FI71835B

FI71835B - VAERMEPUMP

Info

Publication number: FI71835B
Application number: FI820972A
Authority: FI
Inventors: Mats Inge Karlsson
Original assignee: Pertinex Ab
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1982-03-19
Publication date: 1986-10-31
Also published as: SE424772B; FI820972L; CH649370A5; WO1982000511A1; DK132882A; GB2102552A; AU7411181A; SE8005384L; NO151869B; NO820978L; BE889732A; FI71835C; GB2102552B; YU180981A; NO151869C; FR2487488A1; JPS57501141A; DE3152231A1; CA1167653A; FR2487488B1

Description

Lämpöpumppu 718 3 5Heat pump 718 3 5

Keksinnön kohteena on lämpöpumppu, joka sisältää kompressorin jäähdytysväliaineen kierrätystä varten, höyrysti-5 men nestemäisen jäähdytysväliaineen höyrystämiseksi, ja lauh-duttimen höyrystetyn jäähdytysväliaineen lauhduttamiseksi, jolloin höyrystin käsittää ensimmäisen putken, jonka toinen pää on kytketty kompressorin imupuoleen ja jonka toinen pää on suljettu, ja toisen putken, joka on kytketty lauhdut-10 timeen ja joka ulottuu olennaisen koaksiaalisesti ensimmäiseen putkeen tämän toisesta päästä ja päättyy jonkin matkan päähän ensimmäisen putken toisesta, suljetusta päästä höyrystimen kuristimen muodostamiseksi.The invention relates to a heat pump comprising a compressor for recirculating the cooling medium, to evaporate the liquid cooling medium of the evaporator, and to a condenser for condensing the vaporized cooling medium, the evaporator comprising a first pipe with a second end connected to the second end of the compressor a tube connected to the condenser and extending substantially coaxially to the first tube at one end thereof and terminating some distance from the second, closed end of the first tube to form an evaporator choke.

Keksinnön mukaiselle lämpöpumpulle on tunnusomaista, 15 että ensimmäistä putkea ympäröi pitkänomainen putkimainen ulkokuori, joka on taipuisaa, keinotekoista elastomeeriai-netta, joka ulkokuori on järjestetty osana johtoa ulkoisen virtaavan väliaineen kierrättämiseksi, joka väliaine tulee kosketukseen ensimmäisen putken ulkopuolen kanssa ollakseen 20 lämmönvaihdossa jäähdytysväliaineen kanssa.a heat pump according to the invention is characterized in 15 that the first tube surrounded by an elongate tubular outer casing which is flexible, artificial elastomeeriai-structure which outer shell is provided as part of the lead of the external fluid circulating a medium, which medium is brought into contact with the first tube outer side to be 20 in heat exchange with a cooling medium.

Kuvatulla järjestelyllä saavutetaan paitsi höyrystimen yksinkertainen rakenne myös automaattinen säätö jäähdytys-nesteen syötölle höyrystimeen syötetystä lämpömäärästä riippuen: kun pieni lämpömäärä syötetään höyrystimeen ulkoises-25 ta, juoksevasta aineesta, tarvitaan höyrystimessä alhaisempi höyrystyslämpötila, ja tämä saavutetaan automaattisesti keksinnön mukaisesti höyrystimessä siten, että jäähdytysnesteen virtaus vähennetään automaattisesti alhaisemmalla lämpötilalla.The described arrangement achieves not only a simple evaporator structure but also automatic control of the coolant supply depending on the amount of heat supplied to the evaporator: when a small amount of heat is supplied to the evaporator from external fluid, a lower evaporator automatically at a lower temperature.

30 Ei tiedetä varmuudella syytä tähän vaikutukseen, mut ta oletettavasti syy on se, että öljy, joka kulkeutuu kiertävän jäähdytysaineen mukana ja purkautuu lämpöpumpun kompressorista, tulee enemmän viskoosiseksi mitä alhaisempi on ulkoisen, juoksevan aineen lämpötila, jolloin jäähdytysnes-35 teen virtaus toisen putken kautta tulee rajoitetuksi.30 The reason for this effect is not known with certainty, but presumably because the oil that travels with the circulating refrigerant and discharges from the heat pump compressor becomes more viscous the lower the temperature of the external fluid, so that the flow of coolant through the second pipe becomes limited.

2 718352 71835

Keksintöä kuvataan nyt lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 esittää kaaviomaista kuvantoa keksinnön mukaisesta lämpöpumpusta; ja 5 kuvio 2 esittää läpinäkyvää perspektiivikuvantoa höy rystimestä ja putkesta, joka muodostaa sen ulkokuoren ja joka johtaa ulkoisen, juoksevan aineen.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows a schematic view of a heat pump according to the invention; and Fig. 2 shows a transparent perspective view of a steam trimmer and a tube forming its outer shell and conducting an external fluid.

Kuvion 1 lämpöpumpun käsittää kompressorin 10, joka pumppuaa jäähdytysaineen, kuten freonia, lauhduttimeen 11 ja 10 tästä höyrystimeen 12, joka näytetään lähemmin kuviossa 2.Höyrystin on sijoitettu ulkokuoren sisälle, jonka muodostaa putki 13, jonka toinen pää 14 on suljettu ja joka on kytketty kierto-pumppuun 15 toisessa päässään. Useat putket 16, joiden poikkileikkaus on pienempi kuin putken 13, on liitetty toisessa 15 päässä putkeen 13. Ne ulottuvat rinnakkain putkesta 13 sen poikittaissuunnassa ja muodostavat sitten 180° kaaren 17 palaten putkeen 13 rinnakkain, niin että ne on kytketty toisessa päässä toiseen putkeen 18, joka on samanlainen kuin putki 13. Putken 18 toinen pää 19 on suljettu ja sen toinen 20 pää on liitetty kiertopumppuun 15, joka kierrättää ulkoisen, juoksevan aineen, kuten· vettä, putkien 13, 16 ja 18 kautta kuvioiden nuolien mukaisesti. Näin on selvää, että putket 13 ja 18 muodostavat jakoputket putkia 16 varten. Putket 13, 16 ja 18 on mieluiten tehty hyvin lujasta ja taipuisasta 25 tehoelastomeerista, kuten polyvinyylikloridista (PVC), jolloin ne voivat olla sellaisia mustia PVC-putkia, joita käytetään puhtaan veden verkostoissa tai eteeni-propeeni-diee-ni-monomeerista (EPDM). On tärkeää, että putkien aine kestää syövytyksen, ultraviolettivaloa ja kemikaaleja ja eli-30 minoi jäätymisongelmat.The heat pump of Figure 1 comprises a compressor 10 which pumps a refrigerant such as freon to a condenser 11 and 10 therefrom to an evaporator 12 shown in more detail in Figure 2. The evaporator is housed inside an outer shell formed by a tube 13 with one end 14 closed and connected in circulation pump 15 at one end. A plurality of tubes 16 having a cross-section smaller than tube 13 are connected at one end to tube 13. They extend parallel to tube 13 in its transverse direction and then form a 180 ° arc 17 returning to tube 13 in parallel so as to be connected at one end to another tube 18. which is similar to pipe 13. One end 19 of pipe 18 is closed and its other end 20 is connected to a circulation pump 15 which circulates an external fluid, such as water, through pipes 13, 16 and 18 according to the arrows in the figures. Thus, it is clear that the pipes 13 and 18 form manifolds for the pipes 16. Tubes 13, 16 and 18 are preferably made of a high strength and flexible power elastomer such as polyvinyl chloride (PVC), which may be black PVC tubes used in clean water networks or ethylene-propylene-diene monomer (EPDM). . It is important that the pipe material is resistant to corrosion, ultraviolet light and chemicals and ie-30 minimizes freezing problems.

Kuviossa 1 on putket 16 sijoitettu kuuden putken ryhmäksi ja haluttu määrä tällaisia putkiryhmiä voidaan liittää putkiin 13 ja 18, ja toinen ryhmä näytetään osittain kohdassa 16'. Putket 13, 16 ja 18 muodostavat lämmönvaihti-35 men lämmön syöttämiseksi höyrystimeen 12 ja tämä lämmönvaih-din voidaan sijoittaa maahan, niin että siinä kiertävä, juok- 3 71835 seva aine ottaa itseensä maan lämpöä tai ripustaa telineille, jotka ovat esim. autotallin tai -aseman katolla, seinällä tai aidalla, niin että siinä kiertävä, juokseva aine ottaa itseensä lämpöä.In Figure 1, the tubes 16 are arranged in groups of six tubes and the desired number of such groups of tubes can be connected to tubes 13 and 18, and the second group is partially shown at 16 '. The pipes 13, 16 and 18 form a heat exchanger 35 for supplying heat to the evaporator 12, and this heat exchanger can be placed on the ground so that the circulating fluid absorbs the ground heat or hangs it on racks, e.g. in a garage or - on the roof, wall, or fence of the drive so that the circulating fluid in it absorbs heat.

5 Kuvatun lämmönvaihtimen eräässä, parhaana pidetyssä toteutusmuodossa putket 16 kussakin ryhmässä koostuvat imey-tinmatosta, joka markkinoidaan rekisteröidyllä kauppanimellä SolaRoll ja jota valmistaa Bio-Energy Systems Inc, Ellen-ville, New York, Yhdysvalloissa. Ne voidaan sijoittaa ku-10 vion 1 näyttämällä paluumuodolla, mutta muitakin, alalla tunnettuja muotoja voidaan käyttää, kuten siipi- tai arina-muotoa. Tasapainotettua virtausta, kuten kuvion 1 näyttämää, jossa kiertävällä, juoksevalla aineella on sama virtaussuun-ta putkissa 13 ja 18, pidetään parempana kuin epätasapai-15 noista virtausta, jossa virtaussuunnat ovat päinvastaiset näissä putkissa.In a preferred embodiment of the described heat exchanger, the tubes 16 in each group consist of a suction mat marketed under the registered trade name SolaRoll and manufactured by Bio-Energy Systems Inc., Ellenville, New York, USA. They can be placed in the return shape shown in Figure 1, but other shapes known in the art can be used, such as the wing or grate shape. A balanced flow, as shown in Figure 1, in which the circulating fluid has the same flow direction in the tubes 13 and 18, is preferred over an unbalanced flow in which the flow directions are opposite in these tubes.

Ulkoinen, juokseva aine, joka on ottanut itseensä lämpöä kulkiessaan lämmönvaihtimen kautta, kulkee höyrystimen 12 ohi sen kanssa lämmönvaihtosuhteessa antaen lämmön,jo-20 ka tarvitaan höyrystimeen syötetyn jäähdytysnesteen höyrytykseen. Ulkoisen, juoksevan aineen lämpötila olisi tavallisesti 6-8°C, mutta se voi olla niinkin alhainen kuin 2°C. Sen sijaan, että se lämpenisi kuvatussa lämmönvaihtimessa, kulkee ulkoinen, juokseva aine putken 13 kautta lämmönvaih-25 tosuhteessa höyrystimen 12 kanssa ja tätä juoksevaa ainetta voi lämmittää auringonkerääjässä tai syöttää kaukolämpöverkosta tai siinä voi olla maanalaista vettä, joka pumpataan maasta ja joka suodatetaan takaisin maahan sen ohitettua höyrystimen tämän kanssa lämmönvaihtosuhteessa.An external fluid that has absorbed heat as it passes through the heat exchanger passes the evaporator 12 with it in a heat exchange relationship, providing the heat required to evaporate the coolant fed to the evaporator. The temperature of the external fluid would normally be 6-8 ° C, but may be as low as 2 ° C. Instead of being heated in the described heat exchanger, an external fluid passes through a pipe 13 in a heat exchanger-25 relationship with the evaporator 12 and this fluid may be heated in a solar collector or fed from a district heating network or may have groundwater pumped back to the ground and filtered back to ground. bypass the evaporator with this heat exchange ratio.

30 Kuvion 2 mukaisesti lämmönvaihdin 12 käsittää ensim mäisen putken 20, jolla on päätyseinät 21 ja 22 ja on sitten täysin suljettu suhteessa putken 13 sisätilaan, jossa höyrystin sijaitsee. Toinen putki 23 ulottuu päätyseinän 21 läpi ja ensimmäiseen putkeen 20 oleellisen koaksiaali-35 sesti tämän kanssa. Toisen putken 23 sisäpää johtaa jonkin välimatkan päähän toisesta päätyseinästä 22. Johto 24 yhdistää putken 20 päätyseinän 21 sulkemassa päässä kompresso- 4 71835 riin 10 tämän imupuolella, kun sitä vastoin painepuoli on kytketty lauhduttimen 11 tuloaukkoon johdolla 25, ja johto 26 yhdistää putken 23 lauhduttimen lähtöaukkoon. Lauhdutin on sijoitettu lämmönvaihtosuhteeseen toisen ulkoisen, juok-5 sevan aineen, kuten veden, kanssa, joka toimii lämmönsiirto-aineena lauhduttimessa talteenotetun lämmön jakamiseksi esim. rakennuksen keskuslämpöjärjestelmän pattereihin.As shown in Figure 2, the heat exchanger 12 comprises a first tube 20 having end walls 21 and 22 and then completely closed relative to the interior of the tube 13 in which the evaporator is located. The second tube 23 extends through the end wall 21 and into the first tube 20 substantially coaxially therewith. The inner end of the second tube 23 leads some distance from the second end wall 22. The line 24 connects the tube 20 at the closed end of the end wall 21 to the compressor 4 71835 on its suction side, while the pressure side is connected to the condenser 11 inlet by line 25, and line 26 connects tube 23 to condenser outlet. . The condenser is placed in a heat exchange relationship with another external fluid, such as water, which acts as a heat transfer agent to distribute the heat recovered in the condenser, e.g. to the radiators of the building's central heating system.

Jäähdytysneste syötetään yläjuoksun puolelle ulkoisesta, juoksevasta aineesta, joka kulkee putken 13 kautta put-10 keen 23, ja putken avoimesta päästä jäähdytysaine höyrystyy ulkoisesta, juoksevasta aineesta tapahtuvan lämmönoton aikana ja kulkee sitten putken 20 kautta vastakkaiseen virtaus-suuntaan suhteessa jäähdytysnesteen suuntaan putkessa 23 ja ulkoisen, juoksevan aineen suuntaan putkessa 13, johtoon 15 24, niin että kompressori 10 imee sen taas sisään ja puris taa sen kokoon. Putki 23 muodostaa siten höyrystimen 12 kuristusvälineen. Putken 23 kautta syötettyä jäähdytysnestettä jäähdyttää ympäröivä jäähdytysaine putkessa 20, kun se virtaa kohti putken 23 avointa päätä, jotta jäähdytysaine 20 haihtuu ja menee putkeen 20, ja jäähdytysaineen tämän jäähdytyksen avulla saavutetaan edellä kuvattu vaikutus, mikä merkitsee sitä, että jäähdytysaineen virtaus tulee säädetyksi sen lämpömäärän mukaan, jonka ulkoinen, juokseva aine antaa putkessa 13.The coolant is supplied to the upstream side of the external fluid passing through the tube 13 to the tube 23, and from the open end of the tube the coolant vaporizes during heat recovery from the external fluid and then passes through the tube 20 in the opposite flow direction to the coolant 23 , in the direction of the fluid in the pipe 13, in the line 15 24, so that the compressor 10 sucks it in again and compresses it. The tubes 23 thus form the throttling means of the evaporator 12. The coolant supplied through the pipe 23 is cooled by the surrounding coolant in the pipe 20 as it flows towards the open end of the pipe 23 so that the coolant 20 evaporates and enters the pipe 20, and this cooling of the coolant achieves the effect described above. according to which the external fluid gives in the tube 13.

25 Keksinnön lämpöputken eräässä, tyypillisessä toteutus- muodossa putken 13 sisähalkaisija on n. 40 mm. Höyrystimen 12 ensimmäisen putken 20 sisähalkaisija on n. 19 mm ja toisen putken 23 sisähalkaisija on 4,7 - 4,8 mm. Jäähdytysaine syötetään putkeen 23 johdosta 26 lämpötilassa, joka on esim. 30 40-50°C ja se jäähdytetään putkessa 23 10-20°C höyrystys- lämpötilaan.In a typical embodiment of the heat pipe of the invention, the inner diameter of the pipe 13 is about 40 mm. The inner diameter 20 of the first tube 20 of the evaporator 12 is about 19 mm and the inner diameter of the second tube 23 is 4.7 to 4.8 mm. The coolant is fed to the pipe 23 via the line 26 at a temperature of e.g. 40-50 ° C and is cooled in the pipe 23 to an evaporation temperature of 10-20 ° C.

Ulkoisen, juoksevan aineen, jolla syötetään lämpöä höyrystimeen 12, ei tarvitse olla kiertävä, juokseva aine, kuten kuvatussa toteutusmuodossa. Putki, joka muodos-35 taa höyrystimen ulkokuoren ja jonka pituus on esim. 15 m, voidaan sijoittaa maahan lämmönvaihdon aikaansaamiseksi jäähdytysaineen ja putken vastaanottaman, ulkoisen, juokse- 71835 sevan aineen kesken. Tällöin ulkoinen, juokseva aine ei ole kiertävä ja se voi olla vesi. Kun kompressori 10 toimii, mikä voi tapahtua muutaman tunnin vuorokaudessa, jäätyy vesi ulkokuoressa, koska jäähdytysaine ottaa höyrystyslämpönsä 5 vedestä. Tämä jäätyminen voi olla sallittu, kun ulkokuori on taipuisa muoviputki, jolloin laajeneminen jäätymisen yhteydessä ei aiheuta vahinkoa. Vuorokauden muun osan aikana jää sitten sulaa ulkokuoressa, kun siihen tulee maan lämpöä ympäristöstä.The external fluid that supplies heat to the evaporator 12 need not be a circulating fluid, as in the described embodiment. A pipe forming the outer shell of the evaporator and having a length of e.g. 15 m can be placed in the ground to provide heat exchange between the coolant and the external fluid 71835 received by the pipe. In this case, the external, fluid is not circulating and may be water. When the compressor 10 is running, which can happen for a few hours a day, the water in the outer shell freezes because the refrigerant takes its evaporating heat 5 from the water. This freezing may be permitted when the outer shell is a flexible plastic tube, in which case expansion during freezing will not cause damage. During the rest of the day, the melt is then left in the outer shell when it receives ground heat from the environment.

10 Höyrystimen 12 ei tarvitse sitä paitsi sijaita ulko kuoressa. Höyrystin voidaan upottaa meren, järven, joen tai muun ulkoisen, juoksevan aineen luonnollisen lähteen veteen, joka on sopiva höyrystyslämmön syöttämiseksi höyrystimeen.10 In addition, the evaporator 12 does not have to be located in the outer shell. The evaporator may be immersed in water from a natural source of sea, lake, river, or other external fluid suitable for supplying evaporation heat to the evaporator.

Claims

6 71835

A heat pump comprising a compressor (10) for recirculating a cooling medium, an evaporator (12) for evaporating a liquid cooling medium, and a condenser (11) for condensing a vaporized cooling medium, the evaporator (12) comprising a first tube (20) an end (21) connected to the suction side of the compressor (10) and having a second end (22) closed, and a second tube (23) 10 connected to the condenser (11) extending substantially coaxially to the first tube at the second end (21) thereof; and terminating some distance from the second, closed end (22) of the first tube to form an evaporator choke, characterized in that the first tube (20) is surrounded by an elongate tubular outer shell (13) made of a flexible, artificial elastomeric material provided as part of the conduit ( 13, 18) of the external fluid to circulate a fluid comes into contact with the first tube (20) with the exterior of the SA-20 to be in heat exchange with the cooling medium.

Heat pump according to Claim 1, characterized in that the line (13, 18) forms a manifold heat exchanger for a plurality of tubes (16, 16 *).