NL8120274A - - Google Patents

Description

8120 2 7 4 -1- 22653/Vk/mb8120 2 7 4 -1- 22653 / Vk / mb

Korte aanduiding: Warmtepomp.Short designation: Heat pump.

De uitvinding heeft betrekking op een warmtepomp bestaande uit een compressor voor het doen circuleren van een koelmiddel, 5 een verdamper voor het doen verdampen van een vloeibaar koelmiddel, in warmte-uitwisselend verband met een extern fluïdum en een koeler voor het condenseren van het verdampte koelmiddel.The invention relates to a heat pump consisting of a compressor for circulating a refrigerant, an evaporator for evaporating a liquid refrigerant, in heat exchange with an external fluid and a cooler for condensing the evaporated refrigerant .

Volgens de uitvinding wordt een warmtepomp van dit type hierdoor gekenmerkt dat de verdamper een eerste buis omvat die in kontakt 10 is met extern fluïdum aan de buitenzijde hiervan, die aan één uiteinde is verbonden met de zuigkant van de compressor en aan het andere uiteinde is afgesloten, en een tweede buis verbonden met de koeler, die zich nagenoeg coaxiaal uitstrekt in de eerste buis vanaf het ene uiteinde hiervan en open uitmondt op enige afstand van het andere gesloten uit-15 einde van de eerste buis ter vorming van het regelorgaan van de verdamper.According to the invention, a heat pump of this type is characterized in that the evaporator comprises a first tube which is in contact with external fluid on the outside thereof, which is connected at one end to the suction side of the compressor and is closed at the other end , and a second tube connected to the cooler, which extends substantially coaxially in the first tube from one end thereof and opens openly some distance from the other closed end of the first tube to form the evaporator controller .

Door deze rangschikking wordt niet alleen een zeer eenvoudige constructie verkregen van de verdamper maar ook een automatische instelling van de toevoer van vloeibaar koelmiddel aan de verdamper in 20 afhankelijkheid van de hoeveelheid toegevoerde warmte, waarbij een kleine hoeveelheid warmte wordt toegevoerd aan de verdamper uit het externe fluïdum, een lagere verdampingstemperatuur vereist is in de verdamper en dit automatisch in de verdamper wordt bereikt volgens de uitvinding door de stroom vloeibaar koelmiddel die automatisch wordt verminderd 25 bij een lager wordende temperatuur.This arrangement provides not only a very simple construction of the evaporator, but also an automatic adjustment of the supply of liquid refrigerant to the evaporator depending on the amount of heat supplied, with a small amount of heat being supplied to the evaporator from the external fluid, a lower evaporating temperature is required in the evaporator and this is automatically achieved in the evaporator according to the invention by the flow of liquid refrigerant which is automatically reduced at a decreasing temperature.

Het is niet met zekerheid bekend waardoor deze werking optreedt, maar er wordt verondersteld dat dit wordt bewerkstelligd door het feit dat olie die is meegevoerd in het circulerende koelmiddel en wordt afgegeven door de compressor van de warmtepomp steeds viskeuzer 30 wordt bij lager wordende temperatuur van het externe fluïdum, waarbij de vloeistofstroom van het koelmiddel door de tweede buis zal worden verstoord. Bij voorkeur is de eerste buis omgeven door een langwerpig buisvormig buitenomhulsel dat deel uitmaakt van de leiding waardoor het externe fluïdum wordt gecirculeerd.It is not known for certain what causes this action to occur, but it is believed to be accomplished by the fact that oil entrained in the circulating refrigerant and released by the heat pump compressor becomes increasingly viscous as the temperature of the refrigerant decreases. external fluid, which will disrupt the coolant fluid flow through the second tube. Preferably, the first tube is surrounded by an elongated outer tubular sheath that forms part of the conduit through which the external fluid is circulated.

35 De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de bijgevoegde tekening waarin: fig. 1 een schematisch aanzicht van een warmtepomp is volgens de uitvinding en 8120274 -2- m fig. 2 een perspectivisch aanzicht is van de verdamper en een buis die een buitenomhulsel hiervoor vormt, waardoor het uitwendige fluïdum wordt geleid.The invention will be further elucidated with reference to the annexed drawing, in which: fig. 1 is a schematic view of a heat pump according to the invention and 8120274 -2-m fig. 2 is a perspective view of the evaporator and a tube containing a outer sheath for this, through which the external fluid is passed.

De warmtepomp die is weergegeven in fig. 1 bestaat 5 uit een compressor 10 die een koelmiddel zoals freon naar een koeler 11 pompt en van hieruit naar een verdamper 12 die duidelijker is weergegeven in fig. 2. De verdamper is aangebracht binnen een omhulsel dat wordt gevormd door buis 13, die aan één uiteinde bij 14 is afgesloten en is verbonden met een circulatiepomp 15 bij het andere uiteinde hier-10 van. Een aantal buizen 16 met een kleinere dwarsdoorsnede dan buis 13 is bij één uiteinde hiervan verbonden met buis 13. Ze strekken zich evenwijdig aan elkaar uit vanaf buis 13 in een richting loodrecht hierop en vormen dan een boog 17 van 180° zodat ze terugkeren in buis 13 waarbij ze opnieuw evenwijdig aanelkaar lopen en zijn verbonden aan het 15 andere uiteinde hiervan aan een andere buis 18 die vergelijkbaar is met buis 13. Buis 18 is gesloten aan een uiteinde hiervan bij 19 en is verbonden bij het andere uiteinde met de circulatiepomp 15, die een uitwendig fluïdum zoals water door de buizen 13, 16 en 18 circuleert, zoals aangegeven door de pijlen in de tekening. Hieruit zaLhet duidelijk 20 zijn dat de buizen 13 en 18 verdeelstukken vormen voor de buizen 16.The heat pump shown in Fig. 1 consists of a compressor 10 which pumps a refrigerant such as Freon to a cooler 11 and from there to an evaporator 12 more clearly shown in Fig. 2. The evaporator is mounted within a casing which is formed by tube 13, which is terminated at 14 at one end and is connected to a circulation pump 15 at the other end thereof. A plurality of tubes 16 with a smaller cross section than tube 13 are connected at one end thereof to tube 13. They extend parallel to each other from tube 13 in a direction perpendicular to it and then form an arc 17 of 180 ° so that they return into tube 13 again parallel to each other and connected at the other end thereof to another tube 18 similar to tube 13. Tube 18 is closed at one end thereof at 19 and is connected at the other end to the circulation pump 15, which circulates an external fluid such as water through the tubes 13, 16 and 18, as indicated by the arrows in the drawing. From this it will be clear that the pipes 13 and 18 form manifolds for the pipes 16.

De buizen 13, 16 en 18 zijn bij voorkeur vervaardigd uit een zeer duurzaam en flexibel, synthetisch elastomeer zoals polyvinylchloride (PVC) waarbij ze kunnen bestaan uit zwarte PVC-buizen van het type zoals toegepast voor netwerken van waterleidingen of vervaardigd uit ethyleen-25 propyleen-dieenmonomeer (EPDM). Het is van belang dan het materiaal van de buizen bestand is tegen corrosie, ultraviolet licht en chemische aantasting en dat hierbij geen problemen ontstaan bij vriezen.Tubes 13, 16 and 18 are preferably made from a highly durable and flexible synthetic elastomer such as polyvinyl chloride (PVC), which may consist of black PVC tubing of the type used for water pipe networks or made from ethylene-25 propylene diene monomer (EPDM). It is important that the material of the tubes is resistant to corrosion, ultraviolet light and chemical attack and that this does not cause any problems with freezing.

In fig. 1 zijn de buizen 16 gerangschikt in een groep bestaande uit zes buizen en een gewenst aantal van deze groep van buizen 30 kan zijn verbonden met de buizen 13 en 18, waarbij een andere groep gedeeltelijk is weergegeven bij 16'.In Fig. 1, the tubes 16 are arranged in a group consisting of six tubes and a desired number of this group of tubes 30 may be connected to the tubes 13 and 18, another group being shown in part at 16 '.

De buizen 13, 16 en 18 vormen een warmtewisselaar voor het toevoeren van warmte aan verdamper 12 en deze warmtewisselaar kan zijn aangebracht in de grond zodat het fluïdum dat hierin circuleert 35 de grondwarmte absorbeert of de warmtewisselaar kan zijn aangebracht in platen die zich bijvoorbeeld op een garage of dak van een carport of op een muur of heg bevinden, zodat het fluïdum dat wordt gecirculeerd de warmte van de lucht absorbeert.Tubes 13, 16 and 18 form a heat exchanger for supplying heat to evaporator 12, and this heat exchanger can be mounted in the ground so that the fluid circulating therein absorbs the ground heat or the heat exchanger can be mounted in plates that are located, for example, on a garage or roof of a carport or on a wall or hedge, so that the fluid that is circulated absorbs the heat of the air.

8120274 m -3- 22653/Vk/mb8120274 m -3- 22653 / Vk / mb

Volgens een bij voorkeur uitgevoerde uitvoeringsvorm kan de beschreven warmtewisselaar bestaan de buizen 16 in elke groep uit een absorberende mat die in de handel wordt gebracht onder de merkaanduiding "SolaRoll" en wordt vervaardigd door Bio-Energy Systems, Ine., Ellenville, 5 . New York, Verenigde Staten van Amerika. Deze kan worden aangebracht bij het uiteinde van de configuratie zoals weergegeven in fig. 1, maar ook andere corifiguraties kunnen worden samengesteld zoals bekend, met name als vlindertype of als netwerk. Een uitgebalanceerde stroom zoals weergegeven in fig. 1, waarbij het circulerend fluïdum dezelfde stroom-10 richting heeft in de buizen 13 en 18 verdient de voorkeur boven de niet gebalanceerde stroom die tegengestelde stroomrichtingen heeft in de buizen.In a preferred embodiment, the heat exchanger described may consist of the tubes 16 in each group of an absorbent mat marketed under the brand designation "SolaRoll" and manufactured by Bio-Energy Systems, Ine., Ellenville, 5. New York, United States of America. This can be applied at the end of the configuration as shown in Fig. 1, but also other configurations can be composed as known, in particular as a butterfly type or as a network. A balanced flow as shown in Fig. 1, wherein the circulating fluid has the same flow direction in the tubes 13 and 18 is preferable to the unbalanced flow which has opposite flow directions in the tubes.

Het externe fluïdum dat warmte heeft geabsorbeerd tijdens de doorvoer door de warmtewisselaar loopt door de verdamper 12 in 15 warmte-uitwisseling hiermee om de warmte die nodig is voor het verdampen van het vloeibare koelmiddel dat wordt toegevoerd aan de verdamper, te leveren. Het externe fluïdum zal gewoonlijk een temperatuur hebben van 6 tot 8 °C, maar de temperatuur kan ook lager zijn, te weten 2 °C. In plaats van te worden verwarmd in de warmtewisselaar, loopt het 20 externe fluïdum door buis 13 in een warmte-uitwisselend verband met de verdamper 12, zodat fluïdum kan worden verwarmd in een zonnecollector of de warmte kan worden geleverd uit een netwerk voor afvalwarmte of kan bestaan uit ondergronds water dat uit de grond wordt verpompt en opnieuw aan de grond wordt toegevoerd nadat het water door de verdamper 25 is gevoerd in een warmte-uitwisselend verband hiermee.The external fluid that has absorbed heat as it passes through the heat exchanger passes through the evaporator 12 in heat exchange therewith to provide the heat necessary to evaporate the liquid refrigerant supplied to the evaporator. The external fluid will usually have a temperature of 6 to 8 ° C, but the temperature may also be lower, namely 2 ° C. Instead of being heated in the heat exchanger, the external fluid passes through tube 13 in a heat-exchanging relationship with the evaporator 12, so that fluid can be heated in a solar collector or the heat can be supplied from a waste heat network or consist of underground water which is pumped from the ground and is fed back to the ground after the water has passed through the evaporator 25 in a heat exchange relationship therewith.

Met verwijzing naar fig. 2 kan worden gesteld dat de verdamper 12 bestaat uit een eerste buis 20 met uiteinden 21 en 22 en zodoende volledig is afgesloten tegen het binnenste van buis 13 waarin de verdamper is aangebracht. Een tweede buis 23 loopt door het uiteinde 30 21 en strekt zich uit in de eerste buis 20 op een nagenoeg coaxiale wijze. Het inwendige uiteinde van de tweede buis 23 mondt op enige afstand uit van het andere uiteinde 22. Een leiding 24 verbindt buis 20 bij het gesloten uiteinde door de eindwand 21 met de compressor 10 bij de zuigkant hiervan, waarbij de drukzijde wordt verbonden met de toevoer 35 van de condensor 11 door middel van leiding 25, en een leiding 26 verbindt buis 23 met de afvoer van de koeler. De koeler is in een warmte-uitwisselend verband aangebracht met een tweede extern fluïdum, zoals water, dat dient als warmte-overdragend medium voor het verdelen van de 8120274 -4- 22653/Vk/mb warmte die is gewonnen in de koeler, bijvoorbeeld aan radiatoren of aan een centraal verwarmingssysteem in een gebouw.With reference to Fig. 2, it can be said that the evaporator 12 consists of a first tube 20 with ends 21 and 22 and is thus completely sealed against the interior of tube 13 in which the evaporator is arranged. A second tube 23 extends through the end 30 21 and extends into the first tube 20 in a substantially coaxial manner. The internal end of the second tube 23 opens at some distance from the other end 22. A conduit 24 connects tube 20 at the closed end through the end wall 21 to the compressor 10 at its suction side, connecting the pressure side to the inlet 35 of the condenser 11 by means of line 25, and a line 26 connects tube 23 to the cooler outlet. The cooler is applied in a heat exchange relationship with a second external fluid, such as water, which serves as a heat transfer medium for distributing the 8120274 -4-22653 / Vk / mb of heat recovered in the cooler, e.g. radiators or to a central heating system in a building.

Het vloeibare koelmiddel wordt stroomopwaarts toegevoerd ten opzichte van het externe fluïdum dat door buis 13 wordt gevoerd 5 aan buis 23 en vanaf het open uiteinde van de buis verdampt het koelmiddel tijdens absorptie van warmte uit het externe fluïdum en wordt vervolgens door buis 20 gevoerd in tegengestelde stroomrichting aan die van het vloeibare koelmiddel in buis 23 en het externe fluïdum in buis 13 aan leiding 24 ten einde opnieuw te worden binnengezogen door 10 compressor 10 en om op druk te worden gebracht door de compressor. Buis 23 vormt zodoende het regelorgaan van de verdamper 12. Het vloeibare koelmiddel dat wordt toegevoerd via buis 23,wordt door het omgevende koelmiddel in buis 20 gekoeld tijdens de naar voren gerichte stroom naar het open uiteinde van buis 23, waarbij het koelmiddel wordt ver-15 dampt en in buis 20 komt en door het afkoelen van het koelmiddel wordt de bovenbeschreven werking verkregen, hetgeen betekent dat de koelmiddel-stroom wordt afgesteld op de hoeveelheid warmte die wordt toegevoerd door het externe fluïdum in buis 13.The liquid coolant is fed upstream of the external fluid passing through tube 13 to tube 23 and from the open end of the tube the coolant evaporates during absorption of heat from the external fluid and is then passed through tube 20 in opposite flow direction to that of the liquid refrigerant in tube 23 and the external fluid in tube 13 on line 24 so as to be re-drawn in by compressor 10 and pressurized by the compressor. Tube 23 thus forms the controller of the evaporator 12. The liquid refrigerant supplied through tube 23 is cooled by the surrounding refrigerant in tube 20 during the forward flow to the open end of tube 23, thereby cooling the refrigerant. 15 vaporizes and enters tube 20 and cooling the coolant achieves the above-described action, which means that the coolant flow is adjusted to the amount of heat supplied by the external fluid in tube 13.

In een bepaalde uitvoeringsvorm van de warmtepomp vol-20 gens de uitvinding heeft buis 13 een inwendige diameter van ongeveer 40 mm. De eerste buis 20 van de verdamper 12 heeft een inwendige diameter van ongeveer 19 mm, terwijl de tweede buis 23 een inwendige diameter heeft van 4,7-4,8 mm. Het koelmiddel wordt toegevoerd aan buis 23 via leiding 26 bij een temperatuur van bijvoorbeeld 40-50 °C en wordt in 25 buis 23 gekoeld tot de verdampingstemperatuur van 10-20 °C.In a particular embodiment of the heat pump according to the invention, tube 13 has an internal diameter of about 40 mm. The first tube 20 of the evaporator 12 has an internal diameter of about 19 mm, while the second tube 23 has an internal diameter of 4.7-4.8 mm. The coolant is supplied to tube 23 via line 26 at a temperature of, for example, 40-50 ° C and is cooled in tube 23 to the evaporation temperature of 10-20 ° C.

Het is niet noodzakelijk dat het uitwendige fluïdum dat wordt toegepast om warmte toe te voeren aan verdamper 12 een circulerend fluïdum is zoals in de uitvoeringsvorm is beschreven. Een lange buis die het buitenomhulsel vormt van de verdamper en met een lengte van bij-30 voorbeeld 15 m kan in de grond worden geplaatst voor warmte-uitwisseling tussen het ko^middel en het externe fluïdum dat naar de buis wordt gevoerd. Daarbij is het externe fluïdum niet-circulerend en kan bij voorkeur water zijn. Wanneer de compressor 10 in werking is, hetgeen gedurende enkele uren kan optreden berekend over 24 uren, zal het water 35 in het buitenste omhulsel bevriezen tot ijs door het feit dat het koelmiddel de verdampingswarmte uit het water absorbeert. Dit bevriezen kan worden toegestaan wanneer het buitenste omhulsel bestaat uit een kunststofbuis die flexibel is, waardoor beschadiging bij expansie tijdens 8120274 φ -5- het bevriezen wordt voorkomen. Gedurende de resterende periode van de cyclus van 24 uren zal het ijs dan worden gesmolten in het buitenste omhulsel door de toevoer van grondwarmte uit de omgeving.It is not necessary that the external fluid used to supply heat to evaporator 12 is a circulating fluid as described in the embodiment. A long tube that forms the outer shell of the evaporator and is, for example, 15 m in length, can be placed in the ground for heat exchange between the coolant and the external fluid that is supplied to the tube. In addition, the external fluid is non-circulating and may preferably be water. When the compressor 10 is running, which can occur for several hours over 24 hours, the water in the outer shell will freeze to ice due to the fact that the refrigerant absorbs the heat of evaporation from the water. This freezing can be allowed when the outer casing consists of a plastic tube that is flexible, preventing damage upon expansion during 8120274 φ -5- freezing. During the remaining period of the 24-hour cycle, the ice will then be melted in the outer casing by supplying ground heat from the environment.

Het is zelfs niet nodig dat de verdamper 12 is aange-5 bracht in een buitenste omhulsel. De verdamper kan zijn ondergedompeld in zeewater, in een meer, rivier of andere natuurlijke bron voor een extern fluïdum dat geschikt is om de verdampingswarmte toe te voeren aan de verdamper.It is not even necessary for the evaporator 12 to be mounted in an outer shell. The evaporator may be immersed in sea water, in a lake, river or other natural source of external fluid suitable for supplying the evaporation heat to the evaporator.

Samengevat bestaat de warmtepomp uit een compressor 10, 10 een verdamper 12 en een koeler 11. De verdamper 12 bestaat uit een eerste buis 20 die in contact komt met een extern fluïdum, welke buis aan de uiteinden is gesloten en een tweede buis 23 binnen de eerste buis en die zich coaxiaal hiermee uitstrekt, namelijk vanaf een uiteinde van de eerste buis en open uitmondt op enige afstand van het andere 15 uiteinde van deze buis. Bij het ene uiteinde is de eerste buis 20 verbonden met de zuigkant van de compressor 10, terwijl de tweede buis 23 bij dat uiteinde is verbonden met de drukkant van de compressor ter vorming van een regelorgaan voor de verdamper.In summary, the heat pump consists of a compressor 10, 10 an evaporator 12 and a cooler 11. The evaporator 12 consists of a first tube 20 which comes into contact with an external fluid, which tube is closed at the ends and a second tube 23 within the first tube and which extends coaxially therewith, namely from one end of the first tube and opens open at some distance from the other end of this tube. At one end, the first tube 20 is connected to the suction side of the compressor 10, while the second tube 23 is connected at that end to the pressure side of the compressor to form an evaporator controller.

81202748120274

Claims (5)

1. Warmtepomp bestaande uit een compressor (10) voor het doen circuleren van een koelmiddel, een verdamper (12) voor het 5 doen verdampen van vloeibaar koelmiddel, in warmte-uitwisseling met een extern fluïdum en een koeler (11) voor het doen condenseren van het verdampte koelmiddel, met het kenmerk, dat de verdamper (12) bestaat uit een eerste buis (20) die In contact is met een extern fluïdum aan de buitenzijde hiervan, die aan één uiteinde (21) is verbonden 10 met de buitenkant van de compressor (10) en aan het andere uiteinde (22) is afgesloten, en een tweede buis (23) verbonden met de koeler (11) die zich nagenoeg coaxiaal uitstrekt in de eerste buis, in het eerste uiteinde (21) hiervan en open uitmondt op enige afstand van het andere, gesloten uiteinde (22) van de eerste buis, ter vorming 15 van het regelorgaan van de verdamper.A heat pump consisting of a compressor (10) for circulating a refrigerant, an evaporator (12) for evaporating liquid refrigerant, in heat exchange with an external fluid and a condenser (11) for condensing of the evaporated refrigerant, characterized in that the evaporator (12) consists of a first tube (20) which is in contact with an external fluid on the outside thereof, which is connected at one end (21) to the outside of the compressor (10) and at the other end (22) is closed, and a second tube (23) connected to the cooler (11) which extends substantially coaxially in the first tube, in the first end (21) thereof and open opens at some distance from the other, closed end (22) of the first tube, to form the evaporator controller. 2. Warmtepomp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste buis (20) is omgeven door een langgerekt buisvormig omhulsel (13) waaraan extern fluïdum wordt toegevoerd.Heat pump according to claim 1, characterized in that the first tube (20) is surrounded by an elongated tubular casing (13) to which external fluid is supplied. 3. Warmtepomp volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat 20 het buitenste omhulsel (13) bestaat uit een buis van een flexibel, synthetisch, elastomeer materiaal.Heat pump according to claim 2, characterized in that the outer casing (13) consists of a tube of a flexible, synthetic, elastomeric material. 4. Warmtepomp volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het omhulsel (13) is aangebracht als een deel van een leiding voor het doen circuleren van het extern fluïdum hierdoor. 25Heat pump according to claim 2 or 3, characterized in that the casing (13) is arranged as part of a conduit for circulating the external fluid therethrough. 25 5. Warmtepomp volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat leiding (13) een verdeelstuk vormt voor een aantal buizen (16, 16*) van eeh warmtewisselaar. 8120274Heat pump according to claim 4, characterized in that pipe (13) forms a manifold for a number of pipes (16, 16 *) of a heat exchanger. 8120274