Устройство с хладагентом для повышения термодинамических характеристик

Изобретение относится к тепловым насосам. Замкнутый контур содержит охлаждающую текучую среду и смазку, смешиваемую с охлаждающей текучей средой. Замкнутый контур содержит компрессор (1) текучей среды и обратный контур для возвращения текучей среды в компрессор. Компрессор расположен в замкнутом контуре между входом текучей среды и выходом текучей среды. Обратный контур находится в замкнутом контуре соответственно компрессору между выходом текучей среды и входом текучей среды и содержит конденсатор (2), редуктор (3) и испаритель (4). Обратный контур содержит первый трубопровод, проходящий между выходом текучей среды и конденсатором, второй трубопровод, проходящий между конденсатором и редуктором, третий трубопровод, проходящий между редуктором и испарителем, и четвертый трубопровод, проходящий между испарителем и входом текучей среды. Замкнутый контур содержит первое расширение (5) трубопровода обратного контура, содержащее патрубки (50), и текучая среда содержит смесь первого фреона R32 (дифторметан), второго фреона R125 (пентафторметан) и третьего фреона R134a (1,1,1,2-тетрафторэтан), а смазка содержит синтетическое полиэфирное масло. Техническим результатом является повышение термодинамического КПД теплового насоса. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к тепловому насосу и, в частности, касается повышения термодинамических характеристик теплового насоса.

Из международной заявки WO20009004124 известно устройство для производства тепла в термодинамической системе за счет циркуляции текучей среды под давлением через множество патрубков в расширении трубопровода теплового насоса, в котором текучая среда находится в газообразном состоянии, между теплообменником и компрессором.

Хотя это известное устройство производит тепло, его трудно адаптировать для реализации теплового насоса, используемого в качестве бойлера зимой в жилом помещении, или реверсивного теплового насоса, используемого в качестве бойлера зимой и в качестве кондиционера летом. Такой насос осуществляет скорее передачу тепла, чем производит тепло.

В документах WO2009053726, US2009113900, JP2001317840 и WO2013164439 описаны другие известные устройства.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков известных технических решений.

В связи с этим объектом настоящего изобретения является тепловой насос, содержащий замкнутый контур, содержащий хладагент и смазку, при этом замкнутый контур содержит компрессор текучей среды и обратный контур для возвращения текучей среды в компрессор, при этом компрессор расположен в замкнутом контуре между входом текучей среды и выходом текучей среды, при этом обратный контур находится в замкнутом контуре соответственно компрессору между выходом текучей среды и входом текучей среды, при этом обратный контур содержит конденсатор, редуктор и испаритель, при этом упомянутый обратный контур содержит первый трубопровод, проходящий между выходом текучей среды и конденсатором, второй трубопровод, проходящий между конденсатором и редуктором, третий трубопровод, проходящий между редуктором и испарителем, и четвертый трубопровод, проходящий между испарителем и входом текучей среды, при этом упомянутый замкнутый контур содержит первое расширение трубопровода обратного контура, содержащее патрубки, при этом текучая среда содержит смесь первого фреона R32 (дифторметан), второго фреона R125 (пентафторметан) и третьего фреона R134a (1,1,1,2-тетрафторэтан), и смазка содержит синтетическое полиэфирное масло.

В вариантах изобретения:

- замкнутый контур содержит второе расширение трубопровода обратного контура;

- упомянутое первое расширение расположено на упомянутом первом трубопроводе;

- упомянутое второе расширение расположено на втором трубопроводе;

- синтетическое масло является полиэфирным;

- синтетическое полиэфирное масло входит в класс ISO VG 32;

- синтетическое полиэфирное масло класса ISO VG 32 выпускается в продажу под названием Emkarate® RL32-3 MAF;

- хладагент является фреоном R407C;

- хладагент является фреоном R407А;

- патрубки расположены вертикально;

- первое расширение расположено вертикально;

- первое расширение расположено вертикально и с восходящим потоком текучей среды;

- второе расширение расположено вертикально.

Объектами изобретения являются также:

- использование вышеупомянутого теплового насоса для обогрева закрытого помещения, при котором испаритель входит в термический контакт с наружным пространством закрытого помещения, и конденсатор входит в термический контакт с внутренним пространством закрытого помещения, с целью повышения термодинамического КПД операции обогрева;

- использование вышеупомянутого теплового насоса для кондиционирования закрытого помещения, при котором испаритель входит в термический контакт с внутренним пространством закрытого помещения, и конденсатор входит в термический контакт с наружным пространством закрытого помещения, с целью повышения термодинамического КПД операции кондиционирования.

В варианте поток упомянутого хладагента является восходящим в первом расширении.

Эти и другие отличительные признаки настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания со ссылкой на прилагаемый чертеж, представленный в качестве не ограничительного примера, на котором на фиг. 1 схематично показан тепловой насос согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения.

В рамках настоящего изобретения использованы следующие названия:

«Тепловой насос»: термодинамическое устройство для передачи тепла от источника, охлаждаемого тепловым насосом за счет отбора тепла из этого источника (или холодного источника), находящегося в контакте с испарителем насоса, в источник, нагреваемый насосом за счет удаления тепла в направлении этого источника (или горячего источника), находящегося в контакте с конденсатором насоса. Насос содержит также компрессор, питаемый от внешнего источника энергии, что обеспечивает передачу тепла от холодного источника в горячий источник в соответствии с вторым принципом термодинамики, и содержит редуктор для понижения давления, сообщаемого текучей среде компрессором. Конденсатор и испаритель, которые являются теплообменниками насоса, соединены двумя ветвями переноса хладагента или трубопроводами и образуют замкнутый контур, включающий в себя последовательно в контуре в одной из ветвей компрессор и последовательно в контуре в другой ветви редуктор. Замкнутый контур текучей среды герметично содержит хладагент, приводимый в движение в контуре компрессором и циркулирующий, в частности, от испарителя к конденсатору через компрессор и циркулирующий от конденсатора к испарителю через редуктор. Насос выполнен с возможностью отбора тепла из холодного источника за счет испарения этой текучей среды в испарителе, переноса тепла к горячему источнику от испарителя в конденсатор через компрессор и отдачи этого тепла в горячий источник за счет конденсации текучей среды в конденсаторе.

«Реверсивный тепловой насос»: тепловой насос, работающий между холодным источником и горячим источником, в котором известная дополнительная система гидравлических вентилей позволяет переходить от режима обогрева горячего источника, находящегося в контакте с первым теплообменником, при помощи холодного источника, находящегося в контакте с вторым теплообменником, в режим охлаждения горячего источника за счет инверсии направления циркуляции текучей среды в контуре или за счет перестановки порядка теплообменников в контуре при таком же направлении циркуляции текучей среды. Реверсивный тепловой насос требует переноса тепла, а не его производства.

«СОР»: коэффициент эффективности Q/W, характеризующий термодинамический КПД насоса через соотношение между энергией Q в виде тепла, передаваемой насосом от холодного источника в горячий источник, и энергией W в виде работы, как правило, электрической, необходимой для работы насоса. Большая цифра характеризует эффективный насос. Эта цифра может быть больше единицы, что не противоречит второму принципу термодинамики.

«Фреон»: общепринятое коммерческое название хлорфторуглеродов или CFC, классифицируемых различными организациями, такими как “ASHRAE” (“American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc), в соответствии с пронумерованным списком, в котором фреон указан под номером “abc”, где a=(число С)-1, b=(число Н)+1 и с=число F. Если а равно 0, его в формуле не указывают. Фреоны указаны в заявке либо в виде своей химической формулы, либо под номером abc, либо в виде буквы R, за которой следует abc.

В частности, в заявке будут рассмотрены:

- фреон 32 или R32 или F32, который является дифторметаном;

- фреон 125 или R125 или F125, который является пентафторэтаном;

- фреон 134а или F134a или R134a, который является 1,1,1,2-тетрафторэтаном;

- фреон R407C, который является смесью, как правило, 23% R32, 25% R125 и 52% R134a (массовые проценты), R407A (20%, 40%, 40%) и R407F (30%, 30%, 40%). Совокупность смесей R32, R125 и R134 называют «семейством фреонов R407», которое является подсемейством семейства, включающего в себя все фреоны из совокупности хладагентов или охлаждающих текучих сред. В частности, R407А характеризуется меньшим содержанием R134a, чем R407C.

«Синтетические масла» или «масла РОЕ»: синтетические полиэфирные масла, используемые с целью смазки компрессора теплового насоса, в частности, для обогрева или охлаждения жилых помещений, с использованием R32, R125 и R134а в составе хладагента, применяемого в этом насосе. Эти масла хорошо смешиваются при температурах испарения и конденсации в насосе с R32, R125 и R134а для обеспечения обратного потока масла, смешанного с этими фреонами в жидкой фазе, от конденсатора в испаритель насоса. Фреоны R32, R125 и R134а в жидкой фазе растворяются также в этих маслах, обеспечивая обратный поток в жидкой фазе фреона от испарителя в компрессор насоса и способствуя лучшему переносу масла, в частности, в виде масляного тумана, содержащего фреон, между компрессором и теплообменниками насоса, то есть узлом, состоящим из двух элементов, которыми являются испаритель и конденсатор насоса.

«Расположенный вертикально»: в тепловом насосе во время нормальный работы для расширения трубопровода или для патрубка трубопровода обозначает ориентацию, определяющую направление потока, параллельное или антипараллельное относительно поля земного притяжения. Это понятие обозначает также трубопровод или патрубок, в котором, с учетом его ориентации, законы двухфазных потоков в вертикальных трубках предпочтительно можно применять для законов двухфазных горизонтальных потоков. В целом это понятие обозначает также трубопровод или патрубок, который имеет наклон для потока и который, следовательно, не является горизонтальным. Таким образом, в рамках изобретения понятие не ограничивается строгой параллельностью патрубка или расширения трубопровода относительно поля тяготения.

Замкнутый контур содержит компрессор 1 текучей среды и обратный контур возврата текучей среды в компрессор. Компрессор находится в замкнутом контуре между входом текучей среды и выходом текучей среды, при этом обратный контур находится в замкнутом контуре соответственно компрессору между выходом текучей среды и входом текучей среды. Обратный контур содержит конденсатор 2, редуктор 3 и испаритель 4. Упомянутый обратный контур содержит также первый трубопровод, проходящий между выходом текучей среды и конденсатором, второй трубопровод, проходящий между конденсатором и редуктором, третий трубопровод, проходящий между редуктором и испарителем, и четвертый трубопровод, проходящий между испарителем и входом текучей среды.

Согласно изобретению, упомянутый замкнутый контур содержит первое расширение 5 трубопровода обратного контура, содержащее патрубки, при этом текучая среда содержит смесь первого фреона R32 (дифторметан), второго фреона R125 (пентафторметан) и третьего фреона R134a (1,1,1,2-тетрафторэтан), и смазка содержит синтетическое полиэфирное масло.

Изобретение описано ниже в качестве примера со ссылками на фиг. 1, на которой показан тепловой насос, оснащенный двумя расширениями трубопровода: первое расширение 5 трубопровода с патрубками 50 расположено между выходом текучей среды компрессора 1 насоса и конденсатором 2 насоса, и второе расширение 6 без патрубков расположено между конденсатором 2 и редуктором 3 насоса. Насос содержит также испаритель 4. Вместе с тем, можно предусмотреть только одно расширение.

Например, можно использовать тепловой насос для обогрева марки AIRWELL® с номинальной мощностью 12 кВт.

Изобретение можно также реализовать с тепловым насосом AIRMEC® модели ANF 50 с номинальной мощностью 15 кВт или модели ANF 100 с номинальной мощностью 35 кВт. Изобретение не ограничивается какими-либо конкретными производителем или моделью.

В насосе можно использовать набор медных трубопроводов с внутренним диаметром 14 миллиметров (14 мм), образующих замкнутый контур, герметичный по отношению к газам и жидкостям, при этом замкнутый контур находится в атмосфере.

В этом контуре установлен компрессор 1 марки ZB38KCE, имеющий вход текучей среды и выход текучей среды. Если рассматривать замкнутый контур снаружи компрессора от выхода текучей среды или нагнетательного патрубка компрессора до входа текучей среды или всасывающего патрубка компрессора, в замкнутом контуре последовательно находятся первое расширение 5 с патрубками 50, конденсатор 2, второе расширение 5 без патрубков, редуктор 3 и испаритель 4.

Первое расширение с патрубками на первом трубопроводе 14 мм представляет собой локальное увеличение внутреннего диаметра трубопровода или первое расширение. Это первое расширение 5 содержит внутренние патрубки 50, например, семь трубок с внутренним диаметром менее 5 мм при наружном диаметре 8,5 мм, окруженных первым расширением трубопровода. Внутренний диаметр расширения рассчитан таким образом, чтобы охватывать трубки, а толщина расширения рассчитана таким образом, чтобы выдерживать максимальное давление, рекомендованное для текучей среды в этой части насоса.

Внутренний диаметр расширения для 7 компактно сгруппированных трубок равен 3-кратному наружному диаметру трубки, то есть примерно 25,5 мм. Для большего количества трубок этот внутренний диаметр расширения можно определить как наружный диаметр компактно расположенных трубок.

Сумма внутренних сечений трубок 5 мм должна быть равна внутреннему сечению трубопровода 14 мм для насоса 15 кВт и равна двойному внутреннему сечению для насоса 35 кВт.

В случае, когда трубопровод с более значительным внутренним сечением необходимо оснастить расширением, выбирают такое же соотношение между диаметром патрубков и диаметром трубопровода, что и в этом первом варианте выполнения, то есть в данном случае соотношение, равное 14 мм/5 мм или 2,8.

Длину патрубков первого расширения выбирают равной около 22 см для насоса типа AERMEC® или 13 см для насоса типа AIRWELL®.

Конденсатор, который является известным элементом, расположен в контуре после первого расширения.

Второе расширение выполнено с возможностью работы в режиме жидкой фазы для хладагента и масла и является, например, идентичным первому расширению, но оно может содержать или не содержать патрубки, которые не являются необходимыми для достижения эффекта изобретения с вторым расширением, присутствующим в контуре дополнительно к первому расширению. На выходе второго расширения находится редуктор. Редуктор является известным элементом, в основном работающим в режиме жидкой фазы на своем входе, и выполнен с возможностью производства двухфазной смеси газа и жидкости при нормальной работе заявленного теплового насоса.

На выходе редуктора находится испаритель, который является известным элементом.

При использовании в режиме обогрева насос входит в контакт на уровне испарителя с атмосферой, окружающей обогреваемое закрытое помещение, а на уровне конденсатора - с системой обогрева закрытого помещения.

При использовании в режиме кондиционирования насос входит в контакт на уровне испарителя с охлаждаемым закрытым помещением и на уровне испарителя - с атмосферой, окружающей закрытое помещение.

Известные гидравлические вентили позволяют по команде пользователя переходить из режима обогрева в режим кондиционирования, если насос в соответствии с изобретением должен быть реверсивным.

Фреоном, выбираемым для всех насосов, является фреон R407C или R407A, а маслом является масло EMKARATE® RL32-3 MAF, смешивающееся с выбранным фреоном при всех рабочих температурах.

Как правило, для осуществления изобретения используют хладагент или охлаждающую текучую среду и масло, которые можно смешивать друг с другом.

Семейство хладагентов, являющихся фреонами под названием R407, и масла, смешиваемые с фреонами этого семейства, образуют совокупность текучих сред, используемых в рамках изобретения.

Независимо от объяснения физического явления, лежащего в основе изобретения, применяемого для выпускаемого в продажу насоса, модифицированного при помощи первого расширения с патрубками и второго расширения и работающего со смесью масла EMKARATE® RL32-3 MAF и смеси R32, R125 и R134a, специалист может использовать некоторые нижеследующие наблюдения заявителя, отмеченные во время многочисленных опытов, для воспроизведения, адаптации или распространения изобретения на другие смеси хладагентов и масла и получит на основании этих сведений тепловой насос с улучшенным термодинамическим КПД.

Основным принципом изобретения на дату патента является способность теплового насоса перемещать масло в виде эмульсии масляных капель, которая может увеличивать теплообмены в конденсаторе и в испарителе насоса. Средства в соответствии с изобретением, которыми являются первое и второе расширения, стремятся регенерировать или поддерживать эту эмульсию в виде, позволяющем улучшить работу теплообменников (конденсатора и испарителя) насоса.

Присутствие капель, которые взяты в качестве синонимов пузырьков (содержащих газ) в газообразной теплопередающей среде, или капель, взятых в качестве синонимов «антипузырьков» (пузырьков масла, содержащих газ) в жидкой теплопередающей среде, считается благоприятным для зарождения центров конденсации теплопередающей среды или испарения теплопередающей среды, что способствует теплообменам во время изменений ее фазы в теплообменниках насоса.

Считается, что в газовой фазе эта эмульсия представляет собой туман капелек, образующий «монодисперсную» масляную эмульсию в газовой фазе (то есть капельки имеют значения диаметров, в основном сконцентрированные вокруг одного общего значения) с достаточным временем жизни, чтобы достигать конденсатора и улучшать в нем теплообмены. Следовательно, в рамках изобретения используют первое средство для формирования масляного тумана между компрессором и конденсатором. Так, конкретное средство состоит в том, чтобы создавать разрежение в масляных каплях, абсорбировавших теплопередающий газ-хладагент по причине растворимости газа в масле, и способствовать появлению газовых пузырьков в каплях, которые могут разбиваться на более мелкие капельки.

Считается, что в жидкой фазе эта эмульсия является смесью масляных капелек, образующей «монодисперсную» масляную эмульсию в жидкой фазе с достаточным временем жизни, чтобы достигать испарителя и улучшать в нем теплообмены, а затем возвращаться в компрессор регулярно во времени в виде масляного тумана с равномерным диаметром масляных капель и повышать его изоэнтропический КПД за счет улучшенной смазки по сравнению с известным насосом.

Таким образом, для повышения СОР теплового насоса изобретение использует первое средство для формирования масляного тумана между компрессором и конденсатором и второе средство для получения дисперсии масляных капель в жидкой фазе между конденсатором и компрессором, причем эти капли могут разбиваться на более мелкие капельки или пузырьки при прохождении через редуктор и достигать испарителя.

Для достижения этой цели специалист с данном области может адаптировать элементы изобретения, которыми являются первое расширение с патрубками и второе расширение.

Ранее было известно только расширение с патрубками в режиме газовой фазы с любым фреоном в качестве вспомогательного источника тепла.

Таким образом, в известных решениях не ожидается повышение термодинамического КПД или СОР всего теплового насоса за счет использования одного или двух расширений, конкретного хладагента, и масла, смешивающегося с хладагентом. Полученный эффект позволяет предусматривать использование для обогрева или кондиционирования с насосом, имеющим по меньшей мере одно расширение.

Это усовершенствование получают без повышения температуры на границах первого расширения, используемого самостоятельно, которое не работает в качестве вспомогательного источника тепла.

Таким образом, при применении изобретения с фреоном R497C только с одним расширением с патрубками можно наблюдать повышение СОР на 27% при +7°С на насосе AIRWELL®.

С фреоном R407A при такой же температуре было получено повышение СОР на 21%.

Сравнимые результате в процентах выигрыша в СОР были получены с насосом AERMEC® ANF 50 или ANF 100.

Однако при наличии только одного расширения этот результат повышения СОР ухудшается при температуре ниже +7°С, если используют только одно расширение. В частности, оно становится бесполезным на практике при 0°С, поскольку выигрыш в СОР становится меньше 10%.

Таким образом, для получения выигрыша в СОР в температурном диапазоне от -7°С до +7°С к первому расширению добавляют второе расширение.

В этом случае для насоса марки AIRWELL® наблюдали следующие характеристики повышения тепловой мощности с двумя расширениями, называемыми также набором в рамках изобретения.

А) Насос AIRWELL® с номинальной мощностью 12 кВт - фреон R407C и масло РОЕ

А.1) Температура 7°С: мощность от производителя 12,72 кВт; мощность с набором 16,1; выигрыш в СОР 27%

А.2) Температура 0°С: мощность от производителя 10,65 кВт; мощность с набором 14,24; выигрыш в СОР 34%

А.3) Температура -7°С: мощность от производителя 8,5 кВт; мощность с набором 11,67; выигрыш в СОР 37%

В) Насос AIRWELL® с номинальной мощностью 12 кВт - фреон R407А и масло РОЕ

В.1) Температура 7°С: мощность от производителя 12,67 кВт; мощность с набором 15,28; выигрыш в СОР 21%

В.2) Температура 0°С: мощность от производителя 11,09 кВт; мощность с набором 13,65; выигрыш в СОР 23%

В.3) Температура -7°С: мощность от производителя 9,03 кВт; мощность с набором 10,32; выигрыш в СОР 14%

Сравнимые результаты в процентах выигрыша в СОР были получены для насоса AERMEC® ANF 50 или ANF 100.

Отмечается, что два расширения обеспечивают выигрыш в СОР во всем температурном диапазоне и, в частности, при самых низких температурах. Отмечается также, что в предпочтительном варианте изобретения используют фреон R407C и смешиваемое с ним масло, такое как полиэфирное масло или РОЕ.

Эти результаты показывают преимущество изобретения с точки зрения экономии энергии при использовании теплового насоса.

Ниже более подробно описаны элементы этого первого варианта.

Первое расширение состоит по своей длине, если рассматривать замкнутый контур от выхода текучей среды компрессора на первом трубопроводе, соединяющем выход текучей среды с конденсатором, из первой зоны увеличения внутреннего диаметра трубопровода, из второй зоны с постоянным внутренним диаметром трубопровода и из третьей зоны уменьшения внутреннего диаметра трубопровода.

Как известно, изменение диаметра первой зоны можно осуществить при помощи первого конуса, угол в вершине которого при нормальных гидравлических условиях работы насоса обеспечивает отрыв линий потока текучей среды, проходящей через насос.

Как известно, изменение диаметра третьей зоны можно осуществить при помощи второго конуса, угол в вершине которого при нормальных гидравлических условиях работы насоса не обеспечивает отрыва линий потока текучей среды, проходящей через насос.

В любом случае предпочтительно вторая зона первого расширения должна быть расположена вертикально, если хладагент представляет собой смесь фреонов и масла. Таким образом, эта зона имеет расположение в виде дымохода или выполняет функцию дымохода или вертикального канала для первого расширения, которое обычно работает с газообразным хладагентом и масляными каплями.

Это расположение обеспечивает передачу тепла в конденсатор, а не производство тепла, не доходящего до конденсатора, и увеличивает при этом время жизни эмульсии фреона и масляных капель после прохождения текучей среды через первое расширение и позволяет ей достигать конденсатора, несмотря на коалесценцию.

Для фреона или смеси фреонов, растворимых в масле, присутствующем в виде капель, переносимых вместе с газом, такая вертикальная структура обеспечивает многочисленные одновременные эффекты, приводящие к созданию или к регенерации стабильной во времени эмульсии газа и масла, такой, которую обычно производит компрессор на своем нагнетательном выходе и в которой капли обычно являются «полидисперсными» по диаметру (то есть диаметр которых колеблется в очень широком диапазоне вокруг центрального значения).

Среди этих эффектов можно указать:

- расширение Джоуля-Томсона в первом конусе, позволяющее части газов, растворимых в масляных каплях, образовать пузырьки, разбивающиеся на более мелкие и хорошо калиброванные капельки;

- отрыв линий потока текучей среды, приводящий к образованию мертвого объема в первом конусе, на уровне которого возникают завихрения, разбивающие переносимые в нем капли;

- селекция капель вертикальными трубками, препятствующая или не способствующая циркуляции масла в виде пленки в сторону конденсатора за счет создания волн вдоль трубок и образования вдоль этих трубок пены в виде капель из масляной пленки, присутствующей на стенках трубок;

- селекция капель вертикальными трубками, выполняющими роль коллиматора направления капель и их массы, способствуя переносу капелек, а не крупных капель, при этом масса капель способствует их задержанию вдоль трубок и их трансформации в пену из капелек, что известно из механики двухфазных текучих сред в вертикальных трубках;

- успокоение потока трубками и вторым конусом, обеспечивающее перенос капелек, образуемых первым вертикальным расширением, без коалесценции и с незначительными потерями напора до конденсатора, который находится в контуре после первого расширения.

При использовании смеси хладагента и масла специалист в данной области может изменять длину трубок и их диаметр для получения эффекта разделения масла, способствующего повышению термодинамического КПД насоса или СОР, измеряемого известными средствами.

В частности, изменение циркулирующего состава смеси, подаваемой первоначально в контур текучей среды, может быть показателем работы изобретения. При первоначально подаваемой смеси R407C можно наблюдать изменения составов смеси, измеряемые на выходе компрессора, в течение времени в зависимости от рабочих условий: внешней температуры, температуры гидравлического контура, регулировки редуктора. Поскольку дифференциальная растворимость компонентов R407C в масле меняется, задержание масла в трубках первого расширения тоже объясняет это изменение циркулирующего состава.

Однако такое изменение, которое меняет также плотность циркулирующей смеси, само по себе не может объяснить повышение СОР, поскольку параллельно необходимо обеспечивать увеличение электрической мощности, необходимой для приведения в движение этой более тяжелой смеси. Таким образом, влияние взаимной растворимости масла и фреонов можно считать показателем, необходимым для расчета первого вертикального расширения для практических случаев применения заявленного насоса, работающего с R407C или его вариантами, или со смесью R32, R125 и R134а в не стандартизированных пропорциях.

В рамках изобретения не исключено также использование фреона, отличного от смеси R32, R125 и R134а, если при этом отмечается увеличение тепловой мощности конденсатора при введении первого расширения в гидравлический контур насоса, работающего на этом конкретном фреоне.

В целом, как было указано выше, в рамках изобретения подходит конкретная смесь любого хладагента (фреона или не фреона) и масла, растворимого с любым газообразным хладагентом и смешиваемого с любым жидким хладагентом при рабочих температурах замкнутого контура теплового насоса, которая позволяет наблюдать увеличение тепловой мощности конденсатора при введении первого расширения с вертикальными патрубками между компрессором и конденсатором теплового насоса, работающего на этой конкретной смеси.

При наличии такого увеличения специалист в данной области может рассчитать длину трубок или рассчитать расстояние, отделяющее первое расширение от конденсатора, чтобы оптимизировать наблюдаемое в конденсаторе увеличение мощности, например, путем измерения температуры выхода горячей воды контура обогрева в тепловом контакте с конденсатором. Он может также менять вертикальность трубок, выбирая угол, позволяющий сохранять наклон трубок, обеспечивающий стекание масла вниз, с сохранением влияния на тепловую мощность конденсатора по сравнению со строгой вертикальностью.

Для пар хладагент/масло в соответствии с изобретением и при использовании смеси R32, R125 и R134а получают следующие значения улучшения СОР в процентах для R407C, R407А и R407F:

R407C R407А R407F
Окружающий воздух Выигрыш в СОР Выигрыш в СОР Выигрыш в СОР
7°С 27% 21% -3%
0°С 34% 23% 12%
-7°С 37% 14% 3%

Для общего хладагента, являющегося смесью масла в виде масляных капель и газа, такого как фреоны в газовой фазе, проходящей через первое расширение, эта структура рассчитана таким образом, чтобы равномерно разделять масляные капли с целью получения эмульсии капель и газа, достаточно стабильной с точки зрения времени жизни капель, чтобы они могли достигать конденсатора и образовать места зарождения, улучшающие теплообмены в конденсаторе и повышающие термодинамический КПД насоса. При пенистой смеси масла и газа к концепции первого расширения с патрубками можно применить этот же изобретательский замысел, но вместо эмульсии капель в газе или газа первое расширение будет предназначено для образования эмульсии пузырьков в газе или газах.

Не исключается также смешанный вариант, в котором первое расширение обеспечивает образование эмульсии капель, а также эмульсии пузырьков масла между маслом и фреонами, присутствующими в первом трубопроводе, в зависимости от свойств поверхностного натяжения масла и фреонов при рабочих температуре и давлении текучей среды в первом трубопроводе.

Изобретение было испытано со смесями фреонов R32, R125 и R134а, полученных при введении R407C, и конкретного масла EMKARATE® RL32-3 MAF в контуре насоса, усовершенствованного при помощи расположенного вертикально первого расширения и добавления второго расширения.

В рамках изобретения можно использовать любой хладагент и масло, растворимое и смешиваемое с этим хладагентом, приводящие к увеличению тепловой мощности конденсатора в этом контуре, причем это увеличение является критерием изобретения. Однако результат изобретения достигается, когда это увеличение мощности получают одновременно с повышением СОР. Таким образом, среди пар хладагент/масло, приводящих к увеличению тепловой мощности, специалист может определить пары, приводящие к повышению СОР, при введении второго расширения.

В частности, что касается фреонов, в рамках изобретения можно использовать синтетическое полиэфирное масло или «РОЕ» из семейства, включающего в себя масла, известные своей смешиваемостью с фреонами в жидкой фазе, и в котором фреоны в жидкой фазе являются растворимыми.

Во втором варианте выполнения изобретения работа известного теплового насоса AERMEC® ANF 50, усовершенствованного в соответствии с изобретением, подробно описана с точки зрения давления и температуры в насосе.

Используют компрессор (артикул ZB38КСЕ). Этот компрессор соответствует так называемой спиральной технологии “Scroll” и нагнетает смесь полиэфирного масла EMKARATE® RL32-3 MAF, газообразного R32, газообразного R125 и газообразного R134а при температуре Т=87°С и при давлении Р=18 бар.

Считается, что масло присутствует в жидком виде во всем замкнутом контуре при вышеупомянутых температуре и давлении.

Первое расширение является вертикальным с восходящим потоком текучей среды, при этом Р=18 бар и Т=84°С на входе и Р=18 бар и Т=84°С на выходе. На выходе смесь R32, R125 и R134а является газообразной. Таким образом, при нормальной работе в этом варианте выполнения не происходит повышения температуры на выходе первого расширения по отношению к его входу, следовательно, это расширение не работает как источник тепла.

В конденсаторе Р=18 бар и Т=84°С на входе и Р=18 бар и Т=45°С на выходе. На выходе смесь R32, R125 и R134а является жидкой.

Второе расширение является вертикальным с нисходящим потоком, при этом Р=18 бар и Т=45°С на входе и Р=18 бар и Т=45°С на выходе. На выходе смесь R32, R125 и R134а является жидкой с двухфазными периодами жидкость-газ, когда появляются пузырьки. Таким образом, при нормальной работе в этом варианте выполнения не происходит повышения температуры на выходе второго расширения по отношению к его входу, следовательно, и это расширение не работает как источник тепла.

В редукторе на выходе Р=7 бар, Т=13°С. Смесь R32, R125 и R134а на выходе является двухфазной смесью жидкость-газ.

В испарителе на входе Р=7 бар, Т=13°С. Смесь R32, R125 и R134а на выходе является газообразной.

Компрессор всасывает смесь масла EMKARATE® RL32-3 MAF и фреонов R32, R125 и R134а при Р=4 бар и Т=5°С.

При этой конфигурации выигрыш в СОР сравним с выигрышем в насосах марки AIRWELL®, упомянутых выше в связи с первым вариантом, в температурном диапазоне от -7°С до +7°С.

Изобретение является промышленно применимым в области тепловых насосов и кондиционеров.

Специалист может вносить в него различные изменения, не выходя за рамки настоящего изобретения, определенные в прилагаемой формуле изобретения.

1. Тепловой насос, содержащий замкнутый контур, содержащий охлаждающую текучую среду и смазку, при этом замкнутый контур содержит компрессор (1) текучей среды и обратный контур для возвращения текучей среды в компрессор, при этом компрессор расположен в замкнутом контуре между входом текучей среды и выходом текучей среды, и обратный контур находится в замкнутом контуре соответственно компрессору между выходом текучей среды и входом текучей среды, при этом обратный контур содержит конденсатор (2), редуктор (3) и испаритель (4), и упомянутый обратный контур содержит первый трубопровод, проходящий между выходом текучей среды и конденсатором, второй трубопровод, проходящий между конденсатором и редуктором, третий трубопровод, проходящий между редуктором и испарителем, и четвертый трубопровод, проходящий между испарителем и входом текучей среды, отличающийся тем, что упомянутый замкнутый контур содержит первое расширение (5) одного из указанных трубопроводов обратного контура, содержащее патрубки (50), при этом текучая среда содержит смесь первого фреона R32 (дифторметан), второго фреона R125 (пентафторметан) и третьего фреона R134a (1,1,1,2-тетрафторэтан), а смазка содержит синтетическое полиэфирное масло.

2. Тепловой насос по п. 1, отличающийся тем, что замкнутый контур содержит второе расширение (6) одного из указанных трубопроводов обратного контура.

3. Тепловой насос по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое первое расширение (5) расположено на упомянутом первом трубопроводе.

4. Тепловой насос по п. 2 или 3, отличающийся тем, что упомянутое второе расширение (6) расположено на упомянутом втором трубопроводе.

5. Тепловой насос по п. 1, отличающийся тем, что синтетическое полиэфирное масло входит в класс ISO VG 32.

6. Тепловой насос по п. 1, отличающийся тем, что охлаждающая текучая среда является фреоном R407C.

7. Тепловой насос по п. 1, отличающийся тем, что охлаждающая текучая среда является фреоном R407А.

8. Тепловой насос по п. 1, отличающийся тем, что упомянутые патрубки (50) расположены вертикально.

9. Тепловой насос по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое первое расширение (5) расположено вертикально.

10. Тепловой насос по п. 9, отличающийся тем, что упомянутое первое расширение (5) расположено вертикально и с восходящим потоком текучей среды.

11. Тепловой насос по п. 2, отличающийся тем, что упомянутое второе расширение расположено вертикально.

12. Способ обогрева закрытого помещения, отличающийся тем, что применяют тепловой насос по любому из пп. 1-11, причем испаритель приводят в термический контакт с наружным пространством закрытого помещения, а конденсатор приводят в термический контакт с внутренним пространством закрытого помещения для повышения термодинамического КПД операции обогрева.

13. Способ охлаждения закрытого помещения, отличающийся тем, что применяют тепловой насос по любому из пп. 1-11, причем испаритель приводят в термический контакт с внутренним пространством закрытого помещения, а конденсатор приводят в термический контакт с наружным пространством закрытого помещения для повышения термодинамического КПД операции охлаждения.

14. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что поток упомянутой охлаждающей текучей среды в упомянутом первом расширении является восходящим.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано при замораживании биоматериалов, продуктов питания, низкотемпературной обработки металлов и сплавов, в технологических процессах, где требуется потребление искусственного холода в диапазоне низких температур от минус 60 до минус 130°C.

Для обеспечения устройства 100 охлаждения на основе цикла Брайтона, использующего множество ступеней компрессоров и имеющего хороший отклик без снижения эффективности вследствие изменения в тепловой нагрузке охлаждаемого объекта, устройство (100) охлаждения на основе цикла Брайтона, соответствующее настоящему изобретению, содержит, в линии (101) хладагента, несколько ступеней компрессоров (102а, 102b, 102с); датчик (160) температуры для детектирования тепловой нагрузки объекта охлаждения и буферный резервуар (111), обеспеченный между линией (109) низкого давления и линией (110) высокого давления.

Система охлаждения включает в себя цикл охлаждения, имеющий: контур циркуляции (101), в котором течет хладагент; и по меньшей мере один компрессор (102) для сжатия хладагента, теплообменник (103) для охлаждения хладагента, сжатого посредством компрессора, по меньшей мере один турбодетандер (104) для расширения хладагента, охлажденного посредством теплообменника для генерации холода из тепла, и охлаждающий элемент (105) для охлаждения объекта, предназначенного для охлаждения посредством холода из тепла, которые обеспечены последовательно на контуре циркуляции, где по меньшей мере любой из по меньшей мере одного компрессора или по меньшей мере одного турбодетандера включают в себя множество компрессоров или турбодетандеров, которые расположены параллельно друг к другу относительно контура циркуляции.

Низкотемпературная холодильная машина для выработки искусственного холода с использованием в качестве рабочего вещества хладагента природного происхождения, преимущественно диоксида углерода.

Способ управления временем перехода через диапазон скоростей, опасных для второго детандера (120), который принимает поток текучей среды от первого детандера (110), осуществляется путем автоматического смещения скорости второго детандера (120), когда текущая скорость первого детандера находится в пределах диапазона применения смещения.

Способ управления временем перехода через диапазон скоростей, опасных для первого детандера (110), осуществляется путем автоматического смещения скорости второго детандера (120), который принимает поток текучей среды с выхода первого детандера (110), когда текущая скорость первого детандера находится в пределах диапазона применения смещения.

Изобретение относится к установке турбодетандер-компрессор, способу ее регулирования и контроллеру. Установка турбодетандер-компрессор содержит детандер, компрессор и контроллер.

Группа изобретений относится к способу охлаждения/сжижения при низкой температуре рабочей текучей среды, в частности рабочей текучей среды, имеющей в своем составе гелий или представляющей собой чистый гелий, при помощи устройства охлаждения/сжижения, содержащего рабочий контур, снабженный станцией сжатия и холодным блоком.
Изобретение относится к холодильной технике. Воздушная холодильная установка содержит турбокомпрессор, турбодетандер и камеру сгорания.

Изобретение относится к холодильной технике. .

Изобретение относится к компрессору для хладагента. Компрессор включает в себя корпус (12), расположенный в нем и приводимый посредством привода (84, 86, 66, 68, 76, 78) компрессорный элемент (26, 28), по меньшей мере один подшипниковый узел (62, 64, 72, 74) по меньшей мере для одного элемента (66, 68) привода (84, 86, 66, 68, 76, 78).

Изобретение относятся к кондиционеру воздуха с компрессором, использующим хладагент R32. Он содержит компрессор для сжатия хладагента; наружный теплообменник; внутренний теплообменник; и расширительный клапан для уменьшения давления хладагента, причем хладагент образован из гидрофторуглерода (HFC); компрессор содержит компрессорный узел для сжатия хладагента, узел электродвигателя для передачи вращающей силы компрессорному узлу через вращающийся вал, соединенный с компрессорным узлом, и участок для вмещения компрессорного масла для содержания компрессорного масла с целью уменьшения трения между вращающимся валом и компрессорным узлом и понижения температуры компрессора; и масло содержит углеродную наночастицу, при этом объем компрессорного масла составляет около 35-45% от эффективного объема внутренней части компрессора, причем эффективным объемом является объем, полученный путем вычитания объемов узла электродвигателя и компрессорного узла из общего объема компрессора.

Для улучшения холодильной установки, включающей в себя контур хладагента, в котором расположены холодильный компрессор, конденсатор, расширительное устройство и испаритель, причем холодильный компрессор имеет регулируемый по частоте вращения посредством электронной системы управления двигателем приводной двигатель и пронизываемую потоком хладагента ветвь охлаждения системы управления, которая ответвляется от контура хладагента между конденсатором и расширительным устройством и проведена к патрубку холодильного компрессора и в которой расположен теплоотвод.

Изобретение относится к холодильной технике. Способ охлаждения герметичного агрегата компрессионного холодильника включает увлажнение поверхности конденсатора.

Изобретение относится к области компрессоростроения, а именно к мультипликаторным центробежным компрессорам, которые могут быть использованы для работы в составе установок получения холода.

Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в пищевой промышленности, в агропромышленном комплексе и фермерских хозяйствах. .

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к тепловым насосам, и может быть использовано для обогрева объектов. Разделяют воздушный поток на холодную и горячую составляющие.

Изобретение относится к тепловым насосам. Замкнутый контур содержит охлаждающую текучую среду и смазку, смешиваемую с охлаждающей текучей средой. Замкнутый контур содержит компрессор текучей среды и обратный контур для возвращения текучей среды в компрессор. Компрессор расположен в замкнутом контуре между входом текучей среды и выходом текучей среды. Обратный контур находится в замкнутом контуре соответственно компрессору между выходом текучей среды и входом текучей среды и содержит конденсатор, редуктор и испаритель. Обратный контур содержит первый трубопровод, проходящий между выходом текучей среды и конденсатором, второй трубопровод, проходящий между конденсатором и редуктором, третий трубопровод, проходящий между редуктором и испарителем, и четвертый трубопровод, проходящий между испарителем и входом текучей среды. Замкнутый контур содержит первое расширение трубопровода обратного контура, содержащее патрубки, и текучая среда содержит смесь первого фреона R32, второго фреона R125 и третьего фреона R134a, а смазка содержит синтетическое полиэфирное масло. Техническим результатом является повышение термодинамического КПД теплового насоса. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх