PL174165B1

PL174165B1 - Drive system for a compressor of a heat pump

Info

Publication number: PL174165B1
Application number: PL94305662A
Authority: PL
Inventors: Marian Juśko; Dominik Prokopowicz; Janusz Kwiatkowski; Mieczysław Fornal; Tadeusz Fijałka; Kazimierz Kostyszyn; Zdzisław Strycharz; Ewa Mika
Original assignee: Lubelskie Przed Energetyki Cie
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1998-06-30
Also published as: PL305662A1

Abstract

Układ napędu sprężarki pompy ciepłaHeat pump compressor drive system

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ napędu sprężarki pompy ciepła.The present invention relates to a heat pump compressor drive system.

Pompy ciepła stanowią urządzenia do ogrzewania, pobierające ciepło z ośrodka o niższej temperaturze i poprzez doprowadzenie energii z zewnątrz dostarczają je do ośrodka o wyższej temperaturze - ośrodka ogrzewczego. Istotną częścią pompy ciepła jest sprężarka. Zadaniem tego urządzenia jest zasysanie czynnika termodynamicznego, na przykład R134a z parownika i po jego sprężeniu do wyższych ciśnień i temperatur przekazanie go do skraplacza pompy ciepła. Sprężarka pompy jest zazwyczaj napędzana silnikiem elektrycznym zasilanym z sieci elektroenergetycznej, Znany jest również napęd sprężarek pomp ciepła przy pomocy silników gazowych i spalinowych wysokoprężnych. Jak wynika z danych przedstawionych w poradniku Ogrzewanie i klimatyzacja Recknagel, Sprenger, Honmann, Schrank, wydawnictwo EWFE, Gdańsk 1994, str. 523, 551-555, napęd za pomocą silnika gazowego lub wysokoprężnego stosuje się ze względów ekonomicznych przy mocy ponad 100 kW i w dużych obiektach, jak baseny kąpielowe, osiedla mieszkaniowe, domy towarowe, hale sportowe. Użycie silników gazowych lub wysokoprężnych jest efektywne, gdyż pozwala to na uzyskanie dużych oszczędności ciepła przez wykc^rrz^f^t^ianie tego ciepła, które jest zawarte w wodzie chłodzącej silnika, spalinach, w innych układach. Stosowane w praktyce silniki gazowe, posiadające moc powyżej 100 kW mają do 12 cylindrów w układzie szeregowym lub widlastym. Sprężarki pomp ciepła tłokowe występują przeważnie z napędem bezpośrednim, natomiast sprężarki śrubowe lub odśrodkowe połączone są z silnikami poprzez przekładnię. Spalmy opuszczają urządzenie napędowe przy temperaturze około 500°C i mogą być schłodzone w przypadku silników gazowych do 120°C, a w odniesieniu do silników wysokoprężnych do około 180°C. W szczególnych przypadkach, na przykład przy włączonych później dopalaczach, mogą być spaliny schłodzone do jeszcze niższych temperatur.Heat pumps are devices for heating, collecting heat from a medium with a lower temperature and by supplying energy from the outside, they deliver it to a medium with a higher temperature - a heating medium. The compressor is an essential part of the heat pump. The purpose of this device is to draw a thermodynamic medium, for example R134a, from the evaporator and, after compressing it to higher pressures and temperatures, transfer it to the heat pump condenser. The pump compressor is usually driven by an electric motor fed from the electricity grid. It is also known to drive heat pump compressors by means of gas and diesel engines. As it results from the data presented in the guide Heating and air conditioning Recknagel, Sprenger, Honmann, Schrank, EWFE publishing house, Gdańsk 1994, pp. 523, 551-555, the drive with a gas or diesel engine is used for economic reasons with a power of over 100 kW and large facilities, such as swimming pools, housing estates, department stores, sports halls. The use of gas or diesel engines is effective as it allows for high heat savings by extracting the heat that is contained in the engine cooling water, exhaust gas, and other systems. In practice, gas engines with power over 100 kW have up to 12 cylinders arranged in series or V-shaped. Reciprocating heat pump compressors are usually direct-driven, while screw or centrifugal compressors are connected to the motors through a gearbox. The combustion gases leave the propulsion plant at a temperature of around 500 ° C and can be cooled down to 120 ° C for gas engines and up to around 180 ° C for diesel engines. In special cases, for example when afterburners are switched on later, the exhaust gas may be cooled down to even lower temperatures.

Rozwiązanie układu napędu sprężarki pompy ciepła według wynalazku polega na tym, że źródłem energii napędzającej silnik sprężarki pompy ciepła jest turbina gazowa, zasilana gazem ziemnym. Turbina ta przenosząc energię mechaniczną na prądnicę, powoduje wytwarzanie w niej energii elektrycznej, która napędza silnik sprężarki pompy ciepła. Z turbiną gazową powiązany jest funkcjonalnie kocioł odzysknicowy, odbierający ciepło spalin turbiny. W kotle odzysknicowym wbudowane jest urządzenie dopalające składające się z zespołu dodatkowych palników gazowych zasilanych gazem ze źródła zewnętrznego.The solution of the heat pump compressor drive system according to the invention consists in the fact that the source of energy driving the heat pump compressor motor is a gas turbine powered by natural gas. The turbine, by transferring mechanical energy to the generator, generates electricity in it, which drives the heat pump compressor motor. A waste heat boiler is functionally connected with the gas turbine, collecting the heat from the turbine exhaust gas. An afterburning device is built in the recovery boiler, consisting of a set of additional gas burners powered by gas from an external source.

Rozwiązanie według wynalazku jest szczególnie korzystne ekonomicznie w sytuacji, gdy cena zakupu energii elektrycznej jest relatywnie wysoka w stosunku do ceny zakupu gazu ziemnego, a więc w krajach lub regionach o przewadze elektrowni paliwowych nad elektrowniami wodnymi, słonecznymi, wiatrowymi lub jądrowymi. Wysoką efektywność stosowania napędu pompy ciepła według wynalazku uzyskuje się ponadto wówczas, gdy pompę ciepła eksploatuje się przy wysokim współczynniku wydajności cieplnej, oznaczającej stosunek energii użytecznej do energii włożonej do układu. Występuje to wówczas, gdy jest mała różnica temperatur źródła górnego i dolnego, a ponadto gdy jest wymagana stosunkowo niska temperatura górnego źródła.The solution according to the invention is particularly economically advantageous in a situation where the purchase price of electricity is relatively high in relation to the purchase price of natural gas, i.e. in countries or regions with an advantage of fuel power plants over hydro, solar, wind or nuclear power plants. A high efficiency in the use of the heat pump drive according to the invention is further achieved when the heat pump is operated at a high coefficient of thermal efficiency, which is the ratio of useful energy to energy input into the system. This occurs when there is a small difference in temperature between the top and bottom sources, and when a relatively low temperature of the top source is required.

Przedmiot wynalazku pokazano w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat ideowy układu napędu sprężarki pompy ciepła.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing showing a schematic diagram of the drive system of the heat pump compressor.

Układ według wynalazku posiada turbinę gazową 3 zasilaną gazem ziemnym, przekazującą energię mechaniczną prądnicy 4, wytwarzającej prąd elektryczny dla silnika 1 sprężarki 2 pompy ciepła. Turbina gazowa współdziała z kotłem odzysknicowym 5 odbierającym ciepło spalin odlotowych turbiny gazowej 3. Ciepło to może być wykorzystane na przykład do dogrzania wody w miejskich sieciach ciepłowniczych. Kocioł odzysknicowy 5 powiązany funkcjonalnie z turbiną gazową 3 posiada urządzenie dopalające 6 stanowiące zespół dodatkowych palników gazowych zasilanych gazem ze źródła zewnętrznego. Urządzenie to jest używane do dodatkowego dogrzewania na przykład wody cepłowniczej w okresie bardzo niskiej temperatury zewnętrznej.The system according to the invention has a gas turbine 3 powered by natural gas, transmitting mechanical energy to the generator 4 generating electricity for the engine 1 of the compressor 2 of the heat pump. The gas turbine cooperates with a heat recovery boiler 5 that collects the heat from the exhaust gas from the gas turbine 3. This heat can be used, for example, to heat up the water in district heating networks. The waste heat boiler 5 is functionally related to the gas turbine 3 and has an afterburning device 6 constituting a set of additional gas burners supplied with gas from an external source. This device is used for additional heating, for example, of heating water in the period of very low outside temperature.

gaz ziemnynatural gas

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz Cena 2,00 złPublishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies Price PLN 2.00

Claims

Patent claims

1. Drive system for the heat pump compressor, constituting the essential part of the pump and performing the function of compressing the thermodynamic medium, characterized in that the source of energy driving the engine (1) of the compressor (2) of the heat pump is a gas turbine (3) powered by natural gas that transfers mechanical energy a generator (4) that produces an electric current for the engine (1) of the compressor (2), the gas turbine (3) interacting with a heat recovery boiler (5) collecting the heat from the exhaust gas from the turbine (3).

2. The system according to claim The method of claim 1, characterized in that the waste heat boiler (5) has an after-burning device (6) in the form of a set of additional gas burners.