RU89685U1

RU89685U1 - AIR-WATER HEAT PUMP

Info

Publication number: RU89685U1
Application number: RU2009109312/22U
Authority: RU
Inventors: Курт Эвальд КАРЛСОН
Original assignee: ПИЛВЕ Рэйн
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2009-12-10
Also published as: LT2009018A; FIU20090093U0; UA43903U; PL118075U1; LT5618B; EE00777U1; FI8471U1; PL65043Y1; CZ19719U1

Abstract

1. Воздушно-водяной тепловой насос, который содержит испаритель (1), компрессор (2), конденсор (3), расширительный вентиль (4), расширительный клапан, управляющее оборудование и циркулирующий в тепловом насосе хладагент, отличающийся тем, что испаритель теплового насоса (1) - пассивный испаритель, поверхность теплообмена которого образуют ребристые стояки (6) и дополнительное оборудование для увеличения поверхности теплообмена, для улучшения циркуляции масла для смазки компрессора (2) вертикальные части соединительных труб (7) ребристых стояков соединены горизонтальными трубками (8) и циркулирующий в тепловом насосе хладагент - пропан. ! 2. Воздушно-водяной тепловой насос по п.1, отличающийся тем, что ребристые стояки (6) пассивного испарителя (1) в разрезе имеют звездчатую форму, а поверхность их ребер рифленая. ! 3. Воздушно-водяной тепловой насос по п.1, отличающийся тем, что дополнительным оборудованием для увеличения площади теплообмена служит змеевик (5), размещенный в почве. ! 4. Воздушно-водяной тепловой насос по п.1, отличающийся тем, что в качестве дополнительного оборудования для увеличения площади теплообмена в испарителе (1) используются ребристые стояки (6) из 14 частей.1. Air-water heat pump, which contains an evaporator (1), a compressor (2), a condenser (3), an expansion valve (4), an expansion valve, control equipment and a refrigerant circulating in the heat pump, characterized in that the heat pump evaporator (1) - a passive evaporator, the heat exchange surface of which is formed by ribbed risers (6) and additional equipment to increase the heat exchange surface, to improve the circulation of oil for compressor lubrication (2) vertical parts of the connecting pipes (7) of ribbed risers connected by horizontal tubes (8) and the refrigerant circulating in the heat pump is propane. ! 2. Air-water heat pump according to claim 1, characterized in that the ribbed risers (6) of the passive evaporator (1) in the section are star-shaped, and the surface of their ribs is corrugated. ! 3. The air-water heat pump according to claim 1, characterized in that the additional equipment for increasing the heat transfer area is a coil (5) located in the soil. ! 4. Air-water heat pump according to claim 1, characterized in that as an additional equipment to increase the heat transfer area in the evaporator (1), ribbed risers (6) of 14 parts are used.

Description

Техническая областьTechnical area

Изобретение относится к области энергетики, точнее, изобретение рассматривает воздушно-водяной тепловой насос, предназначенный для экономичного отопления и производства горячей бытовой воды.The invention relates to the field of energy, more specifically, the invention contemplates an air-water heat pump designed for economical heating and production of domestic hot water.

Технический уровеньTechnical level

Принцип работы теплового насоса основан на термодинамическом цикле Карно. Развитие и использование тепловых насосов тесно связано с ростом цен на энергию на мировом рынке. Тепловые насосы нашли широкое применение, особенно в США, Канаде и Северной Европе. Тепловые насосы поглощают энергию из природы, т.е. из почвы, водоемов, грунтовых вод и воздуха, где аккумулирована энергия солнца, а также из сточных вод, вентилируемого воздуха или из нескольких источников сразу.The principle of operation of the heat pump is based on the Carnot thermodynamic cycle. The development and use of heat pumps is closely linked to rising energy prices in the global market. Heat pumps are widely used, especially in the USA, Canada and Northern Europe. Heat pumps absorb energy from nature, i.e. from soil, water, groundwater and air, where the energy of the sun is accumulated, as well as from wastewater, ventilated air or from several sources at once.

Известно тепловое устройство с тепловым насосом (WO 79/00874, Eurocdevelopment AB, опубликовано 01.11.1979), которое предназначено для отопления дома. Испаритель теплового насоса защищен от дождя и ветра кожухом. Наружный воздух отдает свое тепло испарителю. Теплообменник теплового насоса состоит из одного или нескольких элементов, которые согревают окружающий воздух. Применению такого решения сопутствуют дополнительные расходы на защиту испарителя.A thermal device with a heat pump is known (WO 79/00874, Eurocdevelopment AB, published 01.11.1979), which is intended for heating a house. The heat pump evaporator is shielded from rain and wind. Outside air gives off its heat to the evaporator. A heat pump heat exchanger consists of one or more elements that warm the surrounding air. The application of this solution is accompanied by additional costs for the protection of the evaporator.

Известен тепловой насос (ЕР1707886, Hitachi Home & Life Solutions, Inc., опубликовано 04.10.2006), у которого есть циркуляционный контур с хладагентом, в который объединен компрессор, теплообменник, расширительный клапан для снижения давления хладагента, испаритель, предусмотренный для теплообмена между декомпрессированным хладагентом и воздухом, а также тепловая цепь, объединяющая циркуляционный насос и оборудование управления тепловым насосом. Недостатком такого решения является большие эксплуатационные расходы.A heat pump is known (EP1707886, Hitachi Home & Life Solutions, Inc., published 04.10.2006), which has a circulation circuit with a refrigerant, which combines a compressor, a heat exchanger, an expansion valve to reduce the pressure of the refrigerant, an evaporator designed for heat exchange between decompressed refrigerant and air, as well as a heat circuit that combines a circulation pump and heat pump control equipment. The disadvantage of this solution is the high operational costs.

Упрощенно принцип работы устройства такой: компрессор сжимает накопившее в испарителе энергию газообразное холодное вещество, в результате холодное вещество нагревается, горячее вещество направляется в теплообменник, т.е. конденсор, где оно конденсируется и отдает свое тепло теплоносителю, циркулирующему в радиаторах или в системе отопления пола.The principle of operation of the device is simplified as follows: the compressor compresses the gaseous cold substance that has accumulated energy in the evaporator, as a result, the cold substance heats up, the hot substance is sent to the heat exchanger, i.e. a condenser where it condenses and gives off its heat to the heat carrier circulating in radiators or in the floor heating system.

Известен тепловой насос Thermia Atria (http://www.movekgrupp.com), в котором используется технология TWS (Tap Water Stratification). Наружный модуль устанавливается снаружи дома, а тепловой насос - внутри. Компрессор работает при наружной температуре до -20°С, плавление происходит при помощи шунтирующего клапана. Недостатком этого решения является периодическое плавление, которое потребляет дополнительную энергию.The famous Thermia Atria heat pump (http://www.movekgrupp.com), which uses TWS technology (Tap Water Stratification). The outdoor module is installed outside the house, and the heat pump inside. The compressor operates at an external temperature of -20 ° C, melting occurs using a shunt valve. The disadvantage of this solution is periodic melting, which consumes additional energy.

Известен тепловой насос Nibe Fighter 2010 (http://www.kliimaseade.ee), где в вентиляторе и компрессоре используется двухступенчатый регулятор мощности, который обеспечивает высокую мощность отопительной системы при низких наружных температурах; управление системой происходит при помощи панели управления SMO-10. Недостатком является большой расход энергии.The well-known Nibe Fighter 2010 heat pump (http://www.kliimaseade.ee), where a two-stage power regulator is used in the fan and compressor, which ensures high power of the heating system at low outdoor temperatures; system management is carried out using the SMO-10 control panel. The disadvantage is the high energy consumption.

Самый близкий по технической сути к представленным воздушно-водяным тепловым насосам является воздушно-водяной тепловой насос фирмы Octopus Energi AB (http://www.octopus.ee), который содержит испаритель, компрессор, конденсор, управляющую электронику и циркулирующий в тепловом насосе хладагент. Недостатком этого решения является то, что отсуствует восможность регулровать площадь испарителя.The closest in technical essence to the air-water heat pumps presented is the Octopus Energi AB air-water heat pump (http://www.octopus.ee), which contains an evaporator, compressor, condenser, control electronics and refrigerant circulating in the heat pump . The disadvantage of this solution is that there is no possibility to regulate the area of the evaporator.

Суть изобретенияThe essence of the invention

Была поставлена задача разработать конструкцию воздушно-водяного теплового насоса, которая увеличит ресурс работы компрессора и производительность насоса. Представленный воздушно-водяной тепловой насос содержит испаритель, компрессор, конденсор, расширительный вентиль, управляющее оборудование и циркулирующий в тепловом насосе хладагент. Испаритель насоса пассивный, содержит оптимально 12 ребристых стояков. Для увеличения поверхности теплообмена, по крайней мере так, чтобы это отвечало мощности компрессора, в почве закапывается испарительный змеевик или к стоякам испарителя дополнительно ставятся еще два стояка. Для усиления циркуляции масла в системе смазки компрессора вертикальные части соединительных дуг стояков с ребрами испарителя соединены горизонтальными трубками. В качестве хладагента в тепловом насосе используется безопасный для природы чистый пропан.The task was set to develop the design of an air-water heat pump, which will increase the life of the compressor and the performance of the pump. Presented air-water heat pump contains an evaporator, compressor, condenser, expansion valve, control equipment and the refrigerant circulating in the heat pump. The pump evaporator is passive and contains optimally 12 ribbed risers. To increase the heat exchange surface, at least so that it corresponds to the compressor power, an evaporative coil is buried in the soil or two additional risers are additionally placed to the riser pipes. To enhance the circulation of oil in the compressor lubrication system, the vertical parts of the risers connecting arcs with the evaporator fins are connected by horizontal tubes. The heat pump uses nature-friendly, pure propane as a refrigerant.

Перечень рисунковList of figures

На рисунке фиг.1 изображена блок-схема воздушно-водяного теплового насоса;The figure 1 shows a block diagram of an air-water heat pump;

на рисунке фиг.2 изображен испаритель вместе с дополнительным змеевиком, а также увеличенное изображение соединительной трубки вертикальных соединительных дуг стояка с ребрами.the figure of figure 2 shows the evaporator along with an additional coil, as well as an enlarged image of the connecting tube of the vertical connecting arcs of the riser with ribs.

Пример реализации изобретенияAn example implementation of the invention

Для достижения поставленной цели предлагается воздушно-водяной тепловой насос, который содержит испаритель (коллектор) 1, компрессор 2, конденсор 3, расширительный вентиль 4, змеевик 5, управляющее оборудование и циркулирующий в тепловом насосе хладагент. Испаритель содержит звездообразные в разрезе алюминиевые ребристые стояки 6.To achieve this goal, an air-water heat pump is proposed, which contains an evaporator (collector) 1, compressor 2, condenser 3, expansion valve 4, coil 5, control equipment and refrigerant circulating in the heat pump. The evaporator contains star-shaped cross-sectional aluminum ribbed risers 6.

В представленном изобретении испаритель 1 - пассивный испаритель. Для увеличения площади теплообмена: к 12 ребристым стоякам 6 добавляются змеевиков 5 из медной трубки наружным диаметром 22 мм и внутренним диаметром 18 мм, длиной 30-60 м. Хладагент сначала проходит через ребристый стояк и перед тем, как пойти в компрессор, проходит еще через змеевик 5. Змеевик можно поместить в почву, в один канал вместе с трубами, которые соединяют испаритель с расположенным в здании тепловым узлом. В представленном изобретении пассивный испаритель 1, который берет энергию из наружного воздуха и не нуждается в оттаивании или направлении воздуха через вентилятор, благодаря чему эффективность пассивного испарителя на 30% выше, чем у активного. В основе эффективности пассивного испарителя лежит конструкция ребристых стояков 6, которые в разрезе имеют звездчатую форму и поверхность ребер рифленая. Рифленая поверхность ребер увеличивает площадь ребер в 3 раза по сравнению с гладкой поверхностью.In the present invention, the evaporator 1 is a passive evaporator. To increase the heat exchange area: coils 5 from a copper tube with an outer diameter of 22 mm and an inner diameter of 18 mm and a length of 30-60 m are added to 12 ribbed risers 6. The refrigerant first passes through the ribbed riser and, before going into the compressor, passes through coil 5. The coil can be placed in the soil, in one channel along with the pipes that connect the evaporator to the heating unit located in the building. In the present invention, a passive evaporator 1, which takes energy from outside air and does not need to thaw or direct air through the fan, so that the efficiency of the passive evaporator is 30% higher than that of the active one. The efficiency of the passive evaporator is based on the construction of ribbed risers 6, which in the section are star-shaped and the surface of the ribs is corrugated. The corrugated surface of the ribs increases the area of the ribs by 3 times compared with a smooth surface.

Эффективность теплового насоса можно увеличить также за счет увеличения количества ребристых стояков 6 до 14, но в этом случае змеевик 5 не используется.The efficiency of the heat pump can also be increased by increasing the number of ribbed risers 6 to 14, but in this case the coil 5 is not used.

Смазочное масло компрессора циркулирует в тепловом насосе вместе с хладагентом. Наибольшее сопротивление при циркуляции оказывают соединительные трубы 7 ребристых стояков, где масло стекает на дно соединительных дуг. Для устранения этого недостатка вертикальные части соединительных дуг соединяются горизонтальными трубками 8, длина и диаметр которых не определен. Благодаря этому распыленное масло не стекает на дно соединительной дуги, а постоянно циркулирует вместе с хладагентом. Такая система смазки компрессора в 2-3 раза продляет его рабочий ресурс.The compressor lubricating oil circulates in the heat pump along with the refrigerant. The greatest resistance during circulation is exerted by the connecting pipes of 7 ribbed risers, where oil flows to the bottom of the connecting arcs. To eliminate this drawback, the vertical parts of the connecting arcs are connected by horizontal tubes 8, the length and diameter of which is not defined. Due to this, the sprayed oil does not drain to the bottom of the connecting arc, but constantly circulates with the refrigerant. Such a compressor lubrication system 2-3 times prolongs its working life.

В представленном изобретении в качестве хладагента теплового насоса используется технически чистый пропан (R290), натуральный, безопасный для природы газ с температурой кипения -43°С. Использование этого газа делает эксплуатацию теплового насоса дешевле.In the present invention, technically pure propane (R290), a natural gas that is safe for nature with a boiling point of -43 ° C, is used as a heat pump refrigerant. The use of this gas makes the operation of a heat pump cheaper.

Воздушно-водяной тепловой насос работает так: необходимая для испарения энергия берется из наружного воздуха, при этом содержащаяся в воздухе влага конденсируется на поверхности ребристого стояка испарителя, который поглощает высвобождающуюся при конденсации энергию. Пар сжимается в компрессоре, в результате сжатия температура пара возрастает. В конденсоре пар конденсируется, и высвобождаемая энергия передается в отопительную систему.The air-water heat pump works as follows: the energy required for evaporation is taken from the outside air, while the moisture contained in the air condenses on the surface of the ribbed riser of the evaporator, which absorbs the energy released during condensation. Steam is compressed in the compressor; as a result of compression, the temperature of the steam rises. In the condenser, steam condenses and the released energy is transferred to the heating system.

Хладагент через расширительный вентиль, где его давление и температура падают до начального уровня, снова поступает в испаритель. Хладагент постоянно циркулирует, поглощая и отдавая тепло, при этом его количество сохраняется.The refrigerant through the expansion valve, where its pressure and temperature drop to the initial level, enters the evaporator again. The refrigerant is constantly circulating, absorbing and losing heat, while its amount is stored.

Claims

1. Air-water heat pump, which contains an evaporator (1), a compressor (2), a condenser (3), an expansion valve (4), an expansion valve, control equipment and a refrigerant circulating in the heat pump, characterized in that the heat pump evaporator (1) - a passive evaporator, the heat exchange surface of which is formed by ribbed risers (6) and additional equipment to increase the heat exchange surface, to improve the circulation of oil for compressor lubrication (2) vertical parts of the connecting pipes (7) of ribbed risers connected by horizontal tubes (8) and the refrigerant circulating in the heat pump is propane.

2. Air-water heat pump according to claim 1, characterized in that the ribbed risers (6) of the passive evaporator (1) in the section are star-shaped, and the surface of their ribs is corrugated.

3. The air-water heat pump according to claim 1, characterized in that the additional equipment for increasing the heat transfer area is a coil (5) located in the soil.

4. Air-water heat pump according to claim 1, characterized in that as an additional equipment to increase the heat transfer area in the evaporator (1), ribbed risers (6) of 14 parts are used.