RZECZPOSPOLITA PO LSK A Urząd Patentowy R zeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (2 1) N um er zgłoszenia. 316102 ( 22 ) Data zgłoszen ia: 13.09.1996 (19) PL (11) 181466 (13) B1 (51) Intel7 F24D 15/04 F25B 30/02 (54) Sprężarkowa pompa ciepła (43) Zgłoszenie ogłoszono: 03.03.1997 BUP 05/97 (73) Uprawniony z patentu: Przedsiębiorstwo Produkcyjno-Wdrożeniowe Urządzeń Chłodniczych i Grzewczych HIBERNATUS Sp. z o.o., Wadowice, PL (72) Twórcy wynalazku: Ja n Skupiński, W adowice, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.07.2001 WUP 07/01 (74) Pełnomocnik: Bartula Michał E PL 181466 B1 (57) 1 Sprężarkowa pompa ciepła, zwłaszcza do instalacji ogrzewania lub klimatyzacji pomieszczeń z wykorzystaniem -jako dolnego źródła ciepła - energii geotermalnej albo technologicznie odpadowej, posiadająca ustalony w obudowie freonowy układ roboczy, złożony ze sprężarki napędzanej silnikiem elektrycznym, połączonej z roboczymi sekcjami parownika i skraplacza w dwóch wymiennikach ciepła, oraz zawierający termostatyczny zawór rozprężny zabudowany przed wlotem do sekcji parownika, ponadto w której to pompie wymiennik z sekcją parownika ma sekcję zasilania połączonąz dolnym źródłem ciepła a wymiennik z sekcją skraplacza ma sekcję górną dużego obiegu odbiorników ciepła, znamienna tym, ze każdy z wymienników (3, 7) ma przeponowo wydzielone trzy sekcje obiegu mediów, połączone w układach dwóch stopni wymiany ciepła na roboczych sekcjach parownika (8) i skraplacza (4), przy czym w wymienniku z sekcją skraplacza (4) pierwszy stopień wymiany ciepła stanowi dodatkowa sekcja górna małego obiegu (6) a sekcja górna dużego obiegu (5) włączona jest jako stopień drugi, w wymienniku (7) z sekcją parownika (8) na drugim stopniu występuje sekcja dochładzania (10), włączona w instalację układu roboczego między sekcją skraplacza (4) a zaworem rozprężnym (11). f ig.1
Sprężarkowa pompa ciepła Zastrzeżenia patentowe 1. Sprężarkowa pompa ciepła, zwłaszcza do instalacji ogrzewania lub klimatyzacji pomieszczeń z wykorzystaniem - jako dolnego źródła ciepła - energii geotermalnej albo technologicznie odpadowej, posiadająca ustalony w obudowie freonowy układ roboczy, złożony ze sprężarki napędzanej silnikiem elektrycznym, połączonej z roboczymi sekcjami parownika i skraplacza w dwóch wymiennikach ciepła, oraz zawierający termostatyczny zawór rozprężny zabudowany przed wlotem do sekcji parownika, ponadto w której to pompie wymiennik z sekcją parownika ma sekcję zasilania połączoną z dolnym źródłem ciepła a wymiennik z sekcją skraplacza ma sekcję górną dużego obiegu odbiorników ciepła, znamienna tym, że każdy z wymienników (3,7) ma przeponowo wydzielone trzy sekcje obiegu mediów, połączone w układach dwóch stopni wymiany ciepła na roboczych sekcjach parownika (8) i skraplacza (4), przy czym w wymienniku z sekcją skraplacza (4) pierwszy stopień wymiany ciepła stanowi dodatkowa sekcja górna małego obiegu (6) a sekcja górna dużego obiegu (5) włączona jest jako stopień drugi, w wymienniku (7) z sekcją parownika (8) na drugim stopniu występuje sekcja dochładzania (10), włączona w instalację układu roboczego między sekcją skraplacza (4) a zaworem rozprężnym (11). 2. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że przestrzeń między ściankami obudowy (1) a elementami układu roboczego z wymiennikami (3, 7) i króćcami przyłączeniowymi (12) poszczególnych sekcji, wyprowadzonymi na zewnątrz przez ściankę obudowy (1), jest objętościowo całkowicie wypełniona samoutwardzalną zalewą piankową (13). 3. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że wymienniki (3, 7) mają konstrukcję płytową, z kanałami poszczególnych sekcji usytuowanymi warstwowo, naprzemianlegle oraz włączonymi w układzie przeciwprądowym. * * * Przedmiotem wynalazku jest sprężarkowa pompa ciepła, służąca do przekazywania ciepła - za pomocą zamkniętego obiegu termodynamicznego - z dolnego źródła o niskiej temperaturze do górnego źródła ciepła o temperaturze wyższej. Pompa stosowana jest zwłaszcza w instalacjach ogrzewania lub klimatyzacji pomieszczeń w domach mieszkalnych, biurach, sklepach, z ekologicznym wykorzystaniem jako dolnego źródła ciepła różnych rodzajów energii geotermalnej, takich jak podziemne wody ciepłe, ciepło powierzchniowych wód gruntowych, ciepło gruntu, powietrza, względnie technologicznego ciepła odpadowego. Znane rozwiązania sprężarkowych pomp ciepła wyposażone są we freonowy układ roboczy zawierający sprężarkę - napędzaną silnikiem elektrycznym, a połączoną z roboczymi sekcjami parownika i skraplacza w dwóch wymiennikach ciepła. Każdy z wymienników ma dwie sekcje, wykonane najczęściej w postaci wężownic z rurek profilowanych według linii śrubowej. W wymienniku z sekcją parownika znajduje się sekcja zasilania, łączona z dolnym źródłem ciepła. Przed wlotem czynnika roboczego do sekcji parownika zabudowany jest zawór rozprężony. W drugim wymienniku z sekcją skraplacza współpracuje sekcja górna dużego obiegu odbiorników ciepła, najczęściej grzejników centralnego ogrzewania. Pompa ma charakter jednofimkcyjny. Jedno z rozwiązań o przedstawionym powyżej układzie opisane jest w polskim zgłoszeniu wynalazku nr P-297 569. Istota rozwiązania pompy według wynalazku polega na tym, że oba wymienniki ciepła mają przeponowo wydzielone po trzy sekcje obiegu mediów, połączone w układach dwóch stopni wymiany na roboczych sekcjach parownika i skraplacza. W wymienniku z sekcją skraplacza, pierwszy stopień wymiany ciepła stanowi dodatkowa sekcja górna małego obiegu a sekcja górna dużego obiegu włączona jest jako stopień drugi. W wymienniku z sekcją parownika na drugim
181466 3 stopniu występuje sekcja dochładzania, włączona w instalację układu roboczego między sekcją skraplacza a zaworem rozprężnym. Dochładzanie czynnika roboczego przed odparowaniem zwiększa sprawność pompy, umożliwia uzyskanie dwóch górnych obiegów - przykładowo centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej, z sekcji górnej małego obiegu. Korzystne rozwinięcie wynalazku polega na tym, że przestrzeń między ściankami obudowy a elementami układu roboczego z wymiennikami i króćcami przyłączeniowymi poszczególnych sekcji, króćcami wyprowadzonymi na zewnątrz przez ściankę obudowy, jest objętościowo całkowicie wypełniona samoutwardzalną zalewą piankową, zwłaszcza poliuretanową. Tak wykonana pompa uzyskuje pełną izolację cieplną i akustyczną, zminimalizowanie drgań eliminuje problem pękania połączeń lutowanych, urządzenie ma znacznie większą odporność na udary mogące występować podczas transportu. Najlepsze parametry pracy uzyskuje się przy zastosowaniu płytowych wymienników ciepła, z kanałami poszczególnych sekcji usytuowanymi warstwowo, naprzemianlegle oraz włączonymi w układzie przeciwprądowym. Pełne zrozumienie wynalazku umożliwi opis uwidocznionego na rysunku przykładowego wykonania pompy ciepła, przystosowanej do zasilania instalacji centralnego ogrzewania i dostawy ciepłej wody użytkowej w domu jednorodzinnym, pompy wykorzystującej jako dolne źródło - ciepło wód podziemnych. Poszczególne figury rysunku przedstawiają: fig. 1 - schemat ideowy pompy, fig. 2 i 3 - odpowiednio: widok czołowy z częściowym przekrojem i przekrój poprzeczny pompy w uproszczonym ujęciu, fig. 4 i 5 odpowiednio: przekrój pionowy i poziomy przez wymiennik z sekcją parownika, fig. 6, 7 i 8 - wymiennik z sekcją parownika w trzech rzutach prostokątnych, fig. 9 przekrój pionowy wymiennika z sekcją skraplacza a fig. 10, 11 i 12 trzy rzuty prostokątne tego wymiennika. Elementy układu roboczego pompy mocowane są do ramy obudowy 1, której podstawa ma amortyzatory o regulowanej wysokości - służące do poziomowania urządzenia. Freonowy układ roboczy zawiera sprężarkę 2, wymienniki ciepła 3 i 7 oraz zawór rozprężony 11, połączone w obieg instalacją z rur miedzianych łączonych lutem srebrnym. Wymienniki 3 i 7 mają konstrukcję płytową, wykonane są ze stali austenitycznej, wewnętrzne powierzchnie płyt pokryte są powłokąz czystej miedzi a połączenia lutowane sąmiedzią w próżni. W każdym z wymienników wydzielone sątrzy sekcje, połączone w układzie dwóch stopni wymiany ciepła. W wymienniku 3 pracuje sekcja skraplacza 4, włączona w układ roboczy przez wlot par freonu S5 i wylot cieczy freonu S6. Pierwszy stopień wymiany ciepła stanowi sekcja górna małego obiegu 6, włączona wlotem S7 i wylotem S8 w obieg wody użytkowej. Drugi stopień utworzony jest z sekcją górną dużego obiegu 5, hydraulicznie ujętąprzez wlot T3 i wylot T4 do instalacji centralnego ogrzewania. W wymienniku 7 pracuje sekcja parownika 8, włączona w układ roboczy przez wlot pary przegrzanej freonu S3 i wylot pary freonu S4. Pierwszy stopień wymiany ciepła stanowi sekcja zasilania 9, połączona wlotem S 1 i wylotem S2 z odwiertami wód podziemnych, wykorzystywanych jako dolne źródło ciepła. Drugi stopień wymiany utworzony jest z sekcją dochładzania 10, połączoną wlotem cieczy freonu Tl z przewodem prowadzącym z sekcji skraplacza 4, a wylotem cieczy freonu T2 do przewodu doprowadzającego do zaworu rozprężnego 11. Wloty i wyloty sekcji zasilania 9 oraz sekcji górnych dużego 5 i małego obiegu 6 wyprowadzone są króćcami przyłączeniowymi 12 na zewnątrz, przez ściankę obudowy 1. Po zmontowaniu układu roboczego pompy przestrzeń obudowy 1 zalana zostaje bezfreonowąpianką poliuretanową 13, która po spolimeryzowaniu łączy całość w przestrzennie zamkniętą bryłę. Dostępnymi z zewnątrz są jedynie: od góry - presostat wysokiego i niskiego ciśnienia oraz cewka elektrozaworu freonowego, od tyłu - wziernik freonowy, zawór rozprężony 11 którym regulowany jest stopień przegrzania par freonu oraz końcówka pomiarowa sekcji parownika 8. Górną część urządzenia stanowi panel elektryczny 14 z instalacją zabezpieczająco-sterującą, którego działanie wspomaga sterownik komputerowy. Trzymedialny układ pompy, z dochładzaniem ciekłego czynnika roboczego, dwoma obiegami górnego źródła, dobra izolacja cieplna i akustyczna - stanowią, że rozwiązanie jest bardzo użyteczne, pozwala uzyskać wysoką sprawność i wydajność energetyczną.
fig. 2 fig 3
fig.5
fig.6 fig.8
fig.9
fig.10 fig-11 fig-12
fig.1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.