CZ306581B6 - Chladicí zařízení pro chlazení i ohřev s interním dochlazením chladiva - Google Patents

Abstract

Chladicí zařízení pro chlazení i ohřev s interním dochlazením chladiva má v jeho uzavřeném chladivovém okruhu zapojeny výparník (6), hlavní kompresor (1) odsávající páry chladiva z výparníku (6), výměník (11) pro ohřev, chladič (3) pro odvod tepla do okolí a škrticí ventil (61) pro nástřik chladiva do výparníku (6). Do oběhu chladiva je vložen interní dochlazovač (4) o tlaku větším, než je vypařovací tlak, z něhož odsává páry pomocný kompresor (2) spojený větví (201) s chladičem (3) pro odvod tepla do okolí a větví (202) obsahující redukční ventil (22) s tímto interním dochlazovačem (4). Mezi pomocným kompresorem (2) a redukčním ventilem (22) je ohřívací výměník (21). Interní dochlazovač (4) může být propojovací větví (101) propojen přímo s hlavním kompresorem (1).

Description

Chladicí zařízení pro chlazení i ohřev s interním dochlazením chladivá

Oblast techniky

Vynález se týká chladicích zařízení určených pro chlazení a využití odpadního tepla pro ohřev daného média (např. teplé vody nebo vytápění).

Dosavadní stav techniky

V řadě aplikací s chladicím zařízením je současně potřeba tepelná energie pro ohřev nějakého média. Příkladem je ohřev teplé vody nebo vytápění. Pokud to teplotní parametry ohřívaného média dovolí, může být použito teplo produkované chladicím zařízením. Využívá se tak vhodná část tepla z vysokotlaké strany chladicího zařízení.

S klesající venkovní teplotou dochází k protichůdným požadavkům na hospodárný provoz chladicího zařízení na jedné straně spočívajícím ve snižování výtlačného tlaku, čímž ovšem klesá teplotní úroveň produkovaného tepla, což omezuje jeho využitelnost, na druhé straně ale potřeba tepelné energie nebo též i její požadovaná teplotní úroveň často narůstají (např. při vytápění).

Uvedenou disproporci lze řešit např. zvýšením a stabilizací kondenzačního tlaku na hodnotu, při níž má odpadní teplo potřebnou teplotní úroveň, a to jen po dobu, kdy se teplo využívá. Pokud ovšem není využito během tohoto časového úseku všechno teplo, není provoz zařízení energeticky optimální, neboť přebytek produkovaného odpadního tepla nad teplem využitým se odvádí při vyšším tlaku a teplotě, než by odpovídalo hospodárnému provozu chladicího zařízení.

Další možností je použití tepelného čerpadla zvyšujícího teplotní úroveň tepla produkovaného chladicím zařízením jen v potřebném množství. Toto tepelné čerpadlo ale nezlepšuje parametry chladicího řízení a pracuje jen v době potřeby tepla, což oboje zhoršuje návratnost takové investice.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu odstraňujícího výše uvedené nedostatky je vložení interního dochlazovače a pomocného kompresoru odsávajícího páry z tohoto interního dochlazovače do oběhu chladivá. Podle požadavku na využití odpadního tepla lze dosáhnout v tomto interním dochlazovači tlak nižší, než je potřeba pro odvod tepla do okolí, a chladivo se tak podchlazuje na nižší teplotu, než jakou má na výstupu z chladiče pro odvod tepla do okolí. Tím se zlepšují parametry chladicího zařízení a snižuje spotřeba energie pro chlazení.

Pomocný kompresor stlačuje páry vzniklé pro dosažení podchlazení na vyšší tlakovou úroveň. Ta může být stejná jako v hlavní větvi, zejména pokud není potřeba odpadní teplo využívat, nebo může být jiná podle požadavků na teplotní úroveň tepelné energie pro ohřev. Pomocný kompresor tak může produkovat teplo o vyšší teplotní úrovni než v hlavní větvi. Může ho rovněž produkovat v množství podle potřeb ohřevu. Neposkytuje-li interní dochlazovač dostatek par pro dosažení topného výkonu, lze do pomocného kompresoru přivádět v potřebném množství i páry z výtlaku hlavního kompresoru a zvýšit tak topný výkon na potřebnou hodnotu. Případný přebytek tepla z hlavního kompresoru je odváděn v hlavní větvi za tlaku nej výhodnějšího pro odvod tepla do okolí a zařízení tak může pracovat hospodárně.

Parametry chladicího zařízení se tak zlepšují i v době bez odběru tepla a při odběru tepla se převádí na potřebnou teplotní úroveň jen potřebné množství tepla, zatímco zbytek může být odváděn do okolí za hospodárných podmínek.

- 1 CZ 306581 B6

Objasnění výkresů

Vynález je blíže objasněn na přiložených obrázcích, kde jsou schematicky znázorněny příklady provedení. Obr. 1 znázorňuje základní zapojení s interním dochlazovačem ve formě průchozího odlučovače par, obr. 2 zapojení vhodné pro nadkritické chladicí zařízení s interním dochlazovačem opět ve formě průchozího odlučovače par, obr. 3 zapojení vhodné pro nadkritické chladicí zařízení s interním dochlazovačem ve formě neprůchozího odlučovače par a obr. 4 zapojení s výměníky pro vnitřní výměnu tepla.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je vysvětlen princip zapojení a provozu chladicího zařízení pro chlazení i ohřev s interním dochlazením chladivá, kde interní dochlazovač 4 je tvořen průchozím odlučovačem par. Chladivo z výpamíků 6 o vypařovacím tlaku je odsáváno hlavním kompresorem 1 a stlačováno na tlak potřebný pro odvod tepla do okolí, který je proveden v chladiči 3. Přitom se může část tepla nebo celé teplo využít pro potřebný ohřev ve výměníku 11. Za chladičem 3 je chladivo seškrceno ve ventilu 12 do interního dochlazovače 4 na tlak vyšší, než je vypařovací tlak ve výparníku 6. Chladivo je dále ve škrticím ventilu 61 škrceno na vypařovací tlak a vedeno do výpamíků 6. Páry vzniklé škrcením jsou z interního dochlazovače 4 odsávány pomocným kompresorem 2, převáděny na vyšší tlak a prostřednictvím větve 201 propojující výtlak hlavního kompresoru 1 a pomocného kompresoru 2 proudí do chladiče 3. Přitom lze také využít část tepla nebo celé teplo v ohřívacím výměníku 2]_.

S klesající venkovní teplotou lze snižovat výtlačný tlak hlavního kompresoru 1. Až dosáhne hodnoty tlaku v interním dochlazovači 4, lze ventil 12 vyřadit z provozu a interní dochlazovač 4 tohoto konstrukčního provedení bude plnit funkci sběrače.

Je-li v ohřívacím výměníku 21 využito veškeré teplo produkované pomocným kompresorem 2 lze vyřadit větev 201 z provozu a chladivo se vrací větví 202 přes redukční ventil 22 do interního dochlazovače 4.

Pokud teplotní úroveň tepla produkovaného chladicím zařízením nedostačuje, lze vyřadit větev 201 z provozu a zvýšit výtlačný tlak pomocného kompresoru 2. Chladivo se po předání tepla ohřívanému médiu v ohřívacím výměníku 21 vrací větví 202 přes redukční ventil 22 do interního dochlazovače 4. V takovém případě má zařízení dva rozdílné výtlačné tlaky: jeden od hlavního kompresoru 1 a druhý od pomocného kompresoru 2.

Pokud je potřeba tepla větší, než kolik produkuje pomocný kompresor 2, ale stále je část tepla produkovaného hlavním kompresorem 1 vzhledem k nízké teplotní úrovni odváděna nevyužita v chladiči 3 do okolí, lze otevřít ventil 12 nebo propojovací větev 101 a pustit páry chladivá do interního dochlazovače 4. Ten při tomto konstrukčním provedení plní roli středotlaké nádoby. Přitom se mohou (ale nemusí) vyrovnat tlak v interním dochlazovači 4 a výtlačný tlak hlavního kompresoru 1.

Příklady provedení na obr. 2 a 3 ukazují zapojení výhodná pro nadkritická chladicí zařízení, u nichž se k nástřiku chladivá do výparníku 6 používá nástřikový odlučovač 62. Obr. 2 znázorňuje zapojení s interním dochlazovačem 4 ve formě průchozího odlučovače par. Chladivo se z něho nenastřikuje přímo do výparníku 6, ale prostřednictvím nástřikového odlučovače 62. Rozdíl tlaků mezi oběma odlučovači redukuje ventil 63. Obr. 3 ukazuje použití interního dochlazovače 4 ve formě neprůchozího odlučovače par. Pro nadkritický oběh platí také zapojení podle obr. 1, kdy interní dochlazovač 4 plní i funkci nástřikového odlučovače a kapalina se z něho nastřikuje přímo škrticím ventilem 61 do výparníku 6.

Příklad provedení na obr. 4 ukazuje zapojení s vnitřními výměnami tepla prostřednictvím výměníků 51 a 52. Současně je ukázáno zavedení větve 201 propojující výtlaky hlavního kompresoru 1 a pomocného kompresoru 2 před výměník 11 a umístění ohřívacího výměníku 21 ve větvi 202.

Průmyslová využitelnost

Průmyslová využitelnost je ve všech aplikacích s chladicím zařízením, u nichž je současně požadavek na tepelnou energii pro ohřev, pokud jsou teplotní požadavky na tuto tepelnou energii v možnostech chiadiva a komponent chladicího zařízení.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Chladicí zařízení pro chlazení i ohřev s interním dochlazením chladivá, v jehož uzavřeném chladivovém okruhu jsou zapojeny výpamík (6), hlavní kompresor (1) odsávající páry chladivá z výpamíku (6), výměník (11) pro ohřev, chladič (3) pro odvod tepla do okolí a škrticí ventil (61) pro nástřik chladivá do výpamíku (6), vyznačující se tím, že obsahuje interní dochlazovač (4) o tlaku větším, než je vypařovací tlak, z něhož odsává páry pomocný kompresor (2) spojený větví (201) s chladičem (3) pro odvod tepla do okolí a/nebo větví (202) obsahující redukční ventil (22) s tímto interním dochlazovačem (4), přičemž mezi pomocným kompresorem (2) a redukčním ventilem (22) je ohřívací výměník (21).
2. 2. Chladicí zařízení pro chlazení i ohřev s interním dochlazením chladivá podle nároku 1, vyznačující se tím, že hlavní kompresor (1)je spojen propojovací větví (101) přímo s interním dochlazovačem (4) umožňující plný nebo částečný obtok chladiče (3).
3. 3. Chladicí zařízení pro chlazení i ohřev s interním dochlazením chladivá podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že mezi interní dochlazovač (4) a pomocný kompresor (2) je zapojen výměník (51) pro vnitřní výměnu tepla mezi chladivém za chladičem (3) a parou z interního dochlazovače (4) a/nebo výměník (52) pro vnitřní výměnu tepla mezi chladivém za ohřívacím výměníkem (21) a parou z interního dochlazovače (4).
4. 4. Chladicí zařízení pro chlazení i ohřev s interním dochlazením chladivá podle některého z nároků laž3, vyznačující se tím, že interní dochlazovač (4) je konstrukčně řešen jako tlaková nádoba ze skupiny zahrnující odlučovače par a středotlaké nádoby.
5. 5. Chladicí zařízení pro chlazení i ohřev s interním dochlazením chladivá podle některého z nároků 1 až 3, v y z n a č u j í c í se t í m , že interní dochlazovač (4) je výměník tepla.
6. 6. Chladicí zařízení pro chlazení i ohřev s interním dochlazením chladivá podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že u nadkritických oběhů je z interního dochlazovače (4) vedena kapalina ke škrticímu ventilu (61) pro nástřik do výpamíku (6), čímž interní dochlazovač (4) současně plní funkci nástřikového odlučovače (62).