RU2776886C2 - Steam compression device - Google Patents
Steam compression device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2776886C2 RU2776886C2 RU2020129182A RU2020129182A RU2776886C2 RU 2776886 C2 RU2776886 C2 RU 2776886C2 RU 2020129182 A RU2020129182 A RU 2020129182A RU 2020129182 A RU2020129182 A RU 2020129182A RU 2776886 C2 RU2776886 C2 RU 2776886C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- refrigerant
- heat
- phase change
- mfp
- Prior art date
Links
- 238000007906 compression Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 208
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 118
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 89
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 185
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 45
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 36
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 claims description 36
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 36
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 35
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 29
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 22
- -1 methyl laurate Chemical class 0.000 claims description 15
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 claims description 14
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 14
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 9
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 9
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 9
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L mgso4 Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N Decane Chemical compound CCCCCCCCCC DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LQZZUXJYWNFBMV-UHFFFAOYSA-N Dodecanol Chemical compound CCCCCCCCCCCCO LQZZUXJYWNFBMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 6
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 claims description 6
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 claims description 6
- 230000002441 reversible Effects 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 230000001351 cycling Effects 0.000 claims description 4
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 claims description 4
- UNXHWFMMPAWVPI-QWWZWVQMSA-N D-Threitol Natural products OC[C@@H](O)[C@H](O)CO UNXHWFMMPAWVPI-QWWZWVQMSA-N 0.000 claims description 3
- UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N Erythritol Chemical compound OC[C@H](O)[C@H](O)CO UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004386 Erythritol Substances 0.000 claims description 3
- 229940009714 Erythritol Drugs 0.000 claims description 3
- 229940087562 Sodium Acetate Trihydrate Drugs 0.000 claims description 3
- QXJQHYBHAIHNGG-UHFFFAOYSA-N Trimethylolethane Chemical compound OCC(C)(CO)CO QXJQHYBHAIHNGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MUXOBHXGJLMRAB-UHFFFAOYSA-N dimethyl butanedioate Chemical compound COC(=O)CCC(=O)OC MUXOBHXGJLMRAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000019414 erythritol Nutrition 0.000 claims description 3
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000002191 fatty alcohols Chemical class 0.000 claims description 3
- UQDUPQYQJKYHQI-UHFFFAOYSA-N methyl laurate Chemical compound CCCCCCCCCCCC(=O)OC UQDUPQYQJKYHQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L na2so4 Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 150000002895 organic esters Chemical class 0.000 claims description 3
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 claims description 3
- AYRVGWHSXIMRAB-UHFFFAOYSA-M sodium acetate trihydrate Chemical compound O.O.O.[Na+].CC([O-])=O AYRVGWHSXIMRAB-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RSIJVJUOQBWMIM-UHFFFAOYSA-L sodium sulfate decahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O RSIJVJUOQBWMIM-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 2
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 claims description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 38
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 17
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 8
- 210000001736 Capillaries Anatomy 0.000 description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 6
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 5
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 4
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010725 compressor oil Substances 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N Isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 2
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 2
- FXRLMCRCYDHQFW-UHFFFAOYSA-N 2,3,3,3-Tetrafluoropropene Chemical compound FC(=C)C(F)(F)F FXRLMCRCYDHQFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007087 Apium graveolens Species 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000614 Ribs Anatomy 0.000 description 1
- 230000018199 S phase Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- PWRMVXOVJDQTON-UHFFFAOYSA-N azane;propane Chemical compound N.CCC PWRMVXOVJDQTON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002068 genetic Effects 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
Настоящее изобретение относится к устройству сжатия пара, в котором промежуточный тепловой аккумулятор выполнен с возможностью высвобождения энергии (т.е. отдачи энергии) заряда и/или накопления энергии и тем самым регулировки температуры источника тепла или температуры теплоотвода в цикле сжатия пара.The present invention relates to a vapor compression device in which the intermediate heat accumulator is configured to release energy (i.e., release energy) of charge and/or store energy and thereby adjust the temperature of the heat source or the temperature of the heat sink in the steam compression cycle.
В частности, настоящее изобретение относится к устройству сжатия пара, в котором тепловой аккумулятор расположен между испарителем и конденсатором, и устройство сжатия пара содержит материал с фазовым переходом (МФП), который выполнен с возможностью высвобождения энергии а (т.е. отдачи энергии) заряда и/или накопления энергии и тем самым регулировки температуры источника тепла и/или температуры теплоотвода в цикле сжатия пара в различных системах охлаждения и/или нагрева, включая: кондиционирование воздуха как для бытовых, так и для промышленных нужд; транспортировку продуктов/материалов на транспортных средствах, поездах, воздушных судах и т.д. Настоящее изобретение также относится к методу выбора материалов с фазовым переходом и/или хладагентов для устройства сжатия пара.In particular, the present invention relates to a vapor compression device in which a heat accumulator is located between an evaporator and a condenser, and the vapor compression device comprises a phase change material (PCM) that is capable of releasing energy a (i.e., releasing energy) charge and/or storing energy and thereby adjusting the temperature of the heat source and/or the temperature of the heat sink in the steam compression cycle in various refrigeration and/or heating systems, including: air conditioning for both domestic and industrial needs; transportation of products/materials on vehicles, trains, aircraft, etc. The present invention also relates to a method for selecting phase change materials and/or refrigerants for a vapor compression device.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
В известном уровне техники существует потребность в обеспечении улучшенного регулирования температуры в ряде систем, включая кондиционирование воздуха, как для бытовых, так и для промышленных нужд; транспортировку продуктов/материалов на транспортных средствах, поездах, воздушных судах и т.д.In the prior art, there is a need to provide improved temperature control in a number of systems, including air conditioning, both domestic and industrial; transportation of products/materials on vehicles, trains, aircraft, etc.
Для систем известного уровня техники характерны такие недостатки, как ненадлежащая и неэффективная регулировка температуры и сложность систем, которые оказались ненадежными из-за регулярных поломок. В дополнение, системы известного уровня техники, имеющие сложные конструкции, являются очень тяжелыми, что неблагоприятно сказывается при транспортировке систем, а также затрудняет установку.The prior art systems suffer from the disadvantages of inadequate and inefficient temperature control and the complexity of the systems, which have proven to be unreliable due to regular breakdowns. In addition, prior art systems having complex structures are very heavy, which adversely affects the transport of the systems and also makes installation difficult.
Задача, по меньшей мере, одного аспекта настоящего изобретения заключается в устранении или, по меньшей мере, минимизации одной или более вышеупомянутых проблем.It is an object of at least one aspect of the present invention to eliminate or at least minimize one or more of the aforementioned problems.
Дополнительная задача, по меньшей мере, одного аспекта настоящего изобретения заключается в обеспечении улучшенного устройства сжатия пара.An additional object of at least one aspect of the present invention is to provide an improved vapor compression device.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложено устройство сжатия пара, содержащее:According to a first aspect of the present invention, a vapor compression device is provided, comprising:
насосную установку, используемую для нагнетания хладагента;a pumping unit used to pump the refrigerant;
конденсатор, способный конденсировать хладагент;a condenser capable of condensing the refrigerant;
испаритель, способный испарять хладагент,an evaporator capable of evaporating the refrigerant,
тепловой аккумулятор, содержащий материал с фазовым переходом (МФП);a heat accumulator containing a material with a phase change (MPC);
по меньшей мере, один или группу датчиков температуры и/или давления, способных отслеживать температуру и/или давление материала с фазовым переходом (МФП) в тепловом аккумуляторе;at least one or a group of temperature and/or pressure sensors capable of monitoring the temperature and/or pressure of the phase change material (PCM) in the thermal storage;
в котором тепловой аккумулятор выполнен с возможностью подсоединения к конденсатору и/или испарителю для высвобождения энергии (т.е. отдачи энергии) заряда и/или накопления энергии, так что тепловой аккумулятор способен регулировать температуру источника тепла и/или температуру теплоотвода в цикле сжатия пара.wherein the heat accumulator is operable to be connected to a condenser and/or an evaporator for releasing energy (i.e. energy output) charging and/or storing energy such that the heat accumulator is capable of controlling the temperature of the heat source and/or the temperature of the heat sink in the vapor compression cycle .
Поэтому, настоящее изобретение относится к устройству сжатия пара, в котором промежуточный тепловой аккумулятор между испарителем и конденсатором способен высвобождать энергию (т.е. отдавать энергию) заряда и/или накопления энергии и тем самым регулировать температуру источника тепла или температуру теплоотвода в цикле сжатия пара. Это обеспечивает высокоэффективную систему, которая является более совершенной по сравнению с любыми системами, известными в уровне техники.Therefore, the present invention relates to a vapor compression device in which an intermediate heat storage device between an evaporator and a condenser is capable of releasing (i.e. delivering energy) charging and/or storing energy and thereby controlling the heat source temperature or heat sink temperature in the vapor compression cycle. . This provides a highly efficient system that is superior to any system known in the art.
Данное изобретение поэтому может относиться к устройству сжатия пара с регулируемыми температурой и/или давлением.The present invention may therefore relate to a temperature and/or pressure controlled vapor compression device.
Может использоваться хладагент любого подходящего типа. Температура и/или давление хладагента также могут измеряться и/или отслеживаться наряду с направлением потока хладагента.Any suitable type of refrigerant may be used. The temperature and/or pressure of the refrigerant may also be measured and/or monitored along with the direction of the refrigerant flow.
Следовательно, устройство в соответствии с настоящим изобретением может обеспечивать высокоэффективный способ регулирования потока хладагента в устройстве для обеспечения максимальной эффективности.Therefore, the device according to the present invention can provide a highly efficient method for controlling the flow of refrigerant in the device for maximum efficiency.
Физическое состояние и/или условия теплового аккумулятора могут тщательно отслеживаться, например, посредством измерений температуры и/или давления в реальном времени, проводимых в отношении материала с фазовым переходом (МФП). Альтернативно измерения температуры и/или давления могут проводиться постоянно и/или непрерывно, с перерывами или периодически, например, каждые 30 секунд или каждую минуту. Эту функцию может выполнять система управления регулированием.The physical state and/or conditions of the heat storage can be closely monitored, for example, through real-time temperature and/or pressure measurements taken on a phase change material (PCM). Alternatively, temperature and/or pressure measurements can be taken continuously and/or continuously, intermittently or intermittently, such as every 30 seconds or every minute. This function can be performed by the regulation control system.
Насосная установка в предпочтительных вариантах осуществления может представлять собой компрессор любого подходящего типа. Например, могут использоваться известные холодильные компрессоры.The pumping unit in the preferred embodiments may be any suitable type of compressor. For example, known refrigeration compressors may be used.
Поэтому устройство сжатия пара имеет, по меньшей мере, один или группу датчиков температуры и/или давления, способных отслеживать и регулировать температуру и/или давление материала с фазовым переходом (МФП) в тепловом аккумуляторе.Therefore, the vapor compression device has at least one or a group of temperature and/or pressure sensors capable of monitoring and controlling the temperature and/or pressure of the phase change material (PCM) in the thermal storage.
Датчики температуры и/или давления могут быть расположены в любой части или могут быть составной частью теплового аккумулятора, например, на любой поверхности теплового аккумулятора, например, на верхней поверхности аккумулятора.The temperature and/or pressure sensors may be located in any part of or may be an integral part of the heat accumulator, for example, on any surface of the heat accumulator, for example, on the top surface of the accumulator.
По меньшей мере, один или группа датчиков температуры и/или давления могут быть погружены в материал с фазовым переходом (МФП) для обеспечения диапазона измерений температуры и/или давления. С использованием этих измерений можно отслеживать и/или регулировать физическое состояние и/или условия материала с фазовым переходом (МФП). Например, для максимизации эффективности устройства сжатия пара в целом может проводиться серия измерений температуры и/или давления.At least one or a group of temperature and/or pressure sensors may be immersed in a phase change material (PCM) to provide a range of temperature and/or pressure measurements. Using these measurements, the physical state and/or conditions of the phase change material (PCM) can be monitored and/or adjusted. For example, a series of temperature and/or pressure measurements may be taken to maximize the efficiency of the vapor compression device as a whole.
Было обнаружено, что получение измерений температуры и/или давления и определение температуры и/или давления обеспечивают точное отслеживание энергии заряда, удерживаемого материалом с фазовым переходом (МФП). Это позволяет осуществлять полную регулировку в устройстве в соответствии с настоящим изобретением в реальном времени.It has been found that obtaining temperature and/or pressure measurements and determining the temperature and/or pressure provide accurate tracking of the charge energy held by the phase change material (PCM). This allows full adjustment in the device according to the present invention in real time.
Настоящее изобретение, поэтому может обеспечивать точное измерение состояния и физических условий теплового аккумулятора в реальном времени, включая энергию заряд, удерживаемую тепловым аккумулятором.The present invention can therefore provide an accurate real-time measurement of the state and physical conditions of a thermal storage device, including charge energy held by the thermal storage device.
Измерение температуры и/или давление может проводиться с использованием любых подходящих устройств измерения температуры и давления, известных в уровне техники. Это позволяет проводить измерения температуры и/или давления материала с фазовым переходом (МФП), расположенного в тепловом аккумуляторе, в реальном времени. Особое техническое преимущество этого заключается в возможности отслеживания и/или измерения давления и/или температуры в тепловом аккумуляторе. Это позволяет эффективно управлять всей системой, а системе, быть полностью управляемой.The temperature and/or pressure measurement may be carried out using any suitable temperature and pressure measurement devices known in the art. This makes it possible to measure the temperature and/or pressure of the phase change material (PCM) located in the thermal storage in real time. A particular technical advantage of this lies in the possibility of monitoring and/or measuring the pressure and/or temperature in the thermal storage. This allows you to effectively manage the entire system, and the system to be fully manageable.
Также можно осуществлять переключение потока хладагента, и очень точно регулировать его с использованием измерений температуры и/или давления для обеспечения высокоэффективной системы.It is also possible to switch the refrigerant flow and very precisely control it using temperature and/or pressure measurements to provide a highly efficient system.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения испаритель может быть расположен вертикально ниже или по существу вертикально ниже конденсатора.In a preferred embodiment of the present invention, the evaporator may be positioned vertically below or substantially vertically below the condenser.
Тепловой аккумулятор может быть расположен в промежуточном положении между конденсатором и испарителем. Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает промежуточную ступень между источником тепла и/или теплоотводом и окружающей средой с регулируемой температурой. Следовательно, тепловой аккумулятор, содержащий материал с фазовым переходом (МФП), может функционировать в качестве промежуточного теплообменника в устройстве. Поэтому тепловой аккумулятор способен высвобождать энергию (т.е. отдавать энергию) заряда и/или накапливать энергию и тем самым регулировать температуру источника тепла или температуру теплоотвода в устройстве сжатия пара.The heat accumulator can be located in an intermediate position between the condenser and the evaporator. Therefore, the present invention provides an intermediate step between the heat source and/or heat sink and the temperature controlled environment. Therefore, a thermal storage device containing a phase change material (PCM) can function as an intermediate heat exchanger in the device. Therefore, the heat storage is able to release energy (ie give off energy) charge and/or store energy and thereby regulate the temperature of the heat source or the temperature of the heat sink in the vapor compression device.
Поэтому устройство в соответствии с настоящим изобретением может иметь дополнительную функциональную возможность, благодаря которой оно не зависит от времени между первым этапом и вторым этапом теплообмена. Такая независимость достигается за счет использования материала с фазовым переходом (МФП), поскольку энергия может высвобождаться в любое время. Первый этап может называться предварительным охлаждением или предварительным нагревом, а второй этап может называться охлаждением при отдаче энергии или нагревом при отдаче энергии.Therefore, the device according to the present invention may have an additional functionality, due to which it does not depend on the time between the first stage and the second stage of heat exchange. This independence is achieved through the use of a phase change material (PCM), since energy can be released at any time. The first step may be referred to as pre-cooling or pre-heating, and the second step may be referred to as power-out cooling or power-out heating.
Может быть обеспечена группа и/или сеть труб, соединяющих различные компоненты, например, насосную установку (например, компрессор), конденсатор, испаритель, тепловой аккумулятор, в устройстве, которые регулируются, например, с помощью клапанов, таких как расширительные клапаны, запорные клапаны и т.д. Это рассмотрено более подробно ниже.A group and/or network of pipes can be provided connecting various components, e.g. pumping unit (e.g. compressor), condenser, evaporator, heat accumulator, in the device, which are controlled, for example, by valves, such as expansion valves, shut-off valves etc. This is covered in more detail below.
Материал с фазовым переходом (МФП) может функционировать в качестве среды для передачи тепла, например, в теплообменник с хладагентом, т.е. испаритель и/или конденсатор.The phase change material (PCM) can function as a heat transfer medium, for example, to a heat exchanger with a refrigerant, i.e. evaporator and/or condenser.
Устройство может быть расположено в по существу вертикальной ориентации, в которой резервуар для жидкости может быть расположен предпочтительно выше компрессора. Как правило, резервуар для жидкости может быть расположен вертикально или по существу вертикально между испарителем и конденсатором.The device may be positioned in a substantially vertical orientation, in which the liquid reservoir may preferably be positioned above the compressor. Typically, the liquid reservoir may be positioned vertically or substantially vertically between the evaporator and the condenser.
Резервуар для жидкости может быть расположен после конденсатора и может иметь размеры, позволяющие ему вмещать запас жидкого хладагента. Поэтому резервуар для жидкости может функционировать в качестве емкости, служащей в качестве резервуара для некоторого количества жидкого хладагента.The liquid reservoir may be located downstream of the condenser and may be sized to accommodate a supply of liquid refrigerant. Therefore, the liquid reservoir can function as a container serving as a reservoir for some liquid refrigerant.
Компрессор может использоваться для сжатия и/или повышения давления хладагента в системе и/или сети труб устройства.The compressor may be used to compress and/or pressurize the refrigerant in the system and/or piping of the device.
В ситуации, когда устройство используется для предварительного охлаждения при отдаче энергии или предварительного нагрева, поток хладагента движется сверху вниз в вертикально или по существу вертикально ориентированном устройстве. Это можно рассматривать как первый этап охлаждения/нагрева в настоящем изобретении.In a situation where the device is used for pre-cooling in energy recovery or pre-heating, the refrigerant flow moves from top to bottom in a vertically or substantially vertically oriented device. This can be considered as the first cooling/heating step in the present invention.
В ситуации, когда устройство используется для предварительного охлаждения или нагрева при отдаче энергии, поток хладагента движется снизу вверх в вертикально или по существу вертикально ориентированном устройстве.In a situation where the device is used for pre-cooling or output heating, the refrigerant flow moves from bottom to top in a vertically or substantially vertically oriented device.
Поток хладагента в устройстве может быть реверсирован без потери функциональности.The refrigerant flow in the device can be reversed without loss of functionality.
Может быть использован материал с фазовым переходом (МФП) любого подходящего типа, включая любой из следующих материалов или их сочетание:Any suitable type of phase change material (PCM) may be used, including any or combination of the following materials:
парафиновый материал, такой как декан, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около -25°C до около -35°C или около -30°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;paraffinic material such as decane, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about -25°C to about -35°C or about -30°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability ;
эвтектика соль-вода, такая как хлорид натрия и вода, например, образующая МФП с температурой фазового перехода от около -20°C до около -25°C или около -22°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;salt-water eutectic, such as sodium chloride and water, for example, forming MFP with a phase transition temperature from about -20°C to about -25°C or about -22°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, speed crystallization and/or cycleability;
эвтектика соль-вода, такая как сульфат магния и вода, например, образующая МФП с температурой фазового перехода от около -10°C до около 0°C или около -5°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;salt-water eutectic, such as magnesium sulfate and water, for example, forming MFP with a phase transition temperature from about -10°C to about 0°C or about -5°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability;
эвтектика соль-вода, такая как сульфат натрия и вода, например, образующая МФП с температурой фазового перехода от около -5°C до около +5°C или около -1°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;salt-water eutectic, such as sodium sulfate and water, for example, forming MFP with a phase transition temperature from about -5°C to about +5°C or about -1°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, rate crystallization and/or cycleability;
органический сложный эфир, такой как метиллаурат, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 0°C до около 10°C или около 5°C, с возможными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;an organic ester, such as methyl laurate, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about 0°C to about 10°C or about 5°C, with optional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cyclability;
клатратный гидрат, такой как тетрагидрофуран (THF) и вода, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 0°C до около 10°C или около 5°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;a clathrate hydrate such as tetrahydrofuran (THF) and water, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about 0°C to about 10°C or about 5°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and / or cycling;
сложный эфир, такой как диметилсукцинат, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 15°C до около 25°C или около 18°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;an ester, such as dimethyl succinate, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about 15°C to about 25°C or about 18°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability;
жирный спирт, такой как додеканол, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 15°C до около 25°C или около 22°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;fatty alcohol, such as dodecanol, for example, forming MFP with a phase transition temperature from about 15°C to about 25°C or about 22°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability;
гидрат соли, такой как декагидрат сульфата натрия, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 25°C до 35°C или около 32°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;a salt hydrate, such as sodium sulfate decahydrate, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about 25°C to 35°C or about 32°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability;
гидрат соли, такой как тригидрат ацетата натрия, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 0°C до около 10°C или около 5°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;a salt hydrate, such as sodium acetate trihydrate, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about 0°C to about 10°C or about 5°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability;
полиол с фазовым переходом из твердой фазы в твердую фазу, такой как триметилолэтан, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 70°C до около 95°C или около 81°C, при необходимости, с дополнительными для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости; иa solid-to-solid phase change polyol such as trimethylolethane, for example, forming an MFP with a phase change temperature of about 70° C. to about 95° C. or about 81° C., optionally with additional crystallization rates to improve nucleation and/or cycleability; and
полиол, такой как эритрит, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 100°C до около 150°C или около 121°C, с возможными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости.a polyol, such as erythritol, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about 100°C to about 150°C or about 121°C, with optional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cyclability.
Может быть выбран материал с фазовым переходом (МФП), который имеет температуру фазового перехода на около 1°C-20°C или предпочтительно около 10°C-15°C выше температуры, до которой требуется осуществить охлаждение (например, наименьшей температуры), и/или температуру фазового перехода, которая вызывает конденсацию хладагента при давлении на 1-10 бар (изб.) или предпочтительно около 1-5 бар (изб.) выше требуемого давления испарения. Кроме того, может быть выбран материал с фазовым переходом (МФП), который имеет температуру фазового перехода на около 1°C-20°C или предпочтительно на около 10°C-15°C выше температуры (например, минимальной температуры) окружающих условий, в которых тепловой насос получает свою тепловую энергию, и/или температуру фазового перехода, которая вызывает испарение хладагента при давлении на около 1-10 бар (изб.) или предпочтительно около 1-5 бар (изб.) выше давления, при котором хладагент будет испаряться, например, при заданной минимальной окружающей температуре из расчетных условий.A phase change material (PCM) can be selected that has a phase change temperature of about 1°C-20°C, or preferably about 10°C-15°C, above the temperature to which cooling is desired (e.g., the lowest temperature), and/or a phase change temperature that causes the refrigerant to condense at a pressure of 1-10 bar(g) or preferably about 1-5 bar(g) above the desired evaporation pressure. In addition, a phase change material (PCM) may be selected that has a phase change temperature of about 1°C-20°C, or preferably about 10°C-15°C, above the temperature (e.g., minimum temperature) of the ambient conditions, in which the heat pump obtains its heat energy and/or a phase change temperature which causes the refrigerant to evaporate at a pressure of about 1-10 bar(g) or preferably about 1-5 bar(g) above the pressure at which the refrigerant will evaporate, for example, at a given minimum ambient temperature from design conditions.
Хладагент может быть выбран из одного или более следующих хладагентов: гидрофторуглероды; и углеводороды.The refrigerant may be selected from one or more of the following refrigerants: hydrofluorocarbons; and hydrocarbons.
Типичные хладагенты на основе углеводородов включают в себя один или более следующих хладагентов: изобутан и пропан.Typical hydrocarbon-based refrigerants include one or more of the following refrigerants: isobutane and propane.
Другие подходящие хладагенты включают в себя диоксид углерода и аммиак.Other suitable refrigerants include carbon dioxide and ammonia.
Ниже приведены подходящие хладагенты для настоящего изобретения, которые могут использоваться самостоятельно или в любом сочетании: The following are suitable refrigerants for the present invention, which may be used alone or in any combination:
Предпочтительны невоспламеняющиеся хладагенты с низкой токсичностьюNon-flammable refrigerants with low toxicity are preferred
при -20°CP_pair (bar (abs.))
at -20°C
при 0°CP_liquid (bar (abs.))
at 0°C
бар (абс.)
при +60°CP_kid,
bar (abs.)
at +60°C
*ПГП - Потенциал глобального потепления *GWP - Global Warming Potential
Хладагенты, перечисленные выше, могут быть выбраны для различных температурных диапазонов.The refrigerants listed above can be selected for different temperature ranges.
В тепловом аккумуляторе могут быть расположены группы труб. Трубы могут содержать ребра, изоляцию и внешний кожух. Любой подходящий тип или ориентация труб могут использоваться, чтобы оказать содействие распределению энергии от материала с фазовым переходом (МФП) или к материалу с фазовым переходом.Groups of pipes can be located in the heat accumulator. The pipes may contain fins, insulation and an outer casing. Any suitable type or orientation of tubes may be used to assist in distributing energy from the phase change material (PCM) or to the phase change material.
С внешней стороны (например, на верхней поверхности) теплового аккумулятора, при необходимости, дополнительно могут быть расположены датчики температуры и/или давления, например, обеспечивающие измерения температуры и/или давления. Датчики температуры и/или давления могут быть погружены в материал с фазовым переходом (МФП) в тепловом аккумуляторе.On the outside (for example, on the upper surface) of the heat accumulator, if necessary, additional temperature and/or pressure sensors can be located, for example, providing temperature and/or pressure measurements. The temperature and/or pressure sensors may be immersed in a phase change material (PCM) in a heat store.
Необходимо отметить, что в настоящем изобретении было обнаружено, что давление хладагента и/или температура материала с фазовым переходом (МФП) могут указывать состояние и физические условия теплового аккумулятора. Энергию заряда, удерживаемую материалом с фазовым переходом (МФП), также можно измерять и/или отслеживать с использованием измерений температуры и/или давления.It should be noted that, in the present invention, it has been found that the pressure of the coolant and/or the temperature of the phase change material (PCM) can indicate the state and physical conditions of the heat storage. The charge energy held by the phase change material (PCM) can also be measured and/or monitored using temperature and/or pressure measurements.
Испаритель может представлять собой змеевиковый испаритель с вентиляторным обдувом. Испаритель может быть расположен ниже или по существу ниже конденсатора. Испаритель в случае, когда он должен использоваться для охлаждения, может использоваться для охлаждения пространства, предназначенного для охлаждения. Альтернативно испаритель может использоваться для нагрева от пространства, которое предназначено для нагрева.The evaporator may be a fan-cooled coil evaporator. The evaporator may be located below or substantially below the condenser. The evaporator, when it is to be used for cooling, may be used to cool the space intended for cooling. Alternatively, an evaporator may be used to heat from a space that is intended for heating.
Выше испарителя может быть расположен конденсатор, который может представлять собой, например, змеевиковый конденсатор с вентиляторным обдувом. Конденсатор может использоваться в окружающих условиях, в которых отводится тепло. Альтернативно конденсатор может использоваться для нагрева пространства, предназначенного для нагрева. Это обеспечивает поток хладагента в устройстве сверху вниз. Однако направление потока может быть изменено на обратное.Above the evaporator, a condenser may be located, which may be, for example, a fan-cooled coil condenser. The capacitor can be used in environments where heat is dissipated. Alternatively, the condenser may be used to heat the space intended for heating. This ensures the flow of refrigerant in the device from top to bottom. However, the flow direction can be reversed.
Поэтому функция, выполняемая испарителя и конденсатора, может быть изменена на обратную, и они могут заменять друг друга в разных циклах.Therefore, the function performed by the evaporator and condenser can be reversed and they can replace each other in different cycles.
Кроме того, испаритель и конденсатор могут быть заменены другими теплообменниками, известными в уровне техники, например, пластинчатыми теплообменниками. Следовательно, устройство в соответствии с настоящим изобретением, легко адаптируется к разным ситуациям.In addition, the evaporator and condenser can be replaced by other heat exchangers known in the art, such as plate heat exchangers. Therefore, the device according to the present invention is easily adaptable to different situations.
Устройство может содержать реверсивный клапан для реверсирования потока хладагента. В конкретном варианте осуществления может использоваться четырехходовой реверсивный клапан.The device may include a reversing valve for reversing the flow of refrigerant. In a particular embodiment, a four-way reversing valve may be used.
В устройство также могут быть встроены реверсивный клапан и электромагнитные клапаны для переключения между накоплением энергии и/или отдачей энергии и оттаиванием горячими парами теплообменников.A reversing valve and solenoid valves can also be integrated into the device to switch between energy storage and/or energy recovery and hot vapor defrost of heat exchangers.
Переключение может происходить вручную или электронным средством и зависит от измеренных температуры и/или давления и необходимости переключения. Например, при необходимости нагрева хладагент может течь из теплового аккумулятора, а при необходимости охлаждения хладагент может течь в тепловой аккумулятор. Переключение потока может осуществляться, при необходимости, для максимизации эффективности устройства.Switching can be done manually or electronically and depends on the measured temperature and/or pressure and the need for switching. For example, when heating is required, the refrigerant may flow from the heat accumulator, and when cooling is required, the refrigerant may flow into the heat accumulator. Flow switching may be performed as needed to maximize the efficiency of the device.
Устройство также может содержать расширительный клапан, который может быть подсоединен к испарителю, когда он функционирует в качестве действующего испарителя. Расширительный клапан может представлять собой электронный или термостатический клапан.The device may also include an expansion valve that can be connected to the evaporator when it functions as an active evaporator. The expansion valve may be an electronic or thermostatic valve.
Может быть установлен дополнительный клапан, который также может использоваться в качестве запорного клапана. Запорный клапан может представлять собой электронный или управляемый вручную запорный клапан. Запорный клапан может быть подсоединен к реверсивному клапану и тепловому аккумулятору.An additional valve can be installed, which can also be used as a shut-off valve. The check valve may be an electronic or manually operated check valve. A shut-off valve can be connected to a reversing valve and a heat accumulator.
К конденсатору может быть подсоединен дополнительный клапан, который, например, функционирует в качестве обратного клапана. Обратный клапан также может быть подсоединен к резервуару для жидкости.An additional valve can be connected to the condenser, which, for example, functions as a non-return valve. A non-return valve can also be connected to the liquid reservoir.
В предпочтительном варианте осуществления резервуар для жидкости может быть расположен выше компрессора и ниже конденсатора.In a preferred embodiment, the liquid reservoir may be located above the compressor and below the condenser.
Устройство также может содержать осушитель, например, фильтр-влагоотделитель, который, при необходимости, дополнительно расположен предпочтительно вертикально ниже резервуара для жидкости.The device can also contain a desiccant, for example a filter drier, which, if necessary, is additionally located preferably vertically below the liquid reservoir.
Устройство также может, дополнительно содержать смотровое окно, например, смотровое стекло.The device may also further comprise a viewing window, such as a viewing glass.
Устройство также может содержать расширительные устройства (например, расширительные клапаны), которые могут использоваться для предварительного охлаждения. В случае, когда расширительный клапан является электронным, дополнительные соленоиды не требуются.The device may also contain expansion devices (eg expansion valves) that can be used for pre-cooling. In case the expansion valve is electronic, no additional solenoids are required.
Как правило, устройство также может содержать по меньшей мере один электромагнитный клапан, расположенный между тепловым аккумулятором и реверсивным клапаном. Электромагнитный клапан может использоваться для отключения теплового аккумулятора, если требуется.Typically, the device may also include at least one solenoid valve located between the heat accumulator and the reversing valve. The solenoid valve can be used to turn off the heat accumulator if required.
Электромагнитные клапаны могут использоваться с возможностью замены любым управляемым зональным клапаном.Solenoid valves can be used and can be replaced by any controllable zone valve.
Устройство также может содержать аккумулятор на всасывающем трубопроводе, который может использоваться для расширения хладагента и обеспечения возврата только паров в компрессор.The device may also contain an accumulator in the suction line, which may be used to expand the refrigerant and ensure that only vapors are returned to the compressor.
Устройство также может содержать регулятор давления в картере. Регулятор давления в картере предпочтительно может работать, например, при давлении около 2 бар с таким хладагентом, как R449A. Однако могут быть использованы хладагенты любого другого подходящего типа.The device may also include a crankcase pressure regulator. The crankcase pressure regulator can preferably be operated, for example, at about 2 bar with a refrigerant such as R449A. However, any other suitable type of refrigerant may be used.
Также может быть установлен дополнительный электромагнитный клапан, соединенный с тепловым аккумулятором и резервуаром для жидкости.An additional solenoid valve can also be installed, connected to the heat accumulator and the liquid reservoir.
Дополнительно может быть установлен электромагнитный клапан, который может использоваться для оттаивания горячими парами.Optionally, a solenoid valve can be installed, which can be used for hot vapor defrost.
В альтернативных вариантах осуществления устройство также может содержать встроенную капиллярную трубку.In alternative embodiments, the implementation of the device may also contain a built-in capillary tube.
В дополнительных вариантах осуществления устройство также может содержать встроенный приемник жидкости и капиллярную трубку.In additional embodiments, the implementation of the device may also contain a built-in fluid receiver and a capillary tube.
Устройство также может содержать встроенный микроканальный теплообменник, используемый для конденсации хладагента и накопления энергии в тепловом аккумуляторе. Перегретые пары хладагента могут попадать в микроканальный теплообменник через входное отверстие, конденсироваться в каналах и выходить в виде жидкости через выходное отверстие.The device may also contain a built-in microchannel heat exchanger used to condense the refrigerant and store energy in a heat accumulator. Superheated refrigerant vapors can enter the microchannel heat exchanger through the inlet, condense in the channels, and exit as a liquid through the outlet.
Особый аспект и преимущество настоящего изобретения заключаются в том, что одно устройство может использоваться как для нагрева, так и для охлаждения с обратимыми циклами. Это означает, что может быть предоставлено устройство, которое может использовать один компрессор и хладагент, как для накопления энергии, так и для охлаждения, что снижает стоимость таких систем для конечного пользователя.A particular aspect and advantage of the present invention is that one device can be used for both heating and cooling with reversible cycles. This means that a device can be provided that can use a single compressor and refrigerant for both energy storage and refrigeration, thus reducing the cost of such systems to the end user.
В цикле отдачи энергии устройству необходимо передавать тепловую энергию между промежуточным теплообменником (т.е. тепловым аккумулятором) и окружающей средой с регулируемой температурой.In the energy recovery cycle, the device needs to transfer thermal energy between an intermediate heat exchanger (i.e. heat storage) and a temperature controlled environment.
Устройство работает посредством потока хладагента, приводимого в движение за счет перепада давления в насосной установке (например, компрессоре). Именно этот перепад давления переносит тепло в устройстве. Перепад давления зависит от температуры, при которой хладагент испаряется в испарительном змеевике в испарителе, и температуры, при которой он конденсируется в конденсирующем змеевике в конденсаторе.The device operates by means of a refrigerant flow driven by a pressure differential across a pumping unit (eg compressor). It is this pressure drop that transports heat in the device. The pressure drop depends on the temperature at which the refrigerant evaporates in the evaporator coil in the evaporator and the temperature at which it condenses in the condenser coil in the condenser.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается устройство сжатия пара, содержащее:According to a second aspect of the present invention, a vapor compression device is provided, comprising:
насосную установку, которая используется для нагнетания хладагента;a pumping unit that is used to pump the refrigerant;
конденсатор, способный конденсировать хладагент;a condenser capable of condensing the refrigerant;
испаритель, способный испарять хладагент,an evaporator capable of evaporating the refrigerant,
тепловой аккумулятор, содержащий материал с фазовым переходом (МФП);a heat accumulator containing a material with a phase change (MPC);
в котором тепловой аккумулятор выполнен с возможностью подсоединения к конденсатору и/или испарителю для высвобождения энергии заряда (т.е. отдачи энергии) и/или накопления энергии, так что тепловой аккумулятор способен регулировать температуру источника тепла и/или температуру теплоотвода в цикле сжатия пара.wherein the thermal storage is operable to be connected to a condenser and/or an evaporator to release charge energy (i.e., energy output) and/or store energy, such that the thermal storage is capable of controlling the temperature of the heat source and/or the temperature of the heat sink in the vapor compression cycle .
Устройство в соответствии со вторым аспектом может содержать любой из признаков, определенных для первого аспекта, и любую их комбинацию.The device according to the second aspect may comprise any of the features defined for the first aspect and any combination thereof.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения представлен способ регулирования температуры источника тепла и/или температуры теплоотвода в цикле сжатия пара с использованием устройства в соответствии с любым из первого и второго аспектов.According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a heat source temperature and/or a heat sink temperature in a vapor compression cycle using an apparatus according to any of the first and second aspects.
Способ может включать в себя этап, на котором предоставляют:The method may include providing:
насосную установку, которая используется для нагнетания хладагента;a pumping unit that is used to pump the refrigerant;
конденсатор, способны конденсировать хладагент хладагент;condenser, capable of condensing refrigerant refrigerant;
испаритель, способный испарять хладагент;an evaporator capable of evaporating the refrigerant;
тепловой аккумулятор, содержащий материал с фазовым переходом (МФП);a heat accumulator containing a material with a phase change (MPC);
по меньшей мере, один или группу датчиков температуры и/или давления, способных отслеживать температуру и/или давление материала с фазовым переходом (МФП) в тепловом аккумуляторе;at least one or a group of temperature and/or pressure sensors capable of monitoring the temperature and/or pressure of the phase change material (PCM) in the thermal storage;
в котором тепловой аккумулятор выполнен с возможностью подсоединения к конденсатору и/или испарителю для высвобождения заряда энергии (т.е. отдачи энергии) и/или накопления энергии, причем тепловой аккумулятор способен регулировать температуру источника тепла и/или температуру теплоотвода в цикле сжатия пара.wherein the heat accumulator is configured to be connected to a condenser and/or an evaporator to release an energy charge (i.e. energy output) and/or store energy, wherein the heat accumulator is capable of controlling heat source temperature and/or heat sink temperature in the vapor compression cycle.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения представлен метод выбора материалов с фазовым переходом (МФП) и/или хладагентов для устройства сжатия пара, содержащая этапы, на которых:According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for selecting phase change materials (PCMs) and/or refrigerants for a vapor compression device, comprising the steps of:
выбирают законодательно разрешенные хладагенты с наименьшим потенциалом глобального потепления (ПГП) и выбирают потенциальный хладагент;select legally permitted refrigerants with the lowest global warming potential (GWP) and select a potential refrigerant;
определяют диапазон давлений выбранного потенциального хладагента;determine the pressure range of the selected potential refrigerant;
определяют, при каких температурах испаряется и конденсируется потенциальный хладагент относительно заданной температуры отделения (ЗТО) и минимальной температуры окружающей среды (миним. ТОС);determine at what temperatures the potential refrigerant vaporizes and condenses relative to the desired separation temperature (STT) and the minimum ambient temperature (min. TOC);
для каждого из списка материалов с фазовым переходом (МФП) с температурами фазового перехода (TФП) в диапазоне от ЗТО до миним. ТОС оценивают давление хладагента, которое возникает при температуре фазового перехода;for each of the list of phase change materials (MPT) with phase transition temperatures (PTT) ranging from 3RT to min. TOC evaluate the pressure of the refrigerant, which occurs at the temperature of the phase change;
редактируют список, исключая все потенциальные варианты, которые имеют недостаточный перепад давления для осуществления потока хладагента между испарением и конденсацией в цикле охлаждения от ТФП МФП до миним ТОС и/или до ЗТО в цикле охлаждения МФП;editing the list to exclude all potential options that have insufficient pressure drop to allow refrigerant flow between evaporation and condensation in the refrigeration cycle from DFP MFP to minimum TOC and/or to 3TO in the MFP refrigeration cycle;
с использованием таблиц насыщения хладагента вычисляют термодинамическое состояние хладагента во множестве точек (например, в 2-10 или предпочтительно в 4 точках) цикла охлаждения для испарения и конденсации в цикле охлаждения от ТФП МФП до миним. ТОС и/или до ЗТО в цикле охлаждения МФП:using tables of saturation of the refrigerant calculate the thermodynamic state of the refrigerant at multiple points (for example, 2-10 or preferably 4 points) of the refrigeration cycle for evaporation and condensation in the refrigeration cycle from DFP MFP to min. TOC and/or to 3RT in the MFP cooling cycle:
- состояние хладагента на входе в компрессор,- state of the refrigerant at the compressor inlet,
- состояние хладагента на выходе из компрессора,- the state of the refrigerant at the outlet of the compressor,
- состояние хладагента на выходе из конденсатора,- state of the refrigerant at the outlet of the condenser,
- состояние хладагента на выходе из испарителя,- state of the refrigerant at the outlet of the evaporator,
вычисляют тепловую нагрузку (кВт) на испаритель и/или конденсатор и работу (кВт) компрессора для каждого цикла охлаждения;calculate the heat load (kW) on the evaporator and/or condenser and the operation (kW) of the compressor for each refrigeration cycle;
с использованием этой информации определяют коэффициент полезного действия (ЛПД) для нагрева и/или охлаждения для каждой пары хладагента и МФП;using this information, determine the coefficient of performance (EPF) for heating and/or cooling for each pair of refrigerant and MFP;
С использованием вышеописанного метода можно использовать любой подходящий материал с фазовым переходом (МФП) и/или хладагент, как рассмотрено выше в данной заявке в любом из предыдущих аспектов.Using the method described above, any suitable phase change material (PCM) and/or coolant can be used, as discussed above in this application in any of the previous aspects.
Кроме того, во время вычисления термодинамического состояния хладагента может быть проанализировано любое подходящее количество точек.In addition, any suitable number of points may be analyzed during the calculation of the thermodynamic state of the refrigerant.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Изобретение будет описано ниже исключительно в качестве примера со ссылкой на чертежи, на которых:The invention will be described below, by way of example only, with reference to the drawings, in which:
Фиг. 1 представляет изображение устройства сжатия пара в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в фазе охлаждения при отдаче энергии.Fig. 1 is a view of a vapor compression device according to an embodiment of the present invention in the cooling phase of energy recovery.
Фиг. 2 представляет изображение устройства, показанного на фиг. 1, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в фазе предварительного охлаждения.Fig. 2 is a view of the device shown in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention in the pre-cooling phase.
Фиг. 3 представляет изображение устройства, показанного на фигурах 1 и 2, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в фазе обычного резервирования.Fig. 3 is a view of the device shown in figures 1 and 2, in accordance with an embodiment of the present invention, in the normal redundancy phase.
Фиг. 4 представляет изображение устройства, показанного на фигурах 1, 2 и 3, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в фазе оттаивания горячими парами.Fig. 4 is a view of the device shown in figures 1, 2 and 3 according to an embodiment of the present invention in the hot vapor defrost phase.
Фиг. 5 представляет изображение устройства, показанного на фигурах 1-4, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в фазе цикла охлаждения при отдаче энергии.Fig. 5 is a view of the device shown in figures 1-4, in accordance with an embodiment of the present invention, in the phase of the refrigeration cycle with the release of energy.
Фиг. 6 представляет увеличенный вид теплового аккумулятора, показанного на фиг. 5, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.Fig. 6 is an enlarged view of the heat accumulator shown in FIG. 5 in accordance with an embodiment of the present invention.
Фиг. 7 представляет изображение альтернативного варианта осуществления, в котором установлен тепловой аккумулятор с встроенной капиллярной трубкой, и устройство используется в качестве испарителя в системе без возможности обратимости в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.Fig. 7 is a view of an alternative embodiment in which a heat accumulator with an integrated capillary tube is installed and the device is used as an evaporator in a system with no possibility of reversibility in accordance with an embodiment of the present invention.
Фиг. 8 представляет изображение дополнительного варианта осуществления, в котором показанное устройство содержит встроенный приемник жидкости и капиллярную трубку, причем устройство используется в фазе обратимой системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.Fig. 8 is a view of a further embodiment in which the device shown comprises an integral fluid receiver and capillary tube, the device being used in a reversible system phase in accordance with an embodiment of the present invention.
Фиг. 9 представляет изображение еще одного дополнительного варианта осуществления, в котором устройство содержит тепловой аккумулятор со встроенным микроканальным теплообменником, используемым для конденсации хладагента и накопления энергии в тепловом аккумуляторе в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.Fig. 9 is a view of yet another further embodiment in which the device comprises a thermal storage device with a built-in microchannel heat exchanger used to condense refrigerant and store energy in a thermal storage device in accordance with an embodiment of the present invention.
Фиг 10 представляет изображение накопления энергии в материале с фазовым переходом (МФП) при охлаждении с температурой фазового перехода материала с фазовым переходом (МФП) в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.FIG. 10 is a depiction of energy storage in a phase change material (PCM) upon cooling with a phase change temperature of a phase change material (PCM) in accordance with an embodiment of the present invention.
Фиг. 11 представляет изображение отдачи энергии теплового аккумулятора с использованием материала с температурой фазового перехода (ТФП) материала с фазовым переходом (МФП) около -5°C.Fig. 11 is an image of the energy output of a thermal storage device using a material with a phase change temperature (PTC) of a material with a phase change (PTC) of about -5°C.
Фиг. 12 представляет методику, которая позволяет выбрать материал с фазовым переходом (МФП) и/или хладагент для конкретного использования, например, в устройстве, показанном на фигурах 1-9, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.Fig. 12 represents a methodology that allows the selection of a phase change material (PCM) and/or coolant for a particular use, for example, in the device shown in figures 1-9, in accordance with an embodiment of the present invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION
Настоящее изобретение относится к устройству сжатия пара, в котором промежуточный тепловой аккумулятор выполнен с возможностью высвобождения энергии заряда (т.е. отдачи энергии) и/или накопления энергии и тем самым регулирования температуры источника тепла или температуры теплоотвода в цикле сжатия пара. По меньшей мере, один или группа датчиков температуры и/или давления могут отслеживать в реальном времени температуру и/или давление материала с фазовым переходом (МФП) в тепловом аккумуляторе, что позволяет управлять тепловым аккумулятором и обеспечивает высокоэффективную систему для устройства сжатия пара.The present invention relates to a steam compression device in which the intermediate heat storage is configured to release charge energy (i.e., energy output) and/or store energy and thereby control the heat source temperature or heat sink temperature in the steam compression cycle. At least one or a group of temperature and/or pressure sensors can monitor in real time the temperature and/or pressure of the phase change material (PCM) in the heat store, which allows you to control the heat store and provides a highly efficient system for the vapor compression device.
В настоящем изобретении в промежуточном тепловом аккумуляторе, который расположен между конденсатором и испарителем используется материал с фазовым переходом (МФП). Материал с фазовым переходом (МФП) служит в качестве среды для передачи тепла, например, в теплообменник с хладагентом, т.е. испаритель и/или конденсатор. Материал с фазовым переходом (МФП) представляет собой альтернативную среду теплообмена в виде накопителя энергии. Материал с фазовым переходом (МФП) может использоваться для образования теплового аккумулятора, как описано ниже.In the present invention, a phase change material (PCM) is used in the intermediate heat storage, which is located between the condenser and the evaporator. The phase change material (PCM) serves as a heat transfer medium, for example, to a heat exchanger with a refrigerant, i.e. evaporator and/or condenser. Phase change material (PCM) is an alternative heat exchange medium in the form of energy storage. A phase change material (PCM) can be used to form a thermal storage device, as described below.
Назначение промежуточного теплового аккумулятора в устройстве в соответствии с настоящим изобретением заключается в обеспечении промежуточной ступени между источником тепла и/или теплоотводом и окружающей средой с регулируемой температурой. Фактически, устройство в соответствии с настоящим изобретением имеет дополнительную функциональную возможность, благодаря которой оно не зависит от времени между первым этапом и вторым этапом теплообмена. Такая независимость достигается за счет использования материала с фазовым переходом (МФП), поскольку энергия может высвобождаться в любое время. Первый этап может называться предварительным охлаждением или предварительным нагревом, а второй этап может называться охлаждением при отдаче энергии или нагревом при отдаче энергии.The purpose of the intermediate heat storage in the device according to the present invention is to provide an intermediate step between the heat source and/or heat sink and the temperature controlled environment. In fact, the device according to the invention has the added functionality of being independent of the time between the first stage and the second heat exchange stage. This independence is achieved through the use of a phase change material (PCM), since energy can be released at any time. The first step may be referred to as pre-cooling or pre-heating, and the second step may be referred to as power-out cooling or power-out heating.
Фиг. 1 представляет изображение устройства сжатия пара в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 1 устройство используется в фазе охлаждения при отдаче энергии, в которой можно увидеть, как хладагент тычет из теплового аккумулятора 4 в резервуар 13 для жидкости и вниз в испаритель 7.Fig. 1 is a view of a vapor compression device according to the present invention. In FIG. 1, the device is used in the cooling phase of energy recovery, in which the refrigerant can be seen poking from the
На фиг. 1 устройство сжатия пара показано в вертикальной или по существу вертикальной ориентации, в которой резервуар 13 для жидкости расположен предпочтительно выше компрессора 1. Кроме того, испаритель 7 расположен ниже конденсатора 8.In FIG. 1, the vapor compression device is shown in a vertical or substantially vertical orientation, in which the
Резервуар 13 для жидкости расположен после конденсатора 8 и имеет размеры, позволяющие ему вмещать запас жидкого хладагента. Поэтому резервуар 13 для жидкости функционирует в качестве приемника, служащего в качестве резервуара для некоторого количества жидкого хладагента. От резервуара 13 для жидкости до входа расширительного клапана проходит жидкостный трубопровод, который спроектирован так, чтобы обеспечивать надлежащую подачу жидкого хладагента и, следовательно, способствовать контролируемому массовому расходу хладагента.The
Устройство ориентировано так, чтобы наилучшим образом обеспечивать эффект термосифона, согласно которому разность плотностей хладагента в жидком или газообразном состоянии, как правило, приводит к тому, что газообразный хладагент является более плавучим. Этот эффект оптимизируется за счет обеспечения наиболее эффективного вертикального или по существу вертикального пути потока между компонентами и/или пути потока в компонентах, показанных на фиг. 1.The device is oriented to best achieve the thermosyphon effect, whereby density differences in the liquid or gaseous refrigerant generally result in the refrigerant gas being more buoyant. This effect is optimized by providing the most efficient vertical or substantially vertical flow path between components and/or flow paths in the components shown in FIG. one.
Нагнетательный трубопровод компрессора немного поднимается до конденсатора 8 или теплового аккумулятора 4, подавая перегретые пары хладагента. Затем трубопровод для жидкости проходит вниз или по существу вниз в направлении резервуара 13 для жидкости, подавая переохлажденный сконденсированный жидкий хладагент.The discharge pipeline of the compressor rises slightly to the
Путь от резервуара 13 для жидкости до расширительного клапана 16 или 17 проходит вниз или по существу вниз, предпочтительно подавая переохлажденный сконденсированный жидкий хладагент. Хладагент испытывает падение давления при прохождении через отверстие расширительного клапана, и общий путь потока проходит вертикально вверх или по существу вверх до выхода испарителя 7.The path from the
Путь потока от испарителя 7 до компрессора 8 является конструктивным решением для конкретного применения. Необходимо рассмотреть два момента:The flow path from the
1) Ориентация пути потока немного вниз для облегчения возврата циркулирующего компрессорного масла в компрессор 8, поскольку хладагент является менее плотным для переноса капель масла.1) The orientation of the flow path is slightly downward to facilitate the return of the circulating compressor oil to the
2) Ориентация пути потока немного вверх для использования естественной тенденции хладагента к подъему, когда он становится менее плотным.2) Orienting the flow path slightly upwards to take advantage of the refrigerant's natural tendency to rise when it becomes less dense.
Поэтому устройство ориентировано так, чтобы наилучшим образом облегчать циркуляцию компрессорного масла в системе, смотри вышеописанный пункт (1). Таким образом, было обнаружено, что наилучшей ориентацией устройства, показанного на фиг. 1, является вертикальная или по существу вертикальная ориентация.Therefore, the device is oriented so as to best facilitate the circulation of compressor oil in the system, see point (1) above. Thus, it has been found that the best orientation of the device shown in FIG. 1 is a vertical or substantially vertical orientation.
Размеры трубопроводов и путь потока устройства выбраны таким образом, чтобы облегчать циркуляцию компрессорного масла в устройстве. Диаметры трубопроводов выбраны таким образом, чтобы оптимизировать скорость потока хладагента и минимизировать падение давления, испытываемое потоком хладагента. Например, хладагент должен течь со скоростью потока паров около 1-5 м/с или предпочтительно около 2,5 м/с.The dimensions of the pipelines and the flow path of the device are chosen to facilitate the circulation of compressor oil in the device. The piping diameters are chosen to optimize the refrigerant flow rate and minimize the pressure drop experienced by the refrigerant flow. For example, the refrigerant should flow at a vapor flow rate of about 1-5 m/s, or preferably about 2.5 m/s.
От резервуара 13 для жидкости до входа расширительного клапана 16, 17 проходит жидкостный трубопровод, который спроектирован так, чтобы обеспечивать надлежащую подачу жидкого хладагента во вход и, следовательно, способствовать контролируемому массовому расходу хладагента.From the
Ниже будет описано более подробно устройство сжатия пара. Необходимо также отметить, что сплошные линии между различными компонентами на фиг. 1 показывают активный путь потока. В дополнение, пунктирные линии показывают неактивный путь потока. Направление потока хладагента (т.е. энергии) показано стрелками.The vapor compression apparatus will be described in more detail below. It should also be noted that the solid lines between the various components in FIG. 1 show the active flow path. In addition, dotted lines indicate an inactive flow path. The direction of the refrigerant (i.e. energy) flow is shown by arrows.
Устройство сжатия пара содержит компрессор 1. Компрессор 1 может представлять собой компрессор любого подходящего типа или альтернативно насосную установку любого типа. Однако, как указано выше, в предпочтительных вариантах осуществления резервуар 13 для жидкости расположен выше компрессора 1. Размещение резервуара 13 для жидкости выше компрессора 1 обеспечивает преимущество, заключающееся в большей эффективности активного пути потока.The vapor compression device comprises a
В ситуации, когда устройство используется для предварительного охлаждения при отдаче энергии или предварительного нагрева, поток хладагента движется сверху вниз, как показано стрелкой 2, в устройстве, показанном на фиг. 1. Это можно рассматривать как первый этап охлаждения/нагрева в настоящем изобретении.In the situation where the device is used for power output pre-cooling or pre-heating, the refrigerant flow moves from top to bottom as shown by
В ситуации, когда устройство используется для предварительного охлаждения или нагрева при отдаче энергии, поток хладагента движется снизу вверх в устройстве, показанном на фиг. 1. Это показано стрелкой 3 в устройстве.In the situation where the device is used for pre-cooling or output heating, the refrigerant flow moves from bottom to top in the device shown in FIG. 1. This is indicated by
Направление потока, показанное стрелками 2, 3, может быть изменено на обратное без потери функциональности устройства. Однако предпочтительное направление на фиг. 1 показано стрелками 2, 3.The flow direction shown by
Тепловой аккумулятор 4 используется для размещения материала 5 с фазовым переходом (МФП). Может быть выбран материал 5 с фазовым переходом (МФП) любого подходящего типа, например:The
парафиновый материал, такой как декан, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около -25°C до около -35°C или около -30°C при необходимости, с дополнительными возможными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;paraffinic material such as decane, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about -25°C to about -35°C or about -30°C if necessary, with additional possible additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability ;
эвтектика соль-вода, такая как хлорид натрия и вода, например, образующая МФП с температурой фазового перехода от около -20°C до около -25°C или около -22°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;salt-water eutectic, such as sodium chloride and water, for example, forming MFP with a phase transition temperature from about -20°C to about -25°C or about -22°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, speed crystallization and/or cycleability;
эвтектика соль-вода, такая как сульфат магния и вода, например, образующая МФП с температурой фазового перехода от около -10°C до около 0°C или около -5°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;salt-water eutectic, such as magnesium sulfate and water, for example, forming MFP with a phase transition temperature from about -10°C to about 0°C or about -5°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability;
эвтектика соль-вода, такая как сульфат натрия и вода, например, образующая МФП с температурой фазового перехода от около -5°C до около +5°C или около -1°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;salt-water eutectic, such as sodium sulfate and water, for example, forming MFP with a phase transition temperature from about -5°C to about +5°C or about -1°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, rate crystallization and/or cycleability;
органический сложный эфир, такой как метиллаурат, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 0°C до около 10°C или около 5°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;an organic ester, such as methyl laurate, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about 0°C to about 10°C or about 5°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability;
клатратный гидрат, такой как тетрагидрофуран (THF) и вода, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 0°C до около 10°C или около 5°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;a clathrate hydrate such as tetrahydrofuran (THF) and water, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about 0°C to about 10°C or about 5°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and / or cycling;
сложный эфир, такой как диметилсукцинат, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 15°C до около 25°C или около 18°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;an ester, such as dimethyl succinate, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about 15°C to about 25°C or about 18°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability;
жирный спирт, такой как додеканол, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 15°C до около 25°C или около 22°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;fatty alcohol, such as dodecanol, for example, forming MFP with a phase transition temperature from about 15°C to about 25°C or about 22°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability;
гидрат соли, такой как декагидрат сульфата натрия, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 25°C до 35°C или около 32°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;a salt hydrate, such as sodium sulfate decahydrate, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about 25°C to 35°C or about 32°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability;
гидрат соли, такой как тригидрат ацетата натрия, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 0°C до около 10°C или около 5°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости;a salt hydrate, such as sodium acetate trihydrate, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about 0°C to about 10°C or about 5°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability;
полиол с твердофазным изменением, такой как триметилолэтан, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 70°C до около 95°C или около 81°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости; иa solid phase change polyol, such as trimethylolethane, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about 70°C to about 95°C or about 81°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cycleability; and
полиол, такой как эритрит, например, образующий МФП с температурой фазового перехода от около 100°C до около 150°C или около 121°C, при необходимости, с дополнительными присадками для улучшения нуклеации, скорости кристаллизации и/или циклируемости.a polyol, such as erythritol, for example, forming an MFP with a phase transition temperature from about 100°C to about 150°C or about 121°C, if necessary, with additional additives to improve nucleation, crystallization rate and/or cyclability.
Выбирают материал с фазовым переходом (МФП), который имеет температуру фазового перехода на около 1°C-20°C или предпочтительно на около 10°C-15°C выше температуры, до которой требуется осуществить охлаждение (например, наименьшей температуры), и/или температуру фазового перехода, которая вызывает конденсацию хладагента при давлении на 1-10 бар (изб.) или предпочтительно на около 1-5 бар (изб.) выше требуемого давления испарения. Кроме того, выбирают материал с фазовым переходом (МФП), который имеет температуру фазового перехода на около 1°C-20°C или предпочтительно на около 10°C-15°C выше температуры (например, минимальной температуры) окружающих условий, в которых тепловой насос получает свою тепловую энергию, и/или температуру фазового перехода, которая вызывает испарение хладагента при давлении на около 1-10 бар (изб.) или предпочтительно на около 1-5 бар (изб.) выше давления, при котором хладагент будет испаряться при заданной минимальной окружающей температуре из проектных условий.A phase change material (PCM) is selected that has a phase change temperature of about 1°C-20°C, or preferably about 10°C-15°C, above the temperature to which cooling is desired (e.g., the lowest temperature), and /or a phase change temperature which causes the refrigerant to condense at a pressure of 1-10 bar(g) or preferably about 1-5 bar(g) above the desired evaporation pressure. In addition, a phase change material (PCM) is selected that has a phase change temperature of about 1°C-20°C, or preferably about 10°C-15°C, above the temperature (e.g., minimum temperature) of the ambient conditions in which the heat pump receives its heat energy and/or phase change temperature which causes the refrigerant to evaporate at a pressure of about 1-10 bar(g) or preferably about 1-5 bar(g) above the pressure at which the refrigerant will evaporate at a given minimum ambient temperature from the design conditions.
Поэтому для различных целей и применений из списка известных материалов с фазовым переходом (МФП) может быть выбран конкретный материал с фазовым переходом (МФП). Следовательно, система и устройство, предложенные в настоящем изобретении, легко адаптируются к диапазону условий и сред, для которых характерен широкий диапазон климатических условий, температур и влажности. Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что аналогичные устройства можно продавать по всему миру, при этом необходимо лишь адаптировать и заменять материал с фазовым переходом (МФП) в соответствии с местной окружающей средой. Следовательно, устройство, предложенное в настоящем изобретении, обеспечивает коммерчески выгодный и весьма привлекательный подход для снижения затрат на изготовление устройства сжатия пара.Therefore, a specific phase change material (PCM) can be selected from a list of known phase change materials (PCMs) for various purposes and applications. Therefore, the system and apparatus of the present invention is easily adaptable to a range of conditions and environments, which are characterized by a wide range of climatic conditions, temperatures and humidity. This provides the advantage that similar devices can be sold worldwide, with only the need to adapt and replace the phase change material (PCM) according to the local environment. Therefore, the apparatus of the present invention provides a commercially viable and highly attractive approach for reducing the manufacturing cost of a vapor compression apparatus.
Внутри теплового аккумулятора 4 расположена группа труб 6. Трубы могут содержать ребра, изоляцию и внешний кожух (не показаны). Для содействия распределению энергии материала с фазовым переходом (МФП) могут использоваться трубы 6 любого подходящего типа и ориентации.Inside the
Как показано на фиг. 1, на верхней поверхности теплового аккумулятора 4 дополнительно могут быть расположены датчики 23 температуры и/или давления, например, обеспечивающие измерения T1, T2 и T3 температуры и измерения давления. Датчики температуры и/или давления могут быть погружены в материал 5 с фазовым переходом (МФП) в тепловом аккумуляторе 4.As shown in FIG. 1, temperature and/or
Необходимо отметить, что в настоящем изобретении обнаружено, что давление хладагента и/или температура материала с фазовым переходом (МФП) могут указывать состояние и физические условия теплового аккумулятора 4, включая заряд энергии, удерживаемый материалом 5 с фазовым переходом (МФП). Например, обнаружено, что в холодном состоянии давление является низким, например, для температуры -10°C при использовании материала R449A, известного в уровне техники, обеспечивается давление 3,6 бар; для температуры +60°C при использовании материала R449A, известного в уровне техники, обеспечивается давление 27,06 бар.It should be noted that the present invention has found that the refrigerant pressure and/or the temperature of the phase change material (PCM) can indicate the state and physical conditions of the
Поэтому тепловой аккумулятор 4, содержащий материал 5 с фазовым переходом (МФП), может функционировать в качестве промежуточного теплообменника в устройстве. Следовательно, тепловой аккумулятор 4 выполнен с возможностью высвобождения заряда энергии (т.е. отдачи энергии) и/или накопления энергии и тем самым регулирования температуры источника тепла или температуры теплоотвода в устройстве сжатия пара. В известном уровне техники отсутствует такое устройство регулирования.Therefore, the
Фиг. 1 также показывает испаритель 7 (например, змеевиковый испаритель вентиляторным обдувом). Испаритель 7 расположен ниже конденсатора 8. В ситуации, когда испаритель 7 используется для охлаждения, он может использоваться для охлаждения пространства, предназначенного для охлаждения. Альтернативно испаритель 7 может использоваться для нагрева от пространства, предназначенного для нагрева.Fig. 1 also shows an evaporator 7 (for example, a fan coil evaporator). The
Выше испарителя 7 расположен конденсатор 8 (например, змеевиковый конденсатор с вентиляторным обдувом). Конденсатор 8 может использоваться в окружающих условиях, в которых отводится тепло. Альтернативно конденсатор 8 может использоваться для нагрева пространства, предназначенного для нагрева. Это обеспечивает поток хладагента сверху вниз в устройстве, показанном на фиг. 1. Однако, как рассмотрено ниже, направление потока может быть изменено на обратное.Above the
Поэтому функции, выполняемые испарителем 7 и конденсатором 8, могут быть изменены на обратные, и они могут заменять друг друга в разных циклах.Therefore, the functions performed by the
Кроме того, испаритель 7 и конденсатор 8 могут быть заменены другими теплообменниками, известными в уровне техники, например, пластинчатыми теплообменниками. Поэтому устройство в соответствии с настоящим изобретением, легко адаптируется к разным ситуациям.In addition, the
Клапан 9 в варианте осуществления, показанном на фиг. 1, представляет собой реверсивный клапан. Реверсивный клапан 9, показанный на фиг. 1, представляет собой, например, четырехходовой реверсивный клапан. Реверсивный клапан 9 используется для реверсирования потока при необходимости переключения между отдачей энергии и/или оттаиванием горячими парами. Разумеется, в пределах объема настоящего изобретения предусмотрены альтернативы, и устройство может быть переконфигурировано (т.е. перенастроено) для обеспечения переключения накопления энергии/отдачи энергии с использованием реверсивного клапана. Переключение может происходить вручную или электронным образом и может зависеть от измеренных температуры и/или давления. Следовательно, переключение потока хладагента может происходить при необходимости и/или по сигналу. Например, при необходимости нагрева хладагент может течь из теплового аккумулятора 4, а при необходимости охлаждения поток хладагента может быть переключен на поток в тепловой аккумулятор 4.Valve 9 in the embodiment shown in FIG. 1 is a reversing valve. The reversing valve 9 shown in FIG. 1 is, for example, a four-way reversing valve. The reversing valve 9 is used to reverse the flow when it is necessary to switch between energy recovery and/or hot vapor defrost. Of course, alternatives are contemplated within the scope of the present invention and the device can be reconfigured (ie reconfigured) to provide power storage/power back switching using a reversing valve. The switching may be manual or electronic and may depend on the measured temperature and/or pressure. Therefore, switching of the refrigerant flow can take place on demand and/or on a signal. For example, if heating is required, the refrigerant may flow from the
Устройство также содержит запорный клапан 10, который подсоединен к конденсатору 8. Запорный клапан 10 может представлять собой электронный или управляемый вручную запорный клапан.The device also includes a shut-off
Также имеется дополнительный клапан 11, который может использоваться в качестве запорного клапана. Запорный клапан 11 может представлять собой электронный или управляемый вручную запорный клапан. Запорный клапан 11 подсоединен к реверсивному клапану 9 и тепловому аккумулятору 4.There is also an
К конденсатору 8 подсоединен дополнительный клапан 12, который, например, функционирует в качестве обратного клапана. Обратный клапан 12 также подсоединен к резервуару 13 для жидкости.Connected to the
Как показано на фиг. 1, резервуар 13 для жидкости расположен выше компрессора 1 и ниже конденсатора 8. Ориентацию устройства, показанного на фиг. 1, необходимо рассматривать как вертикальную или по существу вертикальную.As shown in FIG. 1, the
Фиг. 1 также иллюстрирует осушитель 14, например, фильтр-влагоотделитель, который предпочтительно расположен ниже резервуара 13 для жидкости.Fig. 1 also illustrates a drier 14, such as a filter drier, which is preferably located below the
Устройство также может, дополнительно, содержать смотровое окно, например, смотровое стекло 15.The device may also optionally comprise a viewing window, such as a
Устройство также содержит расширительное устройство 16 (например, расширительный клапан), которое может использоваться для предварительного охлаждения. В случае если расширительный клапан является электронным, дополнительный соленоид 16A, показанный на фиг. 1, не требуется.The device also contains an expansion device 16 (eg an expansion valve) which can be used for pre-cooling. In case the expansion valve is electronic, the
Клапан 17 также представляет собой расширительное устройство и аналогичен расширительному клапану 16. Однако расширительный клапан 17 используется для охлаждения при отдаче энергии. В случае если расширительный клапан 17 является электронным, дополнительный соленоид 17A не требуется.The
На фиг. 1 также показан электромагнитный клапан 18, расположенный между тепловым аккумулятором 4 и реверсивным клапаном 9. Электромагнитный клапан 18 используется для отключения теплового аккумулятора 4 при необходимости.In FIG. 1 also shows a
Вышеописанные электромагнитные клапаны могут использоваться с возможностью замены любым управляемым зональным клапаном.The solenoid valves described above can be used and can be replaced by any controllable zone valve.
Также имеется всасывающий накопитель 19, который может использоваться для расширения хладагента и обеспечения возврата только паров в компрессор.There is also a
Также имеется регулятор 20 давления в картере. Регулятор 20 давления в картере предпочтительно может работать, например, при давлении около 2 бар с таким хладагентом, как R449A.There is also a
Имеется дополнительный электромагнитный клапан 21, подсоединенный к тепловому аккумулятору 4 и резервуару 13 для жидкости.There is an
Дополнительно имеется электромагнитный клапан 22, который может использоваться для оттаивания горячими парами.Additionally there is a
Группа датчиков температуры и/или давления может выполнять измерения температуры и/или давления в местах, обозначенных ссылочными позициями 24 и 25. Измерение температуры и/или давления может проводиться с использованием любых подходящих устройств измерения температуры и давления, известных в уровне техники, например, датчиков измерения температуры и/или давления. Это позволяет проводить измерение температуры и/или давления материала 5 с фазовым переходом (МФП), расположенного в тепловом аккумуляторе 4. Основное техническое преимущество этого заключается в возможности отслеживания и измерения давления и/или температуры в тепловом аккумуляторе 4. Это обеспечивает обратную связь с расширительным клапаном, который регулирует массовый расход хладагента, и позволяет эффективно управлять всей системой и полностью контролировать систему. Поэтому переключение потока хладагента может осуществляться в точное время для максимальной энергоэффективности.The group of temperature and/or pressure sensors may make temperature and/or pressure measurements at the locations indicated by
Особый аспект и преимущество настоящего изобретения заключаются в том, что одно и то же устройство, показанное на фиг. 1, может использоваться как для нагрева, так и для охлаждения за счет реверсивных циклов. Это означает, что может быть обеспечено устройство, которое может использовать один компрессор и хладагент, как для накопления энергии, так и для охлаждения, что снижает стоимость таких систем для конечного пользователя. Это также означает, что устройство может использоваться и может быть выполнено с меньшими размерами, чем устройства, известного уровня техники, за счет использования компрессора меньшего размера и меньшей мощности. Это связано с тем, что часть работы в устройстве выполняется за счет внешнего питания. Это является особым преимуществом настоящего изобретения.A particular aspect and advantage of the present invention is that the same device shown in FIG. 1 can be used for both heating and cooling by reversing cycles. This means that a device can be provided that can use a single compressor and refrigerant for both energy storage and refrigeration, thus reducing the cost of such systems to the end user. This also means that the device can be used and made smaller than prior art devices by using a smaller and less powerful compressor. This is due to the fact that part of the work in the device is performed by external power. This is a particular advantage of the present invention.
В цикле отдачи энергии устройству необходимо передать тепловую энергию между промежуточным теплообменником (т.е. тепловым аккумулятором 5) и окружающей средой с регулируемой температурой.In the energy recovery cycle, the device needs to transfer thermal energy between the intermediate heat exchanger (ie heat storage 5) and the temperature controlled environment.
Устройство, показанное на фиг. 1, работает за счет потока хладагента, приводимого в движение благодаря перепаду давления в компрессоре 1. Именно этот перепад давления переносит тепло в устройстве. Перепад давления зависит от температуры, при которой хладагент испаряется в испарительном змеевике в испарителе 7, и от температуры, при которой он конденсируется в конденсирующем змеевике в конденсаторе 8.The device shown in Fig. 1 works by means of a refrigerant flow driven by a pressure difference across the
Пример работы устройства, показанного на фиг. 1, приведен ниже в Таблице 1, в которой показана работа устройства на этапах охлаждения и накопления энергии.An example of the operation of the device shown in Fig. 1 is shown below in Table 1, which shows the operation of the device during the cooling and energy storage phases.
Таблица 1Table 1
(В верхней строке указаны компоненты на схеме)Valve actuation
(The top line indicates the components in the diagram)
Приведенная выше Таблица 1 может использоваться для настройки электрического и/или механического управления клапанами управления потоком хладагента в настоящем изобретении, как указано в верхней строке. Ссылочные позиции в верхней строке относятся к компонентам, показанным на фигурах 1-5. Для каждого компонента, указанного в строке, ниже приведено бинарное указание того, какое положение клапана требуется для данного режима работы системы. В этом примере «1» означает открытое положение, а «0» означает закрытое положение.Table 1 above can be used to set the electrical and/or mechanical control of the refrigerant flow control valves in the present invention, as indicated in the top row. Reference positions in the top line refer to the components shown in figures 1-5. For each component listed on the line, below is a binary indication of which valve position is required for that mode of operation of the system. In this example, "1" means the open position and "0" means the closed position.
Фиг. 2 представляет собой изображение устройства, показанного на фиг. 1, на этапе предварительного охлаждения. Поэтому для одних и тех же компонентов ссылочные позиции, используемые на фиг. 2, идентичны ссылочным позициям, используемым на фиг. 1.Fig. 2 is a view of the device shown in FIG. 1 during the pre-cooling step. Therefore, for the same components, the reference numerals used in FIG. 2 are identical to the reference numerals used in FIG. one.
На фиг. 2 путь потока в системе отрегулирован так, чтобы тепловой аккумулятор 4 мог охлаждаться за счет испарения хладагента, и так, чтобы поглощаемое тепло отводилось в окружающий воздух в конденсаторе 8. Это показано активным путем потока и соответствующими стрелками. Такой режим работы называется предварительным охлаждением, так как он охлаждает материал с фазовым переходом (МФП) до подходящей температуры заряда перед тем, как от системы потребуется активное охлаждение отделения с регулируемой температурой.In FIG. 2, the flow path in the system is adjusted so that the
Фиг. 3 представляет устройство, показанного на фигурах 1 и 2, в режиме работы, который называется фазой обычной системы с резервированием. Поэтому для одних и тех же компонентов ссылочные позиции, используемые на фиг. 3, такие же, что и ссылочные позиции, используемые на фигурах 1 и 2.Fig. 3 represents the device shown in figures 1 and 2, in the mode of operation, which is called the phase of the conventional redundant system. Therefore, for the same components, the reference numerals used in FIG. 3 are the same as the reference numbers used in figures 1 and 2.
На фиг. 3 путь потока в системе отрегулирован так, чтобы испаритель 7 мог охлаждать отделение с регулируемой температурой так, чтобы поглощаемое тепло отводилось в окружающий воздух в конденсаторе 8. Такой режим работы называется обычной системой с резервированием, так как он действует в качестве отказоустойчивого режима работы в тех случаях, когда тепловой аккумулятор 4 разряжается.In FIG. 3 the flow path in the system is adjusted so that the
Фиг. 4 представляет изображение устройства, показанного на фигурах 1-3, в режиме работы, называемом оттаиванием горячими парами. Поэтому для одних и тех же компонентов ссылочные позиции, используемые на фиг. 4, такие же, что и ссылочные позиции, используемые на фигурах 1-3.Fig. 4 is a view of the device shown in figures 1-3 in a mode of operation called hot vapor defrost. Therefore, for the same components, the reference numerals used in FIG. 4 are the same as the reference numbers used in figures 1-3.
На фиг. 4 путь потока в системе отрегулирован так, чтобы испаритель 7 мог нагреваться горячими парами, выпускаемыми компрессором 1. Такой режим работы называется оттаиванием горячими парами, поскольку он активируется с целью растапливания скопившегося льда на внешних ребрах испарителя 7 или на кожухе.In FIG. 4, the flow path in the system is adjusted so that the
Фиг. 5 представляет изображение устройства, показанного на фигурах 1-4, в цикле охлаждения при отдаче энергии. Поэтому для одних и тех же компонентов ссылочные позиции, используемые на фиг. 5, идентичны ссылочным позициям, используемым на Фигурах 1-4. Кроме того, фиг. 5 иллюстрирует, что в тепловом аккумуляторе 4 находится встроенное отделение 26 для приема жидкости. Отделение 26 для приема жидкости расположено в нижней части теплового аккумулятора 4 или вблизи нее.Fig. 5 is a view of the device shown in figures 1-4 in a refrigeration cycle with energy recovery. Therefore, for the same components, the reference numerals used in FIG. 5 are identical to the reference numerals used in Figures 1-4. In addition, FIG. 5 illustrates that in the
Фиг. 5 иллюстрирует устройство и компоненты, используемые только в качестве конденсатора в системе без возможности реверсирования.Fig. 5 illustrates the device and components used only as a capacitor in a non-reversible system.
В приведенной ниже Таблице 2 показана работа устройства, показанного на фиг. 5, при использовании только в качестве конденсатора.Table 2 below shows the operation of the device shown in FIG. 5, when used only as a capacitor.
Таблица 2table 2
(В верхней строке указаны компоненты, показанные на фиг. 5)Valve actuation
(The top line indicates the components shown in Fig. 5)
Как описано выше, «1» означает открытое положение, а «0» означает закрытое положение, когда речь идет о различных компонентах в системе.As described above, "1" means the open position and "0" means the closed position when referring to the various components in the system.
Фиг. 6 представляет увеличенный вид теплового аккумулятора 4, показанного на фиг. 5, при использовании устройства только в качестве конденсатора в системе без возможности реверсирования. На фигуре показан материал 5 с фазовым переходом (МФП), расположенный в аккумуляторе, группа труб 6 и датчики 23 температуры и/или давления. Тепловой аккумулятор 4 также находится в вертикальном или по существу вертикальном положении.Fig. 6 is an enlarged view of the
Фиг. 7 представляет изображение альтернативного варианта осуществления, в котором тепловой аккумулятор 4 имеет встроенную капиллярную трубку 27. Устройство, показанное на фиг. 7, используется только в качестве испарителя в системе без возможности реверсирования.Fig. 7 is a representation of an alternative embodiment in which the
Фиг. 8 представляет изображение варианта осуществления, в котором показанное устройство содержит встроенный приемник 26 жидкости и капиллярную трубку 27. Устройство и компоненты показаны для реверсивной системы. Показаны клапаны 28, 29, 30, 31, которые могут использоваться для обеспечения необходимого потока хладагента.Fig. 8 is a view of an embodiment in which the device shown includes an
Фиг. 9 представляет изображение теплового аккумулятора 4 со встроенным микроканальным теплообменником 32, используемым для конденсации хладагента и накопления энергии в тепловом аккумуляторе 4. Перегретые пары хладагента попадают в микроканальный теплообменник через отверстие 33, конденсируются в каналах и выходят в виде жидкости через отверстие 34.Fig. 9 shows a
Оптимизация конструкции устройства в соответствии с настоящим изобретением заключается в учете разницы температур между требуемой регулируемой температурой и выбранным материалом с фазовым переходом (МФП). За счет выбора подходящего материала с фазовым переходом (МФП) перепад давления на компрессоре будет одновременно:The optimization of the device design in accordance with the present invention is to take into account the temperature difference between the required controlled temperature and the selected phase change material (PCM). By choosing a suitable phase change material (PCM), the pressure drop across the compressor will be simultaneously:
1) достаточно большим, чтобы способствовать потоку хладагента по всему контуру устройства. Он полностью зависит от падений давления, связанных с длинами, диаметрами, ориентацией трубопроводов и геометрией линейных компонентов.1) large enough to facilitate the flow of refrigerant throughout the circuit of the unit. It depends entirely on the pressure drops associated with the lengths, diameters, orientation of the pipelines and the geometry of the inline components.
2) достаточно малым, чтобы минимизировать работу, которую необходимо выполнять компрессору для сжатия хладагента до требуемого давления конденсации.2) small enough to minimize the work that the compressor needs to do to compress the refrigerant to the required condensing pressure.
В качестве примера для иллюстрации настоящего изобретения рассмотрим два цикла сжатия пара:As an example to illustrate the present invention, consider two steam compression cycles:
1. Система охлаждения.1. Cooling system.
2. Бытовой тепловой насос.2. Household heat pump.
Для системы охлаждения устройство в соответствии с настоящим изобретением будет использовать предварительно охлажденный тепловой аккумулятор, который впоследствии обеспечивает охлаждение при отдаче энергии. Предварительное охлаждение может быть достигнуто, например, за счет механических или термоэлектрических средств охлаждения, естественных источников холода. Эффект охлаждения при отдаче энергии может использоваться для охлаждения отделений и промышленных процессов.For the cooling system, the device in accordance with the present invention will use a pre-cooled thermal storage device, which subsequently provides cooling when power is released. Pre-cooling can be achieved, for example, by mechanical or thermoelectric cooling means, natural sources of cold. The cooling effect of energy output can be used to cool departments and industrial processes.
При предварительном охлаждении с использованием цикла охлаждения теплообменник погружают в материал с фазовым переходом (МФП), и он действует в качестве испарителя во время этапа предварительного охлаждения.In pre-cooling using a refrigeration cycle, a heat exchanger is immersed in a phase change material (PCM) and acts as an evaporator during the pre-cooling step.
Материал с фазовым переходом (МФП) может быть охлажден до области сухого тепла на около 10°C ниже температуры затвердевания. Например, материал с фазовым переходом (МФП), который замерзает при температуре около -5°C, может быть охлажден до температуры около -15°C в качестве подходящей заданной температуры предварительного охлаждения в зависимости от конкретных рабочих условий.The phase change material (PCM) can be cooled to a dry heat region about 10° C. below the solidification temperature. For example, a phase change material (PCM) that freezes at about -5° C. may be cooled to about -15° C. as a suitable pre-cooling setpoint depending on specific operating conditions.
Когда устройство работает на этапе охлаждения при отдаче энергии, например, для хранения продуктов, змеевик теплообменника с хладагентом действует в качестве конденсатора. В качестве конденсатора теплообменник отводит тепло хладагента в материал с фазовым переходом (МФП).When the unit is operating in the cooling phase of energy recovery, such as food storage, the refrigerant heat exchanger coil acts as a condenser. As a condenser, the heat exchanger rejects the heat of the refrigerant to the phase change material (PCM).
Емкость теплового аккумулятора в соответствии с настоящим изобретением зависит от массы используемого материала с фазовым переходом (МФП), таким образом, теплоотвод будет продолжать поглощать тепло в результате цикла охлаждения до тех пор, пока температура этой массы не поднимется.The capacity of the heat storage according to the present invention depends on the mass of the phase change material (PCM) used, thus the heat sink will continue to absorb heat from the cooling cycle until the temperature of this mass rises.
Тепловой аккумулятор разряжается (истощается), когда материал с фазовым переходом (МФП) расплавляется, и его температура повышается приблизительно до окружающей температуры. Однако проектировщик может настроить конкретное управление охлаждением для ограничения температурных границ предварительного охлаждения и охлаждения при отдаче энергии с использованием стандартных датчиков температуры для запуска и остановки системы охлаждения.The heat storage is discharged (depleted) when the phase change material (PCM) melts and its temperature rises to approximately ambient temperature. However, the designer can set up specific cooling controls to limit the pre-cooling and energy recovery cooling temperature limits using standard temperature sensors to start and stop the cooling system.
Ограничивающим фактором в отношении циклов охлаждения, в которых в качестве теплоотвода используется окружающий воздух, является то, что давление конденсации зависит от климата. Если максимальные летние температуры в тропическом климате варьируются от около 30°C до около 40°C, это оказывает существенное влияние на производительность системы охлаждения, поскольку системе необходимо сжимать хладагент до давления, достаточно высокого для отвода тепла при температуре конденсации приблизительно 35°C-45°C.The limiting factor for refrigeration cycles that use ambient air as a heat sink is that the condensing pressure is climate dependent. If the maximum summer temperatures in tropical climates range from about 30°C to about 40°C, this has a significant impact on the performance of the refrigeration system, as the system needs to compress the refrigerant to a pressure high enough to remove heat at a condensing temperature of approximately 35°C-45 °C.
Окружающие условия в тропическом климате ограничивают проектировщика с точки зрения выбора компонентов компрессора, так как:Tropical environments limit the designer's choice of compressor components because:
1. Температура нагнетания компрессора становится опасной при высоких температурах, типичный компрессор имеет максимально допустимую температуру около 120°C-130°C.1. Compressor discharge temperature becomes dangerous at high temperatures, a typical compressor has a maximum allowable temperature of around 120°C-130°C.
2. Работа компрессора пропорциональна разнице давлений между его входом и выходом. Размер компрессора, как правило, выбирают исходя из его способности компенсировать потери тепла в охлаждаемом отделении. В связи с этим в качестве минимального требования выбранный компрессор должен обеспечивать охлаждение в диапазоне условий окружающего воздуха, в которых будет работать система.2. Compressor operation is proportional to the pressure difference between its inlet and outlet. The size of the compressor is usually chosen based on its ability to compensate for heat loss in the refrigerated compartment. Therefore, as a minimum requirement, the selected compressor must provide cooling for the range of ambient air conditions in which the system will operate.
Частично преимущество использования теплового аккумулятора в качестве промежуточного накопителя, как показано на фигурах 1-5, в тропическом климате заключается в том, что предварительное охлаждение теплового аккумулятора может осуществляться в ночное время, когда окружающая температура является минимальной. Затем днем, когда имеется потребность в охлаждении, может осуществляться охлаждение при отдаче энергии.Part of the advantage of using a heat store as an intermediate storage as shown in Figures 1-5 in tropical climates is that the heat store can be pre-cooled at night when the ambient temperature is at its lowest. Then during the day, when there is a need for cooling, cooling can be carried out with the return of energy.
Такой подход к циклической работе теплового аккумулятора днем/ночью предпочтителен для множества областей применения. Например, в грузовиках для продуктов питания с электрическим охлаждением цикл предварительного охлаждения может осуществляться ночью, когда грузовик находится на складе. Для осуществления цикла предварительного охлаждение может использоваться внешнее питание, а для охлаждения при отдаче энергии может использоваться тяговый аккумулятор транспортного средства. В этом примере преимущество достигается за счет уменьшения разрядки тягового аккумулятора транспортного средства и, как следствие, обеспечения большего количества энергии для приведения в движение транспортного средства.This approach to cycling a heat storage day/night is preferred for many applications. For example, in electrically refrigerated food trucks, the pre-cooling cycle may take place at night while the truck is in storage. An external power supply may be used for the pre-cooling cycle, and the vehicle's traction battery may be used for power-out cooling. In this example, the advantage is achieved by reducing the discharge of the vehicle's traction battery and, as a result, providing more power to propel the vehicle.
Выбор материала с фазовым переходом (МФП) имеет решающее значение для достижения подходящих проектных рабочих условий. При выборе материала проектировщик должен учитывать заданную температуру холодильного отделения, доступный выбор материалов с фазовым переходом (МФП) и таблицы относительного насыщения, включающие давления, необходимые для используемых хладагентов.The choice of phase change material (PCM) is critical to achieving suitable design operating conditions. When choosing a material, the designer must take into account the desired refrigerator compartment temperature, the available choice of phase change materials (PCMs), and relative saturation tables including the pressures required for the refrigerants used.
Ближайшим аналогом в известном уровне техники является замена воздушного теплообменника водяным резервуаром. Фактически, водяной резервуар может быть предварительно охлажден и может обеспечивать охлаждение при отдаче энергии с использованием цикла охлаждения.The closest analogue in the prior art is the replacement of the air heat exchanger with a water tank. In fact, the water reservoir may be pre-cooled and may provide refrigeration when energy is released using a refrigeration cycle.
Фиг. 10 представляет накопление энергии для охлаждения материала с фазовым переходом (МФП) с температурой фазового перехода МФП около -5°C. Фазовый переход характеризуется областью скрытого тепла для материала, инициированной переохлаждением материала с фазовым переходом (МФП) при температуре на около 3°C-15°C ниже или на около 5°C ниже его ТФП и завершающейся температурным пиком, когда наблюдается повышение температуры на около 2°C-6°C или на около 3°C-4°C перед затвердеванием материала вокруг датчика температуры.Fig. 10 represents the energy storage for cooling a phase change material (PCM) with a phase change temperature of the MPC of about -5°C. A phase transition is characterized by a region of latent heat for a material initiated by supercooling of the phase change material (PCT) at a temperature of about 3°C-15°C below or about 5°C below its DFT and culminating in a temperature peak when a temperature rise of about 2°C-6°C or about 3°C-4°C before the material hardens around the temperature sensor.
Эти температурные явления обеспечивают очень надежный способ определения накопления энергии в тепловом аккумуляторе.These temperature phenomena provide a very reliable way to determine the energy storage in a heat store.
На фиг. 10 начало накопления энергии в тепловом аккумуляторе обозначено буквой A при 0 кДж накопленной энергии. Фактически, за счет наблюдения за накопленной энергией общего значения МФП при 5200 кДж можно определить индикацию температуры переохлаждения в процентах для точек B-F следующим образом:In FIG. 10, the start of energy accumulation in the heat accumulator is indicated by the letter A at 0 kJ of stored energy. In fact, by observing the accumulated energy of the total DMF at 5200 kJ, one can determine the subcooling temperature indication in percent for points B-F as follows:
B - Переохлаждение МФП при около 900 кДж, следовательно, накопленная энергия составляет около 17,3%.B - Subcooling of the MFP at about 900 kJ, hence the stored energy is about 17.3%.
C - Температурный пик нижнего датчика при около 2400 кДж, следовательно, накопленная энергия составляет около 46%.C - Lower sensor temperature peak at about 2400 kJ, hence the stored energy is about 46%.
D - Температурный пик нижнего датчика при около 3500 кДж, следовательно, накопленная энергия составляет около 67%.D - Temperature peak of the lower sensor at about 3500 kJ, hence the stored energy is about 67%.
E - Температурный пик нижнего датчика при около 4400 кДж, следовательно, накопленная энергия составляет около 85%.E - Temperature peak of the lower sensor at about 4400 kJ, hence the stored energy is about 85%.
F - Заданная температура МФП, достигнутая при накопленной энергии около 100%.F - The set temperature of the MFP, reached with the accumulated energy of about 100%.
Другой способ отслеживания накопленной энергии в тепловом аккумуляторе заключается в измерении давления хладагента из теплового аккумулятора при испарении. На фиг. 10 конечное давление, достигнутое при накоплении энергии в элементе, составляет, например, около 1,5 бар (изб.). Это давление может быть измерено путем установки преобразователя давления на выходе теплового аккумулятора 4. Может быть использован стандартный радиометрический преобразователь давления 0-5 Вольт постоянного тока, 0-34,5 бар (абс.).Another way to monitor the stored energy in a heat store is to measure the pressure of the refrigerant from the heat store as it evaporates. In FIG. 10, the final pressure reached by the storage of energy in the cell is, for example, about 1.5 barg. This pressure can be measured by installing a pressure transducer at the outlet of the
Фиг. 11 иллюстрирует отдачу энергии теплового аккумулятора с использованием материала с температурой фазового перехода МФП материала около -5°C.Fig. 11 illustrates the energy output of a thermal storage device using a material with a phase transition temperature of an MFP material of about -5°C.
Предполагается, что расчетное давление конденсации хладагента составляет приблизительно 5 бар (изб.) для хладагента R449a, тогда как соответствующая температура конденсации хладагента составляет около 0°C.It is assumed that the calculated refrigerant condensing pressure is approximately 5 barg for R449a refrigerant, while the corresponding refrigerant condensing temperature is approximately 0°C.
Во время этого испытания измерение T_МФП_cold_cell_top вручную переключили на T_МФП_cold_cell_mid в момент времени 2500 секунд.During this test, the T_MFP_cold_cell_top measurement was manually switched to T_MFP_cold_cell_mid at time 2500 seconds.
Давление индикации отдачи энергии может быть полезно для предупреждения пользователя о двух условиях.The bounce indication pressure can be useful in alerting the user to two conditions.
Когда тепловой аккумулятор работает в области скрытого тепла конденсации, например, около 5 бар (изб.)When the heat accumulator operates in the area of latent heat of condensation, for example approx. 5 bar(g)
Когда тепловой аккумулятор полностью разряжен, например, около 10 бар (изб.).When the heat accumulator is completely discharged, for example approx. 10 barg.
Пример 1 - Конкретный случай охлаждения: охлаждение отделения EXAMPLE 1 Cooling Case : Compartment Cooling
С использованием устройства, показанного на фиг. 1, разработали цикл сжатия пара для предварительного охлаждения материала с фазовым переходом (например, сульфата магния) ниже температуры фазового перехода -5°C с выбранной конечной температурой предварительного охлаждения около -20°C. Затем систему реверсировали для обеспечения охлаждения отделения с регулируемой температурой до температуры около -20°C при отдаче энергии. В этом исследовании тепловой аккумулятор разрядился, когда температура конденсации достигла окружающей температуры.Using the device shown in Fig. 1, a vapor compression cycle has been designed to pre-cool a phase change material (eg, magnesium sulfate) below a phase change temperature of -5°C with a selected pre-cooling end temperature of about -20°C. The system was then reversed to allow the temperature controlled compartment to be cooled down to about -20° C. when power was released. In this study, the heat accumulator was discharged when the condensing temperature reached the ambient temperature.
ИспользованиеUsage алгоритмаalgorithm выбораchoice материалаmaterial сWith фазовымphase переходомtransition (МФП(MFP )) и/илиand/or хладагентаrefrigerant
Далее обратимся к фиг. 12, которая представляет метод (т.е. алгоритм), который позволяет выбрать материал с фазовым переходом (МФП) и/или хладагент для конкретного применения. Метод разделен на две страницы фигур: 13/14 и 14/14, и их следует рассматривать в совокупности.Referring next to FIG. 12, which presents a method (ie, an algorithm) that allows the selection of a phase change material (PCM) and/or refrigerant for a particular application. The method is divided into two pages of figures: 13/14 and 14/14, and they should be considered together.
Фиг. 12 иллюстрирует этапы выбора, через которые необходимо пройти пользователю для выбора наилучшего материала с фазовым переходом (МФП) и/или хладагента для использования в устройстве сжатия пара, показанном на фигурах 1-9.Fig. 12 illustrates the selection steps a user must go through to select the best phase change material (PCM) and/or refrigerant for use in the vapor compression device shown in Figures 1-9.
Как показано на фиг. 12, первый этап заключается в составлении списка законодательно разрешенных хладагентов и приоритизации их по наименьшему потенциалу глобального потепления (ПГП). Также следует учитывать аспекты безопасности хладагента.As shown in FIG. 12, the first step is to compile a list of legally permitted refrigerants and prioritize them according to the lowest global warming potential (GWP). Consideration should also be given to the safety aspects of the refrigerant.
Затем пользователь составляет список температур испарения и конденсации для каждого хладагента относительно заданной температуры (ЗТО) отделения и минимальной окружающей температуры (миним. ТОС) с использованием таблиц насыщения хладагента.The user then lists the evaporating and condensing temperatures for each refrigerant in relation to the separation setpoint (SRT) and the minimum ambient temperature (Min. TOC) using the refrigerant saturation tables.
Затем пользователь составляет список материалов с фазовым переходом (МФП) с температурой фазового перехода (ТФП) в диапазоне от заданной целевой температуры отделения (ЗТО) до минимальной окружающей температуры (миним. ТОС). Во время этого процесса пользователь также убеждается, что материал с фазовым переходом (МФП) подходит для применения с соответствующими температурами фазового перехода. Также следует учесть аспекты безопасности. Например, пользователь учитывает выбор материала с фазовым переходом (МФП), имеющего температуру фазового перехода (ТФП), который работает при максимально возможных температурах конденсации и испарения и температурах плавления или немного ниже их. В качестве примера для обеспечения горячей воды может быть выбран материал с фазовым переходом (МФП), который имеет температуру фазового перехода (ТФП) немного ниже 50°C.The user then compiles a list of phase change materials (PCMs) with a phase change temperature (PTT) ranging from the target separation temperature (TST) to the minimum ambient temperature (min. TOC). During this process, the user also ensures that the phase change material (PCM) is suitable for the application with the appropriate phase change temperatures. Security aspects should also be taken into account. For example, the user considers selecting a phase change material (PCM) having a phase change temperature (PTT) that operates at or slightly below the highest possible condensing and evaporating temperatures and melting temperatures. As an example for providing hot water, a phase change material (MPT) which has a phase change temperature (PTT) slightly below 50°C can be selected.
Затем с использованием устройства, показанного на фигурах 1-9, пользователь оценивает давление хладагента, которое возникает в материале с фазовым переходом (МФП), и соответствующую температуру фазового перехода (ТФП) в тепловом аккумуляторе 4 для испарения и/или конденсации. Это может быть реализовано с использованием таблиц насыщения хладагента. Например, давление хладагента в тепловом аккумуляторе может быть измерено с использованием вышеописанных датчиков давления. При необходимости давление хладагента также может быть измерено в любой другой части устройства сжатия пара.Then, using the device shown in figures 1-9, the user evaluates the pressure of the refrigerant, which occurs in the material with a phase change (PCM), and the corresponding phase change temperature (PCT) in the
Следующий этап процесса включает принятие решения, имеет ли хладагент достаточный перепад давления для осуществления потока хладагента между испарением и/или конденсацией при температуре фазового перехода (ТФП) материала с фазовым переходом (МФП) в тепловом аккумуляторе 4 до минимальной окружающей температуры (миним. ТОС) в конденсаторе 8 и/или при заданной температуре (ЗТО) отделения (ЗТО) в испарителе 7 до температуры фазового перехода материала с фазовым переходом (МФП) в тепловом аккумуляторе 4. В случае ответа «НЕТ», хладагент удаляют из списка как неподходящий выбор. В случае ответ «ДА», процесс, показанный на фиг. 12, продолжается.The next step in the process involves deciding whether the refrigerant has sufficient pressure drop to effect the refrigerant flow between evaporation and/or condensation at the phase change temperature (PTC) of the phase change material (PTC) in the
Следующий этап процесса включает использование таблиц насыщения хладагента и вычисление термодинамического состояния хладагента в точках цикла охлаждения для испарения и конденсации при температуре фазового перехода (ТФП) материала с фазовым переходом (МФП) до минимальной окружающей температуры (миним. ТОС) во время цикла охлаждения и/или при заданной температуре (ЗТО) отделения до цикла охлаждения материала с фазовым переходом (МФП):The next step in the process involves using refrigerant saturation tables and calculating the thermodynamic state of the refrigerant at points in the refrigeration cycle to evaporate and condense at the phase change temperature (PFT) of the phase change material (PFT) to the minimum ambient temperature (min TOC) during the refrigeration cycle and/ or at a given temperature (STT) of the separation before the cooling cycle of the material with a phase change (MPC):
состояние хладагента на входе в компрессор,state of the refrigerant at the compressor inlet,
состояние хладагента на выходе из компрессора,state of the refrigerant at the outlet of the compressor,
состояние хладагента на выходе из конденсатора,state of the refrigerant at the outlet of the condenser,
состояние хладагента на входе в испаритель.condition of the refrigerant entering the evaporator.
Например, процесс, показанный на фиг. 12, включает выбор материала с фазовым переходом (МФП) и хладагента для системы нагрева, в которой контур нагрева должен работать при температуре от X до Y, например, около 30-60°C, выбранной исходя из компенсации погодных условий, выбор МФП, который находится в диапазоне от X до Y или ниже X, осуществляют с использованием замкнутого цикла процесса, в соответствии с которым делают первоначальный выбор для каждого из МФП и хладагента, а затем выполняют этап итерации путем изменения одного или другого. Также может быть использован генетический алгоритм.For example, the process shown in Fig. 12 includes the selection of a phase change material (PCM) and refrigerant for a heating system in which the heating circuit is to operate at a temperature between X and Y, for example, about 30-60°C, selected based on weather compensation, the choice of a MPC that is in the range of X to Y or below X is carried out using a closed loop process, according to which an initial selection is made for each of the MFP and coolant, and then an iteration step is performed by changing one or the other. A genetic algorithm can also be used.
Поэтому процесс, показанный на фиг. 12, может быть использован для выбора материала с фазовым переходом (МФП) и хладагента для системы охлаждения, которая содержит контур охлаждения с холодным отделением при температуре X (например, от около -10°C до около -30°C или около -20°C) и горячую окружающую среду, в которую должно отводиться тепло, температура которой варьируется от A до B, например, около 10°C-45°C.Therefore, the process shown in Fig. 12 may be used to select a phase change material (PCM) and refrigerant for a refrigeration system that contains a cold-separation refrigeration circuit at temperature X (e.g., about -10°C to about -30°C or about -20° C) and a hot environment into which heat is to be removed, the temperature of which varies from A to B, for example, about 10°C-45°C.
Хладагент должен представлять собой доступный хладагент с цепочкой поставок хладагента и сопутствующего оборудования, например, компрессоров, расширительных клапанов и т.д.The refrigerant must be an available refrigerant with a supply chain of refrigerant and associated equipment such as compressors, expansion valves, etc.
Хладагенты также приоритизируют в соответствии с их доступностью в будущем в связи с законодательными требованиями по снижению потенциала глобального потепления (ПГП) хладагентов на рынке, подпадающих под действие правил по фторсодержащим газам.Refrigerants are also prioritized according to their availability in the future due to legal requirements to reduce the global warming potential (GWP) of refrigerants in the market that are subject to fluorinated gas regulations.
Хладагент выбирают для испарения во время охлаждения при отдаче энергии при температуре на около 2°C-10°C ниже или обычно на около 5°C ниже заданной температуры отделения (ЗТО) в испарителе 7 и конденсации в тепловом аккумуляторе 4 при температуре на 2°C-10°C выше или обычно на около 5°C выше температуры фазового перехода (ТФП) выбранного материала с фазовым переходом (МФП) (для МФП с фазовым переходом из твердой фазы в жидкую фазу это температура плавления/замерзания; для МФП с фазовым переходом из твердой фазы в твердую фазу это температура, при которой происходит фазовый переход в твердую кристаллическую фазу). Испарение должно происходить при давлении более 3 бар (абс.) или 1,5 бар (абс.) и менее 10 бар (абс.) или менее 5 бар (абс.), что ограничивает выбор хладагента. Такой выбор позволяет избежать нехватки хладагента в компрессоре или попадания жидкого хладагента в компрессор.The refrigerant is selected to vaporize during power-out cooling at a temperature of about 2°C to 10°C below, or typically about 5°C below, the set separation temperature (STT) in the
Во время предварительного охлаждения хладагент, как правило, испаряется в тепловом аккумуляторе 4 при температуре на около 2°C-10°C ниже или обычно на около 5°C ниже температуры фазового перехода (ТФП) выбранного материала (МФП) и, как правило, конденсируется в теплообменнике с окружающей средой (например, в змеевике с вентиляторным обдувом) при температуре на около 2°C-10°C выше или обычно на около 5°C выше текущей окружающей температуры.During pre-cooling, the refrigerant typically evaporates in the
Диапазон от ЗТО, которая составляет менее чем около 2°C-10°C или обычно менее чем около 5°C, до температуры макс. ТОС более чем около 2°C-10°C или более чем около 5°C. Все должно находиться в пределах допустимого диапазона для одного хладагента в случае одной системы с компрессором, тепловым аккумулятором и реверсивным клапаном, например, в данном случае от около -25°C до около +50°C. Осуществимость ограничена максимальным рабочим давлением системы, а также выбором теплообменника, компрессора, затратами, технологичностью и безопасностью, обусловленными давлением. В связи с этим максимальное рабочее давление обычно не превышает около 30 бар (абс.) для недорогой системы и около 200 бар (абс.) для промышленной системы. Это сильно ограничивает количество хладагентов, которые могут быть выбраны.The range is from WTO, which is less than about 2°C-10°C, or typically less than about 5°C, to a temperature of max. TOC is greater than about 2°C-10°C or greater than about 5°C. Everything must be within the allowable range for one refrigerant in the case of one system with compressor, heat accumulator and reversing valve, for example in this case from about -25°C to about +50°C. Feasibility is limited by the maximum working pressure of the system, as well as the choice of heat exchanger, compressor, cost, processability and pressure-related safety. In this regard, the maximum working pressure usually does not exceed about 30 bar (abs.) for a low-cost system and about 200 bar (abs.) for an industrial system. This severely limits the number of refrigerants that can be selected.
Дополнительным фактором является то, что температура фазового перехода (ТФП) материала с фазовым переходом (МФП) обычно выбирается на основе доступных материалов с фазовым переходом (МФП), имеет приемлемо высокую скрытую теплоту и должна находиться между ЗТО и миним. ТОС.An additional factor is that the phase change temperature (PTC) of the phase change material (PTC) is usually selected based on the available phase change materials (PTC), has an acceptably high latent heat, and should be between the 3RT and the min. TOC.
Применяются дополнительные ограничения, основанные на необходимости обеспечения минимального потока хладагента, это означает, что должен быть перепад давлений, например, около 2-10 бар или около 5 бар или другое значение, которое может определить специалист в данной области техники.Additional restrictions apply based on the need to ensure a minimum refrigerant flow, this means that there must be a pressure drop, for example, about 2-10 bar or about 5 bar or another value that can be determined by a person skilled in the art.
Снова обратимся к фиг. 12, следующий этап процесса заключается в вычислении тепловой нагрузки (Q) на испаритель 7, показанный на фигурах 1-5, и/или конденсатор в тепловом аккумуляторе 4 и конденсатор 8 и/или испаритель 7 и тепловой аккумулятор 4 наряду с относительной работой (W) компрессора для цикла охлаждения. Могут быть использованы следующие формулы:Referring again to FIG. 12, the next step in the process is to calculate the thermal load (Q) on the
Q=mΔh,Q=mΔh,
W=mΔh.W=m∆h.
Для иллюстрации процесса вычисления тепловой нагрузки (Q) обратимся к нижеизложенному.To illustrate the process of calculating the heat load (Q), refer to the following.
При испарении и конденсации при относительной целевой температуре (ЗТО) отделения в испарителе 7 и температуре фазового перехода (ТФП) материала с фазовым переходом (МФП) в тепловом аккумуляторе 4 нагрузку (Q7) при охлаждении и/или нагрузку (Q4) при нагреве вычисляют следующим образом.During evaporation and condensation at a relative target temperature (RTT) of separation in the
Сначала на основе проектных условий, указанных для системы охлаждения, необходимо определить общие тепловые потери в отделении. Нагрузка (Q7) при охлаждении в испарителе должна как минимум компенсировать эти тепловые потери. Например, за счет эффективности изоляции отделения с регулируемой температурой тепловые потери могут составлять, например, около 1 кВт. Нагрузка при охлаждении в испарителе может составлять, например, как минимум около 1 кВт. Фактическая нагрузка при охлаждении, которую должен выбрать проектировщик, может быть определена с учетом дополнительных факторов, например, требуемой скорости охлаждения отделения, ожидаемого количества открываний двери во время работы.First, based on the design conditions specified for the cooling system, the total heat loss in the compartment must be determined. The load (Q 7 ) during cooling in the evaporator must at least compensate for these heat losses. For example, due to the effectiveness of the insulation of the temperature-controlled compartment, the heat loss can be, for example, about 1 kW. The evaporator cooling load may, for example, be at least about 1 kW. The actual cooling load to be chosen by the designer can be determined by taking into account additional factors, such as the required cooling rate of the compartment, the expected number of door openings during operation.
Затем с использованием таблиц насыщения хладагента вычисляют термодинамическое состояние хладагента в точках цикла охлаждения для испарения и конденсации в цикле охлаждения от ЗТО до температуры фазового перехода МФП.Then, using the refrigerant saturation tables, the thermodynamic state of the refrigerant at the points of the refrigeration cycle for evaporation and condensation in the refrigeration cycle from the 3RT to the MFP phase transition temperature is calculated.
- Состояние хладагента на входе в компрессор.- Condition of the refrigerant entering the compressor.
- Состояние хладагента на выходе из компрессора.- Condition of the refrigerant leaving the compressor.
- Состояние хладагента на выходе из конденсатора.- Condition of the refrigerant leaving the condenser.
- Состояние хладагента на выходе из испарителя.- Condition of the refrigerant leaving the evaporator.
Для этих состояний хладагента находят в таблицах насыщения относительные значения энтальпии для:For these states of the refrigerant, the relative enthalpy values are found in the saturation tables for:
- состояния хладагента на входе в компрессор (h1).- state of the refrigerant at the inlet to the compressor (h 1 ).
- состояния хладагента на выходе из компрессора (h2),- state of the refrigerant at the outlet of the compressor (h 2 ),
- состояния хладагента на выходе из конденсатора (h3),- the state of the refrigerant at the outlet of the condenser (h 3 ),
- состояния хладагента на выходе из испарителя (h4).- state of the refrigerant at the outlet of the evaporator (h 4 ).
Ниже приведена формула для вычисления нагрузки при охлаждении/нагреве на компонент:Below is the formula for calculating the cooling/heating load on a component:
Q = m*ΔhQ = m*Δh
В связи с этим, поскольку нагрузка при охлаждении для испарителя 7 уже определена, может быть вычислен массовый расход хладагента через испаритель 7:In this regard, since the cooling load for the
m7 = Q7/(h4 - h1).m 7 \u003d Q 7 / (h 4 - h 1 ).
Зная массовый расход для цикла охлаждения, можно вычислить последующую нагрузку (Q4) при нагреве в тепловом аккумуляторе 4 и работу (W1) компрессора 1.Knowing the mass flow for the cooling cycle, it is possible to calculate the subsequent load (Q 4 ) during heating in the
При испарении и конденсации при относительной температуре фазового перехода МФП в тепловом аккумуляторе 4 и миним. ТОС в конденсаторе 8 нагрузку (Q4) при охлаждении и/или нагрузку (Q8) при нагреве вычисляют следующим образом.During evaporation and condensation at a relative temperature of the phase transition of the MFP in a
Сначала проектировщик выбирает нагрузку (Q8) при охлаждении в тепловом аккумуляторе 4 на основе требуемой скорости охлаждения для теплового аккумулятора.First, the designer selects the cooling load (Q 8 ) in the
Затем с использованием таблиц насыщения хладагента он вычисляет термодинамическое состояние хладагента в точках цикла охлаждения для испарения и конденсации в цикле охлаждения от температуры фазового перехода МФП до миним. ТОС.It then uses the refrigerant saturation tables to calculate the thermodynamic state of the refrigerant at points in the refrigeration cycle for evaporation and condensation in the refrigeration cycle from the MFP's phase change temperature to min. TOC.
Состояние хладагента на входе в компрессор.Condition of the refrigerant entering the compressor.
Состояние хладагента на выходе из компрессора.Condition of the refrigerant leaving the compressor.
Состояние хладагента на выходе из конденсатора.Condition of the refrigerant leaving the condenser.
Состояние хладагента на выходе из испарителя.The state of the refrigerant leaving the evaporator.
Для этих состояний хладагента находит в таблицах насыщения относительные значения энтальпии для:For these refrigerant states, finds in saturation tables the relative enthalpy values for:
- состояния хладагента на входе в компрессор (h1).- state of the refrigerant at the inlet to the compressor (h 1 ).
- состояния хладагента на выходе из компрессора (h2),- state of the refrigerant at the outlet of the compressor (h 2 ),
- состояния хладагента на выходе из конденсатора (h3),- the state of the refrigerant at the outlet of the condenser (h 3 ),
- состояния хладагента на выходе из испарителя (h4).- state of the refrigerant at the outlet of the evaporator (h 4 ).
Ниже приведена формула для вычисления нагрузки при охлаждении/нагреве на компонент:Below is the formula for calculating the cooling/heating load on a component:
Q = m*Δh.Q = m*Δh.
В связи с этим, поскольку нагрузка при охлаждении для теплового аккумулятора 4 уже определена, может быть вычислен массовый расход хладагента через тепловой аккумулятор 4:In this regard, since the cooling load for the
m4 =Q4/(h4-h1).m 4 \u003d Q 4 / (h 4 -h 1 ).
Зная массовый расход для цикла охлаждения, можно вычислить последующую нагрузку (Q8) при нагреве в конденсаторе 8 и работу (W1) компрессора 1.Knowing the mass flow for the refrigeration cycle, it is possible to calculate the subsequent load (Q 8 ) when heated in
Снова обратимся к фиг. 12, далее пользователь вычисляет коэффициент полезного действия (КПД) для нагрева и/или охлаждения путем деления относительной тепловой нагрузки конденсатора и/или испарителя на работу компрессора.Referring again to FIG. 12, the user then calculates an efficiency factor (COP) for heating and/or cooling by dividing the relative heat load of the condenser and/or evaporator by the operation of the compressor.
Затем данные о хладагенте и материале с фазовым переходом (МФП) могут быть добавлены в итоговый обзорный документ.The refrigerant and phase change material (PCM) data can then be added to the final overview document.
Наконец, могут быть проведены эксперименты с подходящими комбинациями хладагента и материала с фазовым переходом (МФП), приоритизированными по наименьшему потенциалу глобального потепления (ПГП) хладагента.Finally, experiments can be carried out with suitable combinations of refrigerant and phase change material (PCM), prioritized by the lowest global warming potential (GWP) of the refrigerant.
Ниже приведен конкретный пример.Below is a specific example.
1. Выбирают законодательно разрешенные хладагенты с наименьшим ПГП и выбирают потенциальный вариант.1. Select legally permitted lowest GWP refrigerants and select a potential option.
2. Определяют диапазон давления потенциального варианта.2. Determine the pressure range of the potential option.
3. Определяют температуры, при которых он испаряется и конденсируется относительно ЗТО и миним. ТОС.3. Determine the temperatures at which it evaporates and condenses relative to the 3HP and min. TOC.
4. Для каждого из списка МФП с температурами фазового перехода в диапазоне от ЗТО до миним. ТОС оценивают давление хладагента, которое возникает при температуре фазового перехода.4. For each of the list of MFPs with phase transition temperatures in the range from ZTO to min. TOC measures the refrigerant pressure that occurs at the phase change temperature.
5. Редактируют список, исключая все потенциальные варианты, которые имеют недостаточный перепад давления для осуществления потока хладагента между испарением и конденсацией в цикле охлаждения от температуры фазового перехода МФП до миним ТОС и/или до ЗТО в цикле охлаждения МФП.5. Edit the list to exclude all potential options that have insufficient pressure drop to effect refrigerant flow between evaporation and condensation in the refrigeration cycle from MFP phase transition temperature to minimum TOC and/or to 3RT in the MFP refrigeration cycle.
6. Затем с использованием таблиц насыщения хладагента вычисляют термодинамическое состояние хладагента в четырех точках цикла охлаждения для испарения и конденсации в цикле охлаждения от температуры фазового перехода МФП до миним. ТОС и/или до ЗТО в цикле охлаждения МФП:6. Then, using the refrigerant saturation tables, calculate the thermodynamic state of the refrigerant at the four points in the refrigeration cycle for evaporation and condensation in the refrigeration cycle from the MFP phase change temperature to min. TOC and/or to 3RT in the MFP cooling cycle:
- состояние хладагента на входе в компрессор,- state of the refrigerant at the compressor inlet,
- состояние хладагента на выходе из компрессора,- the state of the refrigerant at the outlet of the compressor,
- состояние хладагента на выходе из конденсатора,- state of the refrigerant at the outlet of the condenser,
- состояние хладагента на выходе из испарителя.- the state of the refrigerant at the outlet of the evaporator.
7. Вычисляют тепловую нагрузку (кВт) на испаритель и/или конденсатор и работу (кВт) компрессора для каждого цикла охлаждения, определенного в пункте 6. С использованием этой информации определяют коэффициент полезного действия (КПД) для нагрева и/или охлаждения для каждой пары хладагента и МФП.7. Calculate the heat load (kW) on the evaporator and/or condenser and the work (kW) of the compressor for each refrigeration cycle defined in
Для выбора комбинации МФП и хладагента для конкретного случая нагрева может быть использован алгоритм, в соответствии с которым сначала рассматривают требование к нагреву в конденсаторе, обеспечивающем нагрев пространства и/или горячей воды и/или теплового аккумулятора. Требование к нагреву должно быть указано в проектных спецификациях системы или установлено по выбору проектировщика. Например, для обеспечения накопления энергии в тепловом аккумуляторе со скоростью, например, около 2 кВт, и в случае температуры МФП, например, около 58°C, необходима температура конденсации хладагента около 63°C. На основе этой информации на последующих этапах алгоритма могут быть определены термодинамические состояния хладагента в цикле нагрева и массовый расход хладагента в этом цикле. Затем может быть определен выбор МФП для низкотемпературного теплового аккумулятора путем перебора доступных материалов и хладагентов.To select the combination of MFP and refrigerant for a specific heating case, an algorithm can be used, according to which the heating requirement in the condenser is first considered, providing heating of the space and/or hot water and/or heat storage. The heating requirement shall be specified in the system design specifications or at the discretion of the designer. For example, in order to ensure energy storage in a thermal storage device at a rate of, for example, about 2 kW, and in the case of a MFP temperature of, for example, about 58°C, a refrigerant condensing temperature of about 63°C is required. Based on this information, at subsequent stages of the algorithm, the thermodynamic states of the refrigerant in the heating cycle and the mass flow rate of the refrigerant in this cycle can be determined. The choice of MFP for the low temperature thermal storage can then be determined by enumeration of the available materials and refrigerants.
Хотя выше описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, необходимо понимать, что отклонения от описанных вариантов осуществления могут находиться в пределах объема настоящего изобретения. Например, могут быть использованы компрессор, конденсатор, испаритель и тепловой аккумулятор, содержащий материал с фазовым переходом, любого подходящего типа. Кроме того, для соединения устройств с целью решения задач настоящего изобретения может быть использована трубопроводная сеть любого подходящего типа. Кроме того, может быть использован материал с фазовым переходом (МФП) любого подходящего типа.While specific embodiments of the present invention have been described above, it should be understood that deviations from the described embodiments may be within the scope of the present invention. For example, a compressor, condenser, evaporator, and heat storage containing phase change material of any suitable type can be used. In addition, any suitable type of piping network may be used to connect the devices to achieve the objectives of the present invention. In addition, any suitable type of phase change material (PCM) may be used.
Claims (49)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB1803841.4 | 2018-03-09 | ||
GBGB1803841.4A GB201803841D0 (en) | 2018-03-09 | 2018-03-09 | Heat pumps |
PCT/GB2019/050670 WO2019171087A2 (en) | 2018-03-09 | 2019-03-11 | A vapour compression apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020129182A RU2020129182A (en) | 2022-04-11 |
RU2776886C2 true RU2776886C2 (en) | 2022-07-28 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2153639C1 (en) * | 1999-03-29 | 2000-07-27 | Кубанский государственный технологический университет | Condenser |
RU2320891C1 (en) * | 2006-08-03 | 2008-03-27 | Виктор Владимирович Царев | Autonomous life support system in conditions of low altitudes |
WO2017221025A1 (en) * | 2016-06-23 | 2017-12-28 | Sunamp Limited | Phase change material-based enhancement for reversed-cycle defrosting in vapour compression refrigeration systems |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2153639C1 (en) * | 1999-03-29 | 2000-07-27 | Кубанский государственный технологический университет | Condenser |
RU2320891C1 (en) * | 2006-08-03 | 2008-03-27 | Виктор Владимирович Царев | Autonomous life support system in conditions of low altitudes |
WO2017221025A1 (en) * | 2016-06-23 | 2017-12-28 | Sunamp Limited | Phase change material-based enhancement for reversed-cycle defrosting in vapour compression refrigeration systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2738989C2 (en) | Improved thawing by reversible cycle in vapor compression refrigeration systems, based on material with phase transition | |
JP6868670B2 (en) | Refrigerant amount detector | |
JP5854751B2 (en) | Cooling system | |
CN111902684B (en) | Vapor compression device | |
JP2013089209A (en) | Automatic vending machine | |
RU2776886C2 (en) | Steam compression device | |
JP5693932B2 (en) | Cooling system and cooling method | |
JP2010139098A (en) | Refrigerating cycle device and water heater having the same | |
JP4727523B2 (en) | Refrigeration equipment | |
JP6042037B2 (en) | Refrigeration cycle equipment | |
JPWO2018198220A1 (en) | Refrigeration system | |
JP4270803B2 (en) | Cold generation system | |
JP2005282869A (en) | Combination type refrigeration cycle equipment and its operating method | |
JP2008082676A (en) | Supercooling device | |
KR102101393B1 (en) | Combined cold-hot heat storage system | |
BR112020018330B1 (en) | VAPOR COMPRESSION DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE OF A HEAT SOURCE AND/OR TEMPERATURE OF A HEAT SINK IN A VAPOR COMPRESSION CYCLE USING SAID DEVICE | |
JP2006342994A (en) | Ice heat storage air conditioner | |
JP6572444B2 (en) | vending machine | |
JP6119804B2 (en) | Defrosting method of load cooler | |
JP2001248925A (en) | Method of operating refrigerating cycle device, and refrigerating cycle device | |
KR102165353B1 (en) | Refrigerant system | |
KR20200012165A (en) | Heat pump system and method for using thermal storage energy | |
JPH10122605A (en) | Heat storage type air conditioning apparatus | |
JP2008082675A (en) | Supercooling device | |
JP2009041904A (en) | Supercooling device |