RU106727U1

RU106727U1 - HEAT PUMP

Info

Publication number: RU106727U1
Application number: RU2011106594/06U
Authority: RU
Inventors: Андрей Николаевич Нечаев; Анатолий Анатольевич Жердев
Original assignee: Андрей Николаевич Нечаев; Анатолий Анатольевич Жердев; Общество с ограниченной ответственностью "Терминал Столица"
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2011-07-20

Abstract

Тепловой насос, содержащий отделитель жидкости и последовательно включенные в замкнутый контур циркуляции хладагента компрессор с форсунками, конденсатор, терморегулирующий вентиль и испаритель, причем жидкостная полость отделителя жидкости подключена через бустерный насос жидкостным трубопроводом к форсункам компрессора, отличающийся тем, что он снабжен приводом бустерного насоса с регулятором скорости вращения, выполненным в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятора температуры с датчиком температуры, установленным в линии нагнетания компрессора, при этом регулятор температуры содержит блок сравнения и блок задания, причем блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, а выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, выход которого подключен к регулятору скорости вращения привода бустерного насоса, при этом отделитель жидкости установлен после конденсатора, а форсунки выполнены с низкой дисперсностью распыляемого факела и высокой скоростью впрыска. A heat pump containing a liquid separator and a compressor with nozzles, a condenser, a thermostatic valve and an evaporator connected in series to the closed circuit of the refrigerant circulation, the liquid cavity of the liquid separator being connected through the booster pump by a liquid pipe to the compressor nozzles, characterized in that it is equipped with a booster pump drive with a speed controller, made in the form of a block of powder electromagnetic couplings and a temperature controller with a temperature sensor, is installed in the compressor discharge line, wherein the temperature controller comprises a comparison unit and a reference unit, the comparison unit being connected to an input of an electronic amplifier equipped with a non-linear feedback unit, and the output of an electronic amplifier connected to an input of a magnetic amplifier with a rectifier, the output of which is connected to a speed controller rotation of the booster pump drive, while the liquid separator is installed after the condenser, and the nozzles are made with a low dispersion of the spray torch and a high injection speed ska.

Description

Полезная модель относится к области теплотехники, а именно к области парокомпрессионных холодильных и теплонасосных установок и может найти применение в системах вентиляции и кондиционирования воздуха различных помещений.The utility model relates to the field of heat engineering, namely to the field of vapor compression refrigeration and heat pump units and can find application in ventilation and air conditioning systems in various rooms.

Известен тепловой насос, содержащий отделитель жидкости и последовательно включенные в замкнутый контур циркуляции хладагента компрессор с форсунками, конденсатор, терморегулирующий вентиль и испаритель, причем жидкостная полость отделителя жидкости подключена через бустерный насос жидкостным трубопроводом к форсункам компрессора (RU 2018064 C1, 15.08.1994).A heat pump is known that contains a liquid separator and a compressor with nozzles, a condenser, a thermostatic valve and an evaporator connected in series to the closed circuit of the refrigerant circulation, the liquid cavity of the liquid separator being connected through the booster pump by a liquid pipe to the compressor nozzles (RU 2018064 C1, 08/15/1994).

При эксплуатации теплового насоса с парокомпрессионным циклом работы следует учитывать, что окружающая среда не всегда обладает бесконечной теплоемкостью. Во время работы теплового насоса максимальная потребность в генерации тепла приходится на минимум температуры окружающего воздуха, который в некоторых случаях является источником низкопотенциального тепла. Поэтому для местностей с резкими сезонными перепадами температуры более предпочтительны грунтовые источники теплоты. При этом из-за ограниченной теплопроводности грунта может происходить вымораживание источника.When operating a heat pump with a vapor compression cycle, it should be borne in mind that the environment does not always have infinite heat capacity. During operation of the heat pump, the maximum need for heat generation falls on the minimum ambient temperature, which in some cases is a source of low-grade heat. Therefore, for areas with sharp seasonal temperature differences, ground source of heat is more preferable. Moreover, due to the limited thermal conductivity of the soil, freezing of the source may occur.

Одним из способов увеличения теплогенерации является увеличение массового расхода хладагента через компрессор. Для этого применяются специальные инверторные компрессоры с изменяемым числом оборотов.One way to increase heat generation is to increase the mass flow rate of the refrigerant through the compressor. For this, special inverter compressors with variable speed are used.

Недостатком указанной схемы является то, что при ограниченном тепловом потоке от источника тепла дополнительное количество хладагента не будет успевать полностью, испариться в испарителе.The disadvantage of this scheme is that with a limited heat flow from the heat source, the additional amount of refrigerant will not have time to completely, evaporate in the evaporator.

Другим недостатком является высокая температура нагнетания, способствующая разложению хладагента и образованию масляного нагара, который будет вызывать преждевременный износ деталей компрессора.Another disadvantage is the high discharge temperature, which contributes to the decomposition of the refrigerant and the formation of oil deposits, which will cause premature wear of the compressor parts.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является снижение температуры нагнетания, увеличение отопительного коэффициента теплового насоса с применением компрессора с дополнительным портом инжекции.The problem the utility model aims to solve is to reduce the discharge temperature, increase the heating coefficient of the heat pump using a compressor with an additional injection port.

Технический результат заключается в снижении энергопотребления теплового насоса во всем диапазоне изменения температуры окружающей среды и повышении надежности и долговечности теплового насоса в целом.The technical result consists in reducing the energy consumption of the heat pump in the entire range of changes in ambient temperature and increasing the reliability and durability of the heat pump as a whole.

Поставленная задача решается и технический результат достигается за счет того, что тепловой насос содержит отделитель жидкости и последовательно включенные в замкнутый контур циркуляции хладагента компрессор с форсунками, конденсатор, терморегулирующий вентиль и испаритель, причем жидкостная полость отделителя жидкости подключена через бустерный насос жидкостным трубопроводом к форсункам компрессора. При этом новым является то, что, он снабжен приводом бустерного насоса с регулятором скорости вращения, выполненным в виде блока порошковых электромагнитных муфт, и регулятора температуры с датчиком температуры, установленным в линии нагнетания компрессора, причем регулятор температуры содержит блок сравнения и блок задания, при этом блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, кроме того, выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, выход которого подключен к регулятору скорости вращения привода бустерного насоса, причем отделитель жидкости установлен после конденсатора, а форсунки выполнены с низкой дисперсностью распыляемого факела и высокой скоростью впрыска.The problem is solved and the technical result is achieved due to the fact that the heat pump contains a liquid separator and a compressor with nozzles, a condenser, a thermostatic valve and an evaporator sequentially connected to the closed circuit of the refrigerant circulation, and the liquid cavity of the liquid separator is connected through the booster pump by a liquid pipe to the compressor nozzles . Moreover, it is new that it is equipped with a booster pump drive with a speed controller made in the form of a block of powder electromagnetic couplings, and a temperature controller with a temperature sensor installed in the compressor discharge line, the temperature controller containing a comparison unit and a reference unit, this comparison unit is connected to the input of an electronic amplifier equipped with a non-linear feedback unit, in addition, the output of the electronic amplifier is connected to the input of a magnetic amplifier with a rectifier, turn is connected to the controller booster pump drive rotation speed, the liquid separator installed downstream of the condenser, and the nozzle are made of low dispersion spray plume and high injection speed.

Выполнение привода бустерного насоса с регулятором скорости вращения, выполненным в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятора температуры с датчиком температуры, установленным в линии нагнетания компрессора, приводит к увеличению массового расхода хладагента через компрессор, что повышает теплогенерацию теплового насоса.The drive of the booster pump with a speed controller made in the form of a block of powder electromagnetic couplings and a temperature controller with a temperature sensor installed in the compressor discharge line leads to an increase in the mass flow rate of the refrigerant through the compressor, which increases the heat generation of the heat pump.

Выполнение форсунок с низкой дисперсностью распыляемого факела и высокой скоростью впрыска позволяет улучшить теплообмен со сжимаемым в компрессоре газом.The execution of nozzles with a low dispersion of the spray torch and a high injection rate allows to improve heat transfer with the gas compressed in the compressor.

На фиг.1 показана схема теплового насоса.Figure 1 shows a diagram of a heat pump.

На фиг.2 - диаграмма цикла работы теплового насоса.Figure 2 - diagram of the cycle of the heat pump.

Тепловой насос содержит отделитель 1 жидкости и последовательно включенные в замкнутый контур циркуляции хладагента компрессор 2 с форсунками 3, конденсатор 4, терморегулирующий вентиль 5 и испаритель 6, причем жидкостная полость 7 отделителя 1 жидкости подключена через бустерный насос 8 жидкостным трубопроводом 9 к форсункам 3 компрессора 2. Тепловой насос снабжен приводом 10 бустерного насоса 8 с регулятором 11 скорости вращения, выполненным в виде блока порошковых электромагнитных муфт, и регулятором 12 температуры с датчиком 13 температуры, установленным в линии 14 нагнетания компрессора 2, причем регулятор 12 температуры содержит блок 15 сравнения, к которому подключен блок 16 задания и датчик 13 температуры. Выход блока 15 сравнения соединен с входом электронного усилителя 17, оборудованного блоком 18 нелинейной обратной связи. Выход электронного усилителя 17 соединен с входом магнитного усилителя 19 с выпрямителем, выход которого подключен к регулятору 11 скорости вращения привода 10 бустерного насоса 8, при этом отделитель 1 жидкости установлен после конденсатора 4, а форсунки 3 выполнены с низкой дисперсностью распыляемого факела и высокой скоростью впрыска. На выходе испарителя 6 также установлен датчик 20 температуры, сообщенный линией связи с терморегулирующим вентилем 5.The heat pump comprises a liquid separator 1 and a compressor 2 with nozzles 3, a condenser 4, a thermostatic valve 5 and an evaporator 6, connected in series to the closed circuit of the refrigerant circulation, the liquid cavity 7 of the liquid separator 1 being connected through the booster pump 8 by a liquid pipe 9 to the nozzles 3 of the compressor 2 The heat pump is equipped with a drive 10 of the booster pump 8 with a speed controller 11, made in the form of a block of powder electromagnetic couplings, and a temperature controller 12 with a temperature sensor 13, Formation in the discharge line 14 of the compressor 2, the temperature regulator 12 comprises a comparing block 15 connected to the reference unit 16 and temperature sensor 13. The output of the comparison unit 15 is connected to the input of an electronic amplifier 17 equipped with a nonlinear feedback unit 18. The output of the electronic amplifier 17 is connected to the input of the magnetic amplifier 19 with a rectifier, the output of which is connected to the speed controller 11 of the drive 10 of the booster pump 8, while the liquid separator 1 is installed after the capacitor 4, and the nozzles 3 are made with a low dispersion of the spray torch and a high injection speed . At the outlet of the evaporator 6, a temperature sensor 20 is also installed, which is communicated by a communication line with a thermostatic valve 5.

Тепловой насос работает следующим образом.The heat pump operates as follows.

Хладагент, сжатый в компрессоре 2 до необходимого давления и температуры, подается в линию 14 нагнетания компрессора 2, откуда он поступает на охлаждение в конденсатор 4, в котором охлаждается, отдавая тепло проходящей охлаждающей среде, например воздуху или воде. При этом в конденсаторе 4 образуется двухфазная газожидкостная смесь, которая поступает в отделитель 1 жидкости. Из отделителя 1 жидкости одна часть потока хладагента направляется на дросселирование в терморегулирующий вентиль 5 и в испаритель 6, а другая часть потока хладагента отбирается и сжимается бустерным насосом 8 и подается по жидкостному трубопроводу 9 к форсункам 3 в порт инжекции компрессора 2. За счет бустерного насоса 8 жидкость в компрессор 2 через форсунки 3 может подаваться с давлением, превышающим давление нагнетания компрессора 2. При этом снижается температура нагнетания и увеличивается эффективность работы компрессора, увеличивается массовый расход хладагента и повышается теплогенерация.The refrigerant compressed in the compressor 2 to the required pressure and temperature is supplied to the discharge line 14 of the compressor 2, from where it enters the condenser 4 for cooling, in which it is cooled, giving off heat to a passing cooling medium, such as air or water. In this case, a two-phase gas-liquid mixture is formed in the capacitor 4, which enters the liquid separator 1. From the liquid separator 1, one part of the refrigerant flow is throttled to the thermostatic valve 5 and to the evaporator 6, and the other part of the refrigerant flow is withdrawn and compressed by the booster pump 8 and fed through the liquid pipe 9 to the nozzles 3 to the injection port of compressor 2. Due to the booster pump 8, liquid can be supplied to compressor 2 through nozzles 3 with a pressure exceeding the discharge pressure of compressor 2. At the same time, the discharge temperature decreases and the efficiency of the compressor increases, increases I have the mass flow and increased heat generation.

Сжатие хладагента в компрессоре теплового насоса происходит совместно с подачей жидкого хладагента в полость сжатия. Процесс впрыска хладагента происходит импульсно (многократно в процессе сжатия) и для распыливания применяются форсунки 3, аналогичные используемым в двигателях внутреннего сгорания или как описано в патенте RU 2301710, с высокой скоростью и низкой дисперсностью факела. Это позволяет улучшить теплообмен со сжимаемым в компрессоре газом, уменьшить работу компрессора и температуру нагнетания.The compression of the refrigerant in the compressor of the heat pump occurs in conjunction with the supply of liquid refrigerant to the compression cavity. The refrigerant injection process is pulsed (repeatedly during the compression process) and nozzles 3 are used for atomization, similar to those used in internal combustion engines or as described in patent RU 2301710, with high speed and low dispersion of the flame. This allows you to improve heat transfer with the gas being compressed in the compressor, to reduce the compressor and discharge temperature.

Низкая дисперсность потока увеличивает поверхность теплообмена между каплями жидкого хладагента и сжимаемым газом, что уменьшает время их испарения. При попадании на стенки полости сжатия, такие капли не приводят к срыву масляной пленки после их вскипания на поверхности. Высокая скорость впрыска позволяет реализовать сжатие в полости компрессора 2, близкое к линии насыщения. На фиг.2 цикл без распыливания фреона в полости сжатия компрессора обозначен цифрами 1-2-3-4. Многократный импульсный распыл жидкого хладагента в процессе сжатия позволяет вести процесс по линии 4-1', близкой к линии насыщения. Массовый расход хладагента через форсунки 3 зависит от перепада давления на ней и частоты открытия форсунки 3, которая регулируется в зависимости от температуры нагнетания. При ее повышении частота и давление увеличивается, и большее количество хладагента поступает в полость сжатия, что приводит к уменьшению температуры нагнетания.Low dispersion of the flow increases the heat exchange surface between droplets of liquid refrigerant and compressible gas, which reduces the time of their evaporation. When hit on the walls of the compression cavity, such drops do not lead to the breakdown of the oil film after they boil on the surface. The high injection rate allows for compression in the cavity of the compressor 2, close to the saturation line. In Fig.2, the cycle without spraying freon in the compressor compression cavity is indicated by the numbers 1-2-3-4. Multiple pulsed atomization of liquid refrigerant during the compression process allows the process to be carried out along the line 4-1 ', close to the saturation line. The mass flow rate of the refrigerant through the nozzles 3 depends on the pressure drop across it and the frequency of opening of the nozzle 3, which is regulated depending on the discharge temperature. With its increase, the frequency and pressure increase, and a larger amount of refrigerant enters the compression cavity, which leads to a decrease in the discharge temperature.

Для обеспечения необходимого перепада давления на форсунке применяется привод 10 бустерного насоса 8 с регулятором 11 скорости вращения, выполненным в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятора 12 температуры с датчиком 13 температуры, установленным в линии 14 нагнетания компрессора 2. При превышении температуры в линии 14 нагнетания компрессора 2 от заданной, сигнал датчика 13 температуры становится большим сигнала блока 16 задания, и на выходе блока 15 сравнения появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 17. Сюда поступает и сигнал отрицательной обратной связи с блока 18, который вычитается из сигнала блока 15 сравнения. За счет этого в усилителе 17 компенсируется нелинейность характеристики бустерного насоса 8. Сигнал с выхода электронного усилителя 17 поступает на вход магнитного усилителя 19, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку блока 11 порошковых электромагнитных муфт бустерного насоса 8, вызывая увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 19, тем самым увеличивая частоту вращения бустерного насоса 8 и давление на выходе из него.To ensure the necessary pressure drop across the nozzle, a booster pump drive 10 is used with a speed controller 11 made in the form of a block of powder electromagnetic couplings and a temperature controller 12 with a temperature sensor 13 installed in compressor discharge line 14. If the temperature in discharge line 14 is exceeded. compressor 2 from the set one, the signal of the temperature sensor 13 becomes large of the signal of the task unit 16, and a negative polarity signal appears at the output of the comparison unit 15, which is fed to the input d electronic amplifier 17. This signal is supplied and a negative feedback from block 18 which is deducted from the block 15 a signal comparison. Due to this, the non-linearity of the characteristics of the booster pump 8 is compensated in the amplifier 17. The signal from the output of the electronic amplifier 17 enters the input of the magnetic amplifier 19, where it is amplified by power, rectified, and fed to the winding of the block 11 of powder electromagnetic couplings of the booster pump 8, causing an increase in the excitation current at the output of the magnetic amplifier 19, thereby increasing the speed of the booster pump 8 and the pressure at the outlet of it.

Claims

A heat pump containing a liquid separator and a compressor with nozzles, a condenser, a thermostatic valve and an evaporator connected in series to the closed circuit of the refrigerant circulation, the liquid cavity of the liquid separator being connected through the booster pump by a liquid pipe to the compressor nozzles, characterized in that it is equipped with a booster pump drive with a speed controller, made in the form of a block of powder electromagnetic couplings and a temperature controller with a temperature sensor, is installed in the compressor discharge line, wherein the temperature controller comprises a comparison unit and a reference unit, the comparison unit being connected to an input of an electronic amplifier equipped with a non-linear feedback unit, and the output of an electronic amplifier connected to an input of a magnetic amplifier with a rectifier, the output of which is connected to a speed controller rotation of the booster pump drive, while the liquid separator is installed after the condenser, and the nozzles are made with a low dispersion of the spray torch and a high injection speed ska.