RU2272970C2 - Reversible steam compression system and reversible heat exchanger for fluid coolant - Google Patents
Reversible steam compression system and reversible heat exchanger for fluid coolant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2272970C2 RU2272970C2 RU2003108872/06A RU2003108872A RU2272970C2 RU 2272970 C2 RU2272970 C2 RU 2272970C2 RU 2003108872/06 A RU2003108872/06 A RU 2003108872/06A RU 2003108872 A RU2003108872 A RU 2003108872A RU 2272970 C2 RU2272970 C2 RU 2272970C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- compressor
- circuit
- sub
- flow
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к системам сжатия пара, таким как системы охлаждения, кондиционирования воздуха, теплонасосные системы, и/или их комбинации, работающие при транскритических или субкритических условиях с использованием любого хладагента и, в частности, с использованием диоксида углерода, и более конкретно, но не только, к устройству, работающему как обратимая система охлаждения/теплонасосная система.The present invention relates to vapor compression systems, such as refrigeration, air conditioning, heat pump systems, and / or combinations thereof, operating under transcritical or subcritical conditions using any refrigerant and, in particular, using carbon dioxide, and more specifically, but not only to a device operating as a reversible cooling system / heat pump system.
Необратимая система сжатия пара состоит из одного основного контура, содержащего компрессор 1, устройство 2 отвода тепла, устройство 3 поглощения тепла и расширительное устройство 6, как показано на Фиг.1. Эта система может функционировать либо в нагревательном, либо в охлаждающем режиме. Чтобы сделать систему обратимой, т.е., чтобы она могла работать и как теплонасосная система, и как охлаждающая система, в известном уровне техники в этих целях используют различные конструкционные изменения в системе и вводят новые узлы в контур. Ниже характеризуется известный уровень техники и его недостатки.An irreversible steam compression system consists of one main circuit comprising a
Наиболее широко распространенная система содержит компрессор, клапан переключения потока, внутренний теплообменник, два дроссельных клапана, два стопорных клапана, внешний теплообменник и сборник низкого давления. Обратимость обеспечивается с помощью клапана переключения потока, двух стопорных клапанов и двух дроссельных клапанов. Недостаток этого технического решения заключается в использовании двух дроссельных клапанов, причем внутренний теплообменник будет работать в параллельном потоке либо в нагревательном, либо в охлаждающем режиме, что является значительным недостатком. Кроме того, это техническое решение негибкое, и его невозможно эффективно применить с системами, использующими сборник промежуточного давления.The most common system includes a compressor, a flow switch valve, an internal heat exchanger, two butterfly valves, two shut-off valves, an external heat exchanger and a low pressure collector. Reversibility is provided by a flow switching valve, two stop valves and two butterfly valves. The disadvantage of this technical solution is the use of two butterfly valves, and the internal heat exchanger will operate in parallel flow in either heating or cooling mode, which is a significant drawback. In addition, this technical solution is not flexible and cannot be effectively applied with systems using an intermediate pressure reservoir.
В публикациях ЕР 0604417 В1 и WO 90/07683 описаны транскритическое устройство сжатия пара и способы регулирования сверхкритического давления его стороны высокого давления. Раскрываемая в этих публикациях система содержит компрессор, газоохладитель (конденсатор), противоточный внутренний теплообменник, испаритель и сборник/накопитель. Высокое давление регулируется за счет изменения количества хладагента в сборнике/накопителе. Дроссельное устройство между выходом высокого давления противоточного внутреннего теплообменника и входом испарителя действует как регулятор. Это техническое решение можно применять либо в режиме теплового насоса, либо в режиме охлаждения.In publications EP 0604417 B1 and WO 90/07683 a transcritical vapor compression device and methods for controlling the supercritical pressure of its high pressure side are described. The system disclosed in these publications comprises a compressor, a gas cooler (condenser), a counter-current internal heat exchanger, an evaporator, and a collector / accumulator. High pressure is regulated by changing the amount of refrigerant in the collector / accumulator. The throttle device between the high pressure output of the counterflow internal heat exchanger and the evaporator inlet acts as a regulator. This technical solution can be applied either in the heat pump mode or in the cooling mode.
Кроме того, в публикации DE 19806654 описана обратимая теплонасосная система для наземных транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания, в которых система охлаждения двигателя используется как источник тепла. В описанной в этой публикации системе используется сборник промежуточного давления с однократным равновесным испарением хладагента высокого давления нижней подачи в режиме теплового насоса, но это техническое решение не является идеальным.In addition, DE 19806654 describes a reversible heat pump system for land vehicles with an internal combustion engine in which the engine cooling system is used as a heat source. The system described in this publication uses an intermediate pressure collector with a single equilibrium evaporation of the low pressure high-pressure refrigerant in the heat pump mode, but this technical solution is not ideal.
В публикации DE 19813674 С1 описана обратимая теплонасосная система для кондиционирования воздуха в автомобиле, в которой выхлопной газ используется как источник тепла. Недостаток этой системы заключается в возможности разложения масла в теплообменнике (когда он не находится в работе) рекуперации тепла выхлопного газа, поскольку температура выхлопного газа относительно высокая.DE 19813674 C1 describes a reversible heat pump system for air conditioning in an automobile in which exhaust gas is used as a heat source. The disadvantage of this system is the possibility of oil decomposition in the heat exchanger (when it is not in operation) to recover the heat of the exhaust gas, since the temperature of the exhaust gas is relatively high.
В патенте US 5890370 описана одноступенчатая обратимая транскритическая система сжатия пара, в которой используются одно переключающее устройство и обратимый дроссельный клапан особой конструкции, выполненный с возможностью действия в обоих направлениях потока. Основной недостаток этой системы заключается в сложной методике управления, необходимой для дроссельного клапана особой конструкции. Кроме того, эту систему в ее существующем виде можно использовать только для одноступенчатых систем.US Pat. No. 5,890,370 describes a single-stage reversible transcritical vapor compression system that uses a single switching device and a specially designed reversible butterfly valve that can operate in both directions of flow. The main disadvantage of this system is the complex control technique required for a special design butterfly valve. In addition, this system in its current form can only be used for single-stage systems.
В патенте US 5473906 описан кондиционер воздуха для автомобиля, в котором используется два или более переключающих устройства для перехода работы системы с режима нагревания в режим охлаждения. При этом описанная в этом патенте система имеет два внутренних теплообменника. По сравнению с настоящим изобретением в одном варианте осуществления кондиционера в указанном патенте внутренний теплообменник расположен между дроссельным клапаном и вторым переключающим устройством.US Pat. No. 5,473,906 describes an air conditioner for a car that uses two or more switching devices to transition a system from heating to cooling. Moreover, the system described in this patent has two internal heat exchangers. Compared to the present invention, in one embodiment of an air conditioner in said patent, an internal heat exchanger is disposed between the throttle valve and the second switching device.
Основной недостаток этого устройства заключается в том, что пар низкого давления из выхода внутреннего теплообменника должен проходить через второе переключающее устройство, в результате чего происходит дополнительный перепад давления хладагента низкого давления (газ всасывания) в режиме охлаждения. В режиме нагревания в системе происходит также повышение перепада давления на стороне отвода тепла системы, так как исходящий газ должен проходить через два переключающих устройства до его охлаждения. Согласно еще одному варианту осуществления кондиционера в этом патенте тот же внутренний теплообменник расположен между первым переключающим устройством и компрессором. Такое расположение также приводит к повышенному перепаду давления на стороне отвода тепла в режиме нагрева. Согласно еще одному варианту осуществления компрессор непосредственно сообщается с двумя четырехходовыми клапанами. Это техническое решение также приводит к дополнительному перепаду давления в хладагенте низкого давления (газ всасывания) в режиме охлаждения, так как газ всасывания должен пройти через два четырехходовых клапана до поступления в компрессор. В режиме нагрева в этой системе также происходит повышение перепада давления. Кроме того, размещение сборника после конденсатора в предложенных вариантах осуществления позволяет использовать его только для обычной системы с конденсатором и испарительным теплообменником, так как он не соответствует транскритическому режиму работы, поскольку применяемый сборник давления не выполняет какую-либо функцию в транскритическом режиме работы. Еще один общий недостаток системы заключается в том, что она не может использоваться для таких применений, как простая единая система, двухступенчатое сжатие, комбинированное водяное нагревание и охлаждение, как это предусматривается настоящим изобретением, поскольку система в этом патенте предназначена исключительно для кондиционирования воздуха в автомобиле.The main disadvantage of this device is that the low pressure steam from the outlet of the internal heat exchanger must pass through the second switching device, resulting in an additional pressure drop of the low pressure refrigerant (suction gas) in cooling mode. In the heating mode, the system also increases the pressure drop on the heat removal side of the system, since the exhaust gas must pass through two switching devices before it is cooled. According to yet another embodiment of an air conditioner, in this patent the same internal heat exchanger is located between the first switching device and the compressor. This arrangement also leads to an increased pressure drop on the heat dissipation side in the heating mode. In yet another embodiment, the compressor communicates directly with two four-way valves. This technical solution also leads to an additional pressure drop in the low pressure refrigerant (suction gas) in cooling mode, since the suction gas must pass through two four-way valves before entering the compressor. In heating mode, an increase in pressure drop also occurs in this system. In addition, the placement of the collector after the condenser in the proposed embodiments allows it to be used only for a conventional system with a condenser and an evaporative heat exchanger, since it does not correspond to the transcritical mode of operation, since the pressure collector used does not perform any function in the transcritical mode of operation. Another common drawback of the system is that it cannot be used for applications such as a simple single system, two-stage compression, combined water heating and cooling, as provided by the present invention, since the system in this patent is intended solely for air conditioning in a car .
Относительно второй особенности настоящего изобретения в публикации US-Re030433 описана работа теплообменника как конденсатора и испарителя, а в настоящей заявке раскрывается его работа в качестве испарителя и газоохладителя. В последнем случае хладагентом является однофазовая текучая среда, и вопрос дренажа конденсатора отсутствует. Функция газоохладителя часто заключается в нагревании потока воздуха в некотором диапазоне температур, и это невозможно выполнить, если секции теплообменника работают параллельно на стороне воздуха. Поэтому в газоохладителях конструкция контура будет отличаться от теплообменника, который должен служить в качестве конденсатора. В данном случае применения воздух всегда проходит последовательно через секции теплообменника, в то время как согласно изобретению в публикации US-Re030433 воздух проходит через все "зоны теплопередачи" параллельно.Regarding the second aspect of the present invention, US-Re030433 describes the operation of a heat exchanger as a condenser and an evaporator, and in this application discloses its operation as an evaporator and a gas cooler. In the latter case, the refrigerant is a single-phase fluid, and there is no question of condenser drainage. The function of the gas cooler is often to heat the air flow in a certain temperature range, and this cannot be done if the heat exchanger sections operate in parallel on the air side. Therefore, in gas coolers, the design of the circuit will be different from the heat exchanger, which should serve as a condenser. In this application, the air always passes sequentially through the sections of the heat exchanger, while according to the invention in the publication US-Re030433 air passes through all the "heat transfer zones" in parallel.
В патенте US-Re030745 описан обратимый теплообменник, который во многом похож на описанный выше (US-Re030433), включая тот факт, что работа ограничивается испарительным и конденсаторным режимами. В этом случае воздух также проходит параллельно через все секции. Еще одно важное отличие заключается в том, что в теплообменнике согласно патенту все секции соединены параллельно на стороне хладагента во время работы в качестве испарителя. В настоящей заявке хладагент проходит последовательно через теплообменник также в испарительном режиме.US-Re030745 describes a reversible heat exchanger, which is very similar to that described above (US-Re030433), including the fact that operation is limited to evaporative and condenser modes. In this case, air also passes in parallel through all sections. Another important difference is that in the heat exchanger according to the patent all sections are connected in parallel on the refrigerant side during operation as an evaporator. In this application, the refrigerant passes sequentially through the heat exchanger also in the evaporative mode.
Задачей настоящего изобретения является создание обратимого теплообменника, служащего нагревателем в одном режиме, охлаждая хладагент с суперкритическим давлением, и испарителем в другом режиме; в обоих случаях хладагент и воздух проходят последовательно через секции. Единственное отличие в том, что во время работы в режиме охлаждения газа хладагент проходит последовательно через все секции противотоком по отношению к воздуху, а во время работы в режиме испарения две и две секции соединены параллельно.The present invention is the creation of a reversible heat exchanger that serves as a heater in one mode, cooling the refrigerant with supercritical pressure, and an evaporator in another mode; in both cases, refrigerant and air pass sequentially through the sections. The only difference is that during operation in gas cooling mode the refrigerant passes sequentially through all sections in countercurrent with respect to air, and during operation in evaporation mode two and two sections are connected in parallel.
Технический результат достигается посредством обратимой системы сжатия пара, содержащей компрессор, внутренний теплообменник, расширительное устройство и внешний теплообменник, соединенные трубопроводами в рабочей взаимосвязи для образования единой системы, при этом внутренний и внешний теплообменники установлены в основном контуре, а компрессор и расширительное устройство установлены в подконтурах соответственно, при этом подконтуры сообщаются с основным контуром посредством устройств переключения потока соответственно для обеспечения переключения системы из режима охлаждения в режим нагрева.The technical result is achieved by means of a reversible steam compression system comprising a compressor, an internal heat exchanger, an expansion device and an external heat exchanger connected by pipelines in a working relationship to form a single system, while the internal and external heat exchangers are installed in the main circuit, and the compressor and expansion device are installed in the subcontours accordingly, while the sub-circuits communicate with the main circuit by means of flow switching devices, respectively, for Sintered switching system from cooling mode to heating mode.
Устройства переключения потока выполнены в одном узле, выполняя одинаковую функцию.The flow switching devices are made in one node, performing the same function.
Система содержит дополнительную обводную линию, содержащую обезвоживающий теплообменник, расширительное устройство и клапан, установленный между устройством переключения и расширительным устройством на стороне впуска, и устройством переключения и стороной всасывания компрессора на стороне выпуска.The system comprises an additional bypass line comprising a dewatering heat exchanger, an expansion device and a valve installed between the switching device and the expansion device on the inlet side, and the switching device and the suction side of the compressor on the exhaust side.
Система также содержит теплообменник, соединенный параллельно в режиме нагрева и последовательно в режиме охлаждения с помощью устройств изменения потока.The system also includes a heat exchanger connected in parallel in the heating mode and in series in the cooling mode using flow changing devices.
Предпочтительно, расширительное устройство в подконтуре дополнительно содержит три взаимно соединенных параллельных патрубка, внешние параллельные патрубки которых соединены с основным контуром посредством устройств переключения потока, представляющих собой отклоняющие поток расширительные устройства.Preferably, the expansion device in the sub-circuit further comprises three mutually connected parallel pipes, the external parallel pipes of which are connected to the main circuit by flow switching devices, which are flow-deflecting expansion devices.
В одном варианте осуществления изобретения первый подконтур имеет дополнительный теплообменник после компрессора, и второй подконтур имеет дополнительный теплообменник перед расширительным устройством.In one embodiment, the first sub-circuit has an additional heat exchanger downstream of the compressor, and the second sub-circuit has an additional heat exchanger upstream of the expansion device.
При этом подконтуры до компрессора в первом подконтуре, соответственно до расширительного устройства во втором подконтуре имеют дополнительный внутренний теплообменник.In this case, the sub-circuits to the compressor in the first sub-circuit, respectively, to the expansion device in the second sub-circuit have an additional internal heat exchanger.
В другом варианте осуществления изобретения второй подконтур имеет сборник (7) после расширительного устройства, но до дополнительного расширительного устройства.In another embodiment, the second sub-circuit has a collector (7) after an expansion device, but before an additional expansion device.
Система выполнена с возможностью осуществления сжатия в два этапа, причем пар мгновенного испарения из сборника откачивается через обводную линию второй ступенью компрессора.The system is configured to compress in two stages, the flash vapor being pumped out of the collector through a bypass line by a second compressor stage.
Система выполнена с возможностью обеспечения дополнительной производительности по охлаждению при промежуточных давлении и температуре с помощью теплообменника. При этом теплообменник является испарителем с подачей самотеком или насосом, соединенным со сборником, и расположен в обводной линии, использующей еще одно расширительное устройство, причем впуск обводной линии соединен между устройством переключения и расширительным устройством, и выпуск обводной линии соединен со сборником.The system is configured to provide additional cooling performance at intermediate pressure and temperature using a heat exchanger. In this case, the heat exchanger is a gravity fed evaporator or pump connected to the collector and is located in the bypass line using another expansion device, the bypass line inlet is connected between the switching device and the expansion device, and the bypass outlet is connected to the collector.
Предпочтительно, сжатие в системе выполняется с помощью двухступенчатого компрессора, который является компрессором с переменным ходом. При этом сжатие является сжатием типа двойного эффекта и осуществляется посредством двух отдельных компрессоров первой и второй ступеней.Preferably, the compression in the system is performed using a two-stage compressor, which is a variable stroke compressor. In this case, compression is compression of the double effect type and is carried out by means of two separate compressors of the first and second stages.
Исходящий газ из компрессора первой ступени подается в сборник через обводную линию перед его откачкой из сборника через обводную линию компрессором второй ступени.The exhaust gas from the compressor of the first stage is fed into the collector through the bypass line before it is pumped out of the collector through the bypass line by the compressor of the second stage.
Система дополнительно содержит внутренний теплообменник, установленный в первом подконтуре до компрессора, и предназначен для теплообмена между контуром и вторым подконтуром через соединительную обводную линию, установленную до расширительного устройства.The system additionally contains an internal heat exchanger installed in the first sub-circuit before the compressor, and is designed for heat exchange between the circuit and the second sub-circuit through a connecting bypass line installed before the expansion device.
Предпочтительно, в первом подконтуре перед дополнительным теплообменником установлен дополнительный сборник.Preferably, an additional collector is installed in the first sub-loop in front of the additional heat exchanger.
В обводной линии после внутреннего теплообменника установлен дополнительный теплообменник промежуточного охлаждения, при этом часть хладагента из обводной линии отбирается и пропускается через сторону низкого давления теплообменника промежуточного охлаждения и затем в компрессор через обводную линию, причем основная часть хладагента возвращается во второй подконтур.In the bypass line after the internal heat exchanger, an additional intermediate cooling heat exchanger is installed, while part of the refrigerant from the bypass line is taken and passed through the low pressure side of the intermediate cooling heat exchanger and then to the compressor through the bypass line, and the main part of the refrigerant is returned to the second sub-circuit.
Предпочтительно, сборник расположен в среднем патрубке после расширительного устройства, которое также расположено в среднем патрубке, а отклоняющие поток расширительные устройства выполнены в виде двух отклоняющих поток устройств. Дополнительное расширительное устройство может быть установлено после сборника.Preferably, the collector is located in the middle pipe after the expansion device, which is also located in the middle pipe, and the flow-deflecting expansion devices are made in the form of two flow-deflecting devices. An optional expansion device can be installed after the collector.
Система, предпочтительно, работает при транскритических условиях с использованием диоксида углерода как обратимая система охлаждения и теплонасосная система. При этом оттаивание замерзшего теплообменника (испарителя) выполняется посредством процесса переключения из теплонасосного режима в режим охлаждения.The system preferably operates under transcritical conditions using carbon dioxide as a reversible cooling system and heat pump system. In this case, the thawing of the frozen heat exchanger (evaporator) is performed through the process of switching from the heat pump mode to the cooling mode.
Технический результат достигается также посредством обратимого теплообменник для текучего хладагента, в частности для диоксида углерода, в системе сжатия пара, содержащего несколько взаимно соединенных секций, выполненных с возможностью последовательного прохождения воздуха по ним, имеющих контур хладагента, соединенный со взаимно соединенными посредством соединений первой и второй секциями, при этом поток текучего хладагента переключается с режима нагрева в режим охлаждения с помощью устройств переключения потока, установленных в соответствующих секциях.The technical result is also achieved by means of a reversible heat exchanger for fluid refrigerant, in particular carbon dioxide, in a steam compression system containing several interconnected sections made with the possibility of successive passage of air through them, having a refrigerant circuit connected to interconnected by connections of the first and second sections, while the flow of fluid refrigerant is switched from heating to cooling using flow switching devices installed respective sections.
Предпочтительно, устройствами переключения потока являются стопорные клапаны, а соединения представляют собой патрубки.Preferably, the flow switching devices are stop valves, and the connections are nozzles.
Изобретение отличается тем, что поток текучего хладагента в теплообменнике может переключаться с режима нагрева на режим охлаждения с помощью устройств переключения потока, установленных между секциями теплообменника.The invention is characterized in that the flow of fluid refrigerant in the heat exchanger can be switched from the heating mode to the cooling mode by means of flow switching devices installed between the heat exchanger sections.
Дополнительный вариант осуществления изобретения относится к обратимой системе сжатия пара с оттаиванием, которая является хорошо известной системой размораживания теплообменника, например, в системе теплового насоса, использующей воздух в качестве источника тепла. Этот вариант осуществления отличается тем, что переключение выполняют двумя переключающими устройствами.An additional embodiment of the invention relates to a reversible defrosting steam compression system, which is a well-known defrosting system for a heat exchanger, for example, in a heat pump system using air as a heat source. This embodiment is characterized in that the switching is performed by two switching devices.
Областью применения данного изобретения могут быть, но не только, стационарные и подвижные установки кондиционирования воздуха/теплонасосные установки и холодильники/морозильники. В частности, это устройство можно использовать для систем кондиционирования воздуха и теплонасосных систем и для систем кондиционирования воздуха/теплонасосных систем в автомобилях с двигателем внутреннего сгорания и также в электромобилях или в смешанных наземных транспортных средствах.The scope of this invention can be, but not limited to, stationary and mobile air conditioning units / heat pump units and refrigerators / freezers. In particular, this device can be used for air conditioning systems and heat pump systems and for air conditioning systems / heat pump systems in vehicles with an internal combustion engine and also in electric vehicles or in mixed land vehicles.
Изобретение далее описывается более подробно на конкретных примерах и со ссылкой на чертежи, на которых:The invention is further described in more detail with specific examples and with reference to the drawings, in which:
Фиг.1 - схематический вид необратимой системы сжатия пара.Figure 1 is a schematic view of an irreversible vapor compression system.
Фиг.2 - схематический вид наиболее распространенного вида компоновки системы, используемого для обратимой теплонасосной системы.Figure 2 is a schematic view of the most common type of system layout used for a reversible heat pump system.
Фиг.3 - схематический вид первого варианта осуществления системы в режиме нагрева.Figure 3 is a schematic view of a first embodiment of a system in a heating mode.
Фиг.4 - схематический вид первого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.4 is a schematic view of a first embodiment of a system in cooling mode.
Фиг.5 - схематический вид второго варианта осуществления системы в режиме нагрева.5 is a schematic view of a second embodiment of a system in heating mode.
Фиг.6 - схематический вид второго варианта осуществления системы в режиме охлаждения.6 is a schematic view of a second embodiment of a system in cooling mode.
Фиг.7 - схематический вид третьего варианта осуществления системы в режиме нагрева.7 is a schematic view of a third embodiment of a system in heating mode.
Фиг.8 - схематический вид третьего варианта осуществления системы в режиме охлаждения.Fig. 8 is a schematic view of a third embodiment of a system in cooling mode.
Фиг.9 - схематический вид четвертого варианта осуществления системы в теплонасосном режиме работы.Fig.9 is a schematic view of a fourth embodiment of a system in a heat pump operation mode.
Фиг.10 - схематический вид четвертого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.10 is a schematic view of a fourth embodiment of a system in a cooling mode.
Фиг.11 - схематический вид пятого варианта осуществления системы в теплонасосном режиме работы.11 is a schematic view of a fifth embodiment of a system in a heat pump operation mode.
Фиг.12 - схематический вид пятого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.12 is a schematic view of a fifth embodiment of a system in cooling mode.
Фиг.13 - схематический вид шестого варианта осуществления системы в теплонасосном режиме работы.13 is a schematic view of a sixth embodiment of a system in a heat pump operation mode.
Фиг.14 - схематический вид шестого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.Fig. 14 is a schematic view of a sixth embodiment of a system in a cooling mode.
Фиг.15 - схематический вид седьмого варианта осуществления системы в теплонасосном режиме работы.15 is a schematic view of a seventh embodiment of a system in a heat pump operation mode.
Фиг.16 - схематический вид седьмого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.Fig. 16 is a schematic view of a seventh embodiment of a system in a cooling mode.
Фиг.17 - схематический вид восьмого варианта осуществления системы в теплонасосном режиме работы.17 is a schematic view of an eighth embodiment of a system in a heat pump operation mode.
Фиг.18 - схематический вид восьмого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.Fig. 18 is a schematic view of an eighth embodiment of a system in cooling mode.
Фиг.19 - схематический вид девятого варианта осуществления системы в теплонасосном режиме работы.Fig. 19 is a schematic view of a ninth embodiment of a system in a heat pump operation mode.
Фиг.20 - схематический вид девятого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.Fig. 20 is a schematic view of a ninth embodiment of a system in a cooling mode.
Фиг.21 - схематический вид десятого варианта осуществления системы в теплонасосном режиме работы.Fig is a schematic view of a tenth embodiment of a system in a heat pump operation mode.
Фиг.22 - схематический вид десятого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.Fig is a schematic view of a tenth embodiment of a system in cooling mode.
Фиг.23 - схематический вид одиннадцатого варианта осуществления системы в теплонасосном режиме работы.23 is a schematic view of an eleventh embodiment of a system in a heat pump operation mode.
Фиг.24 - схематический вид одиннадцатого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.24 is a schematic view of an eleventh embodiment of a system in cooling mode.
Фиг.25 - схематический вид двенадцатого варианта осуществления системы в теплонасосном режиме работы.25 is a schematic view of a twelfth embodiment of a system in a heat pump operation mode.
Фиг.26 - схематический вид двенадцатого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.26 is a schematic view of a twelfth embodiment of a system in a cooling mode.
Фиг.27 - схематический вид тринадцатого варианта осуществления системы в теплонасосном режиме работы.Fig. 27 is a schematic view of a thirteenth embodiment of a system in a heat pump operation mode.
Фиг.28 - схематический вид тринадцатого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.Fig. 28 is a schematic view of a thirteenth embodiment of a system in a cooling mode.
Фиг.29 - схематический вид четырнадцатого варианта осуществления системы в режиме нагрева.Fig. 29 is a schematic view of a fourteenth embodiment of a system in a heating mode.
Фиг.30 - схематический вид четырнадцатого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.Fig. 30 is a schematic view of a fourteenth embodiment of a system in a cooling mode.
Фиг.31 - схематический вид пятнадцатого варианта осуществления системы в режиме нагрева.Fig is a schematic view of a fifteenth embodiment of the system in heating mode.
Фиг.32 - схематический вид пятнадцатого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.32 is a schematic view of a fifteenth embodiment of a system in cooling mode.
Фиг.33 - схематический вид шестнадцатого варианта осуществления системы в режиме нагрева.Fig. 33 is a schematic view of a sixteenth embodiment of a system in a heating mode.
Фиг.34 - схематический вид шестнадцатого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.Fig. 34 is a schematic view of a sixteenth embodiment of a system in a cooling mode.
Фиг.35 - схематический вид семнадцатого варианта осуществления системы в режиме нагрева.Fig. 35 is a schematic view of a seventeenth embodiment of a system in a heating mode.
Фиг.36 - схематический вид семнадцатого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.Fig. 36 is a schematic view of a seventeenth embodiment of a system in a cooling mode.
Фиг.37 - схематический вид восемнадцатого варианта осуществления системы в режиме нагрева.Fig. 37 is a schematic view of an eighteenth embodiment of a system in a heating mode.
Фиг.38 - схематический вид восемнадцатого варианта осуществления системы в режиме охлаждения.Fig. 38 is a schematic view of an eighteenth embodiment of a system in a cooling mode.
Фиг.39-46 - схематические виды второй особенности настоящего изобретения.Figures 39-46 are schematic views of a second feature of the present invention.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Первый вариант осуществления изобретенияFirst Embodiment
На фиг.1 показан схематический вид необратимой системы сжатия пара, содержащей компрессор 1, теплообменники 2, 3 и расширительное устройство 6.Figure 1 shows a schematic view of an irreversible steam compression system comprising a
На фиг.2 показан схематический вид наиболее распространенной системы сжатия пара для обратимой теплонасосной системы. На чертеже показаны элементы, входящие в эту известную систему. Режим переключается с помощью двух разных расширительных клапанов со стопорными клапанами на байпасе и 4-ходовым клапаном.Figure 2 shows a schematic view of the most common steam compression system for a reversible heat pump system. The drawing shows the elements included in this known system. The mode is switched using two different expansion valves with shut-off valves on the bypass and a 4-way valve.
Первый вариант осуществления настоящего изобретения для одноступенчатого обратимого цикла сжатия пара схематически изображен на фиг.3 в режиме нагрева и на фиг.4 в режиме охлаждения. В соответствии с настоящим изобретением система содержит компрессор 1, внутренний теплообменник 2, расширительное устройство 6 (например, дроссельный клапан) и внешний теплообменник 3. Необходимо отметить, что вся система содержит соединительные трубопроводы для создания замкнутого основного циркуляционного контура, в котором циркулирует хладагент. Отличительными признаками первого варианта осуществления изобретения являются использование двух подконтуров, первого контура А и второго контура В, соответственно соединенных с основным циркуляционным контуром через первое 4 и второе 5 устройства переключения потока, которые могут быть выполнены, например, в виде 4-ходового клапана. Компрессор 1 и расширительное устройство 6 установлены в первом подконтуре А и втором подконтуре В соответственно, при этом внутренний теплообменник 2 и внешний теплообменник 3 установлены в основном контуре, который сообщается с подконтурами через первое и второе устройства переключения потока. Этот основной вариант осуществления (который представляет собой основу других вариантов осуществления в этом заявке) работает с минимальным перепадом давления как в режиме нагрева, так и в режиме охлаждения, без снижения кпд системы. Кроме того, оно включает новые элементы, обеспечивающие новые варианты осуществления, которые расширяют его применимость, включая широкий диапазон применений обратимой системы охлаждения и теплонасосной системы.A first embodiment of the present invention for a single-stage reversible steam compression cycle is shown schematically in FIG. 3 in heating mode and in FIG. 4 in cooling mode. In accordance with the present invention, the system comprises a
Этот вариант осуществления и дополнительные варианты осуществления, без сборника низкого давления, имеют то преимущество, что устраняется необходимость дополнительного регулирования обратного потока масла. Переключение из режима охлаждения в режим нагрева осуществляется просто и эффективно с помощью двух устройств переключения 4 и 5, которые соединяют основной контур с подконтуром А и подконтуром В соответственно.This embodiment and additional embodiments, without a low pressure collector, have the advantage that the need for additional control of the oil backflow is eliminated. Switching from the cooling mode to the heating mode is carried out simply and efficiently with the help of two
Принцип работы является следующим.The principle of operation is as follows.
Теплонасосный режим работыHeat pump operation
На фиг.3 устройства 4 и 5 переключения потока находятся в положении режима нагрева, в результате чего внешний теплообменник 3 действует как испаритель, а внутренний теплообменник 2 как газоохладитель (конденсатор). Циркулирующий хладагент испаряется во внешнем теплообменнике 3 за счет поглощения тепла из источника тепла. Пар проходит через устройство 4 переключения потока и затем откачивается компрессором 1. Давление и температура пара повышаются компрессором, после чего пар поступает во внутренний теплообменник 2, пройдя через устройство 4 переключения потока. В зависимости от давления пар хладагента либо конденсируется (при субкритическом давлении), либо охлаждается (при сверхкритическом давлении), отдавая тепло в поглотитель тепла (внутренний воздух в случае воздушной системы). Хладагент высокого давления затем проходит через устройство 5 переключения потока, и затем его давление снижается расширительным устройством 6 до давления испарения. Хладагент проходит через устройство 5 переключения потока, затем поступает во внешний теплообменник 3, завершая цикл.In Fig. 3, the
Работа в режиме охлажденияCooling operation
На фиг.4 устройства 4 и 5 переключения потока находятся в положении режима охлаждения, в результате чего внутренний теплообменник 2 действует как испаритель, а внешний теплообменник 3 как газоохладитель (конденсатор). Циркулирующий хладагент испаряется во внутреннем теплообменнике 2 за счет поглощения тепла из внутренней охлаждающей среды. Пар проходит через устройство 4 переключения потока и затем откачивается компрессором 1. Давление и температура пара повышаются компрессором 1, после чего пар поступает во внешний теплообменник 3, пройдя через устройство 4 переключения потока. В зависимости от давления пар хладагента либо конденсируется (при субкритическом давлении), либо охлаждается (при сверхкритическом давлении), отдавая тепло в поглотитель тепла. Хладагент высокого давления затем проходит через устройство 5 переключения потока, и затем его давление снижается расширительным устройством 6 до давления испарения. Хладагент низкого давления проходит через устройство 5 переключения потока, затем поступает во внутренний теплообменник 2, завершая цикл.In Fig. 4, the
Основное преимущество этого варианта осуществления заключается в том, что для него требуется минимальное количество элементов, а также в простоте принципа работы системы и управления ею. С другой стороны, из-за отсутствия сборника/накопителя на энергетическом кпд и общих характеристиках системы сказываются изменения нагрузки по охлаждению/нагреванию и любые возможные утечки хладагента.The main advantage of this embodiment is that it requires a minimum number of elements, as well as the simplicity of the principle of operation of the system and its management. On the other hand, due to the lack of a collector / accumulator, the energy efficiency and general characteristics of the system are affected by changes in the cooling / heating load and any possible refrigerant leaks.
Второй вариант осуществления изобретенияSecond Embodiment
На фиг.5 и 6 показаны схематические виды второго варианта осуществления системы во время работы в режимах нагрева и охлаждения соответственно. По сравнению с первым вариантом осуществления в этом варианте имеется дополнительная обводная линия С, которая содержит обезвоживающий теплообменник 25, расширительное устройство 23 и клапан 24. Теплообменник 25 выполняет функцию обезвоживания во время работы в режиме нагрева и работает как обычный испаритель в режиме охлаждения. В режиме нагрева некоторое количество хладагента высокого давления после устройства 5 переключения отводят через расширительное устройство 23, где давление хладагента снижается до давления испарения в теплообменнике. Хладагент затем испаряется за счет поглощения тепла в теплообменнике 25, и потом он проходит через клапан 24. Таким образом, внутренний воздух проходит через обезвоживающий теплообменник 25 и затем снова нагревается внутренним теплообменником 2, подавая более сухой воздух во внутреннее пространство для предотвращения запотевания, например, ветрового стекла в автомобильной системе кондиционирования воздуха. В режиме охлаждения теплообменник 25 обеспечивает дополнительную площадь теплопередачи для охлаждения внутреннего воздуха. Переключение этой системы выполняют так же, как и в первом варианте осуществления, т.е. посредством изменения положения двух устройств 4 и 5 переключения потока из режима нагрева в режим охлаждения, и наоборот.5 and 6 show schematic views of a second embodiment of the system during operation in heating and cooling modes, respectively. Compared with the first embodiment, in this embodiment, there is an additional bypass line C which comprises a
Третий вариант осуществления изобретенияThird Embodiment
На фиг.7 и 8 показаны схематические виды третьего варианта осуществления системы во время работы в режимах нагревания и охлаждения соответственно. По сравнению со вторым вариантом осуществления обводная линия С относительно основного контура выполнена таким образом, что обезвоживающий теплообменник 25 и внутренний теплообменник 2 соединены последовательно во время работы в режиме охлаждения с помощью дополнительных устройств 26 и 26' переключения потока (например, стопорный клапан), в противоположность второму варианту осуществления, в котором теплообменники соединены параллельно независимо от режима работы. Переключение системы выполняют, как и в первом варианте осуществления, т.е. посредством изменения положения двух устройств 4 и 5 переключения потока из режима нагрева в режим охлаждения, и наоборот.Figures 7 and 8 show schematic views of a third embodiment of a system during operation in heating and cooling modes, respectively. Compared to the second embodiment, the bypass line C with respect to the main circuit is configured such that the
Четвертый вариант осуществления изобретенияFourth Embodiment
Этот вариант является усовершенствованием первого варианта осуществления и схематически показан на фиг.9 в режиме нагрева и на Фиг.10 - в режиме охлаждения. В соответствии с настоящим изобретением устройство содержит компрессор 1, подконтур с устройством 4 переключения потока, внутренний теплообменник 2 и внешний теплообменник 3. Отличие от предыдущего варианта осуществления заключается в том, что расширительное устройство (6) в подконтуре (В) дополнительно содержит три взаимно соединенных параллельных патрубков (B1, B2, В3), внешние параллельные патрубки (B1, B3) которых соединены с основным контуром посредством устройств переключения потока, представляющих собой отклоняющие поток расширительные устройства (17', 16').This embodiment is an improvement on the first embodiment and is shown schematically in FIG. 9 in heating mode and in FIG. 10 in cooling mode. According to the present invention, the device comprises a
Переключение из работы в режиме охлаждения в работу в режиме нагрева осуществляется просто и эффективно с помощью устройства 4 переключения потока и двух отклоняющих поток расширительных устройств 16' и 17'.Switching from operation in cooling mode to operation in heating mode is carried out simply and efficiently by means of a
Принцип действия является следующим.The principle of action is as follows.
Теплонасосный режим работыHeat pump operation
На фиг.9 устройство 4 переключения потока и отклоняющие поток расширительные устройства 16' и 17' находятся в положении режима нагрева, в результате чего теплообменник 3 действует как испаритель, а внутренний теплообменник 2 как газоохладитель (конденсатор). Циркулирующий хладагент испаряется в теплообменнике 3 за счет поглощения тепла из источника тепла. Пар проходит через устройство 4 переключения потока и затем откачивается компрессором 1. Давление и температура пара повышаются компрессором 1, после чего пар поступает во внутренний теплообменник 2, пройдя через устройство 4 переключения потока. В зависимости от давления пар хладагента либо конденсируется (под субкритическим давлением), либо охлаждается (под сверхкритическом давлением), отдавая тепло поглотителю тепла (внутреннему воздуху в случае воздушной системы). Хладагент высокого давления затем проходит через первое отклоняющее поток устройство 16', затем его давление понижается посредством второго отклоняющего поток устройства 17' до давления испарения во внутреннем теплообменнике 3, завершая цикл.In Fig. 9, the
Работа в режиме охлажденияCooling operation
На фиг.10 устройство 4 переключения потока и отклоняющие поток расширительные устройства 16' и 17' находятся в положении режима охлаждения, в результате чего внутренний теплообменник 2 действует как испаритель, а внешний теплообменник 3 как газоохладитель (конденсатор). Циркулирующий хладагент испаряется во внутреннем теплообменнике 2 за счет поглощения тепла из источника тепла. Хладагент проходит через устройство 4 переключения потока и затем откачивается компрессором 1. Давление и температура пара повышаются компрессором 1, после чего он проходит во внешний теплообменник 3, пройдя через устройство 4 переключения потока. В зависимости от давления пар хладагента либо конденсируется (под субкритическим давлением), либо охлаждается (под сверхкритическим давлением), отдавая тепло поглотителю тепла. Хладагент высокого давления затем проходит через второе отклоняющее поток расширительное устройство 17', затем его давление понижается посредством первого отклоняющего поток расширительного устройства 16' до давления испарения во внешнем теплообменнике 2, завершая цикл.10, the
Пятый вариант осуществления изобретенияFifth Embodiment
На фиг.11 и 12 показан схематический вид пятого варианта осуществления системы во время работы в режиме нагрева и режиме охлаждения соответственно. Этот вариант осуществления представляет обратимую систему сжатия пара с функцией нагрева водопроводной воды. Водопроводную воду подогревают сначала теплообменником 24 в подконтуре В и затем ее нагревают до нужной температуры вторым теплообменником 23 нагрева воды в подконтуре А. Тепловую нагрузку теплообменника 23 нагрева воды можно регулировать путем изменения расхода воды в теплообменнике 23, либо за счет использования байпаса на стороне хладагента теплообменника.11 and 12 show a schematic view of a fifth embodiment of the system during operation in heating mode and cooling mode, respectively. This embodiment is a reversible steam compression system with a heating function of tap water. Tap water is heated first by a
Шестой вариант осуществления изобретенияSixth Embodiment
На фиг.13 и 14 показаны схематические виды шестого варианта осуществления, который представляет собой усовершенствование первого варианта осуществления изобретения. По сравнению с первым вариантом осуществления этот вариант осуществления имеет дополнительный противоточный внутренний теплообменник 9, расположенный в подконтуре А и осуществляющий теплообмен с хладагентом в подконтуре В посредством соединения 12 обводной линии. Испытания, проведенные на известной установке сжатия пара, работавшей в режиме охлаждения, показали, что применение дополнительного внутреннего теплообменника может снизить энергопотребление и повысить кпд по охлаждению при повышенной температуре поглотителя тепла (высокая нагрузка охлаждения). Процесс переключения выполняется согласно первому варианту осуществления.13 and 14 are schematic views of a sixth embodiment, which is an improvement of the first embodiment of the invention. Compared to the first embodiment, this embodiment has an additional countercurrent
Седьмой вариант осуществления изобретенияSeventh Embodiment
Седьмой вариант осуществления изобретения схематически показан на фиг.15 в режиме нагрева и на фиг.16 - в режиме охлаждения. Основное отличие между этим вариантом осуществления и первым вариантом осуществления заключается в наличии сборника 7 промежуточного давления в подконтуре В, в результате чего обеспечивается двухступенчатое расширение хладагента высокого давления. В соответствии с этим вариантом осуществления обратимое устройство сжатия пара содержит компрессор 1, устройство 4 переключения потока, еще одно устройство 5 переключения потока, расширительное устройство 6 и внешний теплообменник. Переключение осуществляется так же, как и в предыдущем варианте осуществления, т.е. посредством изменения положения двух устройств 4 и 5 переключения потока из режима нагрева в режим охлаждения, и наоборот. Этот вариант осуществления является усовершенствованием первого варианта осуществления за счет введения сборника/накопителя 7 промежуточного давления, обеспечивающего возможность активного регулирования высокого давления и производительности по охлаждению/нагреву для доведения до максимума производительности. Система становится более устойчивой в работе и на ней не сказываются возможные утечки, поскольку в сборнике/накопителе 7 промежуточного давления обеспечивается некоторый уровень жидкого хладагента.A seventh embodiment of the invention is shown schematically in FIG. 15 in heating mode and in FIG. 16 in cooling mode. The main difference between this embodiment and the first embodiment is the presence of an
Восьмой вариант осуществления изобретенияEighth Embodiment
Восьмой вариант осуществления является усовершенствованием четвертого варианта осуществления, и он схематически показан на Фиг.17 в режиме нагрева, и на Фиг.18 - в режиме охлаждения. Основное различие между этим вариантом осуществления и четвертым вариантом осуществлением заключается в использовании сборника 7 промежуточного давления, расположенного в среднем патрубке В2 второго подконтура В, в результате чего обеспечивается двухступенчатое расширение хладагента высокого давления с помощью отводящих поток расширительных устройств 16' и 17' соответственно. Эта система становится более устойчивой и на ней не сказываются возможные утечки, поскольку имеется некоторый уровень жидкого хладагента в сборнике/накопителе 7 промежуточного давления.The eighth embodiment is an improvement on the fourth embodiment, and is shown schematically in FIG. 17 in heating mode and in FIG. 18 in cooling mode. The main difference between this embodiment and the fourth embodiment is the use of an
Девятый вариант осуществления изобретенияNinth Embodiment
Девятый вариант осуществления изобретения схематически показан на Фиг.19 в режиме нагрева, и на Фиг.20 - в режиме охлаждения. Этот вариант осуществления аналогичен восьмому варианту осуществления, за исключением того факта, что функция отведения потока и расширения выполняется двумя отдельными отводящими устройствами 16 и 17 и двумя расширительными устройствами 6 и 8 в среднем патрубке В2 над и соответственно под сборником 7. Согласно этому варианту осуществления система содержит компрессор 1, устройство 4 переключения потока, внутренний теплообменник 2, отклоняющее поток устройство 16, расширительное устройство 6, сборник 7 промежуточного давления, расширительное устройство 8, отклоняющее поток устройство 17 и внешний теплообменник. В этом варианте осуществления переключение системы осуществляется с помощью одного устройства 4 переключения и двух отклоняющих поток устройств 16 и 17, которые установлены либо в режиме охлаждения, либо в режиме нагрева.A ninth embodiment of the invention is shown schematically in FIG. 19 in heating mode and in FIG. 20 in cooling mode. This embodiment is similar to the eighth embodiment, except for the fact that the flow diversion and expansion function is performed by two
Десятый вариант осуществления изобретенияTenth Embodiment
Десятый вариант осуществления показан на Фиг.21 в режиме нагрева, и на Фиг.22 - в режиме охлаждения. По сравнению с седьмым вариантом осуществления этот вариант осуществления содержит противоточный внутренний теплообменник 9 в подконтуре А, который осуществляет теплообмен с подконтуром В посредством обводной линии 12, которая соединена с подконтуром В до расширительного устройства 6. Испытания, проведенные на известной установке сжатия пара, работавшей в режиме охлаждения, показали, что применение внутреннего теплообменника может снизить энергопотребление и повысить производительность по охлаждению при повышенной температуре поглотителя тепла (высокая нагрузка охлаждения). Принцип работы здесь тот же, что и в пятом варианте осуществления, за исключением того факта, что теплый хладагент высокого давления после устройства 5 переключения потока осуществляет теплообмен через внутренний теплообменник 9 с холодным хладагентом низкого давления после устройства 4 переключения потока до расширения в расширительном устройстве 6 в сборник/накопитель 7 промежуточного давления. Переключение осуществляется согласно первому варианту осуществления.A tenth embodiment is shown in FIG. 21 in a heating mode, and in FIG. 22 in a cooling mode. Compared to the seventh embodiment, this embodiment comprises a countercurrent
Одиннадцатый вариант осуществления изобретенияEleventh Embodiment
Одиннадцатый вариант осуществления изобретения показан на Фиг.23 в режиме нагрева, и на Фиг.24 - в режиме охлаждения. Основное различие между этим вариантом осуществления и десятым вариантом осуществления заключается в наличии противоточного внутреннего теплообменника 9 на стороне высокого давления. Согласно восьмому варианту осуществления сторона высокого давления внутреннего теплообменника 9 расположена в подконтуре В между устройством 5 переключения и расширительным устройством 8, но в этом осуществлении сторона высокого давления внутреннего теплообменника 9 расположена между устройством 5 переключения и внешним теплообменником 3. Поэтому согласно данному варианту осуществления внутренний теплообменник не будет "активным" ни в режиме нагрева, ни в режиме охлаждения, поскольку для теплообмена имеется очень ограниченная температурная движущая сила.An eleventh embodiment of the invention is shown in FIG. 23 in a heating mode, and in FIG. 24 in a cooling mode. The main difference between this embodiment and the tenth embodiment is the presence of a counterflow
Двенадцатый вариант осуществления изобретения Этот вариант осуществления показан на Фиг.25 в режиме нагрева и на Фиг.26 - в режиме охлаждения. Этот вариант осуществления представляет собой двухступенчатое обратимое устройство сжатия пара, в котором сжатие осуществляется в две стадии: откачивают пар под промежуточным давлением по патрубку 20 из сборника/накопителя 7 в подконтур В, в результате чего повышается кпд сжатия пара. Кроме того, этот вариант осуществления обеспечивает возможность улучшения регулирования создаваемого при этом промежуточного давления в сборнике/накопителе 7 промежуточного давления. Компрессор 1 может быть выполнен как единая установка двойного расширения с промежуточным входом всасывания или как два отдельных компрессора любого типа первой ступени и второй ступени. Компрессор также может быть компрессором типа "сжатия двойного эффекта" (G.T.Voorhees 1905, British Patent N 4448), в котором цилиндр поршневого компрессора имеет вход, который не закрыт в центре мертвой точки поршня, или вблизи этого центра, вводя пар под промежуточным давлением и тем самым повышая производительность системы по охлаждению или нагреву. При использовании компрессора "двойного эффекта" с переменным рабочим ходом (рабочим объемом) этот вход можно открывать только в случае увеличения потребности в нагреве или охлаждении, чтобы повысить производительность системы.Twelfth Embodiment This embodiment is shown in FIG. 25 in a heating mode and in FIG. 26 in a cooling mode. This embodiment is a two-stage reversible steam compression device in which the compression is carried out in two stages: steam is pumped out under intermediate pressure through a
Принцип действия в этом варианте осуществления тот же, что и в первом варианте осуществления, за исключением того факта, что сжатие выполняется в два этапа, и полученный пар мгновенного испарения в сборнике/накопителе 7 промежуточного давления после расширительного устройства 6 откачивается компрессором второй ступени по линии 12. Если используется двухступенчатый компрессор или два отдельных компрессора, то холодный пар мгновенного испарения смешивается с исходящим газом из первой ступени сжатия, в результате чего температура газа снижается в начале второй ступени сжатия. Поэтому вся работа сжатия согласно данному варианту осуществления будет меньше, чем в вариантах осуществления одноступенчатого обратимого транскритического сжатия пара, что, как правило, обеспечивает повышение энергетического кпд.The principle of operation in this embodiment is the same as in the first embodiment, except for the fact that the compression is performed in two stages, and the resulting flash vapor in the intermediate pressure collector /
Тринадцатый вариант осуществления изобретенияThirteenth Embodiment
Тринадцатый вариант осуществления схематически показан на Фиг.27 и 28 в режиме нагрева и в режиме охлаждения соответственно. По сравнению с двенадцатым вариантом осуществления этот вариант осуществления предусматривает дополнительный теплообменник 10, который обеспечивает дополнительную производительность по охлаждению при промежуточных давлении и температуре. Теплообменник 10 может быть теплообменником/испарителем с подачей самотеком или насосом. Теплообменник 10 может быть также выполнен заодно со сборником 7 промежуточного давления. Этот вариант осуществления является усовершенствованием двенадцатого варианта осуществления, поскольку его можно выполнить аналогично системам, в которых охлаждение необходимо проводить на двух температурных уровнях. Например, система кондиционирования воздуха для смешанных наземных транспортных средств или электромобилей должна обеспечивать охлаждение для двигателя и для кабины. Настоящее изобретение может обеспечить охлаждение внутреннего пространства при давлении и температуре испарения, а охлаждение двигателя будет обеспечиваться за счет промежуточных давления и температуры. Тепло, поглощаемое теплообменником, можно также использовать как дополнительный источник тепла в режиме нагрева. Переключение системы выполняется так же, как и в первом варианте осуществления, т.е. посредством изменения положения двух устройств 4 и 5 переключения потока из режима нагрева в режим охлаждения, и наоборот.A thirteenth embodiment is shown schematically in FIGS. 27 and 28 in a heating mode and a cooling mode, respectively. Compared to the twelfth embodiment, this embodiment provides an
Четырнадцатый вариант осуществления изобретенияFourteenth Embodiment
Четырнадцатый вариант осуществления показан схематически на Фиг.29 и 30 в режиме нагрева и охлаждения соответственно. Этот вариант осуществления тот же, что и тринадцатый вариант осуществления, за исключением, что теплообменник 10 здесь находится в подконтуре D. Этот подконтур также имеет дополнительное расширительное устройство 20. И в режиме нагрева, и в режиме охлаждения часть хладагента высокого давления отводится с помощью расширительного устройства 20, в котором давление хладагента снижается до уровня промежуточного давления. Хладагент затем испаряется за счет поглощения тепла в теплообменнике, и затем он проходит в сборник 7 промежуточного давления. Переключение системы осуществляется так же, как и в первом варианте осуществления, т.е. посредством изменения положения двух устройств 4 и 5 переключения из режима нагрева в режим охлаждения, и наоборот.A fourteenth embodiment is shown schematically in FIGS. 29 and 30 in a heating and cooling mode, respectively. This embodiment is the same as the thirteenth embodiment, with the exception that the
Пятнадцатый вариант осуществления изобретенияFifteenth Embodiment
Пятнадцатый вариант осуществления изобретения схематически показан на Фиг.31 и 32 в режиме нагрева и режиме охлаждения соответственно. Этот вариант осуществления отличается двухступенчатым сжатием с "промежуточным охлаждением", достигаемым посредством выпуска по патрубку 12' горячего газа из компрессора 1 первой ступени в сборник/накопитель 7 промежуточного давления. При этом температура газа всасывания компрессора 1'' второй ступени будет насыщенной при температуре, соответствующей давлению насыщения в сборнике/накопителе 7 промежуточного давления. Поэтому в противоположность вариантам осуществления с одноступенчатым сжатием общее количество работы сжатия будет меньшим и кпд системы будет выше. При необходимости также имеется возможность регулировать перегрев газа всасывания для второй ступени сжатия за счет направления некоторого количества горячего исходящего газа из первой ступени непосредственно в линию всасывания второй ступени сжатия, т.е. за счет обхода сборника/накопителя 7 промежуточного давления. Переключение системы осуществляется так же, как и в первом варианте осуществления, т.е. посредством изменения положения двух устройств 4 и 5 переключения потока из режима нагрева в режим охлаждения, и наоборот.A fifteenth embodiment of the invention is shown schematically in FIGS. 31 and 32 in a heating mode and a cooling mode, respectively. This embodiment is characterized by two-stage compression with “intercooler” achieved by discharging hot gas through the
Шестнадцатый вариант осуществления изобретенияSixteenth Embodiment
На фиг.33 и 34 показан шестнадцатый вариант осуществления системы сжатия пара, работающей в режиме охлаждения и режиме нагрева соответственно. Этот вариант осуществления представляет собой двухступенчатую обратимую систему сжатия пара, аналогичную пятнадцатому варианту осуществления, но также имеет противоточный внутренний теплообменник 9 в подконтуре А, который обеспечивает теплообмен с подконтуром В через обводную линию 18. Преимущество использования противоточного внутреннего теплообменника 9 заключается в снижении температуры хладагента высокого давления до его прохождения через расширительное устройство 6, в результате чего обеспечивается повышение производительности по охлаждению и более высокий энергетический кпд. Принцип работы этого варианта осуществления тот же, что и в пятнадцатом варианте осуществления, за исключением того факта, что хладагент высокого давления после устройства 5 переключения потока проходит через внутренний теплообменник 9 до прохождения через расширительное устройство 6. Переключение системы осуществляется так же, как и в первом варианте осуществления, т.е. посредством изменения положения двух устройств 4 и 5 переключения потока из режима нагрева в режим охлаждения, и наоборот.33 and 34 show a sixteenth embodiment of a steam compression system operating in a cooling mode and a heating mode, respectively. This embodiment is a two-stage reversible steam compression system similar to the fifteenth embodiment, but also has a countercurrent
Семнадцатый вариант осуществления изобретенияSeventeenth Embodiment
Этот вариант осуществления схематически показан на фиг.35 и 36 в режиме нагрева и в режиме охлаждения соответственно. Этот вариант осуществления аналогичен шестому варианту осуществления, за исключением того факта, что имеет дополнительный сборник 15 низкого давления в подконтуре В. Переключение системы осуществляется так же, как и в первом варианте осуществления, т.е. посредством изменения положения двух устройств 4 и 5 переключения потока из режима нагрева в режим охлаждения, и наоборот.This embodiment is shown schematically in FIGS. 35 and 36 in heating mode and cooling mode, respectively. This embodiment is similar to the sixth embodiment, except that it has an additional low-
Восемнадцатый вариант осуществления изобретенияEighteenth Embodiment
Восемнадцатый вариант осуществления схематически показан на Фиг.37 в режиме нагрева, и на Фиг.38 - в режиме охлаждения. В соответствии с этим вариантом осуществления система обеспечивает двухступенчатое обратимое сжатие пара, причем сжатие пара выполняется в две стадии с "промежуточным охлаждением", в результате чего повышается кпд сжатия пара и общие характеристики системы. Этот вариант осуществления содержит основной контур, внутренний теплообменник 2, подконтур А, соединенный с основным контуром через устройство 4 переключения потока, и подконтур В, соединенный с основным контуром через второе устройство 5 переключения потока. Подконтур А содержит компрессор 1, сборник 15 низкого давления и противоточный внутренний теплообменник 9. Подконтур В содержит расширительное устройство 6. Теплообмен происходит между двумя подконтурами посредством внутреннего теплообменника 9 при прохождении хладагента из подконтура В по линии 12. Также установлен теплообменник 14 промежуточного охлаждения. Часть хладагента пропускается через этот теплообменник и возвращается в подконтур В, при этом другая часть хладагента пропускается по другому подконтуру 19 через детандер 13 в другую линию потока теплообменника 14 промежуточного охлаждения и во вторую ступень компрессора 1. По сравнению с тринадцатым вариантом осуществления введение теплообменника 14 промежуточного охлаждения в результате обеспечивает повышенную производительность по охлаждению и уменьшение количества работы сжатия.An eighteenth embodiment is shown schematically in FIG. 37 in a heating mode, and in FIG. 38 in a cooling mode. In accordance with this embodiment, the system provides two-stage reversible vapor compression, wherein the vapor compression is performed in two stages with “intermediate cooling”, thereby increasing the vapor compression efficiency and overall system characteristics. This embodiment comprises a main circuit, an
Компрессор 1 может быть компрессором (одно)многократного расширения с промежуточным входом всасывания или с двумя отдельными компрессорами любого типа первой и второй ступеней. Переключение системы осуществляется так же, как и в первом варианте осуществления, т.е. посредством изменения положения двух устройств 4 и 5 переключения потока из режима нагрева в режим охлаждения, и наоборот.
Система сжатия пара может работать либо в режиме кондиционирования воздуха для охлаждения, либо в режиме нагрева - для нагрева. Режим работы изменяется путем изменения направления потока хладагента в контуре.The steam compression system can operate either in air conditioning mode for cooling or in heating mode for heating. The operating mode is changed by changing the direction of flow of the refrigerant in the circuit.
В процессе кондиционирования воздуха внутренний теплообменник поглощает тепло за счет испарения хладагента, и тепло отводится через внешний теплообменник. В процессе нагрева внешний теплообменник действует как испаритель, а тепло отводится через внешний теплообменник.During air conditioning, the internal heat exchanger absorbs heat due to the evaporation of the refrigerant, and the heat is removed through an external heat exchanger. During heating, the external heat exchanger acts as an evaporator, and heat is removed through an external heat exchanger.
Поскольку внутренний и внешний теплообменники должны выполнять двойное назначение, эта конструкция является компромиссом, не являющимся оптимальным для обоих режимов. Если в качестве хладагента используется диоксид углерода, то теплообменники должны действовать и как испаритель, и как газоохладитель, с очень разными требованиями для оптимальной конструкции. В процессе охлаждения газа желательны противоточный теплообменник и относительно высокий массовый расход хладагента. Следует отметить, что в процессе испарения желателен пониженный массовый расход, и приемлемым является перекрестное циркулирование хладагента.Since the internal and external heat exchangers must perform a dual purpose, this design is a compromise that is not optimal for both modes. If carbon dioxide is used as the refrigerant, the heat exchangers must act both as an evaporator and as a gas cooler, with very different requirements for an optimal design. During gas cooling, a counterflow heat exchanger and a relatively high mass flow rate of the refrigerant are desirable. It should be noted that a reduced mass flow rate is desirable during the evaporation process, and cross-circulation of refrigerant is acceptable.
С помощью соответствующих средств (напр., стопорные клапаны) схему контура в теплообменнике можно изменять при соответстующем изменении режима работы. Клапаны могут обеспечить для теплообменника другую схему контура в зависимости от направления потока хладагента. На фиг.39-46 показаны разные теплообменники с двумя, тремя, четырьмя и шестью секциями в режиме нагрева и режиме охлаждения соответственно. При работе в режиме нагрева, согласно Фиг.39, 41, 43 и 45, хладагент проходит последовательно по каждой из четырех секций в перекрестном течении. С другой стороны, за счет изменения направления потока хладагент циркулирует параллельно через одну и две, или две и две пластины, входя в сторону впуска воздуха согласно Фиг.40, 42, 44 и 46. Изменение направления потока предпочтительно осуществляется стопорными клапанами, но могут быть использованы также и другие типы клапанов.Using appropriate means (e.g. stop valves), the circuit in the heat exchanger can be changed with a corresponding change in operating mode. Valves can provide a different circuit for the heat exchanger depending on the direction of flow of the refrigerant. On Fig-46 shows different heat exchangers with two, three, four and six sections in heating mode and cooling mode, respectively. When operating in heating mode, according to Figs. 39, 41, 43 and 45, the refrigerant flows sequentially through each of the four sections in a cross flow. On the other hand, by changing the flow direction, the refrigerant circulates in parallel through one and two, or two and two plates, entering the air inlet side according to Figs. 40, 42, 44 and 46. The change in flow direction is preferably effected by stop valves, but can be other types of valves are also used.
Claims (31)
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20004369 | 2000-09-01 | ||
NO20005576 | 2000-11-03 | ||
NO2005576 | 2000-11-03 | ||
NO20005576A NO20005576D0 (en) | 2000-09-01 | 2000-11-03 | Reversible evaporation process |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003108872A RU2003108872A (en) | 2004-12-10 |
RU2272970C2 true RU2272970C2 (en) | 2006-03-27 |
Family
ID=36389058
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003108872/06A RU2272970C2 (en) | 2000-11-03 | 2001-08-31 | Reversible steam compression system and reversible heat exchanger for fluid coolant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2272970C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2522262C2 (en) * | 2008-08-19 | 2014-07-10 | Абб Рисерч Лтд | Thermoelectric energy accumulation system, and thermoelectric energy accumulation method |
RU2599218C2 (en) * | 2012-08-03 | 2016-10-10 | Атлас Копко Эрпауэр, Намлозе Веннотсхап | Cooling circuit, gas drying by cooling plant and cooling circuit control method |
US10018114B2 (en) | 2013-07-19 | 2018-07-10 | Itm Power (Research) Limited | Pressure reduction system |
-
2001
- 2001-08-31 RU RU2003108872/06A patent/RU2272970C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2522262C2 (en) * | 2008-08-19 | 2014-07-10 | Абб Рисерч Лтд | Thermoelectric energy accumulation system, and thermoelectric energy accumulation method |
RU2599218C2 (en) * | 2012-08-03 | 2016-10-10 | Атлас Копко Эрпауэр, Намлозе Веннотсхап | Cooling circuit, gas drying by cooling plant and cooling circuit control method |
US10018114B2 (en) | 2013-07-19 | 2018-07-10 | Itm Power (Research) Limited | Pressure reduction system |
RU2663785C2 (en) * | 2013-07-19 | 2018-08-09 | АйТМ ПАУЭР (РИСЁЧ) ЛИМИТЕД | Pressure relief system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100798712B1 (en) | Reversible vapor compression system | |
CN204373252U (en) | Change type CO2 trans critical cycle refrigeration system | |
AU2001286334A1 (en) | Reversible vapor compression system | |
US20170089617A1 (en) | Gas heat-pump system | |
CN101688695A (en) | Co2 refrigerant system with booster circuit | |
CN105258392A (en) | Heat pump heating system, control method and heat pump water heater | |
CN105004100A (en) | Single-refrigerant loop and multiple-suction pressure steam compression refrigeration/heat pump system | |
CN114110833B (en) | Air conditioning unit and control method thereof | |
CN108318273B (en) | Multicycle heat pump experiment table | |
CN209484880U (en) | One kind is risen again formula heat pump system | |
CN106765742A (en) | Air conditioning unit with flooded shell and tube heat exchanger | |
CN111795423B (en) | Carbon dioxide heat pump heating system based on three-fluid heat exchanger | |
CN205783983U (en) | The heat high efficiente callback device of air source handpiece Water Chilling Units | |
RU2272970C2 (en) | Reversible steam compression system and reversible heat exchanger for fluid coolant | |
CN205066233U (en) | Heat pump heating system and heat pump water heater | |
CN116476592A (en) | New energy automobile thermal management system and automobile | |
CN111336707B (en) | Carbon dioxide heat pump heating system with topologic homoembryo circulation | |
CN103307677B (en) | A kind of air-conditioning dehumidification unit | |
CN105783331A (en) | Heat efficient recovery device for air source water chilling unit | |
CN106705478B (en) | Hot gas bypass enhanced vapor injection air conditioning system | |
CN213362912U (en) | Air source heat pump system | |
CN111141049A (en) | Cascade high temperature heat pump laboratory bench | |
CN108917061B (en) | Cold water heat pump unit and air conditioning equipment | |
KR101416207B1 (en) | Heat-pump system with three cycles using air and water heat | |
CN217110104U (en) | Vapor compression type refrigeration heat pump circulating system with surrounding type heat regenerator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070901 |