DK161482B - Varmepumpe - Google Patents

Description

i

DK 161482 B

o

Opfindelsen angår en varmepumpe, hvis arbejdsme-dium er en blanding af indbyrdes godt opløselige medier med forskellige kogepunkter, og hvori kondensation og fordampning finder sted ved en varierende temperatur, med én 5 eller flere kompressorer, fordampere, kondensatorer og trykreducerende elementer, samt disse enheder forbindende rørledninger.

Anvendelsesmulighederne for varmepumpen og mulighederne for at forbedre dennes virkningsgrad udforskes og 10 undersøges verden over.

Med den hidindtil anvendte varmepumpe forsøger man fortrinsvis at nærme sig den såkaldte Carnot-proces, ved hvilken proces den isotermiske varmefratagelse og en iso-termisk varmeafgivelse forbindes med to isentropiske til-15 standsændringer.

Det er kendt, at Carnot-processen gengiver den teoretisk optimale varmepumpekredsløbsproces mellem oplagrede varmemængder med konstant temperatur. I den praktiske teknik opfylder en varmekilde (f.eks. en større 20 flod eller sø, hhv. luften) dog kun sjældent, og varmeforbrugeren overhovedet ikke, den betingelse, at være et uendeligt stort (dvs. at kunne betragtes som isoter-misk) varmelager. De energimæssigt gunstigere forudsætninger (affaldsvarme, termalvand osv.) udelukker i hvert til-25 fælde i praksis disse muligheder ved varmekilden.

Når man altså søger efter driftmæssige muligheder for varmepumpen, må man regne med, at varmen udtrækkes af et medium, som afkøles herved, og afgives til et medium, som opvarmes væsentligt derved. I sådanne tilfælde er det 30 hensigtsmæssigt, at anvende en kredsløbsproces med et varierende temperaturforløb, idet en sådan har en gunstigere virkningsgrad mellem de samme temperaturgrænser, sammenlignet med Carnot-processen. Årsagen hertil er, at der ved en kredsløbsproces med et varierende temperaturforløb, 35 som er tilpasset såvel varmekilden som varmeforbrugeren, herudover kun er behov for en mindre, ydre energitilfør-

DK 161482 B

O

2 sel, end det er tilfældet med den anden kredsløbsproces med isotermisk varmeudtrækning.

Til forklaring af det foranstående henvises til fig. 1, hvor denne kredsløbsproces gengives i et T-S 5 (temperatur-entropi) diagram. Varmekilden er det med 2 benævnte medium, hvilket medium kan afkøles for en tem- j peratur til en temperatur T^"· Det er varmepumpens ' opgave, at opvarme det med 1 benævnte medium fra en temperatur T-^' til en temperatur T^". De to mediers tilstands-10 ændringer er gengivet ved fuldt optrukne linier.

Hvis varmepumpens opgave skulle løses ved en enkelt Carnot-proces, så fremkommer den bedste virkningsgrad (som kun kan opnås med uendelig store varmeudvekslings-flader) ved den med stiplede linier anførte kredsløbspro-15 ces ABCD. På stykket AB indtræder en isotermisk varmeop-tagelse (fordampning), på stykket BC indtræder en isen-tropisk kompression, på stykket CD indtræder en isotermisk varmeafgivelse (kondensation), og på stykket DA indtræder en isentropisk ekspansion.

20 Fra termodynamikken er det kendt, at arealet un der stykkets AB repræsenterer den ved kredsløbsprocessen fra varmekilden optagne varmestrøm Q^r og at den til varmeforbrugeren afgivne varmestrøm er repræsenteret ved arealet under stykket CD, samt at det tilførte mekaniske 25 arbejde P er repræsenteret ved forskellen mellem de to arealer, dvs. det af kredsløbsprocessen indesluttede areal (P=Q^-Q2)· Herefter kan varmepumpens virkningsgrad, dvs. kvotienten mellem nyttevarmen og det tilførte mekaniske arbejde udtrykkes på følgende vis: 30 Qi q2 : e = = i+ / ;

Virkningsgraden kan forøges, hvis det nødvendige mekaniske arbejde, dvs. det ved kredsløbsprocessen inde-35 sluttede areal, kan reduceres. Dette er imidlertid ikke muligt i tilknytning til en enkelt Carnot-proces, idet

O

3

DK 161482 B

den varme, som kan udvindes af medium 2, selv med et uendeligt varmeudvekslingsareal, skal føres fra varmekildens laveste temperatur T2" til det varmeoptagende medium l's højeste temperatur T^". Ved et endelig stort varmeudveks-5 lingsareal er fordampningstemperaturen lavere end T2", og kondensationstemperaturen er højere end T^", således at der skal overvindes et endnu større temperaturspring, dvs. at der udkræves et endnu større mekanisk arbejde. For at lette forståelsen af disse overvejelser antages det dog 10 foreløbigt, at der tilvejebringes ideel (altså isentropisk) kompression og ekspansion med uendelig stort varmeudvekslingsareal .

Den teoretisk optimale varmepumpekredsløbsproces er egentlig den med stiplede linier fremstillede kreds-15 løbsproces, som er sammenfaldende med temperaturkurven for det varmeafgivende medium. I denne kredsløbsproces AECF foregår på stykket AE en varmeoptagelse med temperaturforandring, på stykket EC foregår der en isentropisk kompression, på stykket CF foregår der en varmeafgivelse 20 med temperaturforandring og på stykket FA foregår der en isentropisk ekspansion.

På stykket AE af kredsløbsprocessen kan arbejds-mediet kun optage varmemængde fra medium 2, når arbejds-mediets temperatur er lavere, end medium 2's temperatur, 25 dvs., at kurvestrækningen AE skal forløbe under medium 21 s kurve. Når imidlertid varmekapaciteten af de to medier er den samme, og varmeudvekslingsarealet er uendelig stort, bliver den til varmeoverførsel nødvendige temperaturdifferens en uendelig lille størrelse, dvs., at kurvestræk-30 ningen AE forløber langs med kurven for medium 2. På tilsvarende vis indses det, at stykket CF af kredsløbsprocessen under de omtalte teoretiske betingelser lægger sig op mod kurven for medium 1 ovenfra.

Eftersom arbejdsmediets varmeafgivende stykke i 35 kredsløbsprocessen ikke kan komme under kurven for medium 1, således at der ikke kan overføres nogen varme hertil,

DK 161482 B

O

4 og eftersom det varmeoptagende stykke ikke kan ligge over kurven for medium 2, således at der ikke kan overføres varme herfra, indses det, at den med en stiplet· linie anførte kredsløbsproces AECF i dette tilfælde fremstiller den ; 5 for varmepumpen teoretisk optimale kredsløbsproces. j

Ud fra fig. 1 indses det også let, at den op- i tagne varmemængde Q2 er større i kredsløbsprocessen AECF ; med variabel temperatur, forudsat ensartet temperatur, end i kredsløbsprocessen ABCD, dvs., at det under kurvestyk-10 ket AE beliggende areal er større, end det under kurvestykket AB beliggende areal, medens det af kredsløbsprocessen omsluttede areal, dvs. det nødvendige mekaniske arbejde P, er mindre. Det følger heraf ud fra den allerede omtalte formel, at kredsløbsprocessen AECF har en større virknings-15 grad 6, end kredsløbsprocessen ABCD. Dette er jo en logisk følge af, som det allerede er eftervist, at kredsløbsprocessen AECF i dette tilfælde er den teoretisk optimale kredsløbsproces.

I den aktuelle tekniske praksis anvendes i de til 20 varmeoverførsel virkende enheder (fordamper, kondensator) i almindeligt forekommende varmepumper (kompressionsvarme-pumper eller absorptionsvarmepumper) altid et arbejdsme-dium tilvejebragt med en enkelt komponent, hvorved fordampning og kondensation altid forløber ved konstant tem-25 peratur, altså i virkeligheden en kredsløbsproces, som i en vis udstrækning modsvarer den med punkterede linier i fig.

1 anskueliggjorte kredsløbsproces.

Det er indlysende, at virkningsgraden også i en sådan varmepumpe, hvis arbejdsmedium kun indeholder én 30 komponent, kan forbedres, men hertil behøves flere trin.

I fig. 2 er den teoretiske arbejdsgang for en tretrinsvarmepumpe anskueliggjort på et T-S-diagram. Afkøling af mediet 2 og opvarmning af mediet 1 er her anført med fuldt optrukne streger. I denne figur ses det, at det 35- med punkterede linier anførte arbejdsareal for de tre trin (fællesarealet for kredsløbsprocesserne AX'Y'Z", W"X"Y"Z"

DK 161482 B

O

5 og Wn,X"'CZ"') er mindre end arbejdsarealet for éntrinskredsløbsprocessen ABCD, og på væsentlig bedre vis, end éntrinskredsløbsprocessen, nærmer sig den teoretisk optimale kredsløbsproces AECF.

5 Principielt kan en uendelig mangetrins Carnot- -proces fuldkommen tilnærmes kredsløbsprocessen AECF, men også enkelte trin kan tilvejebringe en god virkning. Dette er altså et egnet middel til forbedring af virkningsgraden. En ulempe ved denne løsning med flere trin er det 10 dog, at dette gør opbygningen af maskinen meget kompliceret, samt forhøjer antallet af nødvendige elementer væsentligt, hvorved opbygningen på den ene side bliver mere omkostningskrævende, og på den anden side Øges antallet af fejlmuligheder, dvs. at driftssikkerheden formindskes.

15 Som følge heraf har mange forskere fulgt andre veje. Man har forsøgt at udarbejde sådanne varmepumper, hvor varmeudveksling med et variabelt temperaturforløb er virkeliggjort. Dette opnås ved, at der som arbejdsmedium i varmepumpekredsløbsprocessen er tilvejebragt indbyrdes 20 godt opløselige midler med forskellige kogepunkter (f.eks. blandingen af ammoniak og vand).

En kredsløbsproces med en varmeoverførsel med varierende temperaturforløb er i overensstemmelse med den kendte teknik på god vis tilvejebragt ved den i EP-B 25 0 021 205 omtalte såkaldte hybride varmepumpe. Den i fig.

3 anskueliggjorte opbygning af den hybride varmepumpe ligner den almindeligt forekommende varmepumpe med kompressor, idet den dog adskiller sig fra denne ved, at der i den samlede kredsløbsproces cirkuleres et arbejdsmedium 30 med to i hinanden godt opløselige komponenter. I en lavtryksfordamper 6 (afdampningsenhed) i varmepumpen fordamper medieparret ikke fuldstændig, men der tilvejebringes en blanding af damp, som er rig på mediet med det lave kogepunkt, og af væske, hvori der kun er lidt af 35 mediet med det lave kogepunkt, og denne blanding føres ind i kompressoren 3. Kompressoren 3 overfører det tofa- 6 ! 0

J

j DK 161482 B i sede arbejdsmedium, som er sammensat af to komponenter, ved en såkaldt "våd kompression" til et højere trykniveau. Herfra føres dampen og den flydende fase ind i en kondensator 4 (absorber), hvor dampen, som er rig på mediet med 5 det lave kogepunkt, kondenseres og efterhånden opløser sig i den medstrømmende flydende fase. Arbejdsmediet kommer via en ekspansionsventil 5 tilbage til fordamperen 6 (afdampningsenheden) . Gennem en indre varmeveksler 7 kan virk- j ningsgraden af kred'sløbsprocessen forbedres. j 10 Det faktiske forløb af den ovenfor nævnte kreds- i løbsproces anskueliggøres i et T-S-diagram i fig. 4. De til benævnelse af de enkelte tilstande tilvejebragte bog- ! staver er i overensstemmelse med de i fig. 3 anvendte benævnelser. Af simplifikationsgrunde beskrives den indre 15 varmeveksler ikke, og det antages, at ekspansion og kompression er isentropiske.

Fig. 5 viser den teoretiske kredsløbsproces i en sådan hybrid varmepumpe ved et T-S-diagram, hvor arbejdsmediet har en udpeget koncentration, idet denne kredsløbs-20 proces indbefatter en varmeoptagelse med variabel temperatur (fordampning og afdampning ved konstant tryk P2 langs stykket AB), en isentropisk kompression (stykket BC), en varmeafgivelse med variabel temperatur (kondensation og opløsning ved konstant tryk p^ på stykket CD) og en isen-25 tropisk ekspansion (stykket DA).

Arbejdsmediets temperaturforandring udgør i for- i damperen (stykket ΑΒ)ΔΪ2 og i kondensatoren (stykket CD)-ΔΤ^. Disse to størrelser er næsten ens. Dette skyldes de særlige egenskaber ved det af to komponenter (i en opløs-30 ning) bestående arbejdsmedie, som i T-S-diagrammet for j et medium med en udpeget koncentration er tilnærmelses- .

vis parallel med kurven for konstant tryk.

Det er kendt, at kurven for varmepumpekredsløbsprocessen, selv ved et uendeligt stort varmeudvekslings-35 areal, kun kan lægge sig op ad det varmeafgivende mediums temperaturforløbskurve, når arbejdsmediet og det varmeaf-

DK 161482 B

O

7 givende medium har samme varmekapacitet, altså når der ved overføring af en udpeget varmemængde sker en temperaturforandring i medierne af samme størrelse. Når således temperaturforandringerne i det varmeafgivende og det varme-5 optagende medium afviger væsentligt indbyrdes, kan temperaturforløbet i arbejdsmediet i varmeveksleren i den hybride varmepumpe ikke samtidig være tilpasset begge medier.

Heraf følger, at den hybride varmepumpe først kan arbejde med en virkelig god virkningsgrad, når temperaturforandrin-10 gerne i det varmeafgivende og det varmeoptagende medium er omtrent ens, og når temperaturforandringerne i arbejdsmediet i fordamperen og i kondensatoren er tilpasset disse temperaturforandringer.

Er disse betingelser ikke opfyldt, vil fordelen 15 sammenlignet med kendte varmepumper være ringe. Dette fænomen er anskueliggjort ved et T-S-diagram i fig. 6. Figuren viser et sådant tilfælde, hvor temperaturforandringen ΔΤ2 i det varmeafgivende medium 2 er meget mindre end temperaturforandringen Δi det varmeoptagende medium.

20 Et tilsvarende tilfælde kan forekomme, når varme kilden er spildvarme med lavt temperaturniveau, f.eks. spildevand på 30°C eller opvarmet kølevand, som kun kan afkøles til højst +5°C uden risiko for frysning, dvs. at temperaturforandringen er 25°C. Opgaven angår tilvejebrin-25 gelse af varmt brugsvand med en temperatur på 85°C ud fra det til rådighed værende ledningsvand på 15°C til anvendelse i levnedsmiddelindustrien. Temperaturforandringen udgør her 70°C, altså flere gange den anden størrelse.

I fig. 6 er temperaturforløbet i medierne 1 og 30 2 angivet med fuldt optrukne linier. Figuren anskuelig gør en ideel kredsløbsproces (isentropisk kompression og ekspansion, uendeligt stort varmeudvekslingsareal). Carnot--processen er anskueliggjort med punkterede linier og den hybride varmepumpes teoretiske kredsløbsproces er angi-35 vet med stiplede linier, idet denne sidste er tilpasset mediet 2. Det ses tydeligt i figuren, at det ved kreds- DK 161482 B j 0 8 løbsprocessen med variabel temperatur indelukkede areal, og dermed det nødvendige mekaniske arbejde, er væsentligt mindre, end ved Carnot-processen, men væsentlig større end det teoretisk nødvendige minimale arbejde. Denne ulempe 5 kan dog ikke afhjælpes ved tilpasning af kredsløbsprocessen til medium 1, ej heller ved anvendelse af en mellemliggende variant.

Det er også problematisk, når temperaturforandrin- ! gerne i det varmeafgivende og det varmeaftagende medium i 10 nok er omtrent lige store, men er væsentligt større end hvad arbejdsmediet med de to komponenter kan følge rationelt. Et sådant tilfælde er anskueliggjort i fig. 7, hvor ! det varmeafgivende og det varmeoptagende medium er angivet med fuldt optrukne linier, medens kredsløbsprocessen 15 er angivet med en stiplet linie. Det ses heraf, at kreds- løbsprocessens energibehov er væsentlig større end teore- ! tisk nødvendig, selv om dette energibehov fortsat er gunstigere end det behov, som er knyttet til den i figurerene ikke viste Carnot-proces. Temperaturforandringen kan 20 påvirkes ved ændring af koncentration, tryk og dampindhold ved fordamperens endestykke, men virkningen fra disse faktorer frembyder kun en begrænset løsning.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en sådan videreudvikling af den hybride 25 varmepumpe, som gør det muligt at tilpasse fordamperens og kondensatorens temperaturforløb indenfor meget vide grænser, og uafhængigt af hinanden, til temperaturforløbet i det varmeafgivende hhv. det varmeoptagende medium og således i maksimalt omfang nærme sig til den teoretisk 30 størst mulige virkningsgrad.

Det angivne formål opnås med en varmepumpe af den indledningsvis omhandlede art, som ifølge opfindelsen er ; ejendommelig ved den i krav l's kendetegnende del angivne udformning.

35 Ved opfindelsen er der tilvejebragt en kompres sor, som er udformet som en enhed med mere end én suge-

DK 161482 B

O

9 og/eller trykstuds, idet studsene er udformet med flere tryktrin til samtidig indsugning på mere end ét sugetryk-niveau. og/eller til overføring på mere end ét trykniveau, idet tryktrinsantallet i fordamperen er lig med antallet 5 af sugetrykniveauer, og tryktrinsantallet i kondensatoren er lig med antallet af trykniveauer på tryksiden. Det vil være en fordel ved opfindelsen, om de trykreducerende elementer, f.eks. ekspansionsventiler, er således indbyggede, at der i en kompressor med efter hinanden følgende, tryk-10 niveauhøjderne modsvarende tryktrin mellem nabotryktrinene to og to er indsat et trykreducerende element. Det kan ligeledes foretrækkes at indbygge en ekspansionsturbine til nedsættelse af arbejdsmediets tryk, hvilken turbine med flere indgangs- og/eller udgangsstudser er således 15 udformet, at turbinen, i overensstemmelse med antallet af tryktrin i kompressoren på samme tid kan optage hhv. afgive arbejdsmediet ved flere trykniveauer. Det er yderligere en fordel, når der til varmeudveksling mellem de fra kondensatorerne og fordamperne udtrædende medier er ind-20 sat indre varmevekslere.

Eksempelvise udførelsesformer af opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken: fig. 8 er et teoretisk kredsløbsdiagram af én 25 ved opfindelsen tilvejebragt varmepumpe, fig. 9 anskueliggør kredsløbsprocessen i varme pumpen i fig. 8 i et T-S-diagram, fig. 10 er et kredsløbsdiagram af den ved opfindelsen tilvejebragte varmepumpe i en anden udførelses-30 form, fig. 11 er et kredsløbsdiagram af kompressoren i en ved opfindelsen tilvejebragt varmepumpe, fig. 11b er et kredsløbsdiagram for ekspansionsventilerne i den ved opfindelsen tilvejebragte varmepumpe 35 i en særlig opbygning,

O

DK 161482B ! ίο fig. 11c er et kredsløbsdiagram for en ved opfindelsen tilvejebragt varmepumpe i en anden udførelsesform, fig. Ild er et kredsløbsdiagram for- yderligere en udførelsesform af den ved opfindelsen tilvejebragte varme-5 pumpe, fig. 12 er et kredsløbsdiagram af en yderligere udførelsesform af én ved opfindelsen tilvejebragt varmepumpe med en kondensator med flere tryktrin, fig. 13 er et kredsløbsdiagram af yderligere en 10 udførelsesform af den ved opfindelsen tilvejebragte varme- j pumpe, hvor kondensatorens trintal og fordamperens trin- i tal er det samme.

i

Ifølge den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde arbejder varmepumpen med et af to komponenter sammen- ! 15 sat arbejdsmedium, hvilke komponenter fordamper og kondenserer ved forskellige temperature, idet i det mindste kon- ; densatoren og/eller fordamperen arbejder ved mere end ét i trykniveau p^, p^, p^, hvorved arbejdsmediets temperaturændringer efter behov kan påvirkes. Et eksempel herpå er 20 anskueliggjort i fig. 8. Arbejdsmediet føres ud af kompressoren 3 ved tre forskellige trykniveauer, og der er tilvejebragt en separat kondensator til hvert udgangstrykniveau således, at det varmeoptagende medium 1 bliver op- i varmet i de tre kondensatorer 4a, 4b, 4c ved tre forskel-25 lige tryk. Herefter føres arbejdsmediet ud af kondensatorerne ved tre tilsvarende forskellige trykniveauer fra i en ekspansionsturbine 8 ind i denne, og føres ud af denne 1 ved to forskellige· trykniveauer til de to fordampere 6a og 6b, som opvarmes af det varmeafgivende medium 2, og hvor 30 udfra arbejdsmediet ved to modsvarende forskellige en- j

gangstrykniveauer igen føres ind i kompressoren 3. I

I fig. 9 vises denne kredsløbsproces i et T-S- ; -diagram ved en isentropisk kompression og ekspansion.

Temperaturforandringerne i medierne 1 og 2 er - ved uende-35 ligt stort varmeudvekslingsareal - vist særskilt til højre på figuren. Kondensatoren og fordamperen er i fig. 8 og 9 11

DK 161482 B

o kun eksempelvis anskueliggjort med tre, hhv. to tryktrin, idet antallet af tryktrin kan forud fastsættes efter behov.

Det virkelige kredsløb i den ved opfindelsen tilvejebragte varmepumpe er mere kompliceret, idet den nem-5 lig fortrinsvis også er tilvejebragt med indre varmevekslere 7, som f.eks. i fig. 10. Ekspansionsturbinen 8 er kun økonomisk ved meget store anlæg, hvorfor der i stedet for denne turbine i almindelighed anvendes trykreducerende elementer (f.eks. drosselventiler). I fig. 10 er en sådan 10 udførelsesform anskueliggjort. Her er kondensatorenheden tilvejebragt medd tre tryktrin, på samme måde som i forrige eksempel, medens fordamperenheden er tilvejebragt med to tryktrin. I givet fald kan også udpeges et andet antal tryktrin.

15 Arbejdsmediet føres ud af kompressoren 3 ved tre forskellige trykniveauer p^, p^, p5 og føres ind i de tre kondensatorer 4a, 4b, 4c, hvor det varmeoptagende medium 1 opvarmes af arbejdsmediet. Indre varmevekslere 7a, 7b, 7c er indkoblet efter kondensatorerne, i hvilke var-20 mevekslere arbejdsmediet med det højre tryk afkøles og overføre varme til arbejdsmediet med lavere tryk. Udgangene på de indre varmevekslere 7a, 7b, 7c er gennem et mellemliggende kredsløb ført sammen gennem en af to ekspansionsventiler 5c, 5d, bag hvilke yderligere er indkob-25 let to ekspansionsventiler 5a, 5b. Arbejdsmediets tryk bliver trinvis nedsat til det egnede niveau i de fire ekspansionsventiler 5a, 5b, 5c, 5d, hvorefter arbejdsmediet med to forskellige trykniveauer overføres til en af to fordampere 6a, 6b.

30 Fordamperne 6a, 6b opvarmes af det varmeafgivende medium 2. Det således opvarmede og delvis fordampede ar-bejdsmedium opvarmes yderligere i de indre varmevekslere 7a, 7b, 7c, idet to varmevekslere på række er indkoblet efter den ene fordamper 6a, og en varmeveksler er indkob-35 let efter den anden fordamper 6b, hvorefter arbejdsmediet igen føres ind i kompressoren 3 ved tilsvarende trykniveauer P-L og p2.

DK 161482 B

12 I

O i

Hvis opbygningen af kompressoren 3 ikke er egnet i til suge- hhv. trykstudse med forskellig trykniveauer, kan der, som vist i fig. 11a, også være tilvejebragt flere kompressorer. Her er indbygget fem kompressorer 3a, 3b, 3c, 5 3d, 3e på række på en fælles aksel, hvilket er hensigts mæssigt, idet dog den fælles aksel ikke er nogen absolut t betingelse. Arbejdsmediet føres ind i de to første kompres- j sorer hhv. 3a og 3b ved to forskellige tryk og føres ud | af de tre sidste kompressorer hhv. 3c, 3d og 3e med tre | 10 forskellige tryk. Det kan undtagelsesvis forekomme, at sugetrykket p£ er noget større end trykket p^ på tryksiden. Ϊ

Ved udførelsesformen ifølge fig. 11a medfører dette kun I

en sådan ændring, at arbejdsmediet træder ud af kompressoren 3b med et tryk p^, medens mediet træder ind i kom-15 pressoren 3c ved trykket P2* Hvis dette undtagelsestilfælde forekommer, skal gruppen af ekspansionsventiler i fig.

11a omkobles på tilsvarende vis.

Hvis den i fig. 8 viste ekspansionsturbine ikke er egnet til at være tilvejebragt med ind- og udgangsstud-20 ser til forskellige tryk, kan den samme løsning, som med kompressoren ifølge fig. 11a, med flere efter hinanden koblede ekspansionsturbiner anvendes.

De indre varmevekslere 7a, 7b, 7c i fig. 10 er således indkoblede, at det ud fra fordamperen med et tryk 25 p^ førte arbejdsmedium opvarmes af en væske med et tryk p,-, og- at mediet med et tryk p^ opvarmes af væsken med trykkene p^ og p^. Det i figuren anskueliggjorte kredsløb er dog optimalt ved bestemte størrelser af mediestrøm og tryk. Der kan dog også forekomme sådanne tilfælde, at 30 et fra figuren afvigende kredsløb kan tilvejebringes med en større termodynamisk fordel, f.eks. når strømmasserne i og tryknrveauerne i de enkelte kondensatorer og fordam- i pere fordeles anderledes, hvorved også temperaturforløbet bliver anderledes.

35 Som eksempel er et sådant tilfælde vist i fig. 11c, idet det ud af fordamperen 6a førte medium med trykket p^

O

13

DK 161482 B

i den indre varmeveksler 7a opvarmes af en væske med trykket p^, og mediet med trykket p£ i de indre varmevekslere 7b og 7c opvarmes af mediet med trykkene p^ og p,.. Det kan dog også forekomme, at det er fordelagtigt at opdele den 5 fra kondensatet med trykket p4 afgivne varme mellem medierne med trykkene p^ og P2, som vist i fig. Ild. Det skal bemærkes, at mediet med trykket p4 fordeler den fra mediet stammende varme på de indre varmevekslere 7b og 7c, hvilke varmevekslere altså er parallelkoblede, men 10 man kan også, hvis dette er mere fordelagtigt, indkoble de indre varmevekslere 7b og 7c i række langs strømningsvejen for mediet med trykket p^· I fig. 12 er anskueliggjort en særlig udførelsesform af opfindelsen, idet kun kondensatoren arbejder med 15 tre tryktrin 4a, 4b, 4c, idet der kun er tilvejebragt én fordamper 6, dvs. at kompressoren kun tilvejebringer sugning fra et enkelt trykniveau og udsender arbejdsmedier med tre forskellige trykniveauer. Dette er nødvendigt,når temperaturforandringerne i det varmeoptagende medium er 20 væsentlig større, end i det varmeafgivende medium.

Det omvendte er tilfældet i fig. 13, hvor der kun er tilvejebragt ét kondensatortrin 4 og tre fordampertrin 6a, 6b, 6c. I fig. 10 er den almindelige løsning af formålet med opfindelsen anskueliggjort, ifølge hvilken 25 kondensatorens trintal og fordamperens trintal afviger fra hinanden. I et særligt tilfælde kan trintallet også være det samme, f.eks. to tryktrin på sugesiden på kompressoren 3 (også to fordampertrin) og to tryktrin på tryksiden (også to kondensatortrin).

30 Når mediestrømmene i dette særlige tilfælde er således fordelt på trinene, at kondensatorens mediestrøm med det højere tryk er lig med højtryksmediestrømmen fra fordamperen, kan løsningen af opfindelsens formål føres tilbage til en rækkekobling af to af hinanden uafhængige 35 kredsløbsprocessor i den hybride varmepumpe.

DK 161482B

14

o I

Den samme tankegang er også gældende, når antallet af tryktrin i fordamperen og i kondensatoren er ens, men større end to (f.eks. tre).

Det bemærkes, at der i forklaringen af opfindel- 5 sen kun er refereret til varmepumpen. Det er dog kendt af i fagfolk, at en kølemaskine kun adskiller sig fra en varmepumpe derved, at det i så tilfælde ikke er den afgivende, men den optagende varme der betragtes som nyttevarme. Det i vil sige, at alt hvad der er forklaret i tilknytning til 10 varmepumpen også i nøje forstand gælder for kølemaskinen.

i 15 20 25 | 30 35

Claims (4)

1. Varmepumpe med én eller flere kompressorer (3) , fordampere (6), kondensatorer (4) og trykreducerende elementer (5, 8) samt disse enheder forbindende rørledninger, 5 idet varmepumpens arbejdsmedium til sikring af kondensation hhv. fordampning ved variabel temperatur indbefatter en blanding af i hinanden godt opløselige medier med forskellige kogepunkter, kendetegnet ved, at kompressoren (3) er udformet som en enhed med flere suge- og/- 10 eller trykstudse, ved hvilke studse der tilvejebringes flere tryktrin (p^, P2, p^, p^, p^) til samtidig indsugning fra mere end ét trykniveau og/eller til udpumpning til mere end ét trykniveau, idet fordamperens (6) tryktrinsantal er lig med antallet af trykniveauer på sugesi- 15 den, og kondensatorens (4) tryktrinsantal er lig med antallet af trykniveauer på tryksiden.

2. Varmepumpe ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de trykreducerende elementer (5), f.eks. ekspansionsventiler, er således indbyggede, at der i kompres- 20 soren (3) med efter hinanden følgende, trykniveauhøjderne modsvarende tryktrin, er tilvejebragt et trykreducerende element (5) mellem nabotryktrinene to og to.

3. Varmepumpe ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der er tilvejebragt en ekspansionsturbine (8) til 25 nedsættelse af arbejdsmediets tryk, idet ekspansionsturbinen har flere indgangs- og/eller udgangsstudse, som er således udformede, at turbinen er indrettet til, overensstemmende med kompressorens (3) tryktrin, samtidig at kunne optage hhv. afgive arbejdsmediet ved flere trykniveauer. 30

4. Varmepumpe ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til varmeudveksling mellem det ud af kondensatoren (4) og ud af fordamperen (6) førte medium er tilvejebragt indre varmevekslere (7). 35