SE542633C2 - Anordning för snabbavfrostning utan kompressorstopp av förångaren i en luft-vatten-värmepump och för att köra värmepumpen vid extremt låga förångartemepraturer och vid extremt lågalaster - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en värmepump innefatande en kompressor (101), en kondensor (102), et köldmedieförråd (103), en expansionsventil (104), styrd av en styrenhet (106) och en förångare (105). Värmepumpen är försedd med en bypasskanal (200) som löper förbi åtminstone köldmedieförrådet (103) och expansionsventilen (104). Det finns anordnat en tempererad köldmediedom (301), innefattande en sluten behållare som nedtill via ett öppet förbindelserör är förbunden med köldmediekretsens högtrycksida. Domen är anordnad så att den står i flödesförbindelse antingen med kondensorns (102) utlopp (102u) eller kompressorns utlopp (101u). En bypassventil (201) är konfigurerad att manövreras externt mellan sina tre alternativa lägen, helt stängd, helt öppen respektive reducerat öppen, motsvarande värmepumpens tre alternativa driftlägen, normaldrift, avfrostningsdrift respektive effektreducerad drift. En särskild styrenhet (203) är anordnad att manövrera bypassventilen (201) mellan dess tre alternativa lägen.

Description

VÄRMEPUMP MED KÖLDMEDIEDOM Uppfinningen avser att reducera avfrostningstiderna i en Luft-Vatten-värmepumpmed mer än 96 procent. I tillägg elimineras behovet av att stänga avvärmepumpskompressorn under avfrostningsprocessen. Inte heller krävs attluftflödet genom förångaren 105 bidrar till avfrostningen utöver det att det helst börhålla en temperatur överstigande O °C så att det inte motverkaravfrostningsprocessen. Uppfinningen avser också att möjliggöra utvidgning avvärmepumpens tillåtna driftområde till att utan risk för kompressorskador ocksåinnefatta extremt låga förångartemperaturer och/ eller extremt låga uteffekter Bakgrund till uppfinningen Förångaren 105 i en högeffektiv Luftvärmepump håller vanligen en temperaturväsentligt under noll grader och ofta ända ner till ca tjugo grader under noll.Därmed kommer luftens fukt att fällas ut på förångaren 105 och bilda ett allttjockare och allt mer värmeisolerande is / frostskikt som medför att förångarens 105COP (coefficient of performance) degraderas mer och mer, vilket i sin tur inverkarmenligt på värmepumpens COP. Därför måste förångaren 105 avfrostasregelbundet så att dess kapacitet återställs. Under avfrostningsförloppet kommervärmepumpen inte att kunna ta upp någon värmeenergi från värmekällan luften),vilket över tid medför att värmepumpens genomsnittliga energikapacitet degraderasi motsvarande omfattning. Sålunda kommer en 6 kW värmepump som exempelvisbehöver avfrostas under ca 15 % av drifttiden att förlora hela 15 % i kapacitet ochsålunda inte prestera en genomsnittlig värmeeffekt högre än 4,5 kW.

Avfrostningsbehovet utgör därför en icke oväsentlig nackdel som behäftar alla typerav luftvärmepumpar.

Förutsatt att lufttemperaturen överstiger noll grader åstadkoms avfrostningenenklast genom att man stänger av kompressorn och låter luftflödet från fläkten tinaupp frosten på förångaren. (Denna enkla avfrostning är den metod som traditionellttillämpas för frånluftsvärmepumpar, där ju luftflödet normalt alltid hållerrumstemperatur.) ° En uteluftvärmepump kan dock inte avfrostas via luftflödet när det är fryskalltute, utan då måste avfrostningsenergin tillföras på annat sätt. Värme får då tasfrån kompressorn eller från tillskottsel vilket i sin tur kraftigt degraderar COP-genomsnittet. Ä andra sidan är ju uteluften att betrakta som en obegränsadenergitillgång, varför man alltid kan dimensionera uteluftsmaskinen till att underresterande drifttid kunna producera all den uppvärmningsenergi huset behöver.

° För en frånluftvärmepump, däremot, är själva frånluften alltid tillräckligt varm,dryga tjugo grader, för att förångaren 105 ska kunna avfrostas. Sådan avfrostningtar dock en ganska lång tid i anspråk om man vill säkerställa att all is avlägsnats.Under avfrostningstiden kan ingen värmeenergi tas ut för självahusuppvärmningen. Samtidigt är frånluften oftast en begränsad energiresurs somman behöver utnyttja så långt det går för att kunna tillgodoseuppvärmningsbehovet under kalla perioder. Där finns ju ingen möjlighet att ökavärmeuttaget utöver vad effektflödet i frånluften medger. Likaså är frånluftsenerginatt se som en ”färskvara”. Energin i det flöde som inte utnyttjats föruppvärmningen har ju oåterkalleligen gått förlorad. Så, om husets värmebehovöverstiger vad värmepumpen i genomsnitt över tiden förmår producera, tvingas man att täcka bristen genom att skjuta till dyrbar spetsenergi, vanligen då frånelpatroner. Detta blir i sin tur blir förödande för den totala COP föruppvärmningssystemet. En VP-COP på exempelvis aktningsvärda 4,0 kanskeräcker för husets behov. Men om avfrostningstiderna skulle uppgå till inte orimliga20 % av den totala drifttiden, så blir snitt-COP endast mediokra 3,2, samtidigt somelförbrukningen för uppvärmningen ökar med hela 25 %.

En annan olycklig begränsning är att kompressorn kan ta allvarlig skada om denhamnar i sådana driftförhållanden att den på sin sugsida utsätts för alltför lågatemperaturer, tryck och eller gasflöden. Man tvingas då vanligen att stänga avkompressorn till dess acceptabla driftförhållanden kunnat återupprättas. Detta isin tur inverkar förstås menligt på värmepumpens energiproduktion och COP.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning utgörs av kompletteringar till den traditionellaköldmediekretsen i en Luft-Vatten-värmepump.

Närmare bestämt inkluderas 1. En styrd bypasskanal via vilken en direktförbindelse med lågt tryckfall mellankompressorutlopp alternativt kondensorutlopp 102u och förångarinlopp 105i kanhelt stängas, helt öppnas eller delvis öppnas med hjälp av en manövrerbar ventil,bypassventilen 201.Öppen ventil leder het köldmedieånga via bypassledningen 202 tillförångaren 105 för kondensering med åtföljande högeffektsavfrostning,avfrostningsdrift.Stängd ventil ger normal VP-drift, normaldrift.Delvis öppen ventil ger effektreducerad drift i det att ett mycket litetdelflöde av het ånga avleds direkt till kondensorinloppet, varvidtemperatur, tryck och gasflöde ökar i kondensor och ikompressorinlopp. Samtidigt reduceras den värmeeffekt somproduceras i kondensorn och detta vid oförändrat kompressorvarvtal. 2. En styrenhet 203 med tillhörande sensorer som analyserar behovet avavfrostning och eller effektreduktion och baserat därpå styr bypassventilen 201.Enhetens analysfunktion kan göras obegränsat komplex och den kan vara anslutentill en mångfald olika sensorer. I sitt enklaste utförande är styrenheten 203ansluten till endast en sensor för förångartemperaturen och den grundar sin analyshelt och hållet på dels den tid som förflutit sedan senaste avfrostning, dels aktuellförångartemperatur. 3. En köldmediedom 301 som vid avfrostning driver in sitt innehåll avköldmediekondensat i värmepumpens varma kondensor 102 för avkokning underupptagande av ansenliga energimängder från det varma cirkulationsvatten somströmmar genom kondensorns 102 värmeväxlare.

Den öppna bypasskanalen enligt punkt 1 leder kompressoreffekten på ca 1-2 kW ini förångaren 105 som värms upp. Framför allt värms förångarens kallaste delarupp, där man kan påräkna den kraftigaste påfrostningen. Därmed smälter isensnabbt loss från förångarmetallen, eventuella lösa frostrester blir fullständigtexponerade för frånluftsflödet och smälter snabbt bort. På så sätt kan enavfrostning som med traditionella metoder normalt tar minst ca tio minuter ianspråk (20 % av normal tid mellan två på varandra följande avfrostningar) klarasav på mindre än två minuter (4 % av denna tid).

Köldmediedomen 301 enligt punkt 3 ovan tillför inte på egen hand någonavfrostningsfunktion. Men när trycket i domen sjunker kraftigt pga. attbypasskanalen 200 ovan öppnas, så kommer domens innehåll avköldmediekondensat att i ansenliga mängder flöda genom den varma kondensorn102 där det omedelbart tillförs stora mängder värmeenergi från kondensorns 102värmeväxlare (effekter om ca trettio till fyrtio kW kan påräknas), snabbkokar ochströmmar över till den kalla förångaren 105 där det snabbkondenserar och återavger sina ca trettio till fyrtio kW. Dessa tillförda ca trettio till fyrtio kW smälter bortall påfrostning på mindre än tio sekunder (0,33 % av normal tid mellan två påvarandra följande avfrostningar )! Möjligen kan smältvattnet behöva få ytterligaretio sekunder på sig för att hinna lämna förångaren. Sammantaget åstadkoms då enfullständig avfrostning av förångaren 105 på kortare tid än tjugo sekunder (<0,7 %av normal tid mellan två på varandra följande avfrostningar).

Tack vare den extremt korta avfrostningstiden kan man här låta avfrostningarnaske ofta utan att värmeproduktionen minskar märkbart. Då minskar dengenomsnittliga isbeläggningen utanpå förångaren 105 liksom den erforderliga tidenför varje enskild avfrostning, vilket i sin tur medför en inte oväsentlig ökning avsåväl förångartemperaturen och -verkningsgraden som av COP och avvärmeproduktionen för hela värmepumpen.

Avfrostningsfunktion: 1. Avfrostningen startas omedelbart och utan att kompressorn behöver stoppasnär styrenheten 203 öppnar bypassventilen 201 helt. Då uppstår i bypassledningen202 ett kraftigt köldmedieflöde i ångfas från kondensor till förångarinlopp som delsreducerar tryckskillnaden dem emellan till ett minimum (kondensortrycket sjunkerkraftigt och förångartrycket stiger kraftigt), dels överför en mycket hög effekt tillförångaren. Likaså minskas tryckdifferensen över kompressorn till motsvarandeminimum vilket medför att denna hamnar i tomgång och således endast förbrukartomgångsel. 2. Den kraftiga tryckökningen i förångaren 105 ger upphov till en kraftigkondensering med åtföljande kraftig uppvärmning och särskilt då i förångarens 105kallaste partier. Värmeenergin strömmar ut genom förångarväggarna och smältersnabbt bort befintlig påfrostning. Allra snabbast sker smältningen i de kallastepartierna, där påfrostningen är som tjockast. 3. I den varma kondensorn 102 sjunker trycket på motsvarande sätt kraftigt,vilket ger upphov till en blixtsnabb avkokning av där befintligt kondensat, somexpanderar kraftigt och strömmar vidare genom den öppna bypasskanalen 200 tillden kalla förångaren 105 där det lika blixtsnabbt kondenserar och avlämnar sittenergiinnehåll. 4. I förekommande fall medför det snabbt sänkta trycket i kondensorn 102 ocksåatt nytt kondensat strömmar in i kondensorn 102 från den trycksatta och varmaköldmediedomen, ett kondensatflöde som passerar kondensorn 102 och där ävendet snabbt förångas under kraftigt energiupptag från cirkulationsvattnet, strömmarvidare genom bypasskanalen 200 till förångaren 105, där ångan åter kondenserasoch avger den värmeenergi som tagits upp vid passagen genom kondensorn 102.

. När påfrostningen avlägsnats från förångaren 105 stiger dennas temperatursnabbt. Styrenheten 203 stänger då bypassventilen 201 varvid värmepumpenomedelbart övergår i ordinarie drift med full effekt och därefter på mycket kort tid,endast ett fåtal sekunder, återför den utnyttjade avfrostningsenergin tillrecipienten. 6. Tidsåtgängen för en fullständig avfrostningscykel enligt ovan kan påräknasväsentligt understiga en minut.

Effektreduktionsfunktion: 1. Styrenheten 203 övervakar eventuellt behov av effektreduktion och/ eller ökningav temperatur-, tryck- eller gasflöde i kompressorinloppet. 2. Skulle sådant behov föreligga så öppnar styrenheten bypassventilen 201 så passmycket som erfordras. Därvid avleds en delmängd av kompressorns 101hetgasflöde och tillförs förångarinloppet 105i. Dä ökar gasflöde, tryck ochtemperatur i förångaren 105 och i kompressorinloppet. Samtidigt minskarhetgasflödet in i kondensorn 102 medförande minskad kondensering minskadeffektavgivning till cirkulationsvattnet och sänkt tryck. Allt sammantaget minskaspå detta sätt kompressorns tryckkvot, den viktigaste parametern för att undvikakompressorskador, samt ökar gasflöde och därmed smörjningen av kompressorn. 3. Under vissa omständigheter kan det tänkas vara ekonomiskt fördelaktigt attrationalisera bort kompressorns varvtalsreglering och ersätta denna med enbypassdriven effektreduktion.

Den nya uppfinningen definieras i krav 1.

Föredragna utföringsformer definieras i de beroende kraven.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar principutformningen av en traditionell värmepump med dess gängseköldmediekrets och styrutrustning.

Fig. 2 - 6 visar hur den traditionella värmepumpen enligt f1g. 1 kompletterats meduppfinningen i olika konfigurationer och olika status: 1. En obligatorisk grov bypasskanal som driver avfrostningen. Kanalen inkluderarsjälva bypassledningen 202 och en bypassventil 201 som manövreras av entillhörande egen styrenhet 203. 2. En köldmediedom 301.

Fig. 2 visar värmepumpen enligt fig. 1 med tillförd komplett funktion för bypassfrån kompressorutlopp 101u till förångarinlopp. I figuren är bypassventilen 201helt stängd.

Fig. 3 visar värmepump med bypass enligt fig. 2, men där bypassledningen 202anslutits till kondensorutloppet 102u i stället för som i fig. 2 tillkompressorutloppet.

Fig. 4 visar värmepumpen enligt fig. 2 kompletterad med en returvattentempereradköldmediedom 301 ansluten på motsatt sida av kondensorn 102 relativtanslutningen av bypassledningen 202.

Fig. 5 visar i analogi med fig. 4 värmepumpen enligt fig. 3 kompletterad med enreturvattentempererad köldmediedom 301 ansluten på motsatt sida av kondensorn102 relativt anslutningen av bypassledningen 202.

Fig. 6 visar ett förenklat utförande av värmepumpen enligt fig. 4, medbortrationaliserad returvattentemperering av köldmediedomen 301 som i ställettempereras via fränluftsflödet Fig. 7 visar motsvarande förenklat utförande av värmepumpen enligt f1g. 5, medbortrationaliserad returvattentemperering av köldmediedomen 301 som i ställettempereras via frånluftsflödet Fig. 8 visar principen för en värmepump utan köldmediedom i avfrostningsdrift.Som exempel har här valts värmepumpen enligt fig. 2. Bypassventilen 201 hållsmaximalt öppen.

Fig. 9 visar principen för en värmepump med köldmediedom i avfrostningsdrift.Som exempel har här valts värmepumpen enligt fig. 6. Bypassventilen 201hållsmaximalt öppen.

Fig. 10 visar principen för en värmepump utan köldmediedom i effektreduceraddrift. Som exempel har här valts värmepumpen enligt fig. 2. Bypassventilen 201hålls begränsat öppen och släpper då igenom en liten delmängd av hetgasflödetdirekt till förångarinloppet.

Fig. 1 1 visar principen för en värmepump med köldmediedom i avfrostningsdrift.Som exempel har här valts värmepumpen enligt fig. 6. Bypassventilen 201 hållsbegränsat öppen och släpper då igenom en liten delmängd av hetgasflödet direkt tillförångarinloppet.

Detaljerad Beskrivning Uppfinningen avser modifiering av en sedvanlig köldmediekrets, fig. 1, i envärmepump. Modifieringen definieras ovan i beskrivningarna avseende fig. 2-6.

Den sedvanliga köldmediekretsen utgörs av en sluten slinga med i tur och ordningföljande komponenter: En kompressor 101, en kondensor 102, ett köldmedieförråd103 (ibland benämnt ”receiver”), en expansionsventil 104 samt en förångare 105.Flödet genom köldmediekretsen styrs av en dedicerad maskinstyrning 106.

Modifieringen innefattar: 1. En genväg (bypasskanal 200) för hetgasen från kompressorn 101, förbiköldmedelförråd 103 och expansionsventil 104, direkt till inloppet av kretsensförångare 105. I en alternativ dragning kan bypasskanalen 200 också få passeraförbi kondensorn 102. Kapaciteten för bypasskanalen 200 kan skiftas mellan heltblockerad, delvis öppen respektive helt vidöppen med fri passage och endastobetydligt tryckfall för allt gasflöde från kompressorn, företrädesvis maximalt 100kPa.

Kapacitetsregleringen av bypasskanalen 200 sker via en manövrerbar bypassventil201 vars läge kan ställas om mellan helt stängd, delvis öppen respektive helt öppen. 2. En styrenhet 203 som manövrerar bypassventilen 201, baserat på signalernafrån anslutna externa sensorer. 3. En köldmediedom 301 som hålls tempererad av antingen vattencirkulationengenom värmepumpen (figurerna 4 och 5) eller av frånluftsflödet genomvärmepumpen (figurerna 6 och 7) och som under avfrostningen kontinuerligt förserkondensorn 102 med kondensat för förångning.

I exempelvis fig. 4 visas värmepumpen enligt fig. 2 kompletterad med enköldmediedom 301 tempererad av returvatten 1 122 och ansluten tillköldmediekretsen. För bästa verkan är enligt uppfinningen domens 301 anslutningalltid förlagd på motsatt sida av kondensorn 102 relativt anslutningen avbypassledningen 202. I detta fall således vid kondensorutloppet.

Köldmediedomen 301 utgörs av en sluten behållare, nedtill via ett öppetförbindelserör förbunden med köldmediekretsens högtrycksida. (Förbindelseröretska således anslutas till köldmediekretsen någonstans mellan kompressorutloppet101u och köldmedieförrådet 103. I tillägg uppnås bästa effekt om anslutningenförläggs på motsatt sida av kondensorn 102 relativt anslutningen av bypasskanalen200.) Genom förbindelsen mellan dom 301 och köldmediekrets kommer köldmedium frittatt flöda så att alla tryckskillnader mellan domen och kretsen omedelbartelimineras. På grund av att anslutningen är förlagd i domens botten, kommeremellertid utflödet ur domen att alltid bestå av eventuellt förekommandeköldmediekondensat, som ju ansamlats på domens botten. Inflödet kan däremotutgöras av såväl ånga som kondensat, helt beroende på aktuell mediefas ianslutningen till köldmediekretsen.

Som en följd av domens 301 konstruktion, temperering och anslutning kommerden under normaldrift att helt fyllas av köldmediekondensat och underavfrostningsdrift att mycket snabbt driva allt sitt kondensatinnehåll ut iköldmediekretsen.

Förklaring av detta som följer: Medietrycket inne i domen 301 är som tidigare nämnts detsamma som iköldmediekretsen utanför.

När maskinen går i normaldrift eller i effektreducerad drift, bestäms medietrycketav förhållandena i kondensorn och motsvarar mediets kondenseringstryck vidrådande kondensortemperatur. På grund av att domen 301 är tempererad till entemperatur som vid normaldrift alltid understiger kondensortemperaturen (vidfrånluftstemperering av domen 301 innebär detta att kondensortemperaturen intebör understiga frånluftstemperaturen(, vilket rimligen mycket sällan sker)), såkommer trycket inne i domen att vid normaldrift väsentligt överstiga köldmedietskondenseringstryck vid aktuell temperatur, varför all köldmedieånga i domen 301kommer att kondensera och medge inströmning av ytterligare köldmedium.Därmed kommer domen 301 att efter en kort period i normaldrift eller ieffektreducerad drift vara helt fylld med kölmediekondensat.

När maskinen däremot går i avfrostningsdrift och bypasskanalen 200 är vidöppen,så blir medietrycket detsamma som rådande mycket låga kondenseringstryck i denkalla förångaren. En liten delmängd av domens 301 tempereradekondensatinnehåll kommer då att blixtsnabbt förångas och driva allt övrigtdomkondensat ut i köldmediekretsen, vidare genom den heta kondensorn för snabbvärmeupptagning, förångning, expansion samt vidareflöde genom den vidöppnabypasskanalen 200 in i den kalla förångaren 105. Inne i den kalla förångarenkommer den heta ångan att snabbt avge sin värmeenergi och kondenseras. Dennaenergiöverföring kan förväntas bli störst i förångarens kallaste partier, dvs. departier som är mest påfrostade. Påfrostningen kommer därmed att snabbt tinasupp inifrån, lossna från förångarmaterialet och blåsas bort av frånluftsflödet föreventuellt erforderlig vidare upptinande samt för avrinning.

Som framgår av vad ovan sägs, så bör det totala energiinnehållet i köldmediånganfrån domkondensatet vara minst lika stort som den energi som erfordras för atttina upp påfrostningen på förångaren. Domens 301 ”minsta tillåtna” volym bestämsdärmed av hur stor kondensatvolym som måste få rum i den. Denna volymbestäms i sin tur av mängden is som behöver smältas, isens smältvärme per liter,och aktuellt köldmediums ångbildningsvärme per liter kondensat. För smältvärmetgäller att isens smältvärme per liter nollgradigt smältvatten kan sättas till 335 kJ.

Med tillägg för uppvärmningsenergin av isen till smälttemperatur från ursprungligaca minus femton grader kan man räkna med att 400 kJ per liter smältvatten kanerfordras. För ångbildningsvärmet gäller exempelvis att det vanligt förekommandeköldmediet R410a har ett specifikt ångbildningsvärme på ca 70 kJ per literkondensat. För R410a gäller således att det erfordras 5,7 liter kondensat för atttina upp påfrostning motsvarande 1liter smältvatten. Av olika anledningar bör mandock undvika kondensatvolymer överstigande 6 deciliter. Därmed begränsas denmängs smältvatten som per avfrostningstillfälle kan tinas upp till ca 1 dl. Dettasätter i sin tur maxgränsen för hur lång tid som bör tillåtas för att bygga upppåfrostning på kondensorn, vilket i sin tur är den tid som förflyter mellan tvåkonsekutiva avfrostningar.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas nedan med hänvisning till figurerna fig. 7respektive fig. 8. (Motsvarande resonemang gäller för figurerna 6 respektive 9, menredovisas inte här.) Fig. 7 visar värmepumpen enligt fig. 6 i normaldrift. Bypassventilen 201 hålls heltstängd och maskinens funktion motsvarar fullständigt den hos en traditionellmaskin enligt fig. 1.

I denna driftsmod tillförs i kondensorn 102 energi från kondensationen av hetgasen(=köldmedieångan) från kompressorn 101, energi som via kondensorvärmeväXlarenöverförs till cirkulationsvattenflödet. Temperaturen i kondensorn 102 överstigerdärmed cirkulationsflödets framledningstemperatur liksom ännu mycket mer dessreturtemperatur. Trycket i kondensorn 102 överstiger i sin tur köldmedietskondenseringstryck vid rådande temperatur. Typiska värden i detta driftläge är påtemperaturdifferensen över kondensorvärmeväXlaren, ca 3 °C respektive påöverföringseffekten till cirkulationsvattnet, ca 6 kW.

I köldmediedomen 301, som tempereras av cirkulationsreturen och står i direktförbindelse med kondensorn 102, råder under normaldriften samma tryck som iköldmediekretsen och kondensorn 102, men väsentligt mycket lägre temperatur,långt under köldmediets i domen 301 kondenseringstemperatur vid rådande tryck.Eventuell ångfas av köldmediet i domen kondenseras därför och volymminskningenpga. ångans övergång till kondensat kompenseras av ett motsvarandeköldmedieinflöde, i vätske- och/ eller gasfas, från köldmediekretsen. Eventuellinflödad gas kondenseras och nytt köldmedium flödar in etc. Till slut blir domen301 helt fylld av köldmediekondensat. Övergång till avfrostningsdrift sker när bypassventilen 201 mellan systemetshögtryckssida och dess lågtryckssida öppnas. I och med det uppkomna tryckfalletpå högtryckssidan uppstår en kraftig avkokning av förekommandeköldmediekondensat i den varma kondensorn102. Stora mängder förångatköldmedium, medförande stora energimängder bildas i kondensorn 102 ochströmmar ut via kondensorinlopp och bypassledning 202 till förångaren 105 där deomgående kondenseras och avger sin energi. Se vidare nedan under fig. 8.

Fig. 8 visar värmepumpen enligt fig. 7 i avfrostningsdrift. Bypassventilen 201 hållsmaximalt öppen. Och en nästan total tryckutjämning råder mellan förångare 105och kondensor 102. Därmed blir kondensortrycket mycket lägre än vid normaldriftoch kommer att mycket kraftigt understiga förångningstrycket i kondensorn 102och i den kommunicerande köldmediedomen 301. Allt eventuelltköldmediekondensat i kondensorn 102 kommer därmed att blixtsnabbt förångasunder kraftig energiupptagning, varvid kondensortemperaturen sjunker till en nyjämviktstemperatur, väsentligt lägre än vid normaldrift.

Trycket sjunker även i köldmediedomen 301 och gör att köldmediet i denna,uppvärmt av cirkulationsreturen, förångas och driver ut kondensat från domensbotten via köldmedieförrådet 103 och upp i kondensorn 102 där det försörjer denfortsatta avkokningsprocess som pågår där. Därmed töms köldmediedomen snabbtpå sitt kondensatinnehåll och fylls i stället av köldmedieånga.

Temperatursänkningen i kondensorn 102 medför ett stort temperaturunderskott iköldmediet relativt cirkulationsvattnet. Temperaturunderskottet orsakar i sin turett mycket kraftigt värmeflöde genom kondensorvärmeväxlaren fråncirkulationsvattnet och in i köldmediet, där det driver förångningsprocessen vidare.

(Typvärde för kondensorns 102 värmeväXlarkapacitet är 2 kW per gradtemperaturskillnad. Vid den nya jämviktstemperaturen kan man påräkna entemperaturskillnad över väXlaren på femton till tjugo grader, vilket i sin tur ger enöverföringseffekt på ca trettio till fyrtio kW som energiförsörjerförångningsprocessen i kondensorn.) Den bildade ångan strömmar ut ur kondensorutloppet, medförande sina ca trettiotill fyrtio kW värmeeffekt, och vidare genom bypassledningen 202 tillförångarinloppet.

Det ordinarie köldmedieflödet från eXpansionsventilen 104 till förångarinloppetkommer att nästan helt upphöra i och med att den drivande tryckdifferensenmellan kondensor och förångare 105 försvinner.

Kompressorn 101 pumpar samtidigt, mot ett mycket lågt mottryck, runt allt sittflöde genom förångaren 105 där den tillförda kompressoreffekten (i princip enbarttomgångseffekten för kompressorn) bidrar ytterligare en smula till energitillförseln.

I förångaren 105 kommer tryckutjämningen på motsvarande sätt att ge ett trycksom är mycket högre än under normaldrift och som ligger långt överkondenseringstrycket vid rådande förångartemperatur. Därvid kondenserasköldmedieångan i förångaren 105, befintlig såväl som inströmmande viabypassledningen 202 och avger sina ca trettio till fyrtio kW inuti förångaren 105,vars inre temperatur blixtsnabbt ökar så pass mycket att den avgivnavärmeeffekten kan strömma vidare ut genom förångarvärmeväXlaren och nåförångarens 105 kalla utsida där temperaturen nästan omedelbart stiger tillvattnets smältpunkt och får påfrostningen att snabbt börja smälta. Även förångaren 105 har en värmeväXlarkapacitet på ca 2 kW per gradtemperaturskillnad, varför den frigjorda värmeeffekten ca trettio till fyrtio kWmedför en jämviktstemperatur ca femton till tjugo grader över de noll grader sområder i smältvattnet på utsidan av förångaren 105. Dessa ca trettio till fyrtio kW (=(30-40) kJ/s) omvandlar varje sekund en ismängd om (30-40)/400 kg = 75 - 80 gtill tiogradigt smältvatten som snabbt rinner bort. På knappa en och en halvsekund har därmed närmare ett hg is, motsvarande en dl smältvatten, en isammanhanget aktningsvärd mängd, avlägsnats från förångaren 105.

På köpet kommer under avfrostningen en mängd köldmediekondensat 301 1 attansamlas i förångaren 105 och i eventuella anslutna kondensatdepåer. Dennaansamlade kondensatmängd kommer vid övergången till normaldrift att snabbtförångas och via kompressorn på mindre än en minut återföra det utnyttjadeavfrostningsvärmet till cirkulationsvattnet.

Maskinen hålls av styrenheten 203 kvar i avfrostningsdrift så länge, men endastjust så länge, någon frost finns kvar på förångaren 105. På grund av den mycketeffektiva avfrostningen kommer den totala tiden i detta läge att bli extremt kort,inte mer än ett fåtal sekunder, nästan försumbara i jämförelse med den totala tidenför motsvarande traditionell avfrostning. Likaså kommer energiåtgång och energiförlust pga. avfrostningen att bli extremt mycket lägre än vad de skulle hablivit vid traditionell frånluftsdriven avfrostning.

Styrenheten 203 försätter maskinen i avfrostningsdrift med jämna tidsmellanrum,valda för att hålla den ackumulerade frostmängden på förångaren 105 på enoptimal nivå. Med optimal nivå förstås här den nivå som över en hel uppvärmnings-/ avfrostningscykel ger högsta genomsnittliga värmeffektproduktion och högstagenomsnittliga COP, i sinsemellan optimal balans. Styrenheten 203 övervakarockså avfrostningsprocessen och stänger bypassventilen 201 så snart allpåfrostning avlägsnats från förångaren 105. Övergång till normaldrift sker när bypassventilen 201 stängs. Därmed kommerkondensatet 301 1 på kompressorns 101 sugsida att förångas, av kompressornöverföras till hetgas med högt tryck samt pressas vidare in i kondensorn 102 därdet under kondensering avger sin energi. Det kondensat som under avfrostningenansamlats på sugsidan kommer så länge något av det återstår att bidra till enordentlig men kortlivad höjning av köldmedieflödet och kondensoreffekten som i sintur bidrar till att snabbt återföra den ianspråktagna avfrostningsenergin tillcirkulationsvattnet.

Figurerna 10 och 11 visar värmepumpen enligt fig. 2 respektive fig. 6 ieffektreducerad drift. Bypassventilen styrs då av styrenheten 203 till att släppaförbi en lämplig andel av kompressorns (101) hetgasflöde direkt tillförångarinloppet. Därvid kommer gasflöde och effektflöde in i kondensorn (102) attminska liksom tryck och temperatur i kondensorn (102). Samtidigt påverkasmedieflödet in i förångarinloppet, här en blandning av het bypassgas och kalltköldmedium från eXpansionsventilen 104, till att få åsyftat lämplig utformning vadgäller temperatur, tryck och flödesomfattning.

Numrerade komponenter i ritningarna, figurerna 1-1 1 101 Kompressor 101u Kompressorutlopp102 Kondensor 102u Kondensorutlopp103 Köldmedieförråd104 Expansionsventil105 Förångare 105i Förångarinlopp 6 Ordinarie maskinstyrning1 122 Returflöde 200 Bypasskanal 1 Bypassventil 1 1 Styrbar ventilkägla202 Bypassledning2021 Bypassflöde 203 Styrenhet 3013011 Köldmediedom Köldmediekondensat

Claims (5)

(synliga ändringar):

1. Värmepump innefattande en kompressor (101), en kondensor (102), ettköldmedieförråd (103), en expansionsventil (104), styrd av en styrenhet (106), enförångare (105), och en bypasskanal (200) löpande förbi expansionsventilen (104),och där bypasskanalen innehåller en bypassledning (202) och en bypassventil (20 1), kännetecknad av en tempererad köldmediedom (301), innefattande en sluten behållaresom nedtill via ett öppet förbindelserör är förbunden med köldmediekretsenshögtrycksida, och anordnad så att den står i flödesförbindelse antingen medkondensorns (102) utlopp (102u) eller kompressorns utlopp (101u), och av att bypasskanalen (200) löper från kompressorutloppet (101u) tillförångarinloppet (105i) eller att bypasskanalen (200) löper från kondensorutloppet (102u) tillförångarinloppet (105i), och av att köldmediedomen (301) är ansluten på motsatt sida av kondensorn(102) relativt anslutningen av bypasskanalen (200).

2. Värmepump enligt föregående krav, där bypassventilen (201) är konfigurerad attmanövreras externt mellan sina tre alternativa lägen, helt stängd, helt öppenrespektive reducerat öppen, motsvarande värmepumpens tre alternativa driftlägen,normaldrift, avfrostningsdrift respektive effektreducerad drift.

3. Värmepump enligt något av föregående krav, där en särskild styrenhet (203)manövrerar bypassventilen (201) mellan dess tre alternativa lägen.

4. Värmepump enligt något av föregående krav, där bypasskanalen (200) ärdimensionerad för att, med bypassventilen (201) i helt öppet läge, ha engenomströmningskapacitet så stor att hela kompressorflödet kan släppas igenommed begränsat tryckfall, maximalt 100 kPa.

5. Värmepump enligt krav 3, där bypassventilen (201) av styrenheten (203) ärmanövrerad till att vidarebefordra ett begränsat läckflöde av hetgas tillförångarinloppet (105i), tillräckligt för att dels höja temperatur, tryck och gasflöde iförångare och kompressorinlopp till värden som inte medför risk förkompressorskador, dels reducera den producerade värmeeffekten till åsyftad nivå.