IT202100006896A1 - Impianto di condizionamento e riscaldamento ambientale - Google Patents
Impianto di condizionamento e riscaldamento ambientale Download PDFInfo
- Publication number
- IT202100006896A1 IT202100006896A1 IT102021000006896A IT202100006896A IT202100006896A1 IT 202100006896 A1 IT202100006896 A1 IT 202100006896A1 IT 102021000006896 A IT102021000006896 A IT 102021000006896A IT 202100006896 A IT202100006896 A IT 202100006896A IT 202100006896 A1 IT202100006896 A1 IT 202100006896A1
- Authority
- IT
- Italy
- Prior art keywords
- high pressure
- pressure exchanger
- compressor
- fluid
- expander
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 7
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 title claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 58
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 33
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 18
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 16
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 16
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 13
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- 239000011555 saturated liquid Substances 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 claims description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 3
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000002051 biphasic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
- F25B47/02—Defrosting cycles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
- F25B6/02—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in parallel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B11/00—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines
- F25B11/02—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines as expanders
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B11/00—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines
- F25B11/02—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines as expanders
- F25B11/04—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines as expanders centrifugal type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
- F25B40/02—Subcoolers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
- F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
- F25B6/04—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in series
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/25—Control of valves
- F25B2600/2507—Flow-diverting valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
Description
Descrizione dell?Invenzione Industriale avente per titolo:
?IMPIANTO DI CONDIZIONAMENTO E RISCALDAMENTO AMBIENTALE?
DESCRIZIONE
Campo di Applicazione
La presente invenzione si riferisce ad una macchina termica a ciclo inverso a compressione di vapore.
In generale, la presente invenzione si riferisce a macchine, impianti o sistemi a compressione, con funzionamento in configurazione booster con due o pi? circuiti, il calore del condensatore o del gas cooler di un circuito viene assorbito dall'evaporatore del circuito successivo.
Stato della Tecnica
Lo stato dell?arte pi? vicino ? rappresentato dalla domanda di brevetto WO2017179083 riguardante una macchina termica a compressione di vapore a ciclo inverso ed un metodo di funzionamento, la macchina comprendendo un condensatore a valle e in comunicazione di fluido con un compressore principale, una valvola principale di laminazione a valle del condensatore, un evaporatore a valle e in comunicazione di fluido con la valvola di laminazione, un generatore elettrico, un accumulatore di carica elettrica, un commutatore temporizzato configurato in funzione degli intervalli orari di produzione e consumo del mercato elettrico, collegato a valle del generatore elettrico e prima dell'accumulatore, almeno una turbina collegata ad almeno un alternatore in comunicazione di fluido tra l?evaporatore ed il compressore principale, ed almeno uno scambiatore di calore avente un ramo caldo collegato a valle del condensatore e prima della valvola di laminazione ed un ramo freddo collegato a valle di una seconda valvola di laminazione ed a monte della turbina. Lo stato dell?arte ? inoltre rappresentato dal brevetto US 5,095,712 A riguardante un circuito di refrigerazione in cui ? previsto il controllo dell'economizzatore insieme al controllo della capacit? variabile, il raffreddamento costante si ottiene controllando un ciclo dell'economizzatore in risposta alla pressione di aspirazione del compressore, la temperatura di scarico del compressore viene controllata variando la porzione di refrigerante liquido fornita alla linea interstadio, il circuito di refrigerazione pu? essere modificato per includere batterie di compressori a due stadi in parallelo, il condensatore e l'economizzatore sono in comune.
Ulteriormente, lo stato dell?arte ? rappresentato dal brevetto US 9,816,733 B2 riguardante un refrigeratore, comprendente un condensatore, un evaporatore, un compressore comprendente un primo stadio di compressione ed un secondo stadio di compressione, un condotto del refrigerante, il condotto del refrigerante configurato per essere in comunicazione di fluido con il primo stadio di compressione ed il secondo stadio di compressione, un economizzatore, in cui l'economizzatore ? configurato per formare una comunicazione di fluido con il condotto del refrigerante tra il primo ed il secondo stadio del compressore, la comunicazione del fluido ? formata attraverso una porta di iniezione, la porta di iniezione ha una caratteristica della superficie interna configurata per iniettare il refrigerante dall'economizzatore in una direzione del flusso del refrigerante nel condotto del refrigerante, la caratteristica della superficie interna ha una curva liscia configurata per dirigere il flusso del refrigerante in una direzione simile alla direzione del flusso del refrigerante nel condotto del refrigerante, e la comunicazione del fluido si forma pi? vicino al primo stadio di compressione rispetto al secondo stadio di compressione.
Infine, lo stato dell?arte ? rappresentato dal brevetto WO 2008/130412 che include un circuito refrigerante principale ed un circuito refrigerante a circuito chiuso booster. Uno scambiatore di calore fornisce un raffreddamento supplementare per il refrigerante che circola attraverso il circuito principale, e quindi migliora le prestazioni del sistema refrigerante.
Presentazione dell?invenzione
Uno scopo della presente invenzione ? quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore fornendo una macchina dotata di un?efficienza maggiore nella gestione della ripartizione dei carichi frazionati, che utilizza al pi? due stadi di compressione in due circuiti separati, risultando quindi meno costoso e meno complesso da gestire rispetto ad un impianto tradizionale.
Prendendo spunto dalla domanda di brevetto WO2017179083, gi? nota alla titolare della presente invenzione, si opta per una variante rispetto all?uso di un unico circuito con un condensatore o un gas cooler comune, utilizzando invece due circuiti paralleli, in modo da adeguare efficacemente i carichi termici.
Questi e altri scopi vengono raggiunti in accordo alla presente invenzione mediante un terzo scambiatore di alta pressione 7b del circuito ausiliare 200 come sorgente calda per effettuare un ciclo di sbrinamento 11 dell?evaporatore 5 del circuito principale 100 qualora quest?ultimo si trovi a funzionare in condizioni termo-igrometriche che favoriscano la formazione di brina sulle superfici di detto evaporatore.
Ci? rappresenta un vantaggio in termini energetici rispetto alle soluzioni tradizionali che prevedono l?utilizzo di resistenze elettriche per ottenere il medesimo effetto.
La presente invenzione ? vantaggiosa rispetto ad una tipica soluzione tradizionale che prevede lo sbrinamento attraverso l?inversione di ciclo del circuito frigorifero, in quanto utilizzando il calore reietto dal circuito ausiliario si evita l?interruzione di servizio causata dal fatto che lo scambiatore a servizio dell?utenza (caldo) deve temporaneamente diventare freddo durante il periodo transitorio di sbrinamento.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell?invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con una macchina termica a ciclo inverso a compressione di vapore, come quella descritta nelle rivendicazioni allegate.
Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l?oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.
Risulter? immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalit? equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.
Descrizione dei disegni
La presente invenzione verr? meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
la FIG. 1 mostra uno schema di funzionamento di una realizzazione della macchina termica a ciclo inverso a compressione di vapore secondo la presente invenzione; e
la FIG. 2 e la FIG. 3, mostrano un grafico nel diagramma pressione-entalpia delle fasi di funzionamento di una realizzazione della macchina termica a ciclo inverso a compressione di vapore secondo la presente invenzione.
Descrizione di forme di realizzazione
Facendo riferimento alle figure, ? possibile notare che una macchina termica a ciclo inverso a compressione di vapore, riguarda un circuito principale 100 collegato ad un circuito ausiliario 200, comprendente un economizzatore 3 in comune al circuito principale ed al circuito ausiliario.
Il circuito principale 100 comprende un primo scambiatore di alta pressione 2 a valle di e in comunicazione di fluido con un primo compressore 1, un evaporatore 5 a monte del primo compressore 1 ed a valle di e in comunicazione di fluido con un primo espansore 4. Il circuito ausiliario 200 comprende un secondo scambiatore di alta pressione 7a a valle di e in comunicazione di fluido con un secondo compressore 6 ed in parallelo ad un terzo scambiatore di alta pressione 7b collocato in prossimit? dell?evaporatore 5, un secondo espansore 8 a valle di e in comunicazione di fluido con il secondo scambiatore di alta pressione 7a.
Il circuito ausiliario 200 ? atto a sottoraffreddare il circuito principale 100 nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione 2 sia un condensatore, oppure a desurriscaldare il circuito principale nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione 2 sia un refrigeratore di gas (Gas Cooler).
Vantaggiosamente, l?economizzatore 3 in comune ? configurato come uno scambiatore di calore con un primo ramo caldo 1c collegato a valle del primo scambiatore di alta pressione 2, un primo ramo freddo 1f collegato a valle dell?economizzatore 3 in comune e a monte del primo espansore 4, un secondo ramo caldo 2c collegato a valle dell?economizzatore 3 in comune e a monte del secondo compressore 6, un secondo ramo freddo 2f collegato a valle del secondo espansore 8 e a monte dell?economizzatore 3 in comune.
L?economizzatore 3 in comune permette uno scambio termico interno di un primo fluido refrigerante m1 del circuito principale 100 con un secondo fluido refrigerante m2 del circuito ausiliario 200.
L?intera portata del primo fluido refrigerante m1 subisce un sottoraffreddamento di un liquido saturo che circola nel primo ramo caldo 1c nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione 2 sia un condensatore, oppure, tramite un desurriscaldamento pi? spinto di un fluido che circola nel primo ramo caldo 1c rispetto al desurriscaldamento iniziale nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione 2 sia un refrigeratore a gas, corrispondente al punto 3* del diagramma p-h di FIG. 2, e tramite l?intera portata del fluido refrigerante m2 inviata all?economizzatore 3 in comune per ricevere potenza termica dal fluido del circuito principale 100 tramite una completa evaporazione della miscela bifasica fino alla condizione di vapore saturo o surriscaldato che circola nel secondo ramo caldo 2c, corrispondente al punto 9* dei diagramma p-h di FIG.
3.
L?intera portata di fluido refrigerante m1 compressa dal primo compressore 1, corrispondente al punto 1* del diagramma p-h di FIG. 2, e successivamente raffreddata tramite il primo scambiatore di alta pressione 2, corrispondente al punto 2* del diagramma p-h di FIG. 2, permette di incrementare la pressione del vapore ad un livello di temperatura di saturazione maggiore della temperatura ambiente in cui lavora il primo scambiatore di alta pressione 2.
Alla pressione di esercizio dell?evaporatore 5 la corrispondente temperatura di saturazione ? minore della temperatura ambiente in cui lavora l?evaporatore 5.
Il vapore compresso dal compressore 1 immesso nello scambiatore di alta pressione 2 permette di scambiare potenza termica con l?ambiente per consentire il raffreddamento del fluido refrigerante m1, a liquido saturo nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione 2 sia un condensatore, oppure, a gas desurriscaldato nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione 2 sia un refrigeratore a gas.
L?intera portata di fluido refrigerante m1 inviato al primo espansore 4 per diminuire la pressione, corrispondente al punto 4* del diagramma p-h di FIG. 2, e immessa nell?evaporatore 5 permette la completa evaporazione della miscela bifasica fino a vapore saturo o surriscaldato, corrispondente al punto 1* del diagramma p-h di FIG. 2, l?intera portata di fluido compressa completamente alla pressione del primo scambiatore di alta pressione 2 permettendo di iniziare un nuovo ciclo.
L?intera portata di fluido refrigerante m2 compressa dal secondo compressore 6, corrispondente al punto 6* del diagramma p-h di FIG. 3, e successivamente raffreddata tramite il secondo scambiatore di alta pressione 7a, corrisponde al punto 7* del diagramma p-h di FIG. 3, permette di incrementare la pressione del vapore ad un livello corrispondente ad una temperatura di saturazione maggiore della temperatura ambiente in cui lavora il secondo scambiatore di alta pressione 7a.
Il fluido refrigerante m2 raggiunge una condizione di liquido saturo o sottoraffreddato nel caso in cui il secondo scambiatore di alta pressione 7a sia un condensatore, oppure, di gas desurriscaldato nel caso in cui il secondo scambiatore di alta pressione 7a sia un refrigeratore a gas.
L?intera portata di fluido refrigerante m2 saturo, sottoraffreddato o desurriscaldato, inviata al secondo espansore 8, corrispondente al punto 8* del diagramma p-h di FIG. 3.
Almeno il primo espansore 4 e/o il secondo espansore 8 pu? assumere la configurazione di una valvola di laminazione.
Almeno il primo espansore 4 e/o il secondo espansore 8 pu? assumere la configurazione di una turbina collegata ad almeno un alternatore/compressore, per poter fornire/erogare energia elettrica/meccanica.
La macchina termica funziona adattandosi automaticamente alle differenti condizioni di carico senza l?ausilio di controlli esterni.
La turbina pu? essere quella di un turbocompressore/turboalternatore per alimentare un compressore collegato in serie o in parallelo, un qualsiasi dispositivo elettronico, un motore a combustione, un impianto di condizionamento, riscaldamento.
Esempi
La macchina termica a ciclo inverso a compressione di vapore con un circuito principale ed un circuito ausiliario collegato in parallelo al circuito principale, comprende un economizzatore in comune al circuito principale e al circuito ausiliario, il circuito principale atto a fornire la resa frigorifera comprende un primo scambiatore di alta pressione (2) a valle di e in comunicazione di fluido con un primo compressore (1), uno economizzatore (3) in comune, ovvero uno scambiatore di calore comune avente in questo circuito principale un primo ramo caldo (1c) collegato a valle del primo scambiatore di alta pressione (2) e prima dell?economizzatore (3) in comune ed un primo ramo freddo (1f) collegato a valle dell?economizzatore (3) in comune e a monte di un primo espansore (4), uno scambiatore di bassa pressione, ovvero un evaporatore (5) a monte del primo compressore (1) ed a valle di e in comunicazione di fluido con il primo espansore (4), il circuito ausiliario atto a sottoraffreddare il circuito principale nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione ? un condensatore oppure atto a desurriscaldare il circuito principale nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione ? un refrigeratore di gas. Tale macchina termica comprende un secondo scambiatore di alta pressione (7a) a valle di e in comunicazione di fluido con un secondo compressore (6) ed in parallelo ad un terzo scambiatore di alta pressione (7b) collocato in prossimit? dell?evaporatore (5), l?economizzatore (3) in comune, ovvero uno scambiatore di calore avente nel circuito ausiliario un secondo ramo caldo (2c) collegato a valle dell?economizzatore (3) in comune e a monte del secondo compressore (6), ed un secondo ramo freddo (2f) collegato a valle di un secondo espansore (8) e prima dell?economizzatore (3) in comune.
L?economizzatore (3) in comune ?, ad esempio, di tipo a piastre o a fascio comunemente utilizzati in campo frigorifero, pu? essere uno scambiatore di calore con flusso in corrente o controcorrente.
In una configurazione alternativa ? possibile utilizzare un solo scambiatore di alta pressione comune al circuito principale e ausiliario.
Il fluido refrigerante (m1) del circuito principale (100) o il fluido refrigerante (m2) del circuito ausiliario (200) pu? trovarsi in una delle seguenti condizioni: liquido, liquido saturo o liquido sottoraffreddato; vapore/gas, vapore/gas surriscaldato o vapore/gas desurriscaldato.
Funzionamento del circuito principale
L?intera portata di fluido refrigerante (m1) del circuito principale (100) viene compressa dal primo compressore (1) corrispondente al punto 1* del diagramma p-h e successivamente raffreddata tramite il primo scambiatore di alta pressione (2) corrispondente al punto 2* del diagramma p-h.
Il primo compressore (1) incrementa quindi la pressione del vapore ad un livello tale che la corrispondente temperatura di saturazione sia maggiore della temperatura ambiente in cui lavora il primo scambiatore di alta pressione (2). Allo stesso modo la pressione di esercizio dell?evaporatore (5) deve essere tale per cui la corrispondente temperatura di saturazione sia minore della temperatura ambiente in cui lavora il suddetto evaporatore (5). Il vapore compresso dal compressore (1) viene dunque immesso nello scambiatore di alta pressione (2), il quale scambiando potenza termica con l?ambiente, consente il raffreddamento del fluido, che si porta quindi ad una condizione di liquido saturo nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione (2) ? un condensatore oppure a gas desurriscaldato nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione (2) ? un gas cooler. Successivamente il fluido ? inviato all?economizzatore (3) in comune che erogando potenza termica al circuito ausiliario (200) mediante detto economizzatore (3) in comune consente il sottoraffreddamento del liquido saturo che circola nel primo ramo caldo (1c) di detto economizzatore (3) in comune nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione (2) ? un condensatore, oppure un desurriscaldamento pi? spinto del fluido che circola in un primo ramo caldo (1c) di detto economizzatore (3) in comune (rispetto al desurriscaldamento iniziale) nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione (2) ? un gas cooler, corrispondente al punto 3* del diagramma p-h.
Questo processo ? dovuto grazie allo scambio termico interno del fluido refrigerante (m1) del circuito principale (100) con il refrigerante (m2) del circuito ausiliario (200) mediante detto economizzatore (3) in comune.
Successivamente il fluido (sottoraffreddato o desurriscaldato) presente nel primo ramo freddo (1f) di detto economizzatore (3) in comune ? inviato al primo espansore (4) per diminuirne la pressione ad un livello prestabilito, che corrisponde al punto 4* del diagramma p-h. Il fluido in uscita ? finalmente immesso nell?evaporatore (5) il quale, ricevendo potenza termica dall?ambiente, consente la completa evaporazione della miscela bifasica fino a vapore saturo o surriscaldato, corrispondente al punto 5* del diagramma p-h. Da qui il ciclo si ripete nuovamente per come appena spiegato, ossia l?intera portata di fluido viene rimescolata e compressa completamente alla pressione del primo scambiatore di alta pressione (2) per iniziare un nuovo ciclo. Funzionamento del circuito ausiliario
L?intera portata di fluido refrigerante (m2) del circuito ausiliario (200) viene compressa dal secondo compressore (6) che corrisponde al punto 6* del diagramma p-h e successivamente raffreddata tramite il secondo scambiatore di alta pressione (7a) oppure, in alternativa, raffreddata tramite il terzo scambiatore di alta pressione (7b), che corrisponde al punto 7* del diagramma p-h.
Il secondo compressore (6) incrementa quindi la pressione del vapore ad un livello tale che la corrispondente temperatura di saturazione sia maggiore della temperatura ambiente in cui lavora lo scambiatore di alta pressione utilizzato.
Il vapore compresso dal secondo compressore (6) viene dunque immesso nel secondo scambiatore di alta pressione (7a) oppure, in alternativa, viene immesso nel terzo scambiatore di alta pressione (7b) collocato in prossimit? dell?evaporatore (5) per eseguire il ciclo di sbrinamento (11) di detto evaporatore (5) in caso di necessit?, il quale scambiando potenza termica con l?ambiente, consente il raffreddamento del fluido (m2), che si porta quindi ad una condizione di liquido saturo o di liquido sottoraffreddato nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione utilizzato ? un condensatore oppure a gas desurriscaldato nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione utilizzato ? un gas cooler. Successivamente il fluido (saturo, sottoraffreddato o desurriscaldato) ? inviato al secondo espansore (8) per diminuirne la pressione ad un livello prestabilito, corrispondente al punto 8* del diagramma p-h.
Successivamente il fluido (m2) presente in un secondo ramo freddo (2f) di detto economizzatore (3) in comune, riceve potenza termica dal fluido del circuito principale (100) mediante detto economizzatore (3) in comune, consentendo la completa evaporazione della miscela bifasica fino alla condizione di vapore saturo o surriscaldato presente in un secondo ramo caldo (2c), che corrisponde al punto 9* del diagramma p-h.
Da qui il ciclo si ripete nuovamente per come appena spiegato, ossia l?intera portata di fluido viene rimescolata e compressa completamente alla pressione del secondo scambiatore di alta pressione (7a) per iniziare un nuovo ciclo.
Nell?arte non ? presente, e non ? mai stato suggerito, un dispositivo per le attivit?/funzioni sopra descritte uguale o simile a quello oggetto della presente invenzione.
La soluzione proposta pu? essere utilizzata sia in condizioni subcritiche che in condizioni transcritiche.
I risultati preliminari teorici ottenuti hanno mostrato come la soluzione proposta offra potenzialmente sia una maggiore efficienza energetica sia un incremento della capacit? frigorifera rispetto i valori che caratterizzano l?impianto reale con i quali sono stati confrontati i dati.
Il funzionamento dell?impianto con la configurazione proposta risulta essere economicamente vantaggioso rispetto all?impianto tradizionale e si pu? dedurre facilmente che aumentando la potenza frigorifera dell?impianto si ottiene un beneficio economico maggiore.
I primi risultati di tale confronto, il quale non ha riguardato soltanto la valutazione dell?effetto utile rispetto al sistema tradizionale ma anche all?eventuale utilizzo di diversi fluidi di lavoro, hanno mostrato come la soluzione proposta consenta di ottenere un miglioramento del Coefficiente di Prestazione (COP) e della capacit? frigorifera dell?impianto.
I livelli di pressione intermedi a cui lavorano gli espansori non sono stati impostati a priori. Si ? pensato piuttosto di verificare quali debbano essere i loro valori ottimali che, insieme ad opportuna taratura dei frazionamenti, massimizzano il rendimento ottenuto.
L?idea di partenza ? stata per? quella di ragionare a parit? di servizio erogato.
Con riferimento alle caratteristiche tecniche dell?invenzione, il procedimento esposto definisce un metodo tecnico inventivo/originale che in relazione alle modalit? di attuazione degli elementi combinati tra loro, forniscono per l?impianto un risultato utile e conveniente, in quanto vengono definiti in modo agevole gli elementi distintivi, adeguati e necessari per migliorare il coefficiente di effetto utile di un impianto termodinamico operatore, ottimizzando le prestazioni al minimo costo rispetto ai documenti brevettuali noti dello stesso settore.
Per ogni applicazione sar? necessario quindi dimensionare opportunamente gli scambiatori interni, selezionare gli espansori pi? adeguati a seconda del campo di impiego e valutare accuratamente gli organi ausiliari e la sensoristica necessaria.
Altro aspetto da approfondire riguarder? l?ottimizzazione dei livelli di pressione interni e dei frazionamenti al variare delle temperature delle sorgenti termiche.
Ci? permetterebbe la costruzione di una sorta di ?mappa? della macchina termodinamica che permetterebbe ad uno opportuno sistema di regolazione di garantire le migliori prestazioni al variare delle condizioni di funzionamento.
I risultati fin qui ottenuti, inerenti ad una fase iniziale del progetto basata su analisi teorica, hanno mostrano come l?impiego della soluzione proposta sia opportuno in impianti di condizionamento o frigoriferi di piccola, media e grossa taglia; non ci sono, allo stato attuale, limiti teorici ad un eventuale impiego in funzionamento a pompa di calore.
Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell?invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell?ambito della medesima idea inventiva.
In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.
Claims (9)
1. Macchina termica a ciclo inverso a compressione di vapore, riguardante un circuito principale (100) collegato ad un circuito ausiliario (200), comprendente un economizzatore (3) in comune al circuito principale ed al circuito ausiliario, il circuito principale (100) comprendente un primo scambiatore di alta pressione (2) a valle di e in comunicazione di fluido con un primo compressore (1), un evaporatore (5) a monte del primo compressore (1) ed a valle di e in comunicazione di fluido con un primo espansore (4), il circuito ausiliario (200) comprendente un secondo scambiatore di alta pressione (7a) a valle di e in comunicazione di fluido con un secondo compressore (6) ed in parallelo ad un terzo scambiatore di alta pressione (7b) collocato in prossimit? dell?evaporatore (5), un secondo espansore (8) a valle di e in comunicazione di fluido con il secondo scambiatore di alta pressione (7a), il circuito ausiliario (200) atto a sottoraffreddare il circuito principale (100) nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione (2) sia un condensatore, oppure a desurriscaldare il circuito principale nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione (2) sia un refrigeratore di gas, detta macchina termica caratterizzata dal fatto che detto economizzatore (3) in comune ? configurato come uno scambiatore di calore con un primo ramo caldo (1c) collegato a valle del primo scambiatore di alta pressione (2), un primo ramo freddo (1f) collegato a valle dell?economizzatore (3) in comune e a monte del primo espansore (4), un secondo ramo caldo (2c) collegato a valle dell?economizzatore (3) in comune e a monte del secondo compressore (6), un secondo ramo freddo (2f) collegato a valle del secondo espansore (8) e a monte dell?economizzatore (3) in comune.
2. Macchina termica secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l?economizzatore (3) in comune permette uno scambio termico interno di un primo fluido refrigerante (m1) del circuito principale (100) con un secondo fluido refrigerante (m2) del circuito ausiliario (200), l?intera portata del primo fluido refrigerante (m1) inviata all?economizzatore (3) in comune per erogare potenza termica al circuito ausiliario (200) tramite un sottoraffreddamento di un liquido saturo che circola nel primo ramo caldo (1c) nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione (2) sia un condensatore, oppure, tramite un desurriscaldamento pi? spinto di un fluido che circola nel primo ramo caldo (1c) rispetto al desurriscaldamento iniziale nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione (2) sia un refrigeratore a gas, e tramite l?intera portata del fluido refrigerante (m2) inviata all?economizzatore (3) in comune per ricevere potenza termica dal fluido del circuito principale (100) tramite una completa evaporazione della miscela bifasica fino alla condizione di vapore saturo o surriscaldato che circola nel secondo ramo caldo (2c).
3. Macchina termica secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che l?intera portata di fluido refrigerante (m1) compressa dal primo compressore (1) e successivamente raffreddata tramite il primo scambiatore di alta pressione (2) permette di incrementare la pressione del vapore ad un livello tale che la corrispondente temperatura di saturazione sia maggiore della temperatura ambiente in cui lavora il primo scambiatore di alta pressione (2), alla pressione di esercizio dell?evaporatore (5) la corrispondente temperatura di saturazione sia minore della temperatura ambiente in cui lavora l?evaporatore (5), il vapore compresso dal compressore (1) immesso nello scambiatore di alta pressione (2) scambiando potenza termica con l?ambiente per consentire il raffreddamento del fluido refrigerante (m1), a liquido saturo nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione (2) sia un condensatore, oppure, a gas desurriscaldato nel caso in cui lo scambiatore di alta pressione (2) sia un refrigeratore a gas.
4. Macchina termica secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che l?intera portata di fluido refrigerante (m1) inviata al primo espansore (4) per diminuire la pressione e immessa nell?evaporatore (5) permette la completa evaporazione della miscela bifasica fino a vapore saturo o surriscaldato, l?intera portata di fluido compressa completamente alla pressione del primo scambiatore di alta pressione (2) permettendo di iniziare un nuovo ciclo.
5. Macchina termica secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che l?intera portata di fluido refrigerante (m2) compressa dal secondo compressore (6) viene successivamente raffreddata tramite il secondo scambiatore di alta pressione (7a), detto secondo compressore (6) permette di incrementare la pressione del vapore ad un livello corrispondente alla temperatura di saturazione maggiore della temperatura ambiente in cui lavora il secondo scambiatore di alta pressione (7a), il fluido refrigerante (m2) raggiungendo una condizione di liquido saturo o sottoraffreddato nel caso in cui detto secondo scambiatore di alta pressione (7a) sia un condensatore, oppure, di gas desurriscaldato nel caso in cui detto secondo scambiatore di alta pressione (7a) sia un refrigeratore a gas, l?intera portata di fluido refrigerante (m2) saturo, sottoraffreddato o desurriscaldato, inviata al secondo espansore (8).
6. Macchina termica secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che l?intera portata di fluido refrigerante (m2) compressa dal secondo compressore (6) viene successivamente raffreddata tramite il terzo scambiatore di alta pressione (7b) per eseguire il ciclo di sbrinamento (11) di detto evaporatore (5) in caso di necessit?, detto compressore (6) permette di incrementare la pressione del vapore ad un livello corrispondente alla temperatura di saturazione maggiore della temperatura ambiente in cui lavora il secondo scambiatore di alta pressione (7b), il fluido refrigerante (m2) raggiungendo una condizione di liquido saturo o sottoraffreddato nel caso in cui detto secondo scambiatore di alta pressione (7b) sia un condensatore, oppure, di gas desurriscaldato nel caso in cui detto secondo scambiatore di alta pressione (7b) sia un refrigeratore a gas, l?intera portata di fluido refrigerante (m2) saturo, sottoraffreddato o desurriscaldato, inviata al secondo espansore (8).
7. Macchina termica secondo una rivendicazione delle precedenti, caratterizzata dal fatto che almeno detto primo espansore (4) e/o detto secondo espansore (8) pu? assumere la configurazione di una valvola di laminazione.
8. Macchina termica secondo una rivendicazione delle precedenti, caratterizzata dal fatto che almeno detto primo espansore (4) e/o detto secondo espansore (8) pu? assumere la configurazione di una turbina collegata ad almeno un alternatore/compressore.
9. Macchina termica secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che la turbina pu? essere quella di un turbocompressore/turboalternatore per alimentare un compressore collegato in serie o in parallelo, un qualsiasi dispositivo elettronico, un motore a combustione, un impianto di condizionamento, riscaldamento.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000006896A IT202100006896A1 (it) | 2021-03-23 | 2021-03-23 | Impianto di condizionamento e riscaldamento ambientale |
| US18/261,900 US20240077236A1 (en) | 2021-03-23 | 2021-05-31 | Environmental Air Conditioning and Heating Plant |
| EP21730823.8A EP4314670A1 (en) | 2021-03-23 | 2021-05-31 | Environmental air conditioning and heating plant |
| PCT/EP2021/064517 WO2022199862A1 (en) | 2021-03-23 | 2021-05-31 | Environmental air conditioning and heating plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000006896A IT202100006896A1 (it) | 2021-03-23 | 2021-03-23 | Impianto di condizionamento e riscaldamento ambientale |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| IT202100006896A1 true IT202100006896A1 (it) | 2022-09-23 |
Family
ID=76269884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT102021000006896A IT202100006896A1 (it) | 2021-03-23 | 2021-03-23 | Impianto di condizionamento e riscaldamento ambientale |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240077236A1 (it) |
| EP (1) | EP4314670A1 (it) |
| IT (1) | IT202100006896A1 (it) |
| WO (1) | WO2022199862A1 (it) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115377778B (zh) * | 2022-10-24 | 2023-02-07 | 中国航天三江集团有限公司 | 基于两相流体的光纤激光器热控装置及方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5095712A (en) | 1991-05-03 | 1992-03-17 | Carrier Corporation | Economizer control with variable capacity |
| US20070144201A1 (en) * | 2005-12-28 | 2007-06-28 | Sanden Corporation | Air conditioning systems for vehicles |
| WO2008130412A1 (en) | 2007-04-23 | 2008-10-30 | Carrier Corporation | Co2 refrigerant system with booster circuit |
| CN100554825C (zh) * | 2005-04-08 | 2009-10-28 | 开利公司 | 具有可变速压缩机和再加热功能的制冷系统 |
| DE102015002166A1 (de) * | 2015-02-19 | 2016-08-25 | Audi Ag | Fahrzeugklimaanlage mit Reheat-Betrieb |
| WO2017179083A1 (en) | 2016-04-11 | 2017-10-19 | Verde Giuseppe | Thermal operating machine |
| US9816733B2 (en) | 2012-12-31 | 2017-11-14 | Trane International Inc. | Economizer injection assembly and method |
| GB2565472A (en) * | 2016-06-23 | 2019-02-13 | Mitsubishi Electric Corp | Binary refrigeration device |
| KR20190103009A (ko) * | 2018-02-26 | 2019-09-04 | 한온시스템 주식회사 | 자동차의 공기 조화 시스템용 장치 및 상기 장치의 작동 방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101909531B1 (ko) * | 2017-04-28 | 2018-10-18 | 엘지전자 주식회사 | 실외기 및 그 제어방법 |
-
2021
- 2021-03-23 IT IT102021000006896A patent/IT202100006896A1/it unknown
- 2021-05-31 WO PCT/EP2021/064517 patent/WO2022199862A1/en active Application Filing
- 2021-05-31 US US18/261,900 patent/US20240077236A1/en active Pending
- 2021-05-31 EP EP21730823.8A patent/EP4314670A1/en active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5095712A (en) | 1991-05-03 | 1992-03-17 | Carrier Corporation | Economizer control with variable capacity |
| CN100554825C (zh) * | 2005-04-08 | 2009-10-28 | 开利公司 | 具有可变速压缩机和再加热功能的制冷系统 |
| US20070144201A1 (en) * | 2005-12-28 | 2007-06-28 | Sanden Corporation | Air conditioning systems for vehicles |
| WO2008130412A1 (en) | 2007-04-23 | 2008-10-30 | Carrier Corporation | Co2 refrigerant system with booster circuit |
| US9816733B2 (en) | 2012-12-31 | 2017-11-14 | Trane International Inc. | Economizer injection assembly and method |
| DE102015002166A1 (de) * | 2015-02-19 | 2016-08-25 | Audi Ag | Fahrzeugklimaanlage mit Reheat-Betrieb |
| WO2017179083A1 (en) | 2016-04-11 | 2017-10-19 | Verde Giuseppe | Thermal operating machine |
| GB2565472A (en) * | 2016-06-23 | 2019-02-13 | Mitsubishi Electric Corp | Binary refrigeration device |
| KR20190103009A (ko) * | 2018-02-26 | 2019-09-04 | 한온시스템 주식회사 | 자동차의 공기 조화 시스템용 장치 및 상기 장치의 작동 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20240077236A1 (en) | 2024-03-07 |
| WO2022199862A1 (en) | 2022-09-29 |
| EP4314670A1 (en) | 2024-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101846101B (zh) | 进口空气加热和冷却系统 | |
| JP4605974B2 (ja) | エンジン | |
| US6536518B2 (en) | Refrigeration system for an environmental test chamber | |
| EP2446122B1 (en) | System and method for managing thermal issues in one or more industrial processes | |
| KR20050094798A (ko) | 엘엔지 휘발가스의 중간냉각시스템 | |
| CN103471276B (zh) | 一种喷气增焓型空调装置 | |
| CN105258392A (zh) | 热泵制热系统、控制方法及热泵热水器 | |
| CA2997573C (en) | Orc for transforming waste heat from a heat source into mechanical energy and compressor installation making use of such an orc | |
| JP7134688B2 (ja) | 蓄熱システムを備えた中間冷却式タービン | |
| JP2005077088A (ja) | 凝縮機 | |
| IT202100006896A1 (it) | Impianto di condizionamento e riscaldamento ambientale | |
| KR200403633Y1 (ko) | 엘엔지 휘발가스의 중간냉각시스템 | |
| EP2765281B1 (en) | A rankine cycle apparatus | |
| Konrad et al. | Cold climate air source heat pumps: Industry progress and thermodynamic analysis of market-available residential units | |
| CN110953757A (zh) | 喷液增焓热泵机组及其控制方法 | |
| CN205066233U (zh) | 热泵制热系统及热泵热水器 | |
| IT202100002630A1 (it) | Impianto di condizionamento e riscaldamento ambientale | |
| CN113686044B (zh) | 热泵机组 | |
| CN110953069A (zh) | 一种燃机电站多能耦合发电系统 | |
| CN111412678A (zh) | 一种双动力双通驱动热泵系统 | |
| US20220074435A1 (en) | Closed cycle inventory control | |
| CN108779685A (zh) | 用于供应电功率和/或机械功率、加热功率和/或冷却功率的设备和方法 | |
| US10132201B2 (en) | Ultra-high-efficiency closed-cycle thermodynamic engine system | |
| IT201900006560A1 (it) | Macchina termica a ciclo inverso a compressione di vapore | |
| Kharazi et al. | Preliminary study of a novel R718 turbo-compression cycle using a 3-port condensing wave rotor |