CZ307232B6 - Způsob řízení odtávání výparníků tepelných čerpadel typu vzduch-voda se spirálovým kompresorem a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob řízení odtávání výparníku v okruhu tepelného čerpadla typu vzduch-voda se spirálovým kompresorem (KO), kde v chladicím okruhu tepelného čerpadla se řízením tlakové ztráty na výtlaku spirálového kompresoru (KO) tento výtlačný tlak stabilizuje, čímž spirálový kompresor (KO) pracuje trvale s celkovým disponibilním množstvím chladiva bez jeho přepouštění a částečné vnitřní cirkulace, a tedy s trvale plným topným výkonem, čímž způsobuje zkracování doby odtávání výparníku (V).Zařízení k provádění uvedeného způsobu zahrnující chladicí okruh, ve kterém je kompresor (KO) svým výtlakem propojen přes uzavírací ventil (MV) a přes kondenzátor (K) s prvním expanzním ventilem (EV1) a dále přes výparník (V) se sáním kompresoru (KO), kde mezi výparníkem (V) a kompresorem (KO) a dále mezi kompresorem (KO) a kondenzátorem (K) je vřazen čtyřcestný ventil (CV) pro reverzaci funkce chladicího okruhu, kde mezi výparníkem (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 (ZV1, ZV2), jehož podstata spočívá v tom, že kompresor (KO) je tvořen spirálovým kompresorem, do jehož výtlaku je vřazen škrticí element.

Description

Způsob řízení odtávání výparníků tepelných čerpadel typu vzduch-voda se spirálovým kompresorem a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Předmětem vynálezu je způsob odtávání výparníků tepelných čerpadel typu vzduch-voda se spirálovým kompresorem a zařízení k provádění tohoto způsobu.

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 nízko-potenciálního tepla pro tepelná čerpadla je v klimatických podmínkách střední Evropy okolní vzduch. Zatímco u jiných přírodních zdrojů nízko-potenciálního 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 nízko-potenciálního tepla má v průběhu otopné sezóny značně proměnnou teplotu. Protože parametry a energetický efekt tepelného čerpadla jsou závislé na teplotě nízko-potenciálního 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 nejnižší 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 nízko-potenciálního 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 tepelného 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 teplotách 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 výparník ohřát teoreticky na teplotu tání námrazy, to je na 0 °C. S ohledem na určitou nerovnoměrnost ohřívání výparníků, a dále proto, aby bylo zaručeno úplné odtátí námrazy na celém výparníku, musí se celý výparník 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 výparníku na odtávací teplotu. Při venkovních teplotách nižších než je odtávací teplota, dochází navíc při odtávání k tepelné ztrátě do okolí, což dále navyšuje potřebu tepla pro odtávání.

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

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

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

Třetí složka, teplo potřebné pro krytí tepelných ztrát ohřátého výparníku do okolí, je závislé na ploše výparníku, 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. Odtávání by tedy mělo být zajišťováno s co největším topným výkonem.

Známá je celá řada způsobů odtávání, z nichž nejefektivnější jsou způsoby, při kterých se potřebné teplo přivádí „zvnitřku“ výměníku - výparníku. Námraza se pak odtává „z hloubky“, 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 skupenství. 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 výparníku, protože za této situace není žádoucí.

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

Při odtávání reverzací funkce okruhu se známými způsoby zamění funkce obou výměníků. Kondenzátor tepelného čerpadla pracuje jako výparník a výparník tepelného čerpadla pracuje jako kondenzátor. Nevýhodou tohoto řešení je, že při odtávání se jako zdroj nízko-potenciálního tepla pro výparník odebírá teplo ze systému, do kterého bylo při aktivní funkci 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 výparníků, které může být použito jen v případě, že okruh tepelného čerpadla pracuje alespoň se dvěma výparníky, se při odtávání změní jen funkce jednoho výparníku. Při odtávání pak pracuje alespoň jeden výparník ve standardní funkci „pracovní výparník“ a jeden, „odtávaný výparník“, ve funkci kondenzátoru. Toto řešení má tu výhodu, že při odtávání tepelné čerpadlo nevyužívá jako nízko-potenciální teplo jednou již vyprodukované, ale teplo přírodní, stejně jako při standardní topné funkci.

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 situaci. Výparník je připojen na zdroj tepla s teplotní úrovní, odpovídající teplotě otopné vody (v rozsahu cca 30 až 50 °C) a kondenzátor je připojen na odběr tepla s teplotní úrovní odpovídající teplotě namrzlého výparníku (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 výparníků 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 negativními důsledky z toho plynoucími.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je způsob odtávání výparníku v okruhu tepelného Čerpadla typu vzduchvoda se spirálovým kompresorem. Podstata vynálezu spočívá v tom, že v chladicím okruhu tepelného čerpadla se řízením tlakové ztráty na výtlaku spirálového kompresoru tento výtlačný tlak stabilizuje, čímž spirálový kompresor pracuje trvale s celkovým disponibilním množstvím chladivá bez jeho přepouštění a částečné vnitřní cirkulace, a tedy s trvale plným topným výkonem, čímž způsobuje zkracování doby odtávání výparníku.

Výhody tohoto způsobu 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.

Dalším předmětem vynálezu je zařízení k provádění uvedeného způsobu odtávání výparníků tepelných čerpadel typu vzduch-voda se spirálovým kompresorem. Zahrnuje chladicí okruh, ve kterém je spirálový kompresor svým výtlakem propojen přes kondenzátor s prvním expanzním ventilem a dále přes výparník se sáním spirálového kompresoru. Mezi výparníkem a spirálovým kompresorem a dále mezi spirálovým kompresorem a kondenzátorem je vřazen čtyřcestný ventil pro reverzací funkce chladicího okruhu, mezi výparníkem a kondenzátorem je dále vřazen druhý expanzní ventil. Každý z obou expanzních ventilů má ve svém obtoku vřazen zpětný ventil. Do výtlaku spirálového kompresoru před čtyřcestným ventilem je vřazen škrticí element.

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. Škrticí element je s výhodou zařazen do obtoku elektromagnetického ventilu.

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 kodlehčování spirálového kompresoru. 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. V jiném provedení může být do výtlaku spirálového kompresoru jako škrticí element osazen mechanický regulační ventil, který otevírá buď v závislosti na rozdílu tlaku výtlačného a sacího, nebo v závislosti na výtlačném tlaku. Od určitého rozdílu tlaku nebo od určitého výtlačného tlaku je ventil plně otevřen, při poklesu tlakového rozdílu nebo tlaku ventil přivírá a stabilizuje výtlačný tlak na potřebné hodnotě.

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

Další provedení tohoto vynálezu zahrnuje chladicí okruh, ve kterém je spirálový kompresor svým výtlakem propojen jednak s kondenzátorem a jednak dvěma třícestnými ventily s výstupy dvou výparníků, kde třícestné ventily současně propojují sání spirálového kompresoru s oběma výparníky, a kde mezi kondenzátorem a dvěma výparníky je jednotlivě předřazen každému z výparníků příslušný expanzní ventil, kde každý z obou expanzních ventilů má ve svém obtoku 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 výparníkům je předřazen uzavírací ventil. Výhodou je, že při uzavření tohoto ventilu při odtávání je funkční výparník zásobován chladivém nejenom z výparníků, který je momentálně ve funkcí kondenzátoru, ale i ze sběrače chladivá. V počáteční fázi odtávání dotuje sběrač chladivá potřebné množství chladivá ve funkčním výparníků.

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

Do chladicího okruhu rovněž mohou být mezi kondenzátorem a výparníky vestavěny sběrač chladivá, filtr-dehydrátor a průhledítko a mezi třícestnými ventily a sáním kompresoru je vestavěn odlučovač kapalného chladivá. Sběrač chladivá je do chladicího okruhu vestavěn pro zajištění spolehlivosti funkce systému, eliminuje disproporce v náplni chladivá při různých provozních režimech. Filtr-dehydrátor 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 ventiluje, 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.

Objasnění výkresů

Vynález bude blíže vysvětlen pomocí připojených výkresů a následujícího popisu příkladů jeho provedení. Příklady uspořádání systému pro stabilizaci výtlačného tlaku kompresoru tepelného čerpadla sjedním výparníkem 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 výparníků, kde na obr. 7 a 9 pracuje chladicí okruh v režimu vytápění a na obr. 8 a 10 v režimu odtávání.

Příklady uskutečnění vynálezu

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 výparníků V. Spirálový kompresor KO je výtlakem propojen přes kondenzátor K s prvním expanzním ventilem EV1 a dále přes výparník V se svým sáním. Mezi výparníkem

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 výparníkem

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 vynálezu 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.

Do chladicího okruhu jsou dále z důvodu bezpečnosti a spolehlivosti zařazeny další komponenty, kterými jsou mezi kondenzátorem Ka prvním expanzním ventilem EV1 postupně za sebou sběrač chladivá SCH, filtr-dehydrátor FD a indikační průhledítko P. Mezi výparníkem 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 reverzaci 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 výparníků V vypařujícím se chladivém, které je do něj přiváděno v potřebném množství prvním expanzním ventilem EV1. Páry chladivá jsou z výparníků 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 výparníků 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 přes druhý zpětný ventil ZV2 do sběrače kapalného chladivá SCH a odtud přes filtr-dehydrátor FD a indikační průhledítko P k prvnímu expanznímu ventilu EV1.

V režimu ..odtávání podle obr. 2 se zamění funkce obou výměníků, výparníku 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 výparníku 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 výparník, 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 výparníku 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 výparníku ve funkci kondenzátoru, 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 kompresoru KO je v režimu vytápění shodná jako u okruhu podle obr. 1 s tím, že v režimu vytápění přestavná 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 - P]_, 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 poklesne pod hodnotu, při které P2 < PL ventil začne přivírat. Pokud tlak pv v režimu vytápění přestoupí hodnotu, při které PÍ > P2, ventil se naplno otevře.

Funkce automatického regulačního ventilu RV pro udržování konstantního rozdílu tlaku výtlačného a sacího je vysvětlena s přihlédnutím o 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 síla PÍ = (pv - ps) * FM je vyvozena rozdílem výtlačního tlaku pv a sacího tlaku 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 pv - 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 výparníků V_L, 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 CV1, CV2 s výstupy dvou výparníků VI, V2, kde třícestné ventily CV1, CV2 současně propojují sání spirálového kompresoru KO s oběma výparníky VI, V2. Mezi kondenzátorem K a dvěma výparníky VI, V2 je jednotlivě předřazen každému z výparníků 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 vynálezu 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 výparníkům VI, V2 je předřazen uzavírací elektromagnetický ventil MVK. Vstupy výparníků 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 výparnících VI a V2 vypařujícím se chladivém, které je do něj přiváděno v potřebném množství expanzními ventily EV1 a EV2. Páry chladivá jsou z výparníků 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 výparníků. 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 filtr-dehydrátor FD a indikační průhledítko P k expanzním ventilům EV1 a EV2.

V režimu odtávání (obr. 8) se zamění střídavě funkce jednoho z výparníků, zde kreslen výparník 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 KQ 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 funkce kondenzátoru je uveden výparník, 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 odlehčování kompresoru. Chladicí okruh pak pracuje za podmínek zvyšujících efekt odtávání. Přívod chladivá do výparníků 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. Zásobování výparníků chladivém ze sběrače chladivá SCH, napomáhá uzavření ventilu MVK.

Ukončení „odtávání“, indikované dosažením žádané povrchové teploty výparníků ve funkci kondenzátoru 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 RV ve výtlaku kompresoru KO je v režimu vytápění shodná jako u okruhu podle obr. 7 stím, že v režimu vytápění přestavná 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.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný 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 zvýší využití energie vložené do odtávání tím, že zkrácená doba odtávání sníží potřebu tepla pro krytí tepelných ztrát ohřátého výparníků do okolí při odtávání. Zkrácená doba odtávání a lepší využití vložené energie pro odtávání intenzifikuje odtávání.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob řízení odtávání výparníků v okruhu tepelného čerpadla typu vzduch-voda s kompresorem (KO), vyznačující se tím, že kompresor (KO) je tvořen spirálovým kompresorem, kde v chladicím okruhu tepelného čerpadla se řízením tlakové ztráty na výtlaku spirálového kompresoru (KO) tento výtlačný tlak stabilizuje, čímž spirálový kompresor (KO) pracuje trvale s celkovým disponibilním množstvím chladivá bez jeho přepouštění a částečné vnitřní cirkulace, a tedy s trvale plným topným výkonem, čímž způsobuje zkracování doby odtávání výparníků (V).
2. 2. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, které zahrnuje chladicí okruh, ve kterém je kompresor (KO) svým výtlakem propojen přes uzavírací ventil (MV) a přes kondenzátor (K) s prvním expanzním ventilem (EV1) a dále přes výparník (V) se sáním kompresoru (KO), kde mezi výpamíkem (V) a kompresorem (KO) a dále mezi kompresorem (KO) a kondenzátorem (K) je vřazen čtyřcestný ventil (CV) pro reverzaci 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), vyznačující se tím, že do výtlaku kompresoru (KO) je před čtyřcestným ventilem (CV) vřazen škrticí element.
3. 3. Zařízení podle nároku 2, 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.
4. 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že škrticí element je zařazen do obtoku elektromagnetického ventilu (MV).
5. 5. Zařízení podle některého z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že do chladicího okruhu jsou mezi kondenzátorem (K) a výpamíkem (V) vestavěny sběrač chladivá (SCH), filtr-dehydrátor (FD) a průhledítko (P) a mezi čtyřcestným ventilem (CV) a sáním kompresoru (KO) je vestavěn odlučovač (OK) kapalného chladivá.
6. 6. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, které zahrnuje chladicí okruh, ve kterém je kompresor (KO) svým výtlakem propojen jednak s kondenzátorem (K) a jednak dvěma třícestnými ventily (CV1, CV2) s výstupy dvou výparníků (VI, V2), kde třícestné ventily (CV1, CV2) současně propojují sání kompresoru (KO) soběma výparníky (VI, V2), a kde mezi 5 kondenzátorem (K.) a dvěma výparníky (VI, V2) je jednotlivě předřazen každému z výparníků (VI, V2) příslušný expanzní ventil (EV1, EV2), přičemž každý z obou expanzních ventilů (EV1, EV2) má ve svém obtoku vřazen zpětný ventil (ZVI, ZV2), vyznačující se tím, že kompresor (KO) je tvořen spirálovým kompresorem, do jehož výtlaku je vřazen škrticí element.

   10
7. 7. Zařízení podle nároku 6, 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.
8. 8. Zařízení podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že do chladicího okruhu jsou mezi 15 kondenzátorem (K) a výparníky (VI, V2) vestavěny sběrač chladivá (SCH), filtr-dehydrátor (FD) a průhledítko (P) a mezi třícestnými ventily (CV1, CV2) a sáním kompresoru (KO) je vestavěn odlučovač (OK) kapalného chladivá.
9. 9. Zařízení podle některého z nároků 6 až 8, vyznačující se tím, že oběma výparníkům (VI,

   20 V2) je předřazen uzavírací ventil (MVK).
10. 10. Zařízení podle některého z nároků 6 až 9, vyznačující se tím, že vstupy výparníků (V 1. V2) jsou propojeny prostřednictvím třetího expanzního ventilu (EV3).