CZ20002299A3 - Hybridní tepelné čerpadlo - Google Patents

Abstract

Hybridní tepelné čerpadlo, jehož podstata spočívá v tom, že první okruh (2) výpamíku (21) je spojen se zdrojem (3) tepla a druhý okruh (4) kondenzátoru (41)je spojen s odběrním místem (5), přičemž první okruh (2) a druhý okruh (4)jsou propojitelně spojeny s třetím okruhem (6), výměníku (61) přírodního a/nebo odpadního nízkopotenciálního tepla.

Description

Vynález se týká hybridního tepelného čerpadla, které obsahuje kompresor, kondenzátor, sběrač chladivá, odlučovač kapaliny, výparník, ovládací prvky a příslušenství.

Dosavadní stav techniky

Dosud známá tepelná čerpadla pro vytápění objektů nebo ohřev užitkové vody potřebují pro svůj provoz vhodný zdroj nízkopotenciálního tepla. Obvykle je takovým zdrojem přírodní teplo, obsažené ve vzduchu, zemi, nebo v podzemní či povrchové vodě. Výhodou je, že přírodní teplo je obnovitelným a ekologickým energetickým zdrojem.

Nevýhodou tohoto stavu je ovšem skutečnost, že se současně v řadě míst maří odpadní teplo z různých technologických pochodů. Teplotní úroveň takového odpadního tepla je vesměs podstatně vyšší, než tepla přírodního, takže jeho využití by bylo energeticky velmi výhodné.

Je známé použití tepelných čerpadel tam, kde se díky prostorové návaznosti zdroje a odběrního místa využívá odpadní teplo. Protože však existuje velmi malá, resp. žádná časová souslednost mezi potřebami produkce odpadního tepla, tj. chlazení • · technologického procesu a potřebami vytápěni nebo ohřevu užitkové vody, musí být stejně instalováno jak zařízení pro maření odpadního tepla, tak paralelní zdroj pro vytápění. Celkové pořizovací náklady takového řešení jsou potom neúměrně vysoké.

Nevýhodou dosud známých konstrukcí a zapojení tepelného čerpadla je tedy nemožnost řešení problému jak krátkodobé, tj. denní časové souslednosti, tak dlouhodobé, tj. sezónní.

Cílem vynálezu je vyřešení výše uvedeného problému, čili zajištění všech třech základních funkcí tepelného čerpadla, tj. chlazení technologického procesu a vytápění současně, dále jen chlazení a konečně jen vytápění.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje tepelné čerpadlo podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že první okruh výparníku je spojen se zdrojem tepla a druhý okruh kondenzátoru je spojen s odběrním místem, přičemž oba okruhy jsou propojitelně spojeny s třetím okruhem, externího výměníku přírodního, a/nebo odpadního nízkopotenciálního tepla. Všechny tři okruhy mohou být spojeny se čtyřcestným ventilem, v jehož spojení se sací stranou kompresoru je zařazen odlučovač kapaliny.

Ve společném přívodu kapaliny je k výparníku přiřazen první magnetický ventil a první expanzní ventil, přičemž k výměníku je přiřazen druhý magnetický ventil a druhý expanzní ventil. V přívodu kapaliny může být za sběračem kapalného chladivá zařazena patrona s filtračním a/nebo vysoušecím zařízením.

Kromě toho, může být první okruh obousměrně propojen s odběrním místem.

Výhodou tepelného čerpadla podle vynálezu je nejen zajištění všech tří základních funkcí, tj. chlazení a vytápění současně, nebo jen chlazení či jen vytápění, ale také splnění požadavků na ostatní provozní funkce, bez přídavných prvků nebo zapojení. Jedná se zejména o ohřátí tepelného čerpadla na provozní teplotu v případě, že není třeba teplo pro vytápění a navíc není v provozu ani přiřazený technologický pochod.

Další výhodou zapojení je možnost napojení výparníku nebo kondenzátoru na vysokotlakou stranu chladivového okruhu v případě, že jeden z nich není v provozu a mohlo by dojít k jeho zamrznutí. Dále je možné okruh zdroje tepla doplnit samostatnou akumulační nádržkou pro dostatečnou akumulaci tepla při víkendových odstávkách zdroje, tj. technologického zařízení.

Další výhodou je možnost využít tepelné čerpadlo k další funkci, například ke klimatizaci přiřazeného objektu, tedy odběrního místa. Stejně tak umožňuje tepelné čerpadlo přečerpávání tepla v rámci objektu, který je rozdělen do zón podle mikroklimatu.

Objasnění obrázku na výkrese

Vynález je blíže objasněn na připojeném obrázku, kde je schematicky znázorněno hybridní tepelné čerpadlo v klidovém stavu.

* ·

Příklad provedení vynálezu

Hybridní tepelné čerpadlo 1_ obsahuje kompresor 11, s předřazeným odlučovačem kapaliny 12 a čtyřcestný ventil 13, se kterým je spojen první okruh 2, druhý okruh 4 a třetí okruh 6.

První okruh 2 výparníku 21 je spojen s vnějším zdrojem 3 tepla a je v něm zařazeno první cirkulační čerpadlo 31 a první ovládací ventil 32. v přívodu 26 kapaliny je zařazena patrona 28 s filtračním/vysoušecím zařízením, indikační průhledítko 27, a před výparníkem 21 je první expanzní ventil 22 a první magnetický ventil 23. V odvodu 26 kapaliny je zařazen první zpětný ventil 25.

Druhý okruh 4_ kondenzátoru 41 je spojen s vnějším odběrným místem 5 a je v něm zařazeno druhé cirkulační čerpadlo 51 a druhý ovládací ventil 52. Kondenzátor 41 je spojen se čtyřcestným ventilem 13 přes třetí magnetický ventil 42 a se sběračem chladivá 44 je spojen přes čtvrtý magnetický ventil 43.

Třetí okruh 6 výměníku 61 s ventilátorem 62 je spojen se čtyřcestným ventilem 13. V přívodu 26 kapaliny je výměníku 61 předřazen druhý expanzní ventil 63 a druhý magnetický ventil 64. v odvodu 24 kapaliny je zařazen druhý zpětný ventil 65♦

Funkce popsaných částí hybridního tepelného čerpadla je standardní. Tepelné čerpadlo 1 má ovšem tři základní pracovní režimy, doplněné o další dva samostatné režimy, které se střídají v závislosti na hodnotách dvou řízených veličin. Těmi jsou jednak teplota chladícího média a dále teplota topného média, protože tepelné čerpadlo JL zajišťuje na rozdíl od dosavadních řešení současně dvě na sobě nezávislé funkce, tj. chlazení přiřazeného technologického pochodu a vytápění přiřazeného objektu.

V prvním základním pracovním režimu, kdy je zdroj 3 tepla, tj. odpadního nízkopotenciálního tepla z chlazení technologického procesu v provozu a odběrné místo 5, má potřebu odběru tepla pro vytápění a/nebo pro ohřev užitkové vody pro přiřazený objekt, pracuje tepelné čerpadlo 1^ v klasickém režimu. Výparník 21 typu voda/voda předává získané teplo přes kompresor 11 kondenzátoru 41 typu voda/voda, který jej předává odběrnému místu 5.

V druhém základním pracovním režimu, kdy je stále zapotřebí teplo pro vytápění, ale zdroj 3 tepla není není například v sobotu a neděli v provozu, odebírá tepelné Čerpadlo 1^ přírodní nízkopotenciální teplo, prostřednictvím výměníku 61 typu vzduch/voda z třetího okruhu 6.

V třetím základním pracovním režimu, kdy není potřeba produkce tepla, ale naopak je nutné chladit přiřazený technologický proces, tepelné čerpadlo 1^ reverzuje a pracuje ve funkci chladícího zařízení, kdy je odpadní teplo ze zdroje 5 tepla mařeno chlazením, přičemž první okruh 2 je spojen s třetím okruhem 6 a teplo je odváděno přes výměník 61 typu voda/vzduch do okolního prostředí.

Ve čtvrtém samostatném režimu pracuje tepelné čerpadlo 1^ sice ve svém základním režimu, ale přírodní nízkopotenciální teplo získané třetím okruhem 6 je využito pro ohřev nebo tepelnou stabilizaci zdroje 5 tepla v prvním okruhu 2.

• 4 • ♦ *·

V pátém samostatném režimu, kdy je technologický proces mimo provoz a je letní období, lze tepelné čerpadlo JL využít pro chlazení odběrního místa 5, čili klimatizaci přiřazeného objektu. Nízkopotenciální teplo je z odběrního místa 5 předáváno vnějším propojením přímo prvnímu okruhu 2, prostřednictvím prvního ovládacího ventilu 32, druhého ovládacího ventilu 52 a prvního cirkulačního čerpadla 31 výparníku 21, který je spojen s třetím okruhem (5 jako v případě chlazení technologického procesu.

V zapojení tepelného čerpadla 1 v režimu vzduch/voda, jak je popsáno v druhém základním pracovním a ve čtvrtém samostatném pracovním režimu, je umožněno jednak vytápění odběrného místa 5, nebo odtávání.

V rámci vynálezu je možné doplnit zapojení prvního okruhu 2 o akumulační nádržku, která zajistí dostatečnou tepelnou akumulaci pro odtávání v nejdelší možné odstávce přiřazeného technologického zařízení, čili zdroje 3 tepla. Dále je možné jako odpadní teplo využít například teplo z odpadních vod, zdrojem přírodního tepla získávaného v třetím okruhu 3 může být místo vzduchu studniční voda, solární zařízení apod., případně kombinace těchto zdrojů.

Průmyslová využitelnost

Hybridní tepelné čerpadlo pro efektivní vytápění budov a/nebo ohřev užitkové vody podle vynálezu lze uplatnit všude tam, kde je k dispozici zdroj odpadního tepla z technologických procesů, které se dosud mařilo v chladících věžích, nebo jinak.

Claims (7)

1. Hybridní tepelné čerpadlo, které obsahuje kompresor, kondenzátor, sběrač chladivá, odlučovač kapaliny, výparník, ovládací prvky a příslušenství, vyznačené tím, že první okruh (2) výparníku (21) je spojen se zdrojem (3) tepla a druhý okruh (4) kondenzátoru (41) je spojen s odběrním místem (5), přičemž první okruh (2) a druhý okruh (4) jsou propojitelně spojeny s třetím okruhem (6), výměníku (61) přírodního, a/nebo odpadního nízkopotenciálního tepla.

2. Hybridní tepelné čerpadlo podle bodu 1, vyznačené tím, že první okruh (2), druhý okruh (4) a třetí okruh (6) jsou spojeny se čtyřcestným ventilem (13), v jehož spojení se sací stranou kompresoru (11) je zařazen odlučovač (12) kapaliny.

3. Hybridní tepelné čerpadlo podle bodu 1 a 2, vyznačené tím, že ve společném přívodu (26) kapaliny je k výparníku (21) přiřazen první magnetický ventil (23) a první expanzní ventil (22), přičemž k výměníku (61) je přiřazen druhý magnetický ventil (64) a druhý expanzní ventil (63).

4. Tepelné čerpadlo podle bodu 3, vyznačené tím, že v přívodu (26) kapaliny je za sběračem (44) kapalného chladivá zařazena patrona (28) s filtračním a/nebo vysoušecím zařízením.

5. Hybridní teplené čerpadlo podle bodu 1, 3 a 4, vyznačené tím, že v odvodu (24) kapaliny spojeným se sběračem (44) kapalného chladivá, je za výparníkem (21) zařazen první zpětný ventil (25) a za výměníkem (61) je zařazen druhý zpětný ventil (65).

9*

9 9 9

9 9 9

6. Hybridní tepelné čerpadlo podle bodu 1, 2 a 5, vyznačené tím, že kondenzátor (41) druhého okruhu (4) je přes přes třetí magnetický ventil (42) spojen se čtyřcestným ventilem (13) a přes čtvrtý magnetický ventil (43) je spojen s odvodem (24) kapaliny.

7. Hybridní tepelné čerpadlo podle bodu 1, vyznačené tím, že první okruh (2) je obousměrně propojen s odběrním místem (5).