CZ306309B6 - Method of increasing performance factor and output of heat pumps - Google Patents

Method of increasing performance factor and output of heat pumps Download PDF

Info

Publication number
CZ306309B6
CZ306309B6 CZ2015-660A CZ2015660A CZ306309B6 CZ 306309 B6 CZ306309 B6 CZ 306309B6 CZ 2015660 A CZ2015660 A CZ 2015660A CZ 306309 B6 CZ306309 B6 CZ 306309B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
refrigerant
compressor
heat
coolant
expansion device
Prior art date
Application number
CZ2015-660A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ2015660A3 (en
Inventor
Jaroslav Kolář
Original Assignee
Jaroslav Kolář
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 Jaroslav Kolář filed Critical Jaroslav Kolář
Priority to CZ2015-660A priority Critical patent/CZ2015660A3/en
Priority to EP16757339.3A priority patent/EP3353477A1/en
Publication of CZ306309B6 publication Critical patent/CZ306309B6/en
Publication of CZ2015660A3 publication Critical patent/CZ2015660A3/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
    • F25B40/00Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • 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
    • F25B2400/13Economisers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

A coolant (1) aerosol, supercooled to the level lower than that of the coolant evaporating temperature in front of the evaporator (2) is sucked in a compressor (3) housing (3.1). The coolant (1) supercooling and generation of aerosol is solved by the bypass (6) of the evaporator (2), which provides injection of a needful amount of the liquid coolant into gas after the evaporator. In the compressor (3) housing (3.1), the liquid coolant (1) evaporates; gas is preheated, sucked in by the compressor, pressed and heated. At the same time, the coolant (1) evaporating temperature in front of the evaporator (2) increases. This makes possible suction of a grater weight amount of the coolant (1) by the compressor (3) and by a slight increase of the compressor electric power demand a substantial increase of a performance factor and output of a heat pump. The invented method can be used for all designs of the heat pumps using a hermetically closed compressor with electric motor.

Description

Způsob zvýšení topného faktoru a výkonu tepelných čerpadelMethod of increasing the heating factor and output of heat pumps

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká způsobu zvýšení topného faktoru a výkonu, konkrétně se jedná o získávání využitelné tepelné energie - tepla o teplotě až 50 °C a více, pro topení a ohřev vody z nízkopotencionálních zdrojů tepla o teplotě až - 20 °C a méně za pomoci tepelných čerpadel.The invention relates to a method of increasing the heating factor and output, in particular to obtain usable thermal energy - heat of up to 50 ° C and more, for heating and hot water from low-potential heat sources of up to -20 ° C and less by means of heat pumps.

Dosavadní stav technikyPrior art

Základní prvky tepelného čerpadla jsou: okruh chladivá, do něhož je zapojen: výpamík, kompresor, kondenzátor, expanzní zařízení.The basic elements of a heat pump are: refrigerant circuit, to which it is connected: exhaust, compressor, condenser, expansion device.

Tepelné čerpadlo musí, nebo může být vybaveno dalšími komponenty, které umožňují zlepšení činnosti tepelného čerpadla, a jehož použitím dochází k různým modifikacím.The heat pump must or may be equipped with other components that make it possible to improve the operation of the heat pump, and the use of which makes various modifications.

Základní funkce tepelného čerpadla spočívá v tom, že do výparníku tepelného čerpadla je pod velkým tlakem vstřikované expanzním zařízením tekuté chladivo, čímž se prudce snižuje jeho teplota a tlak. Zde je absorbováno teplo z okolí (ze země, vzduchu, vody) jako výsledek rozdílu vypařovací teploty chladivá např. -10 °C a okolního zdroje tepla např. - 2 °C. Vstřiknuté kapalné chladivo se ve výparníku mění na plyn a oproti vypařovací teplotě na začátku výparníku se přehřívá o 3 až 5 °C a více na konci výparníku. To znamená, že přehřáté plynné chladivo má na konci výparníku, při teplotách uvedených jako příklad, teplotu - 7 až -5 °C. Plynné chladivo je stlačeno v kompresoru. Zvýšení tlaku má za následek nárůst teploty. K navýšení teploty plynu chladivá přispívá také teplo vzniklé třením pohyblivých částí kompresoru, v případě hermeticky uzavřeného kompresoru také teplo vzniklé prací elektromotoru.The basic function of the heat pump is that liquid refrigerant is injected into the heat pump evaporator under high pressure by an expansion device, which sharply reduces its temperature and pressure. Here, heat is absorbed from the surroundings (from the ground, air, water) as a result of the difference between the evaporating temperature of the refrigerant, eg -10 ° C, and the surrounding heat source, eg -2 ° C. The injected liquid refrigerant is converted to gas in the evaporator and, compared to the evaporating temperature at the beginning of the evaporator, it is superheated by 3 to 5 ° C and more at the end of the evaporator. This means that the superheated refrigerant gas has a temperature of -7 to -5 ° C at the end of the evaporator, at the temperatures given as an example. The refrigerant gas is compressed in the compressor. An increase in pressure results in an increase in temperature. The heat generated by the friction of the moving parts of the compressor also contributes to the increase in the temperature of the refrigerant gas, in the case of a hermetically sealed compressor also the heat generated by the washing of the electric motor.

V kondenzátoru je takto získaná tepelná energie předána topnému médiu (voda, vzduch). Plynné chladivo při tomto procesu zkapalňuje a je tak připraveno ke vstřiknutí do výparníku. Cyklus je tím uzavřen a běží stále dokola.In the condenser, the thermal energy thus obtained is transferred to the heating medium (water, air). The gaseous refrigerant liquefies during this process and is thus ready to be injected into the evaporator. The cycle is thus closed and runs continuously.

Ke svému provozu potřebuje tepelné čerpalo určité množství energie, obvykle elektrické. Jsou i jiné pohony kompresoru, na příklad spalovacím motorem nebo existuje tepelné čerpadlo absorpční poháněné plynem. Tato tepelné čerpadlo nejsou předmětem vynálezu.To operate, a heat pump needs a certain amount of energy, usually electric. There are other compressor drives, for example an internal combustion engine or there is a gas-driven absorption heat pump. These heat pumps are not the subject of the invention.

Odebraná energie z přírody bývá obvykle 1,5 až 4x vyšší než spotřeba energie pro pohon kompresoru tepelného čerpadla. Měřítkem energetické výkonnosti tepelného čerpadla je proto poměr výstupní energie a energie pro pohon. Poměr se nazývá topný faktor (COP). Je to bezrozměrové číslo a jeho velikost se pohybuje podle podmínek běžně v mezích 2,5 případně méně, vždy však více jak 1 až 5 a více.The energy taken from nature is usually 1.5 to 4 times higher than the energy consumption to drive the heat pump compressor. The measure of the energy performance of a heat pump is therefore the ratio of output energy and energy for the drive. The ratio is called the heating factor (COP). It is a dimensionless number and its size varies according to the conditions usually in the range of 2.5 or less, but always more than 1 to 5 and more.

Princip tepelného čerpadla je znám více jak 150 roků (Kelvin 1852) s tím, že první tepelné čerpadlo bylo postaveno v r. 1932. Popis a funkce je uveden v každé literatuře, pojednávající o tepelných čerpadlech.The principle of the heat pump has been known for more than 150 years (Kelvin 1852), with the first heat pump being built in 1932. A description and function are given in every literature dealing with heat pumps.

Pro pochopení technického řešení uvádím následující známé poznatky, které byly pro technické řešení použity.To understand the technical solution, I present the following known findings that were used for the technical solution.

Při použití nezatopeného nebo suchého výparníku (používané pro tepelné čerpadlo), do kterého je přítok kapalného chladivá řízen termostatickým expanzním ventilem (TEV), proudí do sacího potrubí kompresoru přehřátá pára chladivá, jejíž přehřátí se v průběhu sání ještě zvýší tepelnými ztrátami sacího potrubí a zejména v případě použití dodatkového výparníku s vnitřní výměnou tepla. V důsledku přehřátí páry chladivá nasaje kompresor menší hmotnostní množství chladivá,When using an non-flooded or dry evaporator (used for a heat pump), into which the inflow of liquid refrigerant is controlled by a thermostatic expansion valve (TEV), superheated refrigerant vapor flows into the compressor suction line, which overheats increases in case of using an additional evaporator with internal heat exchange. Due to the overheating of the refrigerant steam, the compressor sucks in a smaller amount of refrigerant by weight,

- 1 .- 1.

čímž se snižuje jeho výkon a po kompresi dochází ke značnému zvýšení teploty plynu. Tyto nežádoucí jevy je nutné regulačními zásahy udržovat v potřebných mezích. Nasávané páry je možné ochlazovat přímým vstřikem odpovídajícího množství kapalného chladivá do sacího potrubí kompresoru. Užívá se termostatický expanzní ventil, který v souladu s teplotou přehřátých nasávaných par vstřikuje kapalné chladivo ze sběrače kapalného chiadiva. Lit. (1)thereby reducing its performance and significantly increasing the gas temperature after compression. These side effects must be kept within the required limits by regulatory interventions. The intake vapors can be cooled by direct injection of an appropriate amount of liquid refrigerant into the compressor suction line. A thermostatic expansion valve is used, which in accordance with the temperature of the superheated suction vapors injects liquid refrigerant from the liquid coolant collector. Pour. (1)

Firma Copeland používá ve svých kompresorech scroll typové řady ZF nástřik kapalného chladivá do prostoru mezi rotory kompresoru. Jako vstřikovací orgán je použita kapilára, nebo speciemi vstřikovací ventil DTC, který je řízen teplotou par chladivá ve výtlaku za kompresorem. Kapalné chladivo je vstřikováno ze sběrače chiadiva. Lit. (4)Copeland uses in its ZF series scroll compressors the injection of liquid refrigerant into the space between the compressor rotors. A capillary or special injection valve DTC is used as the injection element, which is controlled by the temperature of the refrigerant vapor in the discharge behind the compressor. Liquid refrigerant is injected from the coolant collector. Pour. (4)

Plynné chladivo je možné přehřívat před vstupem do kompresoru až v kompresorovém prostoru hermeticky uzavřeného kompresoru. Lit. (2)The gaseous refrigerant can be superheated before entering the compressor only in the compressor space of the hermetically sealed compressor. Pour. (2)

Je nutné, aby kompresor nasával jen plyn bez kapek chladivá. Jinak hrozí zničení kompresoru kapalinovým rázem.It is necessary for the compressor to suck only gas without refrigerant drops. Otherwise, the compressor may be destroyed by a liquid shock.

Avšak v návaznosti na informace výrobců kompresorů není třeba obávat se nasátí kapek v plynu do kompresoru, pokud je použit hermeticky uzavřený kompresor, protože vnitřní prostor obalu kompresoru má velký vnitřní objem, který ochrání kompresor před kapalinovým rázem.However, following the information provided by the compressor manufacturer, there is no need to worry about gas droplets being sucked into the compressor if a hermetically sealed compressor is used, because the interior of the compressor package has a large internal volume to protect the compressor from liquid shock.

Další využitý poznatek je, že spirálový kompresor scroll je odolný proti nasátí malého množství kapek v plynu.Another used finding is that the scroll compressor is resistant to the suction of a small amount of droplets in the gas.

Mezi vlivy působící na intenzitu přenosu tepla patří silové střídavé elektrické pole a také vibrace.Influences on the intensity of heat transfer include the alternating electric electric field as well as vibrations.

Silové pole zvyšuje přestup tepla při nerozvinutém varu chiadiva 2,3x a při rozvinutém bublinkovém varu 20x. Lit. (3)The force field increases the heat transfer with undevolved boiling of the chiadiva 2.3 times and with unfolding bubble boiling 20 times. Pour. (3)

Seznam použité literatury:List of used literature:

1. Chladicí technika, Doc. Ing. Václav Hoch 19911. Cooling technology, Doc. Ing. Vaclav Hoch 1991

2. Tepelná čerpadla, Prof. Ing. Zdeněk Dvořák 19872. Heat pumps, Prof. Ing. Zdenek Dvorak 1987

3. Chladicí technika II. (výměníky), Prof. Ing. Zdeněk Dvořák 19863. Cooling technology II. (exchangers), Prof. Ing. Zdeněk Dvořák 1986

4. Rotační hermetické kompresory scroll ZS - ZF firmy Copeland technické údaje, ALFACO Choceň s.r.o. 20034. Rotary hermetic scroll compressors ZS - ZF by Copeland technical data, ALFACO Choceň s.r.o. 2003

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Tepelné čerpadlo v úpravě dle vynálezu vychází z dosavadního stavu techniky, kdy do okruhu chladívaje zapojen výpamík, kompresor v hermeticky uzavřeném obalu, kondenzátor, expanzní zařízení a dále uvedené úpravy a změny tvořící vynález.The heat pump in the modification according to the invention is based on the prior art, in which a blaster, a compressor in a hermetically sealed package, a condenser, an expansion device and the following modifications and changes forming the invention are connected to the refrigerant circuit.

Vynález se vyznačuje tím, že nasávané chladivo ve stavu aerosolu je před vstupem do hermetického obalu kompresoru podchlazeno o 1 až 3 °C pod úroveň vypařovací teploty chladivá před výparníkem.The invention is characterized in that the sucked-in refrigerant in the aerosol state is subcooled by 1 to 3 ° C below the evaporating temperature of the refrigerant before the evaporator before entering the hermetic compressor package.

K ochlazení plynu a vzniku aerosolu dochází v důsledku změny kapalné části chladivá vstřiknuté do přehřátého plynu za výparníkem v plynou, kdy ke svému odpaření potřebuje teplo, které odebírá plynu.The cooling of the gas and the formation of an aerosol occur due to the change of the liquid part of the refrigerant injected into the superheated gas behind the evaporator into a gas, when it needs heat to evaporate, which it takes away from the gas.

Plynné chladivo se tak stává před nasátím do obalu kompresoru aerosolem, tedy plynem s určitým podílem drobných kapek. Vlivem působení silového elektrického pole a vibrací v prostoru obalu kompresoru je do chladivá předáváno intenzivně teplo, které se zde nachází. Drobné kapkyThe gaseous refrigerant thus becomes an aerosol, i.e. a gas with a certain proportion of small drops, before being sucked into the compressor package. Due to the force of the electric electric field and vibrations in the space of the compressor housing, the heat located there is intensively transferred to the refrigerant. Tiny drops

- Ί CZ 306309 B6 zplynují a plyn se před vstupem do kompresoru přehřeje na potřebnou teplotu tak, aby byl zbaven kapek chladivá.- Ί GB 306309 B6 gasify and the gas is superheated to the required temperature before entering the compressor so that it is free of refrigerant droplets.

Obal kompresoru tak plní nejen funkci přehříváku, ale stává se dále výměníkem tepla s přímou výměnou tepla, bez dělicích stěn, kde se kapky chladivá vypařují a následně před nasátím do kompresoru mírně přehřívají. Ochlazením plynu chladivá dochází také ke snížení jeho objemu a jako doprovodný jev dochází ke zvýšení vypařovací teploty chladivá před výpamíkem. To umožňuje zvýšenou dodávku chladivá do sacího traktu tepelného čerpadla a nasátí většího hmotnostního množství chladivá kompresorem.The compressor housing thus not only performs the function of a superheater, but also becomes a heat exchanger with direct heat exchange, without dividing walls, where the refrigerant droplets evaporate and subsequently slightly overheat before being sucked into the compressor. Cooling of the refrigerant gas also reduces its volume and, as an accompanying phenomenon, increases the evaporating temperature of the refrigerant before the exhaust. This allows an increased supply of refrigerant to the suction tract of the heat pump and the suction of a larger amount of refrigerant by weight through the compressor.

Uvedené jevy mají za následek mírné zvýšení příkonu elektrického proudu kompresoru, avšak při výrazném zvýšení topného faktoru a výkonu tepelného čerpadla.These phenomena result in a slight increase in the electric current input of the compressor, but with a significant increase in the heating factor and the output of the heat pump.

Dosažení uvedeného zaměřuje řešeno použitím obtoku výpamíku, který je tvořen rozdělovačem proudu chladivá za expanzním zařízením I, expanzním zařízením II, které je s expanzním zařízením I zapojeno sériově, směšovačem proudů chladivá za výpamíkem a propojovacím potrubím.Achieving this goal is solved by using the bypass of the outlet, which is formed by the refrigerant flow distributor behind the expansion device I, the expansion device II, which is connected in series with the expansion device I, the refrigerant flow mixer behind the outlet and the connecting pipe.

Vztah vynálezu k dosud známé technice.Relation of the invention to the prior art.

Princip snížení teploty nasávaného plynného chladivá před vstupem do obalu kompresoru je stejný jak u známé techniky, tak u vynálezu. Rozdílný je způsob provedení.The principle of reducing the temperature of the intake gaseous refrigerant before entering the compressor housing is the same in both the known technique and the invention. The method of execution is different.

Známý stav techniky používá paralelně (vedle sebe) zapojené expanzní zařízení.The prior art uses a parallel (connected) expansion device.

Rovněž snížení teploty chladivá až v kompresoru, využívá paralelně (vedle sebe) uspořádaného expanzního zařízení.Also, reducing the refrigerant temperature in the compressor uses an expansion device arranged in parallel (next to each other).

Uspořádání dle vynálezu využívá zapojení expanzních zařízení v sérii (za sebou), kdy expanzní zařízení II je součástí obtoku výpamíku.The arrangement according to the invention uses the connection of expansion devices in series (in series), where the expansion device II is part of the exhaust bypass.

Technické podmínky pro využití vynálezuTechnical conditions for using the invention

KompresorCompressor

Pro běžná tepelná čerpadla se mohou používat kompresory různých provedení a konstrukcí. Podle způsobu stlačení par existuje nejméně 9 druhů kompresorů, které mohou být otevřené (ucpávkové), polohermetické a hermetické.Compressors of various designs and constructions can be used for conventional heat pumps. Depending on the method of vapor compression, there are at least 9 types of compressors, which can be open (seal), semi-hermetic and hermetic.

Pro tepelná čerpadla dle vynálezu je možné použít jakýkoliv kompresor pro chlazení s elektrickým pohonem v hermeticky uzavřeném obalu, rovněž tak v polohermetickém - děleném obalu.For the heat pumps according to the invention, it is possible to use any refrigeration compressor with an electric drive in a hermetically sealed package, as well as in a semi-hermetic-divided package.

Pro tepelné čerpadlo upravené dle vynálezu se používá stejně výkonný kompresor jako u tepelného čerpadla bez úpravy. V závislosti na provedení tepelného čerpadla je třeba, aby tepelné čerpadlo dle vynálezu bylo vybaveno stejným zařízením pro rozběh a zařízení pro odsávání chladivá ze sacího potrubí před odstavením kompresoru stejně jako tepelné čerpadlo bez úpravy dle vynálezu.For a heat pump treated according to the invention, the same powerful compressor is used as for a heat pump without treatment. Depending on the design of the heat pump, the heat pump according to the invention must be equipped with the same start-up device and the refrigerant suction device from the suction line before shutting down the compressor as well as a heat pump without modification according to the invention.

Mohou být také použity doplňky jako u běžných tepelných čerpadel, např. topný kabel pro předehřev olejové náplně před startem, k zabránění napěnění oleje. Pokud bude použit topný kabel, je třeba, aby jeho teplotní čidlo bylo umístěno u dna obalu kompresoru a na protilehlé straně zaústěného sacího potrubí do obalu. Případně je možné použít tepelnou izolaci obalu kompresoru. Tato je však nevhodná pokud kompresor bude pracovat v teplejším prostředí, než je jeho provozní teplota na povrchu.Accessories can also be used as with conventional heat pumps, such as a heating cable to preheat the oil before starting, to prevent the oil from foaming. If a heating cable is used, its temperature sensor must be located at the bottom of the compressor housing and on the opposite side of the inlet suction pipe into the housing. Alternatively, it is possible to use thermal insulation of the compressor housing. However, this is not suitable if the compressor will operate in a warmer environment than its operating surface temperature.

Vynález je použitelný také pro tepelné čerpadlo osazené kompresorem scroll EVI, který využívá zbytkové (specifické) teplo v kapalném chladivu. V tom případě musí být obtok použit pro hlavní výpamík, nikoliv pro dodatkový výměník s vnitřní výměnou tepla.The invention is also applicable to a heat pump equipped with a scroll compressor EVI, which uses residual (specific) heat in the liquid refrigerant. In this case, the bypass must be used for the main outlet, not for the additional heat exchanger with internal heat exchange.

Na místo spirálového kompresoru scroll EVI může být použit také upravený pístový kompresor pro systém využívající zbytkové teplo v kapalném chladivu. V tom případě však musí být použito dokonalého zařízení pro odlučování kapek chladivá od plynu.A modified reciprocating compressor for a system using residual heat in the liquid refrigerant can also be used instead of the scroll EVI scroll compressor. In this case, however, a perfect device must be used to separate the refrigerant droplets from the gas.

Výparník: Běžně používaný pro tepelné Čerpadlo, tj. suchý, postupně zaplavovaný.Evaporator: Commonly used for a heat pump, ie dry, gradually flooded.

-3 CZ 306309 B6-3 CZ 306309 B6

Obecně platí, že teplosměnná plocha výparníku má být v poměru výkon/plocha = 1 kW/3600 cm2. Úprava pro tepelné čerpadlo upravené dle vynálezu, kdy se předpokládá navýšení výkonu cca o 50 %, nevyžaduje zvětšení teplosměnné plochy výparníku.In general, the heat transfer area of the evaporator should be in the ratio power / area = 1 kW / 3600 cm 2 . The modification for a heat pump modified according to the invention, which is expected to increase the output by about 50%, does not require an increase in the heat exchange area of the evaporator.

Kondenzátor: Musí teplosměnnou plochou odpovídat zvýšenému výkonu tepelného čerpadla dle vynálezu.Condenser: The heat transfer surface must correspond to the increased output of the heat pump according to the invention.

Tepelné čerpadlo bez úpravy = 1 kW/2400 cm2.Heat pump without treatment = 1 kW / 2400 cm 2 .

Tepelné čerpadlo dle vynálezu, kdy se předpokládá navýšení výkonu o cca 50 %, t.j. na 1,5 kW, musí být kondenzátor zvětšen rovněž o 50 %, t.j. na 3600 cm2.The heat pump according to the invention, where an increase in output of about 50%, i.e. to 1.5 kW, is assumed, the condenser must also be increased by 50%, ie to 3600 cm 2 .

Okruh chladívaje tvořen částí sací (od expanzního zařízení po kompresor) a částí výtlačnou (od kompresoru po expanzní zařízení).The refrigerant circuit consists of a suction part (from the expansion device to the compressor) and a discharge part (from the compressor to the expansion device).

Okruh chladívaje naplněn chladivém.The refrigerant circuit is filled with refrigerant.

Chladivo je látka, která jako kapalina má velmi nízkou vypařovací teplotu (-10 až -50 °C) a jako plyn snadno zkapalňuje. Chladivá se označují písmenem „R“ k němuž je přiřazeno číslo, případně písmeno, což vyjadřuje chemické složení chladivá.A refrigerant is a substance which, as a liquid, has a very low evaporating temperature (-10 to -50 ° C) and liquefies easily as a gas. Refrigerants are marked with the letter "R" to which a number or a letter is assigned, which expresses the chemical composition of the refrigerant.

Používá se stejné chladivo pro tepelné čerpadlo dle vynálezu jako pro tepelné čerpadlo bez uplatnění vynálezu. Tepelné čerpadlo dle vynálezu vyžaduje větší množství chladivá asi o 25 % oproti běžnému tepelnému čerpadlu. Rozdělovač na obtoku výparníku.The same refrigerant is used for the heat pump according to the invention as for the heat pump without applying the invention. The heat pump according to the invention requires a larger amount of refrigerant by about 25% compared to a conventional heat pump. Manifold on the evaporator bypass.

Umísťuje se těsně za expanzní zařízení I, to znamená před výpamíkem, případně před rozdělovačem chladivá do jednotlivých sekcí výparníku.It is placed just behind the expansion device I, i.e. in front of the evaporator, or in front of the refrigerant distributor to the individual sections of the evaporator.

Rozdělovač na obtoku výparníku musí zajistit, aby do expanzního zařízení II přicházelo z rozdělovače kapalné chladivo. Je proveden dle známého principu oddělovače kapek od plynu, kdy spodem je odváděna kapalina, vrchem je odsáván aerosol s převahou kapek do výparníku. Rozdělovač může být v různém provedení. Např. s přímočarým proudem chladivá, s rotačním proudem chladivá, jako vírová trubice (Ranqueova) apod.The evaporator bypass manifold must ensure that liquid refrigerant enters the expansion device II from the manifold. It is made according to the known principle of a droplet-gas separator, where the liquid is drained from the bottom, the aerosol with the predominance of drops is sucked into the evaporator from the top. The manifold can be in various designs. E.g. with rectilinear coolant flow, with rotating coolant flow, as a vortex tube (Ranque), etc.

Obecně platí, že vstřiknuté chladivo expanzním zařízením I přicházející do rozdělovače musí mít vyšší rychlost proudem, než má v sacím potrubí tak, aby kapalina nestačila změnit směr a usazovala se v potrubí před expanzním zařízením II.In general, the refrigerant injected by the expansion device I entering the manifold must have a higher flow rate than it has in the suction line so that the liquid is not sufficient to change direction and settles in the line before the expansion device II.

Z toho vyplývá, že u rozdělovače s přímočarým proudem chladivá musí mít vtoková trubice o 50 % menší světlost, než má sací potrubí a zakončená nad dno rozdělovače. Světlost pláště rozdělovače musí být 2 až 3x větší, než má sací potrubí při délce pláště 3x větší než je jeho světlost.It follows that in the case of a straight refrigerant manifold, the inlet pipe must have 50% less clearance than the suction line and terminated above the bottom of the manifold. The clearance of the manifold casing must be 2 to 3 times larger than the suction line has a casing length 3 times larger than its clearance.

Uvedené hodnoty mají poměrně velkou toleranci.The stated values have a relatively large tolerance.

Směšovač je proveden malou nádobkou, do níž je vrchem zaústěno a vyústěno sací potrubí. Do dna je zaústěna propojovací trubice z expanzního zařízení 11. Směšovač může být proveden také jiným způsobem, např. prostým „T“ kusem o stejné dimenzi jako má sací potrubí. Pokud je jako expanzní zařízení I použit TEV I, musí být směšovač umístěn za výpamíkem a teplotním čidlem (tykavkou) expanzního ventilu I.The mixer is made of a small vessel, into which the suction pipe opens and opens at the top. The connecting tube from the expansion device 11 opens into the bottom. The mixer can also be made in another way, for example by a simple "T" piece of the same dimension as the suction line. If TEV I is used as expansion device I, the mixer must be located behind the outlet and temperature sensor (bulb) of expansion valve I.

Funkce propojovacího potrubí z expanzního zařízení II se směšovačem je zřejmá z názvu.The function of the connecting pipe from the expansion device II with the mixer is clear from the name.

Expanzní zařízení:Expansion equipment:

I. může být termostatický expanzní ventil (TEV), elektronický expanzní ventil (EEV), automatický expanzní ventil (AEV) nebo kapilára.I. it can be a thermostatic expansion valve (TEV), an electronic expansion valve (EEV), an automatic expansion valve (AEV) or a capillary.

II. na obtoku může být TEV, EEV, AEV, kapilára, ručně stavitelný škrticí ventil nebo tryska. Jako nejvhodnější se jeví TEV, kdy TEV I je buď s vnějším, nebo vnitřním vyrovnáním tlaku v závislosti na tlakových ztrátách výparníku. TEV II se použije s vnitřním vyrovnáním tlaku. Tykavka TEV lije umístěna před kompresorem.II. the bypass can be TEV, EEV, AEV, capillary, manually adjustable throttle valve or nozzle. TEV seems to be the most suitable, where TEV I is with either external or internal pressure equalization depending on the pressure losses of the evaporator. TEV II is used with internal pressure equalization. The TEV pump is located in front of the compressor.

V případě použití EEV je možno dosáhnout až o 5 % vyššího COP, avšak pořizovací náklady jsou několikanásobně vyšší než při použití TEV.When using EEV, up to 5% higher COP can be achieved, but the acquisition costs are several times higher than when using TEV.

Ostatní expanzní zařízení jsou levnější, avšak mají omezený rozsah jak teplot nízkopotencionálního zdroje (NPZ), tak také teplot kondenzačních.Other expansion devices are cheaper, but have a limited range of both low potential source (NPZ) temperatures and condensing temperatures.

Dimenze potrubí a dalších komponentů tepelného čerpadla, dosud neuvedené jsou shodné pro tepelné čerpadlo neupravené i upravené dle vynálezu.The dimensions of the pipes and other components of the heat pump, not yet mentioned, are identical for a heat pump not modified or modified according to the invention.

- 4 CZ 306309 B6- 4 CZ 306309 B6

Seřízení expanzního zařízení I, respektive jeho dimenze je stejné, jak u tepelného čerpadla upraveného dle vynálezu, tak u neupraveného. Musí zajistit přehřátí chladivá nad vypařovací teplotu chladivá před výpamíkem o 3 až 5 °C na konci výpamíku.The adjustment of the expansion device I, or its dimensions, is the same for both a heat pump modified according to the invention and an unmodified heat pump. It must ensure that the refrigerant overheats above the evaporating temperature of the refrigerant before discharge by 3 to 5 ° C at the end of discharge.

Velikostí trysek u TEV I a TEV II jsou stejné. Pokud však bude místo TEV I použitá kapilára, musí být tato na tepelném čerpadle dle vynálezu větší než kapilára na tepelném čerpadle bez úpravy dle vynálezu.The nozzle sizes for TEV I and TEV II are the same. However, if a capillary is used instead of TEV I, it must be larger on the heat pump according to the invention than the capillary on the heat pump without modification according to the invention.

Seřízení expanzního zařízení II, respektive jeho dimenze musí zajistit podchlazení chladivá před vstupem do obalu kompresoru o 1 až 3 °C oproti vypařovací teplotě chladivá na začátku výpamíku.The adjustment of the expansion device II, or its dimensions, must ensure that the refrigerant is subcooled before entering the compressor package by 1 to 3 ° C compared to the evaporating temperature of the refrigerant at the beginning of the outlet.

Teplota oleje v obalu kompresoru by po rozběhu kompresoru neměla klesnout pod +10 °C. Nižší teplota signalizuje, že do obalu kompresoru je nasáváno příliš velké množství kapalné frakce chladivá, což výkon tepelného čerpadla a COP snižuje.The oil temperature in the compressor housing should not fall below +10 ° C after the compressor has started. A lower temperature indicates that too much liquid refrigerant fraction is sucked into the compressor package, which reduces the performance of the heat pump and COP.

Je nutné, aby pod tepelným čerpadlem bylo zařízení odvádějící vodu, a to u tepelného čerpadla jakéhokoliv provedení. V průběhu činnosti vzniká na celém obtoku výpamíku a dále na pokračujícím potrubí až ke kompresoru námraza. Tato při odstavení tepelného čerpadla roztaje a vzniklou vodu je třeba odvést.It is necessary to have a water drainage device under the heat pump, for a heat pump of any design. During operation, it forms on the entire bypass of the effluent and further on the continuing pipeline to the icing compressor. This melts when the heat pump is switched off and the resulting water must be drained off.

Výhodné účinky vynálezu ve vztahu k dosavadnímu stavu techniky.Advantageous effects of the invention in relation to the prior art.

Dosažené hodnoty navýšení výkonu a topného faktoru (COP) na pokusných tepelných čerpadlech dle vynálezu oproti neupraveným tepelným čerpadlům činily v závislosti na provedení tepelného čerpadla a provozních podmínkách + 25 až 50 %, při extrémních podmínkách činilo navýšení také více jak dvojnásobek, tj. + 100 a více % a to při minimálních nákladech na úpravu tepelných čerpadlech dle vynálezu.Achieved values of increase in output and heating factor (COP) on experimental heat pumps according to the invention compared to untreated heat pumps were + 25 to 50% depending on the heat pump design and operating conditions, under extreme conditions the increase was more than double, ie + 100 and more% at minimal cost of treatment of heat pumps according to the invention.

Byly také provedeny pokusy s aplikací vynálezu na tepelném čerpadle systému EVI za použití upraveného pístového kompresoru v děleném - polohermetickém obalu a rovněž se zde vynález osvědčil.Attempts have also been made to apply the invention to a heat pump of an EVI system using a modified reciprocating compressor in a split-semi-hermetic package, and the invention has also proved successful here.

Dále byly provedeny srovnávací pokusy s tepelným čerpadlem, které používá 2 expanzní zařízení uspořádané paralelně, tedy techniku známou, se systémem tepelného čerpadla dle vynálezu a také při tomto srovnání bylo tepelné čerpadlo dle vynálezu lepší.Furthermore, comparative experiments were performed with a heat pump using 2 expansion devices arranged in parallel, i.e. a technique known, with a heat pump system according to the invention, and also in this comparison the heat pump according to the invention was better.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Na obr. 1 je základní schéma tepelného čerpadla.Fig. 1 is a basic diagram of a heat pump.

Na obr. 2 je schéma tepelného čerpadla se 2 expanzními zařízeními zapojených v sérii včetně obtoku výpamíku, který je předmětem vynálezuFig. 2 is a diagram of a heat pump with 2 expansion devices connected in series, including the bypass of the burner, which is the subject of the invention

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Tepelné čerpadlo podle obr. 1 je tvořeno okruhem chiadiva 1, do něhož je zapojen výpamík 2, kompresor 3, kondenzátor 4 a expanzní zařízení 5. Jako 7 je označeno ochlazované médium, kterému se teplo odebírá a jako 8 médium ohřívané, které se prostřednictvím tepelného čerpadla ohřívá.The heat pump according to FIG. 1 is formed by a refrigerant circuit 1, in which a outlet 2, a compressor 3, a condenser 4 and an expansion device 5 are connected. The cooled medium from which heat is removed is denoted as 7 and the heated medium is indicated as 8. pumps heats.

Provedení podle vynálezu na obr. 2 je známé provedení podle obr. 1 rozšířeno o obtok 6 výpamíku 2 propojením sacího potrubí okruhu chiadiva 1 před a za výpamíkem 2.The embodiment according to the invention in FIG. 2 is a known embodiment according to FIG. 1 extended by a bypass 6 of the outlet 2 by connecting the suction line of the chiadiva circuit 1 before and after the outlet 2.

Obtok 6 je tvořen rozdělovačem 6.1 proudu chladivá za expanzním zařízením I 5.1, expanzním zařízením II 62 směšovačem 6.4 proudů chladivá za výpamíkem 2 a propojovacím potrubím 6.3, s tím, že musí být použit kompresor v hermeticky uzavřeném obalu.The bypass 6 is formed by a refrigerant flow divider 6.1 after the expansion device I 5.1, the expansion device II 62 by a refrigerant flow mixer 6.4 behind the outlet 2 and a connecting line 6.3, with the proviso that a compressor must be used in a hermetically sealed container.

-5 CZ 306309 B6-5 CZ 306309 B6

Na obtoku 6 je expanzní zařízení II 6.2 zajišťující přisávání takového množství chladivá, které vytvoří aerosol a sníží teplotu chladivá v sacím potrubí okruhu chiadiva 1 před vstupem do obalu 3.1 hermeticky uzavřeného kompresoru 3 na úroveň nižší než je vypařovací teplota chladivá na začátku výpamíku 2 čímž také dojde ke snížení objemu nasávaného chiadiva a současně se tím zvýší vypařovací teplota chladivá před výpamíkem 2.At the bypass 6 there is an expansion device II 6.2 ensuring the suction of such an amount of refrigerant that forms an aerosol and lowers the refrigerant temperature in the suction line of the refrigerant circuit 1 before entering the package 3.1 of the hermetically sealed compressor 3 to a level lower than the evaporating temperature of the refrigerant at the beginning of the outlet 2. the volume of the sucked-in coolant is reduced and at the same time the evaporating temperature of the coolant before the effluent 2 is increased.

To umožní nasátí většího hmotnostního množství chladivá kompresorem 3 a ve svém důsledku při mírném navýšení příkonu elektrické energie kompresoru 3 výrazné zvýšení topného faktoru a výkonu tepelného čerpadla.This will allow a larger amount of refrigerant to be sucked in by the compressor 3 and, as a result, with a slight increase in the power input of the compressor 3, a significant increase in the heating factor and the output of the heat pump.

Vynález je použitelný pro všechna provedení tepelných čerpadel používající kompresor 3 s elektromotorem uzavřeným v hermetickém nebo polohermetickém -děleném obalu 3.1. Byla provedena řada pokusů na pokusných tepelných čerpadlech všech provedení a typů s použitím vynálezu. Na základě jejich výsledků lze předpokládat využitelnost pro průmyslově vyráběná tepelná čerpadla.The invention is applicable to all embodiments of heat pumps using a compressor 3 with an electric motor enclosed in a hermetic or semi-hermetic split package 3.1. A number of experiments have been performed on experimental heat pumps of all embodiments and types using the invention. Based on their results, usability for industrially produced heat pumps can be assumed.

Claims (8)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Způsob zvýšení topného faktoru a výkonu tepelných čerpadel, tvořených okruhem chladivá v němž jsou zapojeny výpamík chladivá k odebírání tepla z plynného nebo kapalného ochlazovaného média, kompresor v hermetickém obalu ke stlačování a ohřevu plynného chladivá, kondenzátor ke zkapalňování chiadiva a k předávání jeho tepla ohřívanému médiu a expanzní zařízení ke snížení tlaku chladivá, vyznačující se tím, že kompresor (3) v hermeticky uzavřeném obalu (3.1) nasává do obalu kompresoru (3.1) aerosol chiadiva (1), které je před vstupem do obalu kompresoru (3.1) podchlazeno na úroveň nižší než je vypařovací teplota chiadiva (1) před výpamíkem (2), následně je kapalná frakce v plynném chladivu (1) vlivem tepla, silového elektrického pole a vibrací vzniklých prací elektromotoru a samotného kompresoru (3) vypařena a dále je plynné chladivo (1) přehřáto a nasáto do kompresoru (3), kdy podchlazení chiadiva (1) a vznik aerosolu chiadiva (1) zajistí obtok (6) výpamíku (2) tvořený rozdělovačem (6.1) proudu chladivá (1) za expanzním zařízením 1 (5.1), expanzním zařízením II (6.2) zapojeným s expanzním zařízením I (5.1) do série, propojovací trubicí (6.3) z expanzního zařízení II (6.2) do směšovače proudů chladivá (6.4) za výpamíkem (2), což v souhrnu s podchlazením chiadiva (1) před obalem kompresoru (3.1) zajistí zvýšení vypařovací teploty chiadiva (1) před výpamíkem (2) a tím nasátí většího hmotnostního množství chiadiva (1) kompresorem (3).A method of increasing the heating factor and output of heat pumps formed by a refrigerant circuit in which a refrigerant outlet is connected to remove heat from a gaseous or liquid refrigerant, a compressor in a hermetic package to compress and heat the refrigerant gas, a condenser to liquefy the refrigerant and transfer its heat to the heated refrigerant pressure and expansion device, characterized in that the compressor (3) in a hermetically sealed package (3.1) sucks into the compressor package (3.1) an aerosol of refrigerant (1), which is subcooled to the compressor package (3.1) before entering the compressor package (3.1). level lower than the evaporating temperature of the coolant (1) before the outlet (2), then the liquid fraction in the gaseous refrigerant (1) is evaporated due to heat, force electric field and vibrations caused by electric motor and compressor (3) and further the gaseous refrigerant ( 1) superheated and sucked into the compressor (3), where the subcooling of the coolant (1) and the formation of the aerosol of the coolant (1) ensures the bypass (6) of the effluent (2) formed by the distributor (6) .1) refrigerant flow (1) downstream of expansion device 1 (5.1), expansion device II (6.2) connected in series with expansion device I (5.1), connecting pipe (6.3) from expansion device II (6.2) to refrigerant flow mixer ( 6.4) behind the outlet (2), which in combination with the subcooling of the refrigerant (1) in front of the compressor casing (3.1) ensures an increase in the evaporating temperature of the refrigerant (1) in front of the outlet (2) and thus suction of more mass of refrigerant (1) . 1 výkres1 drawing Seznam vztahových značek:List of reference marks: 1 okruh chladivá, chladivo1 refrigerant circuit, refrigerant 2 výpamík2 springs 3 kompresor3 compressor 3.1 hermetický obal kompresoru3.1 hermetic compressor housing 4 kondenzátor4 capacitor 5 expanzní zařízení5 expansion devices 5.1 expanzní zařízení 15.1 expansion device 1 6 obtok výpamíku6 exhaust bypass 6.1 rozdělovač proudu chladivá6.1 refrigerant flow distributor 6.2 expanzní zařízení II6.2 Expansion devices II 6.3 propojovací potrubí obtoky6.3 connecting pipes bypasses 6.4 směšovač proudů chladívá6.4 the flow mixer cools 7 ochlazované médium7 cooled medium 8 ohřívané médium8 heated medium
CZ2015-660A 2015-09-24 2015-09-24 Method of increasing performance factor and output of heat pumps CZ2015660A3 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2015-660A CZ2015660A3 (en) 2015-09-24 2015-09-24 Method of increasing performance factor and output of heat pumps
EP16757339.3A EP3353477A1 (en) 2015-09-24 2016-08-10 Method of increasing coefficient of performance and output of heat pumps

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2015-660A CZ2015660A3 (en) 2015-09-24 2015-09-24 Method of increasing performance factor and output of heat pumps

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ306309B6 true CZ306309B6 (en) 2016-11-23
CZ2015660A3 CZ2015660A3 (en) 2016-11-23

Family

ID=56801646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2015-660A CZ2015660A3 (en) 2015-09-24 2015-09-24 Method of increasing performance factor and output of heat pumps

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3353477A1 (en)
CZ (1) CZ2015660A3 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4014182A (en) * 1974-10-11 1977-03-29 Granryd Eric G U Method of improving refrigerating capacity and coefficient of performance in a refrigerating system, and a refrigerating system for carrying out said method
FR2738331A1 (en) * 1995-09-01 1997-03-07 Profroid Ind Sa Compressor-type refrigerating unit with optimised energy control
WO2015004967A1 (en) * 2013-07-11 2015-01-15 三菱重工オートモーティブサーマルシステムズ株式会社 Heat-pump-type vehicle air conditioning system and defrosting method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4014182A (en) * 1974-10-11 1977-03-29 Granryd Eric G U Method of improving refrigerating capacity and coefficient of performance in a refrigerating system, and a refrigerating system for carrying out said method
FR2738331A1 (en) * 1995-09-01 1997-03-07 Profroid Ind Sa Compressor-type refrigerating unit with optimised energy control
WO2015004967A1 (en) * 2013-07-11 2015-01-15 三菱重工オートモーティブサーマルシステムズ株式会社 Heat-pump-type vehicle air conditioning system and defrosting method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
EP3353477A1 (en) 2018-08-01
CZ2015660A3 (en) 2016-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8601825B2 (en) Integrated absorption refrigeration and dehumidification system
ES2728750T3 (en) Thermal engines, systems to provide pressure coolant and related methods
JP6328230B2 (en) Heat pump to use environmentally compatible refrigerant, its operating method and use of working fluid
CN102650235A (en) Gas turbine intercooler with tri-lateral flash cycle
JP7402358B2 (en) Device for lubricating a bearing receiving the rotating shaft of a member of a closed circuit operating according to the Rankine cycle and method of using such device
WO2011142414A1 (en) Heat pump steam generating device
RU2019107151A (en) DEVICE AND METHOD OF THERMODYNAMIC CYCLE
JP2011163346A (en) Device for controlling working fluid with low freezing point circulating in closed circuit operating according to rankine cycle and method using the same
JP2012042205A (en) Heat pump steam generating device
EP3347574A1 (en) Orc for transforming waste heat from a heat source into mechanical energy and compressor installation making use of such an orc
CZ306309B6 (en) Method of increasing performance factor and output of heat pumps
CN104864629A (en) Cooling and heating device of beverage machine
CZ29501U1 (en) Device to increase performance factor and output of heat pumps
CN209138006U (en) Distillation still heating device based on heat pump system
CN204787411U (en) Cold and heating device of beverage mechanism
KR102044308B1 (en) Gas engine-driven heat pump type air conditioning and hot water suppling apparatus
WO2017051228A1 (en) Method of increasing coefficient of performance and output of heat pumps
FI91560C (en) Method and apparatus most preferably for pumping refrigerants
ES2643860B1 (en) ENERGY PRODUCTION SYSTEM FOR AN AUTOMOBILE VEHICLE OR ELECTROGEN GROUP
ES2929649T3 (en) Method of detecting and extracting the gaseous fluid contained in a closed loop operating according to a Rankine cycle and device using such a method
CN110418927A (en) Heat pump and method for running heat pump
EP2856042B1 (en) Energy recovery apparatus
DK178705B1 (en) A heat pump system using water as the thermal fluid
CN114303028B (en) air conditioner
ES2541581B1 (en) Electric power production system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20220924