventil se naplno otevře.

Funkce automatického regulačního ventilu RV pro udržování konstantního rozdílu tlaku výtlačného a sacího je vysvětlena s přihlédnutím k obr. 6. Přestavná síla P, která způsobuje pohyb kuželky regulačního ventilu RV a regulaci výtlačného tlaku, je dána rozdílem dvou sil P = P2 - Pl, kde sila Pl = (py - ps) * FM jc vyvozena rozdílem výtlačního tlaku py a sacího tlakii ps_: působícím na plochu membrány FM, a síla P2 je vyvozena nastavitelným přepětím pružiny. Pokud rozdíl tlaků pv - ps v režimu odtávání poklesne pod hodnotu, při které P2 < Pl, ventil začne přivírat. Pokud rozdíl tlaků py - ps v režimu vytápění přestoupí hodnotu, při které Pl > P2, ventil se naplno otevře.

Okruh tepelného čerpadla vzduch-voda na obr. 7 až 10 se opět skládá z několika standardních základních komponentů, a to spirálového kompresoru KO, kondenzátoru K, dvou výpamíků VI, V2 s příslušnými prvním a druhým expanzním ventilem EV1, EV2. Spirálový kompresor KO je svým výtlakem propojen jednak s kondenzátorem K a jednak dvěma třícestnými ventily CY1, CV2 s výstupy dvou výpamíků VI, V2, kde třícestné ventily CV1, CV2 současně propojují sání spirálového kompresoru KO s oběma výpamíky VI, V2. Mezi kondenzátorem K a dvěma výparníky VI, V2 je jednotlivě předřazen každému z výpamíků VI, V2 příslušný expanzní ventil EV1, EV2. kde každý z obou expanzních ventilů EV1. EV2 má ve svém obtoku vřazen zpětný ventil ZVI. ZV2.

Podstatným prvkem z hlediska tohoto předloženého technického řešení je zde opět škrticí element, který je do chladicího okruhu vřazen do výtlaku spirálového kompresoru KO před dvěma třícestnými ventily CV1, CV2. Škrticím elementem může být přídavná tlaková ztráta TZ. tvořená dýzou nebo kapilárou, zařazená do obtoku uzavíracího ventilu MV. např. elektromagnetického ventilu (viz obr. 7 a 8), případně může být škrticím elementem automatický regulační ventil podle obr. 9 a 10.

Oběma výpamíkům VI. V2 je předřazen uzavírací elektromagnetický ventil MVK. Vstupy výpamíků VI, V2 jsou propojeny prostřednictvím třetího expanzního ventilu EV3, který eliminuje pokles vypařovacího tlaku chladivá při odtávání.

V režimu vytápění (obr. 7) pracuje chladicí okruh tepelného čerpadla standardním způsobem. Nízkopotenciální teplo je odnímáno vnějšímu vzduchu ve dvou výpamících VI a V2 vypařujícím se chladivém, které je do něj přiváděno v potřebném množství expanzními ventily EV1 a EV2. Páry chladivá jsou z výpamíků VI a V2 nasávány kompresorem KO přes dva třícestné ventily CV1 a CV2 a odlučovač kapaliny OK, ve kterém se odloučí kapalné chladivo, které může být po odtávání strženo z výpamíků. Ve funkci třícestných ventilů, které se v současné době nevyrábějí, jsou použity čtyřcestné ventily ve třícestném zapojení. Odloučené kapalné chladivo je pak postupně z odlučovače OK spolu s parami chladivá odsáváno kompresorem KO. Kompresor páry stlačuje a vytlačuje je přes uzavírací ventil MV v obtoku kapiláry nebo dýzy přídavné tlakové ztráty TZ do kondenzátoru K, ve kterém páry při kondenzaci odevzdávají teplo ohřívanému otopnému médiu. Zkondenzované kapalné chladivo odtéká přes uzavírací ventil MVK do sběrače kapalného chladivá SCH a odtud přes filtrdehydrátor FD a indikační průhledítko P k expanzním ventilům EV1 a EV2.

V režimu odtávání (obr. 8) se zamění střídavě funkce jednoho z výpamíků, zde kreslen výpamík V2, za kondenzátor jedním z třícestných ventilů CV2. Současně s přeřazením čtyřcestného ventilu CV2 se uvádí do funkce Škrticí dýza nebo kapilára přídavné tlakové ztráty TZ ve výtlaku kompresoru KO tím, že se uzavírá ventil MV v obtoku. Pokud by nebyla do výtlaku kompresoru zařazena škrticí dýza nebo kapilára, pak po přeřazení potrubních cest v chladicím okruhu třícestným ventilem CV2 by došlo skokově k výraznému poklesu kondenzačního tlaku, protože do fúnkce kondenzátoru je uveden výpamík, který odvádí teplo na velice nízké teplotní úrovni. Zařazením škrticí dýzy do výtlaku se sice nezvýší kondenzační tlak, zvýší se ale výtlačný tlak, který rozhoduje o parametrech kompresoru. Výtlačný tlak se stabilizuje na úrovni, která znemožní odlehěování kompresoru. Chladicí okruh pak pracuje za podmínek zvyšujících efekt odtávání. Přívod chladivá do výpamíků K je při odtávání řízen druhým expanzním ventilem EV2, který je

-6CZ 19597 Ul v počáteční fázi odtávání zásobován chladivém ze sběrače chladivá SCH a až v další fázi odtávání chladivém zkondenzovaným v kondenzátoru V. Zásobování výparníků chladivém ze sběrače chladivá SCH napomáhá uzavření ventilu MVK.

Ukončení „odtávání“, indikované dosažením žádané povrchové teploty výparníků ve funkci kon5 denzátoru V, otevře ventil MV v obtoku a s malým časovým zpožděním přeřadí zpět třícestný ventil CV2. Časové zpoždění přeřazení třícestného ventilu CV2 je voleno proto, aby po přeřazení potrubních cest nedošlo ke skokovému navýšení výtlačného tlaku nad přípustnou hodnotu.

Funkce okruhu na obr. 9 při použití automatického regulačního ventilu EV ve výtlaku kompresoru KO je v režimu vytápění shodná jako u okruhu podle obr. 7 s tím, že v režimu vytápění přelo stavná síla regulační ventil RV naplno otevře. Nakreslené propojení regulačního ventilu RV s výtlakem a sáním kompresoru KO se použije jen pro ventil udržující konstantní tlakový rozdíl mezi výtlačným a sacím tlakem.

Funkce okruhu na obr. 10 při použití regulačního ventilu RV ve výtlaku kompresoru KO je v režimu odtávání shodná jako u okruhu podle obr. 9 s tím, že v režimu odtávání přestavná síla nastaví regulační ventil RV tak, aby byl dosažen buď žádaný výtlačný tlak nebo žádaný rozdíl mezi výtlačným a sacím tlakem.

Použití stabilizačního systému tvořeného vhodným automatickým regulačním ventilem je sice zdánlivě výhodnější, protože regulační ventily pracují zcela samočinně, nevýhodou ale je, že regulace je v činnosti trvale, tedy i za stavů, kde není žádoucí, např. při startu kompresoru.

Technické řešení je využitelné pro intenzifikaci odtávání výparníků tepelných čerpadel typu vzduch-voda se spirálovým kompresorem. Stabilizace výtlačného tlaku spirálového kompresoru tepelného čerpadla znamená, že při odtávání pracuje kompresor efektněji, to je s větším topným výkonem, který zkrátí dobu odtávání a zvýši využití energie vložené do odtávání tím, že zkrácená doba odtávání sníží potřebu tepla pro krytí tepelných ztrát ohřátého výparníků do okolí při odtá25 vání. Zkrácená doba odtávání a lepší využití vložené energie pro odtávání intenzifikuje odtávání.

Claims (9)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení k intenzifikaci odtávání výparníků tepelných čerpadel typu vzduch-voda se spirálovým kompresorem (KO), vyznačující se tím, že zahrnuje chladicí okruh, ve kterém je spirálový kompresor (KO) svým výtlakem propojen přes kondenzátor (K) s prvním expanzním

   30 ventilem (EV1) a dále přes výpamík (V) se sáním spirálového kompresoru (KO), mezi výpamíkem (V) a spirálovým kompresorem (KO) a dále mezi spirálovým kompresorem (KO) a kondenzátorem (K) je vřazen čtyřcestný ventil (CV) pro reveizaci funkce chladicího okruhu, kde mezi výpamíkem (V) a kondenzátorem (K) je dále vřazen druhý expanzní ventil (EV2), a kde každý z obou expanzních ventilů (EV1, EV2) má ve svém obtoku vřazen zpětný ventil (ZVI, ZV2), při35 čemž do výtlaku spirálového kompresoru (KO) před čtyřcestným ventilem (CV) je vřazen škrticí element.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že Škrticí element je vybrán ze skupiny, zahrnující dýzu nebo kapiláru (TZ) v kombinaci s uzavíracím ventilem v obtoku, a automatický regulační ventil.

   40
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že škrticí element je tvořen elektromagnetickým ventilem (MV).
4. 4. Zařízení podle některého z nároků laž3, vyznačující se tím, že do chladicího okruhu jsou mezi kondenzátorem (K) a výpamíkem (V) vestavěny sběrač chladivá (SCH), filtrdehydrátor (FD) a průhledítko (P) a mezi čtyřcestným ventilem (CV) a sáním spirálového kom45 presoru (KO) je vestavěn odlučovač (OK) kapalného chladivá.

   -7CZ 19597 Ul
5. 5. Zařízení k intenzifikací odtávání výpamíků tepelných čerpadel typu vzduch-voda se spirálovým kompresorem (KO), vyznačující se tím, že zahrnuje chladicí okruh, ve kterém je spirálový kompresor (KO) svým výtlakem propojen jednak s kóndenzátorem (K) a jednak dvěma třícestnými ventily (CV1, CV2) s výstupy dvou výpamíků (VI, V2), kde třícestné ventily

   5 (CV1, CV2) současně propojují sání spirálového kompresoru (KO) s oběma výpamíky (VI, V2), a kde mezi kondenzátorem (K) a dvěma výpamíky (VI, V2) je jednotlivě předřazen každému z výpamíků (VI, V2) příslušný expanzní ventil (EV1, EV2), kde každý z obou expanzních ventilů (EV1, EV2) má ve svém obtoku vřazen zpětný ventil (ZVI, ZV2), přičemž do výtlaku spirálového kompresoru (KO) je vřazen Škrticí element.

   ío
6. 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že škrticí element je vybrán ze skupiny zahrnující dýzu nebo kapiláru (TZ) v kombinaci s uzavíracím ventilem v obtoku, a automatický regulační ventil.
7. 7. Zařízení podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že do chladicího okruhu jsou mezi kondenzátorem (K) a výpamíky (VI, V2) vestavěny sběrač chladivá (SCH), filtrdehyd15 rátor (FD) a průhledítko (P) a mezi třícestnými ventily (CV1, CV2) a sáním kompresoru (KO) je vestavěn odlučovač (OK) kapalného chladivá.
8. 8. Zařízení podle některého z nároků 5až7, vyznačující se tím, že oběma výparníkům (VI, V2) je předřazen uzavírací ventil (MVK).
9. 9. Zařízení podle některého z nároků 5až8, vyznačující se tím, že vstupy výpar20 níků (V 1, V2) jsou propojeny prostřednictvím třetího expanzního ventilu (EV3).