CZ302759B6

CZ302759B6 - Tepelné cerpadlo s odtáváním

Info

Publication number: CZ302759B6
Application number: CZ20060308A
Authority: CZ
Inventors: Klazar@Ludek
Original assignee: Klazar@Ludek
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2011-10-26
Also published as: CZ2006308A3

Abstract

Tepelné cerpadlo s odtáváním, v jehož okruhu je kompresor (3), na jehož výtlacné strane jsou ve spolecném potrubí (8) kondenzátor (4) a sberac (6) kapalného chladiva, kde tepelné cerpadlo dále zahrnuje alespon dva výparníky (11, 21) a dále zahrnuje ovládací prvky s príslušenstvím. Výstupy výparníku (11, 21) jsou pres jim odpovídající alespon dva trícestné ventily (15, 25) pripojeny bud k sací nebo výtlacné strane kompresoru (3), pricemž vstupy výparníku (11, 21) jsou propojeny vyrovnávacím potrubím (102), ve kterém je usporádán vyrovnávací expanzní ventil (101). Vyrovnávací expanzní ventil (101) muže být tvoren neregulovaným obousmerným expanzním ventilem. Ve spolecném potrubí (8) na výtlacné strane kompresoru (3) rovnež muže být mezi kondenzátorem (4) a sberacem (6) kapalného chladiva usporádán uzavírací ventil (5).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká tepelného čerpadla s odtá váním, v jehož okruhu je kompresor, na jehož výtlačné straně jsou ve společném potrubí kondenzátor a sběrač kapalného chladivá, kde tepelné čerpadlo dále zahrnuje alespoň dva výpamíky a dále zahrnuje ovládací prvky s příslušenstvím.

Dosavadní stav techniky

Dosud známá tepelná čerpadla typu vzduch / voda se používají k ohřevu topné a užitkové vody. V běžných podmínkách venkovních teplot dosahují topného faktoru 3 až 5, to znamená, že na 1 kW elektrické energie se získá 3 až 5 kW tepla. Nevýhodou tepelných čerpadel je namrzání teplosměnné plochy výpamíku při venkovních teplotách vzduchu nižších než + 5 °C, ke kterému dochází při odebírání nízkopotenciálního tepla ze vzduchu, který je zároveň odvlhčován. Při vyšších teplotách vlhkost kondenzuje a odtéká jako kondenzát do odpadu. Tento problém je řešen jednak odtáváním cirkulací vzduchu přes výpamík, ovšem tento způsob nelze použít pri teplotách nižších než přibližně + 1 °C. Teplo pro odtávání se pak dodává pomocí elektrických topných těles zvnějšku výpamíku, což je krajně energeticky náročné, případně zevnitř oteplenými parami chladivá pomocí reverzace okruhu tepelného čerpadla.

Přestože se tepelná čerpadla s možností reverzace okruhu ukazují jako jediné ekonomické a ekologické řešení do budoucna, mají dosud známá řešení významné nevýhody. Zásadní nevýhodou je doba, potřebná k odtáni námrazy na výpamíku. Protože se doba odtávání zvyšuje s poklesem teploty okolního vzduchu, tepelné ztráty způsobené odtáváním narůstají právě v období potřeby zvýšeného výkonu tepelného čerpadla.

Dále je známé řešení odtávání reverzací funkce celého okruhu tepelného čerpadla. Zde je pro odtávání použito kromě tepla obsaženého ve zkomprimovaných parách i teplo kondenzační, proto je odtávání časově velmi efektivní. Zásadní nevýhodou je však skutečnost, že potřebné teplo pro odtávání je hrazeno nejenom elektrickou energií pro pohon kompresoru, ale i odběrem tepla z topného média. Protože topným médiem je vesměs voda, je zde kromě energetické nevýhody spojené s ochlazováním topného média ještě nebezpečí zamrznutí vody ve výměníku. To je řešeno komplikovanou řídicí soustavou tepelného čerpadla.

Je známé i řešení, kde je tento problém částečně vyřešen tak, že jsou namísto jednoho velkého výpamíku, potřebného pro větší výkony, použity dva menší výpamíky. Každý výpamík je odtáván samostatně, se stejnou četností jako jediný velký výpamík, to znamená, že četnost odtávání se zvyšuje na dvojnásobek. Přesto je celková doba odtávání dvou výpamíků menší než doba odtávání jediného velkého výpamíku, přičemž se snižováním teploty vzduchu se tento časový rozdíl zvětšuje. Nevýhodou tohoto řešení je, že na sací straně kompresoru jsou zařazeny zpětné ventily, které zvyšují tlakovou ztrátu, čímž dochází ke snížení vypařovací teploty a to způsobuje snížení topného výkonu a zhoršení topného faktoru tepelného čerpadla.

Společnou nevýhodou všech řešení s odtáváním výpamíků reverzací okruhu je značné dynamické namáhání výpamíků vlivem teplotních a tlakových změn a uspořádáním regulačních členů na sací straně kompresoru, Výpamíky se tak stávají v podstatě nejslabším článkem tepelného čerpadla. Nevýhodou společnou všem popsaným řešením odtávání je stále vysoká celková energetická náročnost, snižující funkční efekt tepelného čerpadla.

Je známé i řešení, kde změnou a přenesením příslušenství umožňujícího odtávání výpamíku na výtlačnou stranu kompresoru dochází k odstranění tlakových ztrát na sací straně kompresoru u každého tepelného čerpadla s alespoň dvěma výpamíky, jejich celkový počet není omezen.

-1 CZ 302759 B6

Nevýhodou je snížení sacího tlaku kompresoru, protože záměnou funkce odtávaného výparníku se sníží množství odpařeného chladivá. Tím dochází i ke změně výtlačného tlaku kompresoru a k poklesu kondenzační teploty. Této změně odpovídá změna kondenzačního i vypařovacího tlaku, což vede ke snížení tlakového rozdílu mezi pracovní a odtávanou stranou tepelného čerpadla. Snížením tlakového rozdílu pak dochází ke snížení průtoku chladivá a snížení výkonu.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je tepelné čerpadlo s odtáváním, v jehož okruhu je kompresor, na jehož výtlačné straně jsou ve společném potrubí kondenzátor a sběrač kapalného chladivá, kde tepelné čerpadlo dále zahrnuje alespoň dva výparníky a dále zahrnuje ovládací prvky s příslušenstvím. Podstata vynálezu spočívá vtom, že výstupy výpamíků jsou přes jim odpovídající alespoň dva třícestné ventily připojeny buď k sací nebo výtlačné straně kompresoru, přičemž vstupy výparníkůjsou propojeny vyrovnávacím potrubím, ve kterém je uspořádán vyrovnávací expanzní ventil. Vyrovnávací expanzní ventil může být tvořen neregulovaným obousměrným expanzním ventilem.

Ve společném potrubí na výtlačné straně kompresoru může být mezi kondenzátorem a sběračem kapalného chladivá uspořádán uzavírací ventil.

Výhodou řešení podle vynálezu je nejenom odstranění tlakových ztrát na sací straně kompresoru změnou a přenesením příslušenství umožňujícího odtávání výparníku na výtlačnou stranu kompresoru, ale zejména rovnovážná a podstatně vyšší vypařovací teplota, se kterou okruh tepelného čerpadla při odtávání pracuje. Dosahuje se vyššího topného výkonu, které vede i k vyšší kondenzační teplotě. Účinek tepelného čerpadla se tedy výrazně zvyšuje.

Přehled obrázků na výkresech

Na připojených výkresech jsou zobrazeny příklady provedení vynálezu, kde na obr. 1 je schematicky znázorněné tepelné čerpadlo se dvěma výparníky v provozním režimu a na obr. 2 je toto tepelné čerpadlo podle obr. 1 znázorněno při odtávání jednoho z výpamíků.

Příklady provedení vynálezu

Tepelné čerpadlo obsahuje první větev i s prvním výparníkem 11, jehož vstupuje předřazen první expanzní ventil j_2, opatřený prvním obtokem 13 se zpětným ventilem 14. Na výstupu z prvního výparníku H je v první větvi 1 zařazen první třícestný ventil 15. Obdobně je uspořádaná druhá větev 2 tepelného čerpadla s druhým výparníkem 21, jemuž je předřazen druhý expanzní ventil 22, opatřený druhým obtokem 23, obsahujícím druhý zpětný ventil 24. Na výstupu z druhého výparníku 2]_ je v druhé větvi 2 zařazen druhý třícestný ventil 25. Vstupy obou výpamíků 11, 21 jsou propojeny vyrovnávacím potrubím 102, ve kterém je uspořádán vyrovnávací expanzní ventil 101.

První třícestný ventil J_5 i druhý třícestný ventil 25 jsou spojeny se sací stranou kompresoru 3, jemuž je ještě předřazen odlučovač 7 kapaliny. Výtlačná strana kompresoru 3 je spojena se společným potrubím 8, kde je uspořádán kondenzátor 4, uzavírací ventil 5, sběrač 6 kapalného chladivá, patrona 9, ve které je filtrační zařízení, a průhledítko 10. Výtlačná strana kompresoru 3 je dále spojena s prvním třícestným ventilem 15 i s druhým třícestným ventilem 25.

Funkce tepelného čerpadla a jeho popsaných částí je standardní. Tepelné čerpadlo v provozním režimu podle obr. 1 odebírá svůj první výparník 11 a druhý výparník 21 nízkopotenciáíní teplo z okolní atmosféry pomocí ventilátorů. Vzduch, který prochází prvním výparníkem 11 a druhým .

výparníkem 21, se ochlazuje a současně odvlhčuje a přitom kondenzát vlhkosti při nulových a podnulových teplotách namrzá na teplosměnných plochách. Vyrovnávacím potrubím 102 neprotéká žádné chladivo, tlak je v obou výpamících 11,21 shodný.

Podle obr. 2 je odtáván druhý výpamík 21 tak, kompresor 3 vhání páry přes druhý třícestný ventil 25, který je přepnut do reverzační polohy, přímo do výstupu druhého výpamíku 21, dále druhým obtokem 23 a druhým zpětným ventilem 24 k prvnímu expanznímu ventilu 12 prvního výpamíku 11, jehož výstup je normálně spojen se sací stranou kompresoru 3. Po startu odtávání tlak v pracovním prvním výpamíku 11 poklesne, v odtávaném druhém výpamíku 21 se zvýší. Tím se na vyrovnávacím expanzním ventilu 101 ustaví rozdíl tlaků, který způsobí proudění chladivá z odtávaného druhého výpamíku 21, plnícího funkci kondenzátorú 4, do pracovního prvního výpamíku H. Přiváděným chladivém se eliminují disproporce popsané u dosavadních známých řešení. Sací tlak se tedy ustaví na hodnotě, odpovídající rovnovážnému stavu a tím je k dispozici okamžitě maximální topný výkon, využitelný pro odtávání. Podstatou vynálezu je, že výstupy výparníků 11, 21 jsou přes jim odpovídající alespoň dva třícestné ventily 15, 25 připojeny buď k sací nebo výtlačné straně kompresoru 3, přičemž vstupy výparníků 11, 21 jsou propojeny vyrovnávacím potrubím 102, ve kterém je uspořádán vyrovnávací expanzní ventil 101.

Vyrovnávací expanzní ventil 101 je obousměrný a v tomto konkrétním popisovaném příkladu provedení vynálezu je regulovaný. Při odtávání přivede do pracovního prvního výparníků 11 základní množství chladivá, přičemž regulovaný prvek, kterým je první expanzní ventil 12, přivede zbývající potřebné množství chladivá podle aktuálních pracovních podmínek. Okruh tepelného čerpadla pracuje tedy po celou dobu odtávání s rovnovážnou a podstatně vyšší odpařovací teplotou a tím také s vyšším topným výkonem, který vede k vyšší kondenzační teplotě. Druhý výpamík 21 je odtáván opačným propojením kompresoru 3, první větve 1 a druhé větve 2. Totéž platí i pro ne vy značený třetí nebo další výpamík, kterých může být v rozsahu tohoto vynálezu libovolný počet.

Průmyslová využitelnost

Tepelné čerpadlo podle tohoto vynálezu je využitelné všude tam, kde se dosud používala odpovídající tepelná čerpadla, zejména při vytápění budov a ohřevu užitkové vody.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Tepelné čerpadlo s odtáván ím, v jehož okruhu je kompresor (3), na jehož výtlačné straně jsou ve společném potrubí (8) kondenzátor (4) a sběrač (6) kapalného chladivá, kde tepelné čerpadlo dále zahrnuje alespoň dva výpamíky (11, 21) a dále zahrnuje ovládací prvky s příslušenstvím, vyznačující se tím, že výstupy výparníků (11, 21) jsou přes jim odpovídající alespoň dva třícestné ventily (15, 25) připojeny buď k sací nebo k výtlačné straně kompresoru (3), přičemž vstupy výparníků (11, 21) jsou propojeny vyrovnávacím potrubím (102), ve kterém je uspořádán vyrovnávací expanzní ventil (101).

2. Tepelné čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyrovnávací expanzní ventil (101) je tvořen neregulovaným obousměrným expanzním ventilem.

3. Tepelné čerpadlo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že ve společném potrubí (8) na výtlačné straně kompresoru (3) je mezi kondenzátorem (4) a sběračem (6) kapalného chladívá uspořádán uzavírací ventil (5).