CZ2008786A3

CZ2008786A3 - Bezkompresorová chladicí jednotka

Info

Publication number: CZ2008786A3
Application number: CZ20080786A
Authority: CZ
Inventors: Zajícek@Jaroslav
Original assignee: Zajícek@Jaroslav
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2010-06-16

Abstract

Bezkompresorová chladící jednotka má na varníku (1) neboli vypuzovaci par chladiva pres programovatelnou elektronickou rídící jednotku (6) napojený primární zdroj energie (2), což je napríklad tepelná energie zbytkového ci odpadního tepla anebo tepelná energie solárních panelu, a tri další prídavné zdroje energie (3, 4, 5), jako odporové topné teleso a plynový a olejový horák. Programovatelná elektronická rídící jednotka (6) je soucasne napojena na výstup par chladiva z varníku (1) a na výstup chladicího média (10) z výparníku (9). Usporádání umožnuje volitelné pripojení alespon jednoho z uvedených zdroju energie na varník (1), tedy prípadnou vzájemnou náhradu ci posílení energetických zdroju k dosažení resp. udržení požadovaného chladícího výkonu chladící jednotky.

Description

BEZKOMPRESOROVÁ CHLADÍCÍ JEDNOTKA

Oblast techniky

Vynález se týká bezkompresorové chladící jednotky.

Dosavadní stav techniky

Jsou známé jednotky pro výrobu chladu v kompresorovém a bezkompresorovém provedení. Účinnost kompresorových chladících jednotek je násobně vyšší než účinnost chladících jednotek bczkompresorových.

Použití elektrické energie a ušlechtilých paliv za jediný zdroj tepla pro bezkompresorový chladící cyklus je proto neekologické a neekonomické. U bezkompresorových jednotek pro výrobu chladu s výkony v řádu stovek kilowat je rozšířené využití zdroje energie odpadního a zbytkového tepla z jiných, například exotermických technologických procesů. Nevýhodou odpadního a zbytkového tepla z exotermických technologických procesů je, že se jedná o zdroje z přetržitých procesů. Velmi výhodným a ekologickým zdrojem energie pro bezkompresorový chladící cyklus je teplo získané z již velmi rozšířených solárních kolektorových polí. Nevýhodou solárního tepla je ale jeho kolísající výkon, v závislosti na intenzitě slunečního záření.

U řečených zdrojů pro ohřev výparníků chladivá u bezkompresorových chladících jednotek je proto nezbytné zajištění posilujících, resp. záložních zdrojů energie k zajištění plynulosti výroby chladu v požadovaných výkonových parametrech.

Zajištění posilujícího, záložního zdroje například pro solární bezkompresorovou jednotku jc známé ze zveřejněné CZ přihlášky vynálezu PV 1996 - 1385, kde jako náhradního energetického zdroje za solární teplo je použito tepelné energie vodoteče nebo tepelné energie spodních vod. Nevýhodou tohoto řešení je, že tyto náhradní energie jsou velmi omezeně a často jedinečně dostupné. Energetický potenciál vodotečí a spodních vod je násobně nižší, než teplotní potenciál solárního kolektoru a tím dochází k výraznému poklesu chladícího výkonu bezkompresorové chladicí jednotky. Dále i technická náročnost zajištění tohoto náhradního energetického zdroje je významnou nevýhodou tohoto řešení.

Dále je také známé zajištění posilujícího zdroje pro solární bezkompresorovou absorpční chladící jednotku z užitného vzoru CZ 19037 Ul. Přídavným energetickým zdrojem k solárnímu teplu je odpadní teplo a elektrické odporové topné těleso. Použití odpadního teplaje ale nevýhodné z toho důvodu, že teplo solárních kolektorů nahrazuje nestabilní zdroj tepla, z přetržitých exotermických procesů. Nevýhodnou náhradního zdroje tepelné energie tvořeného elektrickou energií je, že energetická účinnost použití elektrické energie v bezkompresorovém chladícím cyklu je dvou až trojnásobně nižší, než je tomu v chladícím cyklu kompresorovém. Další nevýhodou je, že elektrická energie je obvykle dvojnásobně dražší než jiné použitelné posilující a záložní energie. Další nevýhodou je, že z důvodu nárazovosti potřeby záložní elektrické energie, je její dostupnost omezena úrovní lokální energetické vybavenosti.

Úkolem vynálezu je proto takové provedení bezkompresorové chladící jednotky, které umožní využití cenově a ekologicky vhodných posilujících, resp. záložních zdrojů energie, jejichž dostupnost je i individuálně přijatelná, za nižších investičních nákladů a jednotkových cen, než je tomu u elektrické energie. Elektrické energie bude použito za posilující a náhradní zdroj jen v kritických provozních situacích, kdy je nezbytné na kriticky nezbytný čas, hodnotící váhu kriterií ekologických a ekonomických, omezit.

Podstata vynálezu

Vynález řeší nedostatky známého stavu techniky bezkompresorovou chladící jednotkou, která obsahuje vamík a alespoň jeden zdroj energie, jejíž podstatou je, že na vamík je napojen primární zdroj energie a tři přídavné zdroje energie, přičemž na vstupy energetických zdrojů do vamíku je pro zapínání/vypínání zdrojů energie k vyhřívání vamíku dále připojená programovatelná elektronická řídící jednotka, která je současně napojená na výstup vamíku, pro měření a vyhodnocování teplot během chladicího cyklu, a na výstup chladícího média z výpamíku pro měření a vyhodnocování teplot v chladicím cyklu.

Primární zdroj energie je tvořený tepelnou energií zbytkového tepla nebo odpadního tepla nebo tepelnou energií solárních panelů. První přídavný zdroj energie je olejový hořák, druhý plynový hořák a třetím je odporové topné těleso.

Chladivo ve vamíku chladící jednotky může být ohříváno energií primárního zdroje, jako solárního kolektoru a přídavným teplem z přídavných zdrojů, jako teplem z energie spalování paliva v olejovém nebo plynovém hořáku, a to jednotlivě nebo ve vzájemné kombinaci. To umožňuje nejen posílení, ale i náhradu primárního energetického zdroje k dosažení resp. udržení požadovaného chladicího výkonu chladící jednotky. Volba je řízena programovatelnou elektronickou řídící jednotkou.

Programovatelná elektronická řídící jednotka umožňuje volby nastavení hodnot řídících teplot TI a T2, kterými je řízen výkon solární adsorpční chladící jednotky. Volbami časů Sl, S2 je řízena strmost náběhu a poklesu požadovaného chladícího výkonu v čase.

⁹ · · · · • · · · ·· ·· ··· *··»

Bezkompresorová chladící jednotka umožní implikaci cenově a ekologicky vhodných posilujících, resp. záložních zdrojů energie, kterými jsou v hořácích spalovaná plynná paliva a minerální oleje, jejichž dostupnost je individuálně přijatelná, za nižších investičních nákladů a jednotkových cen, než je tomu u elektrické energie.

Připojování a odpojování jednotlivých zdrojů energie pro bezkompresorový chladící cyklus řídí programovatelná elektronická řídící jednotka, umožňující nastavení jednotlivých kombinací a předností v zapojování posilujících, záložních zdrojů tepla pro vytápění vamíku, s programovatelnými přednostmi vyhodnocovacích kriterií (například ekologických, cenových a jejich kombinací) pro jejich připojování a odpojování.

Přehled obrázků na výkresech

Na připojeném výkresu je znázorněno blokové schéma bezkompresorové chladicí jednotky podle vynálezu.

Příklady provedení

Bezkompresorová chladící jednotka obsahuje vamík neboli vypuzovač X par chladivá, na který je napojen primární zdroj energie 2 a tři přídavné zdroje energie 3.4.5. Primárním zdrojem energie 2 je teplo odpadní nebo zbytkové či teplo ze solárních kolektorů. Prvním přídavným zdrojem energie 3 je olejový hořák, druhým přídavným zdrojem energie 4 je plynový hořák a třetím přídavným zdrojem energie 5 je odporové topné těleso. Výstup vamíku 1 je napojený na kondenzátor 7, který je přes škrtící ventil 8 napojený na výpamík 9 s výstupem chladicího média JO. Výpamík 9 je napojený přes absorbér/adsorbér 11 zpět na vamík χ.

Na vamík X je dále připojená programovatelná elektronická řídící jednotka 6 pro měření a vyhodnocování energie v cyklu chlazení a řízení celého chladícího procesu. Programovatelná elektronická řídící jednotka 6 je napojena, za účelem řízeného zapínání zdrojů energie pro vyhřívání vamíku X, na vstupy jednotlivých energetických zdrojů 2,3,4,5 do vamíku X a současně na výstup vamíku X, pro měření teplot TI, T2 par chladivá vedených z vamíku X do kondenzátorů 7. Vamík X tak může být ohříván, jednotlivě či ve vzájemné kombinaci, tepelnou energií přiváděnou nosným mediem z vnějšího primárního zdroje energie 2 a tepelnou energií dodávanou z přídavných zdrojů energie 3.4.5. Programovatelná elektronická řídící jednotka 6 je dále napojena, za účelem řízení úplného zapínání a vypínání chladící jednotky, na výstup chladícího média 10 z výparníků 9.

Zařízení podle vynálezu může pracovat v absorpčním nebo adsorpčním chladicím cyklu, například způsoby, popsanými v následujících příkladech provedení.

Příklad 1

V souladu s nastaveným daným programem činnosti programovatelné elektronické řídící jednotky 6, zohledňujícím přednosti a požadavky na jednotlivé zdroje tepla, je vamík ]_ absorpční chladící jednotky vytápěn primárně ze zdroje energie 2 - solární kolektor, zbytkové teplo nebo zkapalnění. Zkapalněné chladivo pak přes škrtící ventil 8 protéká výpamíkem 9, kde se odpařuje a ochlazuje chladící medium ]_0. Z výparníku 9 se chladivo vrací přes absorbér 11 zpět do vamíku

1. Hodnoty teplot v absorpčním chladícím cyklu jsou měřeny a vyhodnocovány programovatelnou elektronickou řídící jednotkou 6. Kontrola případného poklesu teploty par chladivá pod nastavenou teplotu TI se opakovaně provádí vždy po uplynutí nastaveného časového intervalu Sl. Je zjišťováno, že teplota par chladivá dosahuje požadovanou hodnotu (chladící výkon) - neklesá na nastavenou teplotu TI par chladivá pro případné připojení některého přídavného zdroje energie do vamíku 1 a je nižší než nastavená teplota T2 pro odpojení přídavného zdroje energie do vamíku

1. V tomto případě tedy programovatelná elektronická řídící jednotka 6 vyhodnocuje, že spotřebu energie pro cyklus absorpčního chlazení zcela pokrývá energie energetického zdroje 2.

Výstupní teplota chladícího media 10 z výparníku 9 je nižší než teplota T3 pro vypínání/zapínání celé chladicí jednotky.

Příklad 2

V tomto případě je primárním zdrojem tepla pro vamík 1 chladící jednotky rovněž zdroj 2. programovatelná elektronická řídící jednotka 6 v nastavených časových intervalech Sl opakovaně kontroluje teplotu par chladivá vzhledem k nastavené teplotě TI pro případné připojení přídavného zdroje energie. Pokud programovatelná elektronická řídící jednotka 6 vyhodnotí, že požadovaná teplota par chladivá není dosahována a poklesla na teplotu TI, a tudíž spotřebu energie pro cyklus absorpčního chlazení nestačí energie primárního zdroje 2 pokrýt, zapíná programovatelná elektronická řídící jednotka 6 (podle nastavené přednosti v programu činnosti, v němž v daném případě pracuje) přídavný zdroj energie 3 - hořák na minerální olej, pro posílení primárního energetického zdroje 2 k dosažení požadovaného chladícího výkonu chladící jednotky, resp. i k jeho udržení. Programovatelná elektronická řídící jednotka 6 pak v nastavených časových intervalech S2 opakovaně kontroluje dosažení nastavené řídící teploty T2. Pokud, v programovatelnou elektronickou řídící jednotkou 6 nastaveném počtu (například 3) kontrolních časů S2, dojde k dosažení nastavené řídící teploty T2, odpojí programovatelná elektronická řídící jednotka 6 přídavný zdroj 3 energie. Je zjišťováno, že teplota par chladivá dosahuje požadovanou hodnotu (chladící výkon) - neklesá na nastavenou teplotu TI par chladivá pro případné připojení některého přídavného zdroje energie do vamíku 1 a je nižší než nastavená teplota T2 pro odpojení ·· ··« *»*«

přídavného zdroje energie do vamíku L Výstupní teplota chladícího media 10 je nižší než hlavní řídící teplota T3 na výstupu chladícího média 10 z výparníku 9 pro zapínání/vypínání celé chladící jednotky. Spotřeba energie pro cyklus absorpčního chlazení je tedy v tomto příkladu zcela pokrytá odpadním, zbytkovým nebo solárním teplem z primárního zdroje 2 a jedním přídavným zdrojem 3 tepla, kterým je hořák na minerální olej.

Stejně tak může být primární zdroj 2 pro produkování dostatečného množství tepla pro ohřev vamíku 1 posílen zapojením přídavného zdroje 4 - plynového hořáku nebo zdroje 5_- elektrického odporového topného tělesa. Záleží na nastaveném programu činnosti a předností v programovatelné elektronické řídící jednotce 6. Elektrický zdroj se ale používá jen po kriticky nutnou dobu, např. nejsou-li momentálně jiné přídavné zdroje k dispozici.

Příklad 3

V tomto případě je primárním zdrojem tepla pro vamík 1 chladící jednotky rovněž zdroj 2. Programovatelná elektronická řídící jednotka 6 v nastavených časových intervalech SI opakovaně kontroluje teplotu par chíadiva vzhledem k nastavené teplotě TI pro případné připojení přídavného zdroje energie. Pokud programovatelná elektronická řídící jednotka 6 vyhodnotí, že teplota par chíadiva poklesla pod teplotu TI, a tudíž spotřebu energie pro cyklus adsorpčního chlazení nestačí energie primárního zdroje 2 pokrýt, zapíná programovatelná elektronická řídící jednotka 6 (podle nastavené přednosti v programu činnosti v němž v daném případě pracuje) přídavný zdroj energie 3 - hořák na minerální olej, pro posílení primárního energetického zdroje 2 k dosažení požadovaného výkonu chladicí jednotky, resp. i k jeho udržení.

Pokud v programovatelnou elektronickou řídicí jednotkou 6 nastaveném počtu (například 3) kontrolních časů S2 nedojde k dosažení nastavené řídící teploty T2, zapíná programovatelná elektronická řídící jednotka 6 druhý z přídavných zdrojů energie X 5 - plynový hořák nebo elektrické odporové topné těleso. Po dosažení nastavené řídící teploty T2 par chíadiva během nastaveného počtu časů S2 vypíná programovatelná elektronická řídící jednotka 6 oba přidané ze zdrojů energie X 4,5, a to v opačném pořadí a časovém trvání. Teplota par chíadiva je nyní vyšší než teplota TI a nižší než teplota T2, tj. teplota par chíadiva dosahuje požadovanou hodnotu (chladící výkon). Výstupní teplota chladícího media 10 je nižší než hlavní řídící teplota T3 na výstupu chladícího média 10 z výparníku 9 pro zapínání/vypínání celé chladící jednotky. Spotřeba energie pro cyklus adsorpčního chlazení je tedy v tomto příkladu pokrytá odpadním, zbytkovým nebo solárním teplem z primárního zdroje 2, posilovaného přídavnými zdroji 3,4,5 tepla, kterými jsou hořák na minerální olej a plynový hořák či odporové topné těleso.

Programovatelná elektronická řídící jednotka 6 umožňuje volby nastavení hodnot řídicích teplot TI a T2 a nastavení/volbu časů Sl, S2. Volbou teplot TI, T2 je řízen výkon solární adsorpční ♦ · · chladicí jednotky. Volbami časů Sl, S2 je řízena strmost náběhu a poklesu požadovaného chladicího výkonu v čase.

Volba pořadí druhů připojované přídavné energie je nastavitelná s předností podle času aktuálně výhodných tarifních cenových pásem za plyn a elektřinu. Odporové topné těleso se ale používá jen po kriticky nezbytnou dobu, protože energetická účinnost použití elektrické energie v bezkompresorovém chladícím cyklu je násobně nižší, než v kompresorovém chladícím cyklu a elektrická energie je dražší než jiné použitelné posilující a záložní energie.

Příklad 4

V tomto příkladu provedení je chladivo ve vamíku 1 adsorpční chladící jednotky ohříváno teplem ze dvou přídavných energetických zdrojů současně, to je energií prvního zdroje 3 tvořeného olejovým hořákem a teplem ze druhého zdroje 4 tvořeného plynovým hořákem. Tyto dva energetické zdroje 3,4 tedy nahrazují primární energetický zdroj 2. Hodnoty teplot v adsorpčním chladícím cyklu jsou stejně jako v předchozích příkladech měřeny a vyhodnocovány programovatelnou elektronickou řídící jednotkou 6. V tomto případě programovatelná elektronická řídící jednotka 6 vyhodnocuje, že spotřebu energie pro cyklus adsorpčního chlazeni zcela pokrývá teplo z obou přídavných zdrojů 3,4 energie. Teplota par chladivá dosahuje požadovanou hodnotu, neklesá při opakovaných kontrolách v nastaveném čase Sl pod řídící teplotu TI a je menší než nastavená teplota T2. Výstupní teplota chladícího media 10 je nižší než hlavní řídící teplota T3 na výstupu chladícího média 10 z výpamíku 9 pro zapínání/vypínání celé chladicí jednotky.

Příklad 5

Adsorpční chladící jednotka v tomto případě užívá pro ohřev chladivá ve vamíku 1 teplo jen z jednoho přídavného energetického zdroje 3.4,5, který nahrazuje primární energetický zdroj 2. Hodnoty teplot v adsorpčním chladícím cyklu jsou opět měřeny a vyhodnocovány programovatelnou elektronickou řídící jednotkou 6. Programovatelná elektronická řídící jednotka 6 v tomto případě vyhodnocuje, že spotřebu energie pro cyklus adsorpčního chlazení zcela pokrývá energie jednoho z přídavných zdrojů energie 3,4,5. Teplota par chladivá dosahuje požadovanou hodnotu, neklesá při opakovaných kontrolách v nastaveném čase Sl pod řídící teplotu TI a je menší než nastavená teplota T2. Výstupní teplota chladícího media 10 je nižší než hlavní řídící teplota T3 na výstupu chladícího média 10 z výpamíku 9 pro zapínání/vypínání celé chladící jednotky.

Kromě uvedených příkladů jsou možné i další kombinace a volitelné připojení energetických zdrojů jednotlivě či ve vzájemných kombinacích k vamíku, tak jak plynou z patentových nároků definovaného provedení.

Průmyslová využitelnost

Bezkompresorová chladící jednotka je využitelná zejména pro klimatizaci obytných budov, budov občanské vybavenosti i budov průmyslových, kde jsou dostupné zdroje energie zbytkového a odpadního tepla a tepla solárních kolektorů, dále kde jsou nároky na malou hlučnost a dále kde není dostupný potřebný elektrický příkon pro kompresorové chladící jednotky.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Bezkompresorová chladící jednotka, která obsahuje vamík (1) a alespoň jeden zdroj energie, vyznačující se tím, že na vamík (1) je napojen primární zdroj energie (2), tvořený tepelnou energií zbytkového tepla nebo odpadního tepla nebo tepelnou energií solárních panelů, a tri přídavné zdroje energie, z nichž zdrojem (3) je olejový hořák, zdrojem (4) plynový hořák a zdrojem (5) odporové topné těleso, přičemž na vstupy energetických zdrojů do vamíku (1) je pro zapínání/vypínání zdrojů energie (2,3,4,5) k vyhřívání vamíku (1) dále připojená programovatelná elektronická řídící jednotka (6), která je současně napojená na výstup vamíku (1) a na výstup chladícího média (10) z výpamíku (9) pro měření a vyhodnocování teplot v chladícím cyklu.