NO151869B - HEAT PUMP - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en varmepumpe som omfatter en kompressor for sirkulasjon av et kjølemedium, en fordamper for fordampning av flytende kjølemedium, og en kondensator for kondensering av det fordampede kjølemedium, idet fordamperen omfatter et første rør som i en ende er tilkoblet sugesiden til kompressoren og er lukket i den annen ende, og et annet rør som er tilkoblet kondensatoren og rager hovedsakelig koaksialt inn i det første rør fra den nevnte ene ende av dette og munner ut i en viss avstand fra den annen, lukkede ende av det første rør, for å danne strupeanordningen til fordamperen. The invention relates to a heat pump which comprises a compressor for circulating a cooling medium, an evaporator for vaporizing liquid cooling medium, and a condenser for condensing the evaporated cooling medium, the evaporator comprising a first pipe which is connected at one end to the suction side of the compressor and is closed at the other end, and another pipe connected to the condenser and projecting substantially coaxially into the first pipe from said one end thereof and opening at a certain distance from the other, closed end of the first pipe, to form the throttle device of the vaporizer.

Formålet med oppfinnelsen er å oppnå en meget enkel kon-struksjon av fordamperen, samt automatisk justering av tilførselen av flytende kjølemedium til fordamperen i av-hengighet av mengden av den tilførte varme. The purpose of the invention is to achieve a very simple construction of the evaporator, as well as automatic adjustment of the supply of liquid cooling medium to the evaporator depending on the amount of added heat.

I henhold til oppfinnelsen oppnås dette ved at det første rør er omgitt av et langstrakt, rørformet, ytre hylster av et bøyelig, syntetisk elastomermaterial, anordnet som en del av en ledning for sirkulasjon av et utvendig fluid som kommer i berøring med utsiden av det første rør for varmeveksling med kjølemediet. According to the invention, this is achieved by the first tube being surrounded by an elongated, tubular, outer casing of a flexible, synthetic elastomer material, arranged as part of a conduit for the circulation of an external fluid which comes into contact with the outside of the first tubes for heat exchange with the refrigerant.

Når en liten mengde varme tilføres til fordamperen fra det utvendige fluid, kreves en lavere fordampningstemperatur i fordamperen, og dette oppnås automatisk i fordamperen i henhold til oppfinnelsen ved at strømmen av flytende kjølemedium automatisk minskes ved minkende temperatur. When a small amount of heat is supplied to the evaporator from the external fluid, a lower evaporation temperature is required in the evaporator, and this is automatically achieved in the evaporator according to the invention by the flow of liquid refrigerant being automatically reduced as the temperature decreases.

Det er ikke helt kjent hva som forårsaker denne virkning, men det antas at den forårsakes av det faktum at olje som inneholdes i det sirkulerende kjølemedium og kommer fra kompressoren til varmepumpen får økende viskositet jo lavere temperaturen i det utvendige fluid er, slik at strømmen av flytende kjølemedium gjennom det annet rør vil hindres. It is not entirely known what causes this effect, but it is believed to be caused by the fact that oil contained in the circulating refrigerant and coming from the compressor to the heat pump becomes increasingly viscous the lower the temperature of the external fluid, so that the flow of liquid refrigerant through the other pipe will be prevented.

Oppfinnelsen skal forklares mere detaljert i det følgende, idet det henvises til de vedlagte tegninger, der Fig. 1 skjematisk viser en varmepumpe i henhold til oppfinnelsen, og Fig. 2 viser et perspektivisk røntgenbilde av fordamperen og et rørformet ytre hylster på denne som leder det utvendige fluid. The invention shall be explained in more detail in the following, with reference to the attached drawings, where Fig. 1 schematically shows a heat pump according to the invention, and Fig. 2 shows a perspective X-ray image of the evaporator and a tubular outer casing on it that conducts it external fluid.

Varmepumpen vist i fig. 1 omfatter en kompressor 10 som pumper et kjølemedium, slik som freon, til en kondensator 11 og derfra til en fordamper 12 som er klarere vist i fig. 2. Fordamperen er anordnet inne i et rørformet ytre hylster 13 som er lukket i en ende, ved 14 og er koblet til en sirkulasjonspumpe 15 ved den annen ende. Et antall rør 16 med mindre tverrsnitt enn hylsteret 13 er tilkoblet ved en ende til hylsteret 13. De rager parallelt fra hylsteret 13 i tverretningen av dette, og danner deretter en bøy 17 på 180° og forløper tilbake til hylsteret 13 i parallell, slik at de med den annen ende er tilkoblet et annet rør 18. Røret 18 er lukket i en ende, ved 19, og er med den annen ende tilkoblet sirkulasjonspumpen 15, som sirkulerer et utvendig fluid, slik som vann, gjennom hylsteret 13 og rørene 16 og 18, slik som antydet med piler på tegningene. Det vil således sees at hylsteret 13 og røret 18 danner manifolder for rørene 16. Hylsteret 13 og rørene 16 og 18 er fortrinnsvis laget av en meget be-standig og fleksibel, syntetisk elastomer, slik som poly-vinylklorid (PVC), og i såfall kan de omfatte sorte PVC-rør av den type som brukes i ledningsnett for vanntil-førsel, eller etylen-propylen-dien-monomer (EPDM). Det er viktig at materialet i rørene er motstandsdyktig mot kor-rosjon, utrafiolett lys og kjemisk nedbrytning og The heat pump shown in fig. 1 comprises a compressor 10 which pumps a refrigerant, such as freon, to a condenser 11 and from there to an evaporator 12 which is more clearly shown in fig. 2. The evaporator is arranged inside a tubular outer casing 13 which is closed at one end, at 14 and is connected to a circulation pump 15 at the other end. A number of tubes 16 with a smaller cross-section than the casing 13 are connected at one end to the casing 13. They project parallel from the casing 13 in the transverse direction thereof, and then form a bend 17 of 180° and extend back to the casing 13 in parallel, so that those with the other end are connected to another pipe 18. The pipe 18 is closed at one end, at 19, and is connected with the other end to the circulation pump 15, which circulates an external fluid, such as water, through the casing 13 and the pipes 16 and 18, as indicated by arrows in the drawings. It will thus be seen that the sleeve 13 and the tube 18 form manifolds for the tubes 16. The sleeve 13 and the tubes 16 and 18 are preferably made of a very resistant and flexible synthetic elastomer, such as polyvinyl chloride (PVC), and in that case they may include black PVC pipes of the type used in water supply conduits, or ethylene-propylene-diene monomer (EPDM). It is important that the material in the pipes is resistant to corrosion, ultraviolet light and chemical degradation and

eliminerer fryseproblemer. eliminates freezing problems.

I fig. 1 er rørene 16 anordnet i en gruppe som omfatter seks rør, og et ønsket antall slike grupper av rør kan være koblet til hylsteret 13 og røret 18, idet et utsnitt av en annen gruppe er vist ved 16' In fig. 1, the pipes 16 are arranged in a group comprising six pipes, and a desired number of such groups of pipes can be connected to the casing 13 and the pipe 18, a section of another group being shown at 16'

Hylsteret 13 og rørene 16 og 18 danner en varmeveksler for tilførsel av varme til fordamperen 12, og denne varmeveksler kan være anbragt i bakken, slik at fluidet som sirkulerer i den absorberer jordvarme, eller den kan være opphengt i holdere som befinner seg for eksempel på en garasje eller taket til en carport eller på en vegg eller et gjerde, slik at fluidet som sirkulerer i den absorberer luf tvarme. The casing 13 and the pipes 16 and 18 form a heat exchanger for the supply of heat to the evaporator 12, and this heat exchanger can be placed in the ground, so that the fluid circulating in it absorbs ground heat, or it can be suspended in holders located, for example, on a garage or the roof of a carport or on a wall or fence, so that the fluid circulating in it absorbs air heat.

I den beskrevne varmeveksler kan rørene 16 i hver gruppe bestå av en absorbsjonsmatte som markedsføres under det registrerte varemerket SolaRoll og produseres av Bio-Energy Systems, Inc., Ellenville, New York, U.S.A. De kan være anordnet i den endereturform som er vist i fig. 1, men andre utformninger i henhold til kjent teknikk kan an-ordnes, slik som vingetypen eller gittertypen. En bal-ansert strømning slik som vist i fig. 1 der det sirkulerende fluid har samme strømningsretning i hylsteret 13 og røret 18 foretrekkes fremfor den ubalanserte strømning med motsatte strømningsretninger i disse rørene. In the heat exchanger described, the tubes 16 in each group may consist of an absorbent mat marketed under the registered trademark SolaRoll and manufactured by Bio-Energy Systems, Inc., Ellenville, New York, U.S.A. They can be arranged in the end return form shown in fig. 1, but other designs according to known technology can be arranged, such as the wing type or the lattice type. A balanced flow as shown in fig. 1 where the circulating fluid has the same flow direction in the casing 13 and the tube 18 is preferred over the unbalanced flow with opposite flow directions in these tubes.

Det utvendige fluid som har absorbert varme under passer-ingen av den beskrevne varmeveksler passerer fordamperen 12 i varmevekslende forhold til denne, for å tilføre den nødvendige varme for fordampningen av det flytende kjøle-medium som er tilført fordamperen. Det uvendige fluid vil vanligvis ha en temperatur på 6 - 8°C, men temperaturen kan være så lav som 2°C. I stedet for å bli oppvarmet i den beskrevne varmeveksler idet det utvendige fluid strøm-mer gjennom hylsteret 13 i varmevekslende forhold til fordamperen 12, kan dette fluid oppvarmes i en solkollek-tor eller tilføres fra et fjernvarme-ledningsnett, eller det kan utgjøre grunnvann som er pumpet opp fra grunnen og føres tilbake til grunnen etter å ha passert fordamperen i varmevekslende forhold med denne. The external fluid which has absorbed heat during the passage of the described heat exchanger passes the evaporator 12 in a heat-exchange relationship with it, in order to supply the necessary heat for the evaporation of the liquid cooling medium which is supplied to the evaporator. The external fluid will usually have a temperature of 6 - 8°C, but the temperature can be as low as 2°C. Instead of being heated in the described heat exchanger as the external fluid flows through the casing 13 in a heat-exchange relationship with the evaporator 12, this fluid can be heated in a solar collector or supplied from a district heating network, or it can constitute ground water which is pumped up from the ground and is returned to the ground after passing the evaporator in heat-exchange conditions with it.

Under særlig henvisning til fig. 2 på tegningene, omfatter varmeveksleren 12 et første rør 20 som har endevegger 21 og 22 og således er fullstendig lukket mot det indre av hylsteret 13 der fordamperen befinner seg. Et annet rør 23 forløper gjennom endeveggen 21 og rager inn i det første rør 20 hovedsakelig koaksialt med dette. Den indre ende av det annet rør 23 munner- ut i en viss avstand fra den annen endevegg 22. En ledning 24 forbinder røret 20, med den ende som er lukket av endeveggen 21, med kompressoren 10 på sugesiden av denne, idet trykksiden er tilkoblet innløpet til kondensatoren 11 via en ledning 25, og en ledning 26 forbinder røret 23 med utløpet til kondensatoren. Kondensatoren er anordnet i varmevekslende forhold med et annet, utvendig fluid, slik som vann, hvilket tjener som varmebærer for å fordele varmen som gjenvinnes i kondensatoren, for eksempel til radiatorer i et sentralvarmeanlegg i en bygning. With particular reference to fig. 2 in the drawings, the heat exchanger 12 comprises a first pipe 20 which has end walls 21 and 22 and is thus completely closed to the interior of the casing 13 where the evaporator is located. Another pipe 23 extends through the end wall 21 and projects into the first pipe 20 substantially coaxially with it. The inner end of the second pipe 23 opens at a certain distance from the other end wall 22. A line 24 connects the pipe 20, with the end that is closed by the end wall 21, with the compressor 10 on the suction side of this, the pressure side being connected the inlet to the condenser 11 via a line 25, and a line 26 connects the pipe 23 to the outlet of the condenser. The condenser is arranged in a heat-exchange relationship with another, external fluid, such as water, which serves as a heat carrier to distribute the heat recovered in the condenser, for example to radiators in a central heating system in a building.

Det flytende kjølemedium tilføres oppstrøms for det ut-.vendige fluid som strømmer gjennom hylsteret 13, til røret 23, og fra den åpne ende av "røret 23 fordamper kjølemediet under absorbsjon av varme fra det utvendige fluid og strømmer deretter gjennom røret 20 i motsatt strømnings-retning i forhold til det flytende kjølemedium i røret 23 og det utvendige fluid i hylsteret 13, til ledningen 24, for å bli suget inn igjen av kompressoren 10 og å kom-primeres av kompressoren. Røret 23 danner således strupeanordningen for fordamperen 12. Det flytende kjølemedium som tilføres gjennom røret 23 kjøles av det omgivende kjølemedium i røret 20 under sin strømning mot den åpne ende av røret 23, der kjølemediet fordamper og kommer inn i røret 20, og på grunn av denne kjøling av det tilførte kjølemedium oppnås den ovenfor beskrevne effekt, hvilket betyr at strømmen av kjølemedium justeres etter den mengde varme som tilføres av det utvendige fluid i hylsteret 13. The liquid refrigerant is supplied upstream of the external fluid flowing through the casing 13, to the pipe 23, and from the open end of the pipe 23 the refrigerant evaporates while absorbing heat from the external fluid and then flows through the pipe 20 in the opposite direction of flow -direction in relation to the liquid refrigerant in the pipe 23 and the external fluid in the casing 13, to the line 24, to be sucked in again by the compressor 10 and to be compressed by the compressor. The pipe 23 thus forms the throat device for the evaporator 12. liquid refrigerant supplied through the pipe 23 is cooled by the surrounding refrigerant in the pipe 20 during its flow towards the open end of the pipe 23, where the refrigerant evaporates and enters the pipe 20, and due to this cooling of the supplied refrigerant the above described effect, which means that the flow of cooling medium is adjusted according to the amount of heat supplied by the external fluid in the casing 13.

Ved en typisk utførelsesform av varmepumpen i henhold til oppfinnelsen har hylsteret 13 en indre diameter på omtrent 40 mm. Det nevnte første rør 20 til fordamperen 12 har en indre diameter på omtrent 19 mm, mens det nevnte annet rør 23 har en indre diameter på 4,7 - 4,8 mm. Kjølemediet tilføres til røret 23 fra ledningen 26 ved en temperatur på for eksempel 40 - 50°C, og kjøles i røret 23 til fordampningstemperatur på 10 - 20°C. In a typical embodiment of the heat pump according to the invention, the casing 13 has an inner diameter of approximately 40 mm. Said first pipe 20 to the evaporator 12 has an inner diameter of approximately 19 mm, while said second pipe 23 has an inner diameter of 4.7 - 4.8 mm. The cooling medium is supplied to the pipe 23 from the line 26 at a temperature of, for example, 40 - 50°C, and is cooled in the pipe 23 to an evaporation temperature of 10 - 20°C.

Det er ikke nødvendig at det utvendige fluid som brukes for å tilføre varme til fordamperen 12 er et sirkulerende fluid slik som i den beskrevne utførelsesform. En rør-lengde som danner det ytre hylster til fordamperen og har en lengde på for eksempel 15 meter kan anbringes i bakken for varmeveksling mellom kjølemediet og det utvendige fluid som mottas av røret. I såfall er det utvendige fluid ikke-sirkulerende og består hensiktsmessig av vann. Når kompressoren 10 arbeider, hvilket kan skje i noen timer i løpet av 24 timer, vil vannet i det ytre hylster fryse til is på grunn av det faktum at kjølemediet absorberer sin fordampningsvarme fra vannet. Denne frysing kan tillates når det ytre hylster består av et plastrør som er fleksibelt, slik at det unngås skader på grunn av ekspan-sjonen under frysingen. I resten av syklusen på 24 timer vil isen smeltes i det ytre hylster på grunn av tilførsel av grunnvarme fra omgivelsene. It is not necessary that the external fluid used to supply heat to the evaporator 12 is a circulating fluid as in the described embodiment. A length of pipe which forms the outer casing of the evaporator and has a length of, for example, 15 meters can be placed in the ground for heat exchange between the refrigerant and the external fluid received by the pipe. In that case, the external fluid is non-circulating and suitably consists of water. When the compressor 10 is operating, which may happen for a few hours in 24 hours, the water in the outer casing will freeze to ice due to the fact that the refrigerant absorbs its heat of vaporization from the water. This freezing can be permitted when the outer casing consists of a plastic tube which is flexible, so that damage due to expansion during freezing is avoided. For the remainder of the 24-hour cycle, the ice will melt in the outer casing due to the supply of ground heat from the surroundings.

Claims (2)

1. Varmepumpe som omfatter en kompressor (10) for sirkulasjon av et kjølemedium, en fordamper (12) for fordampning av flytende kjølemedium, og en kondensator (11) for kondensering av det fordampede kjølemedium, idet fordamperen (12) omfatter et første rør (20) som i en ende (21) er tilkoblet sugesiden til kompressoren (10) og er lukket i den annen ende (22), og et annet rør (23) som er tilkoblet kondensatoren (11) og rager hovedsakelig koaksialt inn i det første rør fra den nevnte ene ende (21) av dette og munner ut i en viss avstand fra den annen, lukkede ende (22) av det første rør, for å danne strupeanordningen til fordamperen, karakterisert ved at det første rør (20) er omgitt av et langstrakt, rørformet, ytre hylster (13) av et bøyelig, syntetisk elastomermaterial, anordnet som en del av en ledning (13, 18) for sirkulasjon av et utvendig fluid som kommer i berøring med utsiden av det første rør (20) for varmeveksling med kjølemediet.1. Heat pump comprising a compressor (10) for circulating a cooling medium, an evaporator (12) for vaporizing liquid cooling medium, and a condenser (11) for condensing the evaporated cooling medium, the evaporator (12) comprising a first tube ( 20) which at one end (21) is connected to the suction side of the compressor (10) and is closed at the other end (22), and another pipe (23) which is connected to the condenser (11) and protrudes mainly coaxially into the first pipe from the said one end (21) thereof and opens at a certain distance from the other, closed end (22) of the first pipe, to form the throat device of the evaporator, characterized in that the first pipe (20) is surrounded by an elongated, tubular, outer sleeve (13) of a flexible, synthetic elastomer material, arranged as part of a line (13, 18) for the circulation of an external fluid that comes in contact with the outside of the first pipe (20) for heat exchange with the refrigerant. 2. Varmepumpe som angitt i krav 1, karakterisert ved at ledningen (13, 18) danner manifold for et antall rør (16, 16') til en varmeveksler .2. Heat pump as stated in claim 1, characterized in that the line (13, 18) forms a manifold for a number of pipes (16, 16') to a heat exchanger.