NL8304420A - Koel- of warmtepompsysteem. - Google Patents

Description

'* ^ V ·* 9 PHN 10.887 1 ' . - . ! N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven. .

Koel- of warmtepcmpsysteem. -------

De uitvinding heeft betrekking cp een koel- of warmtepomp--------- systeem met een verdamper, een compressor, een condensor en een smooror-gaan, waarbij de compressor wordt gevormd door een elektromotor en een zuigerpcmp, welke zuigerpcmp een cilinder omvat, waarin zich een door de 5 elektromotor aangedreven zuiger beweegt ter beïnvloeding van een boven de zuiger gelegen compressieruimte, waarbij de compressor is voorzien van een inlaat en een uitlaat, welke door middel van leidingen zijn verbonden met de verdamper respektievelijk de condensor, en verder is voorzien van een bij schakelruimte, welke met de ccmpressieruimte in verbin-10 ding gebracht kan werden door middel van sturing van een afsluitorgaan tassen de ccmpressieruimte en de bij schakelruimte.

De meeste koel- of warmtepempsystenen worden geregeld door middel van een aan/uit regeling van de compressor. Teneinde de efficiency -van zo'n systeem te verhogen door middel van continu bedrijf, dat wil 15 zeggen continu draaiende compressor, zijn verschillende regelmogelijkheden bekend. Bijvoorbeeld door toerenregeling van de elektromotor van de compressor. Deze regeling is op zich goed, echter erg duur. Ook is een regeling bekend waarbij verschillende kleine compressor éénheden worden toegepast en afhankelijk van de capaciteitsbehoefte één of meer 20 compressoren uitgeschakeld kunnen warden. Deze regeling is alleen dan lonend indien de capaciteit van het systeem voldoende groot is. Een andere bekende mogelijkheid is de schadelijke ruimteregeling, waarbij afhankelijk van de benodigde capaciteit een extra schadelijke ruimte, een zogenaamde bij schakelruimte aan de normaal aanwezige ccmpressie-25 ruimte wordt toegevoegd.

De uitvinding betreft een systeem met een regeling volgens deze laatst genoemde methode. Bekend is cm door middel van een pneumatisch- of een met de hand gestuurde klep al of niet een verbinding tussen de ccmpressieruimte en de bij schakelruimte aan te brengen.

30 De uitvinding beoogt de efficiency van het systeem te ver hogen door middel van een eenvoudige en goedkope regeling.

Het systeem volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk, dat het afsluitorgaan elektromagnetisch is gestuurd en het systeem een 8304420 r PHN 10.887 2 /* . ·_.

+- 'ï regeling bevat welke tijdens het bij schakelen van de bij schakelruimte het vermogen van de elektromotor verlaagt.

Een gevolg van een schadelijke ruiirrteregeling is, dat de hoeveelheid rondgepompte koelmiddelmassa kleiner is, waardoor de verdaitr-5 pertemperatuur hoger en de condensortenperatuur lager is en dientengevolge de carpressiearbeid vermindert. Gemiddeld wordt nu bij een lagere temperatuur koude opgewekt dan bij een aan/uit geregeld systeem. Met andere woorden bij het systeem volgens de uitvinding wordt de koude bij een hoger rendement opgewekt. Echter gedurende de periode, dat de bij-10 schakelruimte aan de campressieruimte is toegevoegd, hoeft de compressor minder massa rond te pompen, waardoor het gevraagde koppel van de elektromotor kleiner wordt en het rendement zakt. Teneinde het rendement van de elektromotor toch op hetzelfde niveau te handhaven, wordt gedurende de genoemde periode het vermogen verlaagd. Cm dezelfde hoeveelheid 15 koude qp te wekken als in een aan/uit geregeld systeem resulteert de gecombineerde regeling van het systeem volgens de uitvinding in een netto minder energieverbruik van ca. 10%.

Een voorkeursuitvoering heeft het kenmerk, dat de.compressor is voorzien van een deksel, waarin zich de bij schakelruimte bevindt, die 20 door middel van een verbindingskanaal met de ccmpressieruinrfce is verbonden, het afsluitorgaan is gekoppeld met de kern van de elektromagneet, welk afsluitorgaan bij bekrachtiging van de elektromagneet het verbindingskanaal opent en bij niet bekrachtiging door een terugstelveer afsluit. Dit heeft het voordeel, dat bij weigering van de regeling, door 25 welke oorzaak dan ook, de terugstelveer het afsluitorgaan in die positie plaatst waarbij de maximale capaciteit van de compressor is ingeschakeld, waarbij dan overgegaan wordt op een normale aan/uit regeling.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de compressor is voorzien van een kleppenplaat gelegen tussen de dek-30 sel en de cilinder, welke kleppenplaat is voorzien van een boring, waarin het afsluitorgaan schuifbaar is en van het genoemde verbindingskanaal, dat de boring snijdt, welk afsluitorgaan is voorzien van een doorboring, zodanig dat bij bekrachtiging van de elektromagneet deze in lijn ligt met het verbindingskanaal. Het voordeel hiervan is, dat tijdens de be-35 krachtiging van de elektromagneet door de compressiedruk geen wisselende kracht op het afsluitorgaan wordt uitgeoefend.

Gunstig voor het rendement van het systeem is, dat de weerstand van het smoororgaan tijdens het bij schakelen van de bij schakel- 8304420 , ' -» 9 EHN 10.887 3 --- ruimte vergroot is.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van een in tekeningen weergegeven uitvoer ings voorbeeld .

Fig. 1 toont het koel- of warmtepcmpsysteem; 5 Fig. 2 is een gedeeltelijk dwarsdoorsnede van de compressor;

Fig. 3 is een dwarsdoorsnede van de compressor volgens de lijn III-III van Fig. 2;

Fig. 4 toont rendanent-koppelkrcmmen van de elektromotor;

Fig. 5 toont het elektrisch circuit van het systeem; 10 Fig. 6 toont het tenperatuurgedrag van de verdamper en de con densor;

Fig. 7 toont een koelsysteem met weerstandsaanpassing van het capillair.

Het systeem wordt gevormd door een verdarrper 1, een ccnpres-15 sar 2, een condensor 3 en een smoarventiel 4, die in een gesloten kringloop door middel van leidingen met elkaar zijn verbonden. De compressor wordt cmsloten door een hermetisch gesloten huis 5, waarin zich een elék-trcmotor 6 en een zuigerpotp 7 bevinden. De zuigerpcnp omvat een cilinder 8, waarin zich een door de elektromotor aangedreven zuiger 9 bevindt, 20 een deksel 10 en een kleppenplaat 11 gelegen tussen de deksel en de cilinder. De kleppenplaat is voorzien van een inlaatpoort 12 met een in-laatklep 13 en uitlaatpoorten 14 met uitlaatkleppen 15. Het huis 5 van de compressor is voorzien van een inlaat 16 en een uitlaat 17, welke door middel van leidingen met de verdamper 1 respektievelijk de conden-25 sor 3 zijn verbonden. Het koelmiddelzuiggas wordt via de zuigkamer 18 en inlaatpoort 12 in de ccmpressieruirnte 19 aangezogen, daarna gecomprimeerd en via uitlaatpoort 14 en perskamer 20 weer in het systeem geperst.

Volgens de uitvinding is, ter regeling van het systeem, de zuigerpcmp 7 voorzien van een bij schakelruimte 21. De kleppenplaat 11 30 is voorzien van een verbindingskanaal 22 die de bij schakelruimte 21 met de ccmpressieruirnte 19 verbindt. In de kleppenplaat 11 bevindt zich een boring 23, waarin een afsluitorgaan 24 schuifbaar is. De boring 23 snijdt het verbindingskanaal 22. Het afsluitorgaan 24 vormt één geheel met de beweegbare kern 25 van een elektromagneet 26. Cm de kern 25 be-35 vindt zich een spoel 27, die in een elektrische regeling van het systeem is cpgencmen. De elektromagneet heeft verder nog een terugstelveer 28.

Het penvormige afsluitorgaan 24 is voorzien van een doorboring 29, die afhankelijk van de stand van het afsluitorgaan al of niet in lijn ge- 8304420 r PHN 10.887 4 - 4 Λ bracht kan worden met het verbindingskanaal 22 en zodoende het verbin-dingskanaal opent of afsluit. In de getekende stand van Fig. 2 is de elektromagneet 26 bekrachtigd en ligt de doorboring 29 in lijn met het verbindingskanaal 22, zodat de bij schakelruimte 21 aan de carpressie-5 ruimte 19 is toegevoegd. De compressor werkt dan op een gereduceerde capaciteit. Gunstig bij deze stand is, dat de compressiedruk alzijdig (¾) de wand van de doorboring 29 van het afsluitorgaan 24 werkt, zodat op het afsluitorgaan geen resulterende krachten werken, die anders door de kracht van de elektromagneet gecompenseerd zouden moeten warden. Bij 10 niet bekrachtiging van de elektromagneet drukt de terugstelveer 28 het afsluitorgaan naar links waardoor het verbindingskanaal is afgesloten.

In deze stand werkt de compressor op maximale capaciteit (Fig. 3). Bij voorkeur is de bij schakelruimte 21 geïsoleerd van de omgeving, zodat geen extra warmteverliezen ontstaan.

15 De uitvinding omvat tevens een regeling, welke tijdens het bij schakelen van de bij schakelruimte 21 het vermogen van de elektromotor verlaagt. In fig. 4 zijn twee rendement-kcppelkrcrcnen van de elektromotor weergegeven. In kromme I werkt de motor bij een hoger vermogen dan in kromme II. Tijdens de periode dat de compressor zonder bijschakel-2o ruimte werkt, ligt het werkgebied van de elektromotor tussen de punten A en B van kromme I, Wordt nu de bij schakelruimte 21 bij de ccmpressie-ruimte 19 geschakeld, dan zal het koppel T af nemen en dientengevolge ook het rendement. De elektromotor zal dan bijvoorbeeld tussen de punten C en D werken. Door nu het vermogen te verlagen, kan het rendement weer 25 verhoogd worden. De elektromotor werkt dan bijvoorbeeld in het rende-mentsgunstige gebied E-F van kromme II. Reductie van het vermogen voor koppelaanpassing wordt bij voorkeur verkregen door toepassing van een verliesvrije vermogensregelaar. Als voorbeeld hiervan zou een transformator gebruikt kunnen worden cm de spanning te verlagen. Een transfor-30 mator is echter duur. Goedkoper is de eveneens verliesvrije vermogensregelaar 30, die in Fig. 5 is weergegeven. In het netwerk bestaande uit twee verschillende weerstanden en (R^<R2), een capaciteit C, een diac D, een triac T en een spanningsafhankelijke weerstand VDR wordt afhankelijk van de stand van de schakelaar S1 een verschillende fase-aan-35 snijding van de netsinus verkregen. De stand van de schakelaar S1 wordt bepaald door een regelbare thermostaat 31. Bij een maximale verdairper-temperatuur (bijvoorbeeld -3°C) wordt de schakelaar SI in de rechter-stand (vol vermogen) en bij een regelbare minimale verdampertemperatuur 8304420 ΕΗΝ 10.887 5 · '·''' " - ' ( ί Λ (bijvoorbeeld -16 tot -24°C) in de linkerstand (gereduceerd vermogen) cmgeschakeld. Werkt de compressor op vol vermogen (SI in rechterstand), dan staat de schakelaar S2 open en is de spoel 27 van de elektromagneet 26 voer de bediening van het afsluitorgaan 24 niet bekrachtigd. Bij ge-5 reduceerd corpressarvermogen daarentegen is schakelaar S2 gesloten, de elektromagneet bekrachtigd, waardoor het afsluitorgaan 24 het verbin-dingskanaal 22 tussen de bij schakelruimte 21 en de ccnpressieruimte 19 opent,

In Fig. 6 is het temperatuurgedrag van de verdaitper en de con-10 denser weergegeven, zowel voor een bekende aan/uit regeling als voor de tweestandsregeling volgens de uitvinding. De weergegeven tenperaturen zijn gemeten aan de koelmiddelzijde. De streeplijnkrctrmen hebben betrekking op de aan/uit regeling en de met een volgetrokken lijn weergegeven kranten hebben betrekking op de regeling volgens de uitvinding. Bij de 15 aan/uit regeling loopt de condensortenperatuur tijdens de aan-periode van de compressor van 25°C (omgevingstemperatuur) tot ca. 50°C (a1), terwijl in diezelfde periode de verdanpertenperatuur van 9°C (koelkast-tenperatuur) tot -24°C (b1) daalt. In de daaropvolgende stilstandperiode daalt de condensortenperatuur veer tot ca. 25°C (a2) en stijgt de ver-20 danpertemperatuur tot ca. 9°C (t>2). Deze regeling veroorzaakt een temperatuurschommeling (c) in bijvoorbeeld de koelruimte (lucht) van een koelkast van ca. 8°C. Bij de nieuwe tweestandsregeling loopt de conden-sortenperatuur tijdens de korte periode van volle ccnpressorcapaciteit van ca. 32°C tot ca. 45°C (d1), terwijl de verdanpertenperatuur in die-25 zelfde periode van -5°C tot -20°C (e1) daalt. In de daaropvolgende lange periode met gereduceerde ccmpressorcapaciteit, dus met toevoeging van de bij schakelruimte en gereduceerde aandrijf spanning, daalt de con-densortenperatuur weer tot ca. 32°C (d2) en stijgt de verdairpertempera-tuur tot ca. -5°C (e2). De tenperatuurschanmelingen van de verdaitper en 30 de condensor zijn bij de nieuwe regeling veel geringer. Het gevolg hiervan is dat de tenperatuurschaimeling (f) in bijvoorbeeld de koelruimte (lucht) van een koelkast ook veel geringer is (ca. 3°C).

Aangezien tijdens de periode van bijschakelen van de bij-schakelruimte 21 de massastrocm van het koelmiddel kleiner is, zal 35 voer het handhaven van de drukval de weerstand van het smoarorgaan 4 groter moeten zijn. Voor een koelsysteem, waarbij als smoarorgaan een capillair wordt toegepast is in Pig. 7 een voorbeeld weergegeven hoe de weerstand in twee standen regelbaar is. In het circuit zijn twee ca- 8304420 * ΐ ΕΗΝ 10.887 6 " - ' pillairen 4a en 4b in serie geschakeld, waarbij tijdens vol vermogen van dè compressor het capillair 4a kortgesloten wordt door openen van de klep 32. Bij gereduceerd vermogen wordt de klep gesloten en zijn beide capillairen werkzaam. Bij voorkeur wordt de klep 32 elektromagnetisch 5 bediend. In Fig. 5 is de plaats waar de elektromagnetische klep met een streeplijn in het circuit aangegeven. Bij gereduceerd vermogen is schakelaar S3 gesloten, de spoel 33 van de elektromagneet bekrachtigd en de klep 32 gesloten.

Bij warmtepompen wordt veelal een temperatuur geregeld expan-10 sieventiel toegepast. Hierbij krijgt het expansieventiel automatisch de juiste cpeningen voor het handhaven van de drukval.

15 -20 25 30 35 8304420

Claims (4)

1. Koel- of warmtepampsysteem met een verdamper (1), een catrr pressor (2), een condensor (3) en een smoarargaan (4), waarbij de compressor wordt gevormd door een elektromotor (6) ai een zuigerpcmp (7), welke zuigerpcmp een cilinder (8) omvat, waarin zich een door de 5 elektromotor aangedreven zuiger (9) beweegt ter beïnvloeding van een boven de zuiger gelegen ccmpressieruitnte (19), waarbij de compressor is voorzien van een inlaat (16) en een uitlaat (17), welke door middel van leidingen zijn verbonden met de verdamper respektievelijk de condensor, en verder is voorzien van een bij schakelruimte (21), welke 10 met de ccmpressieruimte (19) in verbinding gebracht kan worden door middel van sturing van een afsluitcrgaan (24) tussen de compressieruim-te en de bijschakelruimte, met het kenmerk, dat het afsluitcrgaan elektromagnetisch is gestuurd en het systeem een regeling (30) bevat welke tijdens het bijschakelen van de bijschakelruimte (21) het ver-15 mogen van de elektromotor verlaagt.

2. Koel- of warmtepcmpsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de compressor (2) is voorzien van een deksel (10), waarin zich de bijschakelruimte (21) bevindt, die door middel van een ver-bindingskanaal (22) -met de ccmpressieruimte (19) is verbonden, het 20 afsluitcrgaan (24) is gekoppeld met de kern (25) van de elektromagneet (26), welk afsluitcrgaan bij bekrachtiging van de elektromagneet het verbindingskanaal (22) opent en bij niet bekrachtiging door een terug-stelveer (28) afsluit.

3. Koel- of warmtepompsysteem volgens conclusie 1 of 2, met het 25 kenmerk, dat de compressor (2) is voorzien van een kleppenplaat (11) gelegen tussen de deksel (10) en de cilinder (8), welke kleppenplaat is voorzien van een boring (23), waarin het afsluitorgaan (24) schuifbaar is en van het genoemde verbindingskanaal (22), dat de bering (23) snijdt, welk afsluitcrgaan (24) is voorzien van een doorboring (29), 30 zodanig dat bij bekrachtiging van de elektromagneet (26) deze in lijn ligt net het verbindingskanaal (22).

4. Koel- of warmtepcmpsysteem volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de weerstand van het smocrcrgaan (4) tijdens het bijschakelen van de bijschakelruimte (21) vergroot is. 35 8304420