RS62658B1 - Uređaj i postupak za kontrolisanje temperature medijuma - Google Patents

Description

Opis

[0001] Ovaj postupak se odnosi na uređaj i postupak za kontrolisanje temperature medijuma prema glavnim patentnim zahtevima 1 tj.11.

[0002] Klimatizacija vozila, kao što su putnička, teretna vozila, autobusi, tramvaji, vagoni putnički vozovi, ali i zgrada, kao što su stambene zgrade, kancelarijski prostori, hale radionica i proizvodnih pogona i slično, važna je za osećaj prijatnosti i sigurnosti osoba koje se nalaze u tim vozilima i prostorijama.

[0003] Prema standardu DIN EN 13779 o potpunoj klimatizaciji se govori kada klima uređaj obezbeđuje ventilaciju, grejanje, hlađenje, ovlaživanje i odvlaživanje vazduha. Delimična klimatizacija postoji u sledećim varijantama: ventilacija i grejanje sa funkcijom ovlaživanja ili bez nje, sa funkcijom hlađenja i sa funkcijom hlađenja i ovlaživanja.

[0004] Poznata sredstva za klimatizaciju prostorija tj. kontrolisanje temperature medijuma koji mogu da izazovu klimatizaciju prostorija, jesu pumpe za zagrevanje (kod grejanja) i klima uređaji (kod hlađenja). Tako su na primer poznati klima uređaji (kod hlađenja) iz patenta WO 00/65287 A1 u kome se u jednom kružnom toku sredstva za hlađenje koristi vazduh, a u drugom tečnost, gde su kružni tokovi sredstava za hlađenje međusobno povezani preko izmenjivača toplote. Pomoću dodatnog izmenjivača toplote tada toplotu medijuma koji treba ohladiti preuzima toplotni medijum koji cirkuliše u drugom kružnom toku za hlađenje. U patentu EP 690 275 A2 stavljen je na uvvid javnosti klima uređaj (za hlađenje) sa primarnim i sekundarnim kružnim tokom za hlađenje, kroz koje struje odgovarajući toplotni medijumi i koji su međusobno povezani izmenjivačem toplote. Pomoću dodatnog izmenjivača toplote tada toplotu medijuma koji treba ohladiti preuzima toplotni medijum koji cirkuliše u drugom kružnom toku za hlađenje, gde se predviđa da se medijum u primarnom kružnom toku nalazi pod pritiskom od barem 0,2 MPa (2 bara).

[0005] Ovakvi element mogu se, međutim, primeniti i kao agregati za kontrolisanje temperature u mašinama i postrojenjima za zagrevanje i hlađenje radnog medijuma npr. neke tečnosti, u cilju pogonskog pokretanja uređaja za hlađenje i kontrolisanje temperature, npr. u kombinaciji sa kućnim uređajima, tzv. „belom tehnikom“.

[0006] Slede tipične karakteristike ovakvih toplotnih pumpi i klima uređaja iz stanja tehnike: ● postoji jedan kružni tok toplotnog medijuma gde toplotni medijum koji se sprovodi kroz kružni tok toplotnog medijuma isparava i pretvara se u tečnost.

● postoji isparivač (najčešće pločasti izmenjivač toplote) tako što se toplotni

medijum podvrgava faznom prelazu (isparava).

● postoji kompresor za zgušnjavanje toplotnog medijuma (to su uglavnom scroll kompresori).

● postoji kondenzator (najčešće pločasti izmenjivač toplote) za kondenzaciju toplotnog medijuma, podvrgnutog faznom prelazu u isparivaču.

● postoji ekspanzioni ventil za opuštanje toplotnog medijuma.

● po pravilu se primenjuje toplotni medijum koji je štetan za klimu (najčešće R 134a, R407c, R410a). Ovi toplotni medijumi imaju izrazito visoki potencijal (GWP) globalnog zagrevanja [prema saveznoj stručnoj školi za hladnoću i klimu: za R134a: 1.430, odgovara 19,86 godina; za 407c: 1.770, odgovara 24,58 godina, za R410a: 2.090 odgovara 29,03 godina].

[0007] Toplotna pumpa, uobičajena u današnja vremena, nalazi se pod znatnim pritiskom od preko 20 bara. Samim tim veća je opasnost od curenja i nezgoda. Osim toga, moraju se, prema tome, upotrebiti bezbedniji i gušći materijali.

[0008] Zbog primene prethodno navedenih ili drugih danas uobičajenih toplotnih medijuma ne može se upotrebiti bilo koji materijal koji je načelno pogodan za same temperature pri izgradnji odgovarajućih uređaja.

[0009] Kompresor koji se koristi u današnjim sistemima obično predstavlja specijalnu izradu izmenjivača toplote, budući da se unutar izmenjivača toplote vrši promena iz tečnog u gasno agregatno stanje.

[0010] Rad scroll kompresora je tih, usled malih mehaničkih gubitaka poseduju visoku efikasnost i minimalni mrtvi prostor kompresije. Kao nedostatak scroll kompresora treba, međutim, napomenuti nisku temperaturu kompresovanja koja se pri eventualnoj suviše visokoj temperaturi mora minimizirati ubrizgavanjem 10%-15% toplotnog medijuma. Naredni, odlučujući nedostatak je veoma ograničeno regulisanje učinka (s izuzetkom nekoliko japanskih modela). Scroll kompresori obuhvataju male oscilacije pritiska (pulsiranje pritiska).

[0011] Kod ove vrste kompresije (scroll kompresori) neophodno je podmazivanje uljem. U tu svrhu se koriste polivinil etarsko ulje (PVE) ili poliol estarsko ulje (POE). POE stupa u hemijsku reakciju sa vodom i gradi pritom kiselinu, usled čega se postavljaju određeni zahtevi u pogledu izbora materijala koji mora biti otporan na kiseline. Na taj način je rok trajanja kompresora kraći, a učestalost popravki veća.

[0012] Naredni nedostatak scroll kompresora je veliko izbacivanje ulja, budući da veliko izbacivanje ulja predstavlja istovremeno i veću količinu ulja u kružnom toku kompresora. Kako bi se obezbedila zaštita životne sredine, neophodna je kada za ulje, koja zahteva električno grejanje kod spoljašnjih instalacija ili eventualno na hladnim mestima instaliranja, a samim tim zahteva dodatno trošenje energije za pogon sistema.

[0013] Kondenzator takođe obično predstavlja specifičnu izradu izmenjivača toplote jer se takođe u njemu vrši promena agregatnog stanja, u ovom slučaju iz gasovitog u tečno.

[0014] Kada se koristi kao toplotna pumpa u cilju zagrevanja, toplota okoline se prenosi od isparivača do kompresora na niskom temperaturnom nivou u gasovitom stanju. Od kompresora do kondenzatora toplota se prenosi na visokom energetskom nivou takođe u gasovitom stanju. Od kondenzatora do ekspanzionog ventila toplota se prenosi na srednjem temperaturnom nivou u tečnom agregatnom stanju. Od ekspanzionog ventila do isparivača nosač toplote je tečan, na veoma niskom energetskom nivou.

[0015] Kada se klima uređaj koristi za hlađenje vozila, toplotni medijum se kompresuje u kompresoru koji je preko kompresorskog spoja direktno povezan sa motorom vozila. Toplotni medijum se nakon kompresije nalazi pod visokim pritiskom i u gasovitom stanju. Nadalje, gasoviti toplotni medijum struji ka kondenzatoru i tamo se hladi vetrom nastalim usled vožnje i ventilatorom kondenzatora. Sada je toplotni medijum pod visokom pritiskom, ali ipak u tečnom stanju. Nakon toga, toplotni medijum utiče u filterski sušač i ostaje pod visokim pritiskom u tečnom stanju sve do sledećeg ekspanzionog ventila. U ekspanzionom ventilu, toplotni medijum se opušta i hladi. Tada tečni i hladni toplotni medijum struji kroz isparivač. Pomoću ventilatora vazduh se usisava u isparivač i uduvava se u putnički prostor kao hladan vazduh. Usisanim toplim svežim vazduhom u isparivaču se zagreva toplotni medijum i prevodi se ponovo u gasovito stanje pod niskim pritiskom. Sada toplotni medijum u gasovitom stanju pod niskim pritiskom struji kroz ekspanzioni ventil ponovo ka kompresoru. Tamo se iznova kompresuje, pa kružni tok kreće ispočetka.

[0016] Bitan kriterijum koji utiče na odabir toplotne pumpe ili klima uređaja je tzv. COP vrednost (Coefficient of Performance; za toplotne pumpe) odnosno tzv. EER vrednost (Energy Efficiency Ratio; za klima uređaje). Ova vrednost se dobija kada se generisana količina toplote podeli sa utrošenom električnom energijom (za kompresor, upravljanje, regulisanje i interno pumpanje toplotne pumpe tj. klima uređaja) u režimu pod punim opterećenjem. Uobičajena vrednost za COP odnosno EER iznosi između 3 i 6.

[0017] Još jedan važan presudan kriterijum za toplotne pumpe jeste takozvani JAZ (godišnji radni broj). On se dobija kada se stvarno odata količina toplote podeli sa stvarno dopremljenom električnom energijom (takođe i izvan toplotne pumpe koja je neophodna za zagrevanje). Uobičajena vrednost za JAZ iznosi između 2,5 i 4.

[0018] Naredni kriterijum, tzv. ESEER vrednost (European Seasonal Energy Efficiency Ratio), uzima u obzir režim rada pod delimičnim opterećenjem toplotne pumpe tj. klima uređaja jer invertni klima uređaj tj. toplotna pumpa radi gotovo isključivo u režimu pod delimičnim opterećenjem.

[0019] Zadatak predmetnog pronalaska jeste da se nadoveže ovde i obezbedi uređaj i postupak za kontrolisanje temperature medijuma koji uklanjaju prethodno navedene nedostatke i pokazuju naročito visoku energetsku efikasnost. Pritom se takođe teži cilju da se obezbedi uređaj za kontrolisanje temperature medijuma poželjnom inovacijom, koji je strukturiran i zamišljen za korišćenje kao uređaj kako za grejanje, tako i za klimatizaciju. Po mogućstvu potrebno je da se ovim pronalaskom izbegne masivna konstrukcija i velika težina poznatih uređaja.

[0020] Ovaj zadatak se rešava uređajem sa karakteristikama navedenim u patentnom zahtevu 1. Poželjne inovacije ovakvog uređaja navedene su u patentnim zahtevima 2 do 9. Postupak prema predmetnom pronalasku naveden je u patentnom zahtevu 10. Poželjne inovacije nalaze se u patentnim zahtevima 11 do 15.

[0021] Uređaj za kontrolisanje temperature medijuma prema predmetnom pronalasku obuhvata, prema tome, sledeće komponente:

a. prvi zatvoreni kružni tok toplotnog medijuma u kome cirkuliše prvi toplotni medijum, gde je prvi toplotni medijum izabran tako da cirkuliše bez faznih prelaza u prvom kružnom toku toplotnog medijuma;

b. drugi zatvoreni kružni tok toplotnog medijuma u kome cirkuliše drugi, gasoviti toplotni medijum, gde je drugi, gasoviti toplotni medijum izabran tako da bez faznih prelaza prolazi kroz drugi kružni tok toplotnog medijuma;

c. prvi izmenjivač toplote, postavljen u prvom kružnom toku toplotnog medijuma, u kome se prvi toplotni medijum može dovesti u razmenjivanje toplote sa medijumom iz okruženja;

d. drugi izmenjivač toplote, postavljen u prvom kružnom toku toplotnog medijuma, u kome se prvi toplotni medijum može dovesti u razmenjivanje toplote sa medijumom čiju temperaturu treba kontrolisati;

e. prvo transportno sredstvo, postavljeno u prvom kružnom toku toplotnog medijuma, za pokretanje prvog toplotnog medijuma u prvom kružnom toku toplotnog medijuma; f. kompresor, postavljen u drugom, zatvorenom kružnom toku toplotnog medijuma za kompresovanje drugog gasovitog toplotnog medijuma;

g. treći izmenjivač toplote koji je, gledano u pravcu protoka drugog toplotnog medijuma, postavljen iza kompresora i nalazi se u kontaktu sa drugim kružnim tokom toplotnog medijuma i vrši razmenjivanje toplote sa prvim toplotnim medijumom u prvom kružnom toku toplotnog medijuma;

h. sredstvo za hlađenje i/ili opuštanje prvog toplotnog medijuma u prvom kružnom toku toplote;

i. četvrti izmenjivač toplote, integrisan u drugi kružni tok toplotnog medijuma koji je tamo, posmatrano u protočnom pravcu, postavljen ispred kompresora i koji se nalazi u spoju izmenjivanja toplote sa prvim toplotnim medijumom, sprovođenim kroz prvi kružni tok toplotnog medijuma.

[0022] Naročita karakteristika uređaja prema predmetnom pronalasku jeste da on funkcioniše i bez isparivača odnosno kondenzatora, a umesto njega obuhvata jednostavan izmenjivač toplote. Ovo se omogućuje time što nijedan od upotrebljenih medijuma, ni prvi toplotni medijum, ni drugi toplotni medijum, ne doživljava fazni prelaz u procesu.

[0023] Prvi izmenjivač toplote u kome se prvi toplotni medijum dovodi u izmenjivanje toplote sa medijumom iz okruženja može omogućiti prenos toplote sa na primer spoljašnjeg vazduha, zemne toplote, sa neke tečnosti ili sa nekog gasa na prvi toplotni medijum. Ovaj prvi izmenjivač toplote može se prema tome koristiti i u suprotnom protoku i može obuhvatati dva ulaza i izlaza, po jedan za odgovarajući toplotni medijum. Međutim, kod prvog izmenjivača toplote može takođe biti reč o npr. izmenjivaču toplote sa lamelama sa ventilatorom za vozila sa jednim ulazom i izlazom za jedini toplotni medijum koji se sprovodi u sistemu vodova, kako bi se npr. iskoristilo razmenjivanje toplote između toplote vazduha iz okruženja i prvog toplotnog medijuma za zagrevanje i/ili hlađenje unutrašnjeg prostora vozila.

[0024] S druge strane, drugi izmenjivač toplote može biti takav da služi za razmenjivanje toplote između prvog toplotnog medijuma i vazduha iz okruženja, iskorišćenog za klimatizaciju, ali i kao takav koji dovodi do razmenjivanja toplote između prvog toplotnog medijuma i još nekog medijuma koji se sprovodi kroz sistem vodova. Tako, u poslednjem slučaju, drugi izmenjivač toplote može biti kao izmenjivač toplote suprotnog protoka, sa po dva ulaza i dva izlaza za oba medijuma koji se sprovode u sistemima vodova, tj. u prvom slučaju izmenjivač toplote sa lamelama sa ventilatorom npr. za vozila (samo sa po jednim ulazom i izlazom za prvi toplotni medijum) za direktnu razmenu toplote sa vazduhom koji prodire u unutrašnji prostor vozila.

[0025] U drugom kružnom toku toplotnog medijuma nalazi se kompresor, naročito turbo kompresor, poželjno mikro turbo kompresor koji kompresuje drugi toplotni medijum koji u gasovitom stanju protiče kroz ovaj kružni tok, kompresovan i samim tim zagrejan. Ovaj kompresor se koristi kada se uređaj koristi za grejanje tj. zagrevanje medijuma čiju temperaturu treba kontrolisati. Tada ovaj kompresor može da reaguje na spoljašnju temperaturu naročito uz kontrolu broja obrtaja, gde se podešavanjem većeg broja obrtaja generiše veći odnos pritiska, a time se postižu više temperature kompresovanog drugog toplotnog medijuma (a pri redukovanju broja obrtaja efekat je obrnut).

[0026] U trećem izmenjivaču toplote , toplota generisana kompresorom u drugom toplotnom medijumu, prenosi se na prvi toplotni medijum kada se sistem koristi u cilju grejanja. U slučaju da se uređaj koristi za hlađenje (vidi za to dalje u nastavku), obično se u trećem izmenjivaču toplote , ukoliko on nije odgovarajućim ventilima u potpunosti isključen, samo sprovodi prvi toplotni medijum bez dodatnog prenosa toplote. Kompresor u ovom slučaju, po pravilu, ne radi.

[0027] U uređaju je predviđen i četvrti izmenjivač toplote koji je integrisan u drugi kružni tok toplotnog medijuma i tamo je, gledano u protočnom pravcu, postavljen ispred kompresora, i nalazi se u spoju izmenjivanja toplote sa prvim toplotnim medijumom koji se sprovodi kroz prvi kružni tok toplotnog medijuma.

[0028] U ovom izmenjivaču toplote već se postiže prvi prenos toplote između drugog toplotnog medijuma i prvog toplotnog medijuma pre nego što se drugi toplotni medijum zagreje kompresijom. Ovaj dodatni izmenjivač toplote doprinosi utoliko povećanju efikasnosti u režimu grejanja uređaja. Ako je potrebno da se uređaj upotrebi za hlađenje, onda ovaj četvrti izmenjivač toplote nema funkciju, može se u tom slučaju premostiti i odgovarajućim ventilima i odeljcima vodova.

[0029] Sredstvo za hlađenje i/ili opuštanje prvog toplotnog medijuma u prvom kružnom toku toplotnog medijuma zaduženo je za slučaj da se uređaj u režimu grejanja koristi kao toplotna pumpa na poznati način tako da se prvi toplotni medijum koji povratno struji i dalje hladi tako da se i pri nižoj temperaturi okruženja može prihvatiti toplota iz okruženja i samim tim obezbediti za potrebe grejanja. Kada se uređaj koristi za hlađenje, može se upotrebiti sredstvo za hlađenje kako bi se postiglo eventualno dodatno smanjenje temperature prvog toplotnog medijuma za poboljšani efekat hlađenja u drugom izmenjivaču toplote .

[0030] Pritom može biti od prednosti da je sredstvo za hlađenje jedan peltier element, poželjno podesiv, ili više takvih peltier elemenata. Takav element može nezavisno od opuštanja pritiska da izazove dejstvo hlađenja, što je od naročite prednosti za režim hlađenja uređaja prema predmetnom pronalasku, dakle kao klima uređaja ili agregata za hlađenje.

[0031] Kao prvi toplotni medijum može se naročito upotrebiti neka tečnost, naročito ona koja je pri normalnom pritisku u temperaturnom opsegu od -50°C do 60°C u tečnom stanju. Budući da uređaj prema predmetnom pronalasku funkcioniše u prvom toplotnom medijumu bez faznih prelaza, osigurava se da će taj medijum zadržati jedinstvenu fazu u opsegu samih pogonskih temperatura. Pritom treba dati prednost prvom toplotnom mediju u tečnom stanju, a ne u gasovitom stanju, jer je tada kapacitet skladištenja toplote znatno veći. Svakako se podrazumeva da se kao izmenjivači toplote mogu primeniti i one tečnosti koje su otporne na veći temperaturni raspon, u okviru koga i dalje ostaju u tečnom stanju. Taj temperaturni raspon na taj način može takođe da se nalazi na primer između -60°C i 70°C, pa čak i sa većim rasponom, na primer između -90°C (ili još niže, na primer do -135°C) i 75°C ili čak do 125°C.

[0032] Pri izboru prvog toplotnog medijuma, osim temperaturnog raspona u okviru koga se sigurno održava faza, treba uzeti u obzir i sposobnost da se prihvati i skladišti toplota naročito pri niskim temperaturama, npr. toplota iz okruženja čak i na stepenima ispod nule, takođe u duboko negativnoj zoni (toplotni kapacitet), kao i sposobnost da se brzo prihvati i otpusti toplota. Kao naročito pogodno u ovom smislu pokazalo se ako se kao prvi toplotni medijum koristi hidrofluoretar. Hidrofluoretri su hemijska jedinjenja zbirne formule CxFy-O-CmHngde x predstavlja neki broj između 1 do 12; y predstavlja broj 0 do 25; m predstavlja neki broj između 1 do 12, a n predstavlja neki broj od 0 do 25. Odgovarajuća jedinjenja su formirana od lanaca različitih dužina potpuno fluorisanih karbona koji su preko neke etarske grupe povezani sa alkil supstituentom. Kao primer naročito pogodnog hidrofluoroetra koji se može koristiti kao prvi toplotni medijum treba navesti etoksinonafluor butan (C4F9OC2H5). Ovde je reč o bistroj, bezbojnoj tečnosti sa tačkom tečenja (pri normalnom pritisku) od -138°C i tačkom ključanja (pri normalnom pritisku) od 76°C. Ovaj materijal se može naći sa dobrim kvalitetom za upotrebu kao prvog toplotnog medijuma u uređaju prema predmetnom pronalasku na primer kod firme 3D Deutschland GmbH sa tržišnim nazivom 3M<TM>Novec<TM>7200 High-Tech Flüssigkeit.

[0033] Jedinjenje koje se ovde preferira nije štetno za klimu tako da je njegova primena osim što je visoko efikasna sa tehnološkog aspekta, i sa ekološkog aspekta bezazlena.

[0034] Drugi, gasoviti toplotni medijum može u principu da bude u potpuno različitim oblicima, gde se ovde vazduh smatra naročito pogodnim. Budući da se vazduhom kao drugim toplotnim medijumom postižu zadovoljavajući efekti kontrolisanja temperature, taj medijum stoji svuda u jednakoj meri na raspolaganju „besplatno“, tako da upotreba vazduha ne predstavlja dodatne troškove pri proizvodnji i korišćenju. Pored toga, time ne dolazi do problema za životnu sredinu koji bi se mogli javiti pri upotrebi nekog drugog medijuma, naročito ako se on izlije iz zatvorenog kružnog toka.

[0035] Od prednosti je ako četvrti izmenjivač toplote obuhvata tri odvojena vodna lanca koji se nalaze u međusobnoj razmeni toplote, od kojih prvi vodni lanac pripada drugom kružnom toku toplotnog medijuma, drugi vodni lanac prvom odeljku prvog kružnog toka toplotnog medijuma, a treći vodni lanac drugom odeljku prvog kružnog toka toplotnog medijuma. Dakle, prema ovom tehničkom rešenju, četvrti izmenjivač toplote obuhvata po tri ulaza i izlaza i – pri režimu rada grejanja – koristi dodatno otpadnu toplotu iz povratnog kružnog toka prvog toplotnog medijuma za prethodno zagrevanje prvog toplotnog medijuma nakon što je prvi toplotni medijum u prvom izmenjivaču toplote preuzeo toplotu iz okruženja, a pre nego što se u trećem izmenjivaču toplote dodatno zagrejao toplotom kompresije, generisanom kompresorom u drugom kružnom toku toplotnog medijuma. Pritom, četvrti izmenjivač toplote služi takođe hlađenju drugog toplotnog medijuma u drugom kružnom toku toplotnog medijuma.

[0036] Naročito kada je neophodno dodatno redukovanje pritiska u prvom kružnom toku toplotnog medijuma i kada, osim toga, to doprinosi dodatnom hlađenju prvog toplotnog medijuma na deonici povratnog toka ka prvom izmenjivaču toplote, u drugom odeljku prvog kružnog toka toplotnog medijuma može biti postavljen ekspanzioni ventil, poželjno podesiv.

[0037] Kod transportnog sredstva za pokretanje prvog toplotnog medijuma može naročito biti reči o cirkulacionoj pumpi koja naročito može biti realizovana tako da se njome može upravljati.

[0038] Prvo transportno sredstvo, na primer, cirkulaciona pumpa, može biti realizovano tako da se naročito u svom pravcu transporta može zaokrenuti, kako bi na taj način moglo da transportuje tj. pokreće tj. gura prvi toplotni medijum u dva pravca, desnim tokom i levim tokom kroz zatvoreni prvi kružni tok toplotnog medijuma. Ova mogućnost desnog toka tj. levog toka koja se može izabrati od naročitog je značaja ako postoji opcija izbornog režima rada uređaja kao uređaja za grejanje (toplotna pumpa) odnosno kao uređaja za hlađenje (klima uređaj, agregat za hlađenje).

[0039] Prema tome, postupak prema predmetnom pronalasku za kontrolisanje temperature medijuma ističe se time što se prvi toplotni medijum sprovodi u prvom zatvorenom kružnom toku toplotnog medijuma i njegovu cirkulaciju održava prvo transportno sredstvo kako bi primio i otpustio toplotu gde se prvi toplotni medijum u prvom kružnom toku toplotnog medijuma sprovodi kroz prvi izmenjivač toplote kako bi razmenio toplotu sa medijumom iz okruženja. Nadalje se prvi toplotni medijum sprovodi kroz drugi izmenjivač toplote kako bi razmenio toplotu sa medijumom čiju temperaturu treba kontrolisati, gde se prvi toplotni medijum sprovodi u prvom kružnom toku toplotnog medijuma a da pritom ne doživljava fazne prelaze u prvom kružnom toku toplotnog medijuma. Za zagrevanje medijuma čiju temperaturu treba kontrolisati, transportno sredstvo sprovodi pritom prvi toplotni medijum kroz prvi izmenjivač toplote kako bi tamo primio toplotu. Nakon strujanja kroz prvi izmenjivač toplote, toplotni medijum se sprovodi kroz treći izmenjivač toplote koji je uključen u drugi kružni tok toplotnog medijuma u kome se sprovodi drugi, gasoviti toplotni medijum ukrug bez faznih prelaza. Pritom je u drugom kružnom toku toplotnog medijuma postavljen kompresor koji je, gledano u protočnom pravcu drugog toplotnog medijuma, postavljen ispred trećeg izmenjivača toplote i kompresuje i zagreva drugi toplotni medijum. Prvi toplotni medijum tada u trećem izmenjivaču toplote prihvata toplotu od drugog toplotnog medijuma, pa se nakon što protekne kroz treći izmenjivač toplote sprovodi kroz drugi izmenjivač toplote. Tamo prvi toplotni medijum odaje toplotu medijumu čiju temperaturu treba kontrolisati. Konačno, prvi toplotni medijum se opušta i/ili hladi nakon što protekne kroz drugi izmenjivač toplote i vrati se ka prvom izmenjivaču toplote .

[0040] Ovaj postupak se može sprovoditi u uređaju – što je i poželjno – kakav je prethodno opisan i objašnjen. U prethodno opisanom sprovođenju postupka, uređaj radi kao toplotna pumpa, dakle postupak se koristi za zagrevanje korišćenog medijuma.

[0041] Prema ovom postupku, nakon što prođe kroz drugi izmenjivač toplote i pre nego što ponovo prođe kroz prvi izmenjivač toplote, prvi toplotni medijum se sprovodi kroz četvrti izmenjivač toplote koji je uključen u drugi kružni tok toplotnog medijuma i kroz koji struji drugi toplotni medijum pre nego što ga kompresuje kompresor. Kroz ovaj četvrti izmenjivač toplote, osim toga, sprovodi se prvi toplotni medijum u narednom odeljku prvog kružnog toka toplotnog medijuma i to nakon što prođe kroz prvi izmenjivač toplote i pre nego što prođe kroz treći izmenjivač toplote. Pritom se u ovom daljem odeljku prvog kružnog toka toplotnog medijuma, u ovom četvrtom izmenjivaču toplote , prima toplota kako od drugog toplotnog medijuma (pre kompresovanja), tako i od prvog toplotnog medijuma, vraćenog u pravcu prema prvom izmenjivaču toplote na odeljku između drugog izmenjivača toplote i prvog izmenjivača toplote. Ovakvo tehničko rešenje postupka prema predmetnom pronalasku povećava efikasnost postupka odnosno na taj način korišćenog uređaja kada se on koristi kao toplotna pumpa jer se tako otpadna toplota, koja bi se inače otpustila neiskorišćena, ponovo doprema efikasnom kružnom toku.

[0042] Kod prethodno opisanih tehničkih rešenja, prvi toplotni medijum može se, osim toga, opustiti i/ili ohladiti u periodu između izlaska iz četvrtog izmenjivača toplote i ponovnog dopremanja prvom izmenjivaču toplote. To se može izvršiti na primer pomoću peltier elemenata, ali takođe na primer uz primenu ekspanzionog ventila na odgovarajućem vodu ili u kontaktu sa njim.

1

[0043] Postupak prema predmetnom pronalasku može se, međutim, po izboru koristiti ne samo za grejanje, dakle u režimu rada uređaja u svojstvu toplotne pumpe, već i za hlađenje medijuma čiju temperaturu treba kontrolisati. Pritom je u tom slučaju obrnut transportni pravac transportnog sredstva, a samim tim i protočni pravac prvog toplotnog medijuma, gde se istovremeno prekida i/ili donekle isključuje drugi kružni tok toplotnog medijuma tako da se više ne odvija razmena toplote između drugog toplotnog medijuma i prvog toplotnog medijuma. Tada se prvi toplotni medijum sprovodi kroz drugi izmenjivač toplote kako bi tamo primio toplotu od medijuma čiju temperaturu treba kontrolisati i kako bi prema tome ohladio taj medijum čiju temperaturu treba kontrolisati. U nastavku, prvi toplotni medijum protiče tada kroz treći izmenjivač toplote, a da pritom ne dolazi do još jednog razmenjivanja toplote, ili protiče pored njega, pa nakon toga prolazi kroz prvi izmenjivač toplote kako bi tamo odao toplotu medijumu u okruženju. Zatim se prvi toplotni medijum vraća drugom izmenjivaču toplote kako bi ponovo primio toplotu od medijuma čiju temperaturu treba kontrolisati. I ovde takođe prvi toplotni medijum prolazi kružni tok bez faznih prelaza.

[0044] Kod ove varijante postupka može se videti naročita karakteristika postupka prema predmetnom pronalasku koja je ujedno i posebna karakteristika uređaja prema predmetnom pronalasku odnosno njegovog korišćenja. Razlog tome se nalazi u činjenici da se na osnovu opisane promene transportnog pravca, jedan te isti uređaj može koristiti i kao toplotna pumpa u svrhu zagrevanja, ali i za hlađenje medijuma, na primer u svojstvu klima uređaja ili agregata za hlađenje.

[0045] Za ovaj način tehničkog rešenja postoji veliko interesovanje, između ostalog, u automobilskoj industriji, gde se ovakav uređaj može koristiti kako za grejanje tako i za klimatizovano hlađenje putničkog prostora u automobilu. Naročito tamo gde na primer usled upotrebe visoko efikasnih motora na sagorevanje nema više na raspolaganju oslobađajuće toplotne energije u dovoljnoj količini kako bi se zagrejao putnički prostor, ali takođe i u slučaju elektronskih vozila čiji način pogona ne ostavlja nimalo relevantne toplotne energije koja se može iskoristiti, potrebno je za pogon vozila pri hladnim spoljašnjim temperaturama predvideti alternativne mogućnosti zagrevanja za koje su naročito pogodni baš uređaj prema predmetnom pronalasku i postupak prema predmetnom pronalasku jer oni osim mogućnosti grejanja jednostavnim obrtanjem realizacije kružnog toka prvog toplotnog medijuma pružaju takođe i mogućnost hlađenja. Međutim, ova primena je od naročite prednosti i npr. u oblasti klimatizacije (grejanja / hlađenja) putničkog prostora u železničkim vagonima i drugim sredstvima saobraćaja, zgradama i prostorijama, kamp vozilima i stambenim kontejnerima ili u mašinama i postrojenjima.

[0046] Ukoliko se postupak koristi kao što je prethodno opisano za hlađenje, onda može biti neophodno – u zavisnosti od atmosferskih uslova i spoljašnje temperature i u zavisnosti od željenog podešavanja temperature oblasti koju treba hladiti – intervenisati sa aktivnim hlađenjem prvog toplotnog medijuma, za šta se prvi toplotni medijum u nekom odeljku prvog kružnog toka toplotnog medijuma u protočnom pravcu posle prvog izmenjivača toplote, a ispred drugog izmenjivača toplote može aktivno hladiti na primer pomoću nekog peltier elementa ili pomoću više takvih elemenata. Kod primenjenih peltier elemenata koji rade na električni pogon, osim hladne strane koja se koristi za hlađenje, prisutna je takođe i topla strana elementa duž koje se toplota mora odvesti kako bi se peltier element i dalje mogao koristiti sa efektom hlađenja. Od prednosti je što se ta toplota može odvesti do toplotnog medijuma iz okruženja i tako se predati toploti okruženja. U tu svrhu se npr. može pomoću ventilatora ili jednostavno preko nekog protočnog kanala (npr. vetrom usled vožnje kod vozila opremljenog uređajem prema predmetnom pronalasku) upotrebiti vazduh za hlađenje tople strane peltier elementa. Međutim, može se takođe obrazovati još jedan kružni tok sa toplotnim medijumom, koji prihvata otpadnu toplotu sa peltier elemenata i sa svoje strane je odaje medijumu okruženja npr. preko nekog izmenjivača toplote. Kroz taj kružni tok može takođe direktno da struji medijum okruženja npr. vazduh, ali takođe i neki toplotni medijum povezan sa zemnom toplotom.

[0047] U okviru ovog postupka poželjno je da se kao prvi toplotni medijum koristi onaj kakav je prethodno opisan za uređaj, tako da se, što se tiče odabira prvog toplotnog medijuma, treba rukovoditi prethodnim opisom.

[0048] Uređaj prema predmetnom pronalasku i postupak prema predmetnom pronalasku mogu se primenjivati i koristiti na raznovrsne načine, tako npr. za grejanje odnosno hlađenje zgrada, naročito stambenih zgrada i radnih objekata, kao klima uređaji i uređaji za grejanje u automobilskoj industriji, u saobraćajnoj i logističkoj branši, kod autobusa i vozova, kod strojarnica i postrojenja, ali takođe za primenu u kućnim uređajima.

[0049] Ostale prednosti i karakteristike i prednosti predmetnog pronalaska proizlaze iz opisa primera tehničkih rešenja u nastavku na osnovu priloženih crteža. Prikazano je:

Sl. 1 shematski prikaz uređaja za kontrolisanje temperature medijuma prema prvom mogućem tehničkom rešenju predmetnog pronalaska i sa ilustracijom toka postupka; Sl. 2 shematski prikaz uređaja za kontrolisanje temperature medijuma prema drugom mogućem tehničkom rešenju predmetnog pronalaska i sa ilustracijom toka postupka; i Sl. 3 shematski prikaz jednog isečka uređaja prema prikazu sa sl. 2 sa ilustracijom aktivnog hlađenja peltier elemenata.

[0050] Na slikama su načelno na dva načina tehničkog rešenja, koja blago odstupaju jedan od drugog, skicirana moguća ostvarenja uređaja za kontrolisanje temperature medijuma prema predmetnom pronalasku. Osim toga, na sl. 3 skicirano je još jedno odstupanje koje se može izabrati kod obe načelne varijante tehničkog rešenja, predstavljene na prethodnim slikama. Slike sadrže pritom i prikaze koji ilustruju tok postupka prema predmetnom pronalasku koji se treba koristiti kod ovih uređaja.

[0051] Na slici 1 najpre je prikazan prvi izmenjivač 1 toplote, kod koga je kod ove varijante tehničkog rešenja reč o izmenjivaču toplote koji je zadužen za prenos toplote između gasovitog medijuma iz okruženja i toplotnog medijuma koji cirkuliše vođen kroz vod 2. Prvi toplotni medijum pritom se sprovodi u prvom kružnom toku 3. Vod 2 u izmenjivaču 1 toplote, je povezan sa delom 4 cevastog voda koji predstavlja deo dovodnog voda do drugog izmenjivača 5 toplote, kroz koji protiče prvi toplotni medijum u vodu 6, a koji služi razmenjivanju toplote između ovog prvog toplotnog medijuma i nekog gasovitog medijuma.

[0052] U dovodnom vodu, polazeći od prvog izmenjivača 1 toplote, iza dela 4 cevastog voda postavljen je još jedan izmenjivač 7 toplote kroz koji struji toplotni medijum, dopremljen u deo 4 cevastog voda, a koji toplotni medijum ponovo napušta preko narednog dela 8 cevastog voda. Kroz izmenjivač 7 toplote strujanje se može pritom vršiti i u obrnutom pravcu kao što će to kasnije biti objašnjeno. Deo 8 cevastog voda je zatim povezan sa još jednim izmenjivačem 9 toplote kroz koji struji toplotni medijum sve do dela 10 cevastog voda koji se nadovezuje, a koji se zatim uliva u drugi izmenjivač 5 toplote, sa vodom 6 povezan je u ovom izmenjivaču 5 toplote. Naredni deo 11 cevastog voda povezan je na oprečnoj strani sa izmenjivačem 5 toplote, tačnije sa vodom 6, i dovodi do cirkularne pumpe 12. U delu 13 cevastog voda koji se nadovezuje na cirkularnu pumpu 12 postavljena su dva preklopna trosmerna ventila 14, 15. Oni omogućuju u odvojenim preklopnim položajima ili sprovođenje struje prvog toplotnog medijuma preko dopremnog voda 16 kroz izmenjivač 7 toplote i nazad preko odvodnog voda 17 u kome je predviđen ekspanzioni ventil 18 koji se može regulisati, do dela 13 cevastog voda ili zaobilazeći ovu petlju kroz izmenjivač 7 toplote direktno nadalje u delu 13 cevastog voda. Gledano od cirkularne pumpe 12 s one strane trosmernog ventila 14, 15, postavljen je barem jedan peltier element 19 koji se može regulisati, može se takođe predvideti i više takvih elemenata. Deo 13 cevastog voda uliva se zatim ponovo u vod 2 izmenjivača 1 toplote i tako zatvara kružni tok 3.

[0053] U uređaju, ilustrovanom na sl.1, realizovana je još jedan kružni tok 20 u kome cirkuliše drugi toplotni medijum. Ovde drugi toplotni medijum struji kroz izmenjivač 7 toplote, zatim dospeva u deo 21 cevastog voda, pa se kompresuje turbo kompresorom (naročito mikro turbo

1

kompresorom) 22 i sprovodi preko dela 23 cevastog voda do izmenjivača 9 toplote, pa onda preko povratnog voda 24 nazad ka izmenjivaču 7 toplote.

[0054] Uređaj, prikazan na sl.1, može se koristiti u dva režima rada, naime najpre kao toplotna pumpa kako bi se zagrejao neki upotrebni medijum koji se sprovodi kroz izmenjivač 5 toplote, a onda i kao uređaj za klimatizaciju (klima uređaj) kako bi se ohladio upotrebni medijum koji se sprovodi kroz izmenjivač 5 toplote.

[0055] U nastavku će se najpre opisati upotreba u svojstvu toplotne pumpe, kod koje cirkularna pumpa 12 pokreće prvi toplotni medijum da cirkuliše u kružnom toku 3, u pravcu kretanja kazaljke na satu na prikazu slike 1.

[0056] Pogonski pravac toplotnih medijuma u kružnim tokovima 3 i 20 toplotnih medijuma ilustrovan je punim strelicama u prvom kružnom toku 3, a u drugom kružnom toku 20 strelicama uokvirenim isprekidanim linijama.

[0057] Kod ovog režima, u prvom izmenjivaču 1 toplote, toplota iz okruženja (npr. iz spoljašnjeg ili otpadnog vazduha) se prenosi na prvi toplotni medijum dok on prolazi kroz vod 2. Prvi izmenjivač 1 toplote može pritom biti naročito izmenjivač toplote sa lamelama sa ventilatorom 25.

[0058] Prvi toplotni medijum se transportuje kroz cirkularnu pumpu 12 u pravcu kretanja kazaljke na satu u zatvorenom krunom toku 3 toplotnog medijuma i donosi prihvaćenu toplotu iz okruženja ka izmenjivaču 7 toplote.

[0059] U izmenjivaču 7 toplote povećava se temperaturni nivo prvog toplotnog medijuma otpadnom toplotom koja potiče iz kružnog toka izmenjivača 5 toplote, kao i hlađenjem drugog toplotnog medijuma iz drugog kružnog toka 20. U praksi se temperaturni nivo može npr. povećati na otprilike 30°C kada temperatura drugog toplotnog medijuma u kružnom toku opadne na otprilike 30°C. Trosmerni ventili 14, 15 nalaze se prema tome u odgovarajućem preklopnom položaju u kome su dopremni vod 16 i odvodni vod 17 uključeni u kružni tok 3.

[0060] Drugi toplotni medijum, ohlađen (na npr. 30°C), u drugom kružnom toku 20, zatvorenom u sebe, u dijabatskom procesu usisava turbo kompresor 22 sa kontrolisanim brojem obrtaja kod koga naročito može biti reč o mikro turbo kompresoru, kompresuje se i ponovo se dovodi na visok temperaturni nivo, u njega se dakle utiskuje tzv. kompresiona toplota.

[0061] Tako zagrejani drugi toplotni medijum susreće se u izmenjivaču 9 toplote ponovo sa prvim toplotnim medijumom koji se u delu 8 cevastog voda sprovodi oko turbo kompresora i zagreva prvi toplotni medijum do upotrebljive temperature.

[0062] Zagrejani prvi toplotni medijum struji ka izmenjivaču 5 toplote kod koga na ovom primeru tehničkog rešenja može biti reči o izmenjivaču toplote sa lamelama sa ventilatorom 26.

U ovom izmenjivaču 5 toplote prvi toplotni medijum odaje tu toplotu nekom upotrebnom medijumu, npr. usisanom svežem vazduhu.

[0063] Prvi toplotni medijum dolazi iz izmenjivača 5 toplote i teče preko trosmernog ventila 14 za korišćenje otpadne toplote ka izmenjivaču 7 toplote, temperatura povratnog toka pri izlasku iz izmenjivača 7 toplote može iznositi npr.10°C.

[0064] Prvi medijum, ohlađen na otprilike 10°C, dolazi zatim preko trosmernog ventila 15 do peltier elemenata 19 koji se mogu regulisati. Na putu ka tamo podesivim ekspanzionim ventilom 18 može se već postići opuštanje i hlađenje prvog toplotnog medijuma. Kod peltier elemenata 19, usled peltier efekta, temperatura toplotnog medijuma može opasti na otprilike 10K ispod toplote okruženja. Toplota koja prilikom hlađenja nastaje sa druge strane peltier elementa može na pogodan način da posluži za prethodno zagrevanje toplote iz okruženja. Na taj način se onda optimalno iskorišćava energetski potencijal peltier elemenata 19. Peltier elementi 19 su podesivi, pa se prema tome može podesiti željeni opseg temperature.

[0065] Nakon hlađenja podesivim peltier elementima 19 prvi toplotni medijum se vraća ka izmenjivaču 1 toplote. Kružni tok može iznova krenuti. Pritom je važno napomenuti da tokom čitavog kružnog toka prvi toplotni medijum nema fazne prelaze. Štaviše, kod prvog toplotnog medijuma je reč o tečnosti koja pod svim uslovima koji se stvaraju prilikom prvog kružnog toka 3 ostaje u tečnom stanju. Kod prvog toplotnog medijuma naročito je poželjno da je reč o hidrofluoretru npr. etoksinonafluor butanu (C4F9OC2H5).

[0066] I drugi toplotni medijum takođe ne prolazi kroz fazne promene, nego za vreme čitavog toka drugog kružnog toka 20 ostaje u gasovitom stanju.

[0067] Kao što je već pomenuto, uređaj napravljen prema shemi prikazanoj na slici 1, ne koristi se samo kao toplotna pumpa, već se može koristiti i za hlađenje tj. klimatizaciju upotrebnog medijuma.

[0068] Pritom se uređaj koristi na sledeći način: ovaj režim je predstavljen nepopunjenim strelicama, uokvirenim neprekinutom linijom.

[0069] U režimu rada uređaja kao klima uređaja, drugi kružni tok 20 je isključen; turbo kompresor 22 nije neophodan pri hlađenju i zbog toga je van pogona.

[0070] U takvom režimu rada uređaja kao klima uređaja poželjno je da je medijum iz okruženja (npr. spoljašnji ili otpadni vazduh) hladniji od prvog toplotnog medijuma tako da prvi toplotni medijum u izmenjivaču 1 toplote prenosi toplotu na medijum iz okruženja. No uređaj svakako funkcioniše i kada je medijum iz okruženja topliji od prvog toplotnog medijuma dok on protiče kroz izmenjivač 1 toplote u vodu 2.

1

[0071] Nakon prijema toplote iz okruženja ili odavanja toplote medijumu iz okruženja od strane toplotnog medijuma, on prolazi do eventualno neophodnog dodatnog hlađenja pomoću podesivih peltier elemenata 19. To se vrši pomoću cirkularne pumpe 12 koja sada prvi kružni tok 3 prvog toplotnog medijuma okreće u suprotni pravac. U tu svrhu cirkularna pumpa 12 realizovana je tako da se njen transportni pravac može preokrenuti. Prvi toplotni medijum se transportuje kroz cirkularnu pumpu 12 dakle u pravcu suprotnom od kretanja kazaljke na satu, na prikazu sa slike u kružnom toku 3.

[0072] Poželjno je da se upravljanjem reguliše trošenje energije peltier elemenata 19 tako da razlika između temperature medijuma iz okruženja i temperature prvog toplotnog medijuma iznosi npr. otprilike 10K.

[0073] Nakon pada temperature, prvi toplotni medijum protiče kroz oba trosmerna ventila 14, 15 koji su realizovani tako da se toplotni medijum direktno prosleđuje u deo 11 cevastog voda, a da pritom ne dospeva u izmenjivač 7 toplote. Dakle, prvi toplotni medijum dospeva direktno do izmenjivača 5 toplote.

[0074] U izmenjivaču 5 toplote, toplotni medijum prihvata toplotu sa upotrebnog medijuma i pritom ga hladi. Ovaj upotrebni medijum u uređaju prema slici 1 može biti naročito usisani i ohlađeni sveži vazduh koji zatim ponovo dospeva u prostorije koje treba klimatizovati npr. putničke prostore u vozilima.

[0075] Prvi toplotni medijum izlazi iz izmenjivača 5 toplote sa višom temperaturom nego kada je ušao u izmenjivač 5 toplote, pa teče ka izmenjivaču 9 toplote. Kroz ovoj izmenjivač 9 toplote i dalje ka izmenjivaču 7 toplote, prvi toplotni medijum teče bez dodatne razmene toplote, gde se prvi toplotni medijum u delu 8 cevastog voda sprovodi oko turbo kompresora 22.

[0076] Prvi toplotni medijum protiče sada ponovo kroz izmenjivač 1 toplote i odaje tamo toplotu, ukoliko se nalazi na višem temperaturnom nivou od temperature iz okruženja, tada otpočinje kružni tok ispočetka.

[0077] Pritom je moguće predvideti još jednu deonicu cevastog voda koja se alternativno može uključiti preko ventila, a u kojoj prvi toplotni medijum direktno dospeva od izmenjivača 5 toplote do izmenjivača 1 toplote, zaobilazeći pritom izmenjivače 7 i 9 toplote, koji u ovom režimu rada ionako nemaju funkcionalni doprinos postupku hlađenja.

[0078] Na slici 2 skiciran je uređaj načelno identične građe koji radi po istom principu tako da se može uzeti u obzir prethodni opis. Jedina razlika između prikaza sa slike 2 i onog sa slike 1 sastoji se u tome što su izmenjivači 1 i 5 toplote, predstavljeni na slici 1 u građi na slici 2 zamenjeni izmenjivačima 1’ i 5’ toplote gde je kod izmenjivača 1’ i 5’ toplote reč o onakvim koji su sa ulazne i izlazne strane takođe priključeni u sistem vodova, dakle kroz njih ne protiče

1

slobodno vazduh kao kroz recimo lamele. Svakako se podrazumeva da kroz jedan od sistema vodova u ovom izmenjivaču toplote takođe može proticati gasoviti medijum npr. vazduh, naročito kroz vod 27 odnosno odeljak 28 voda. Sa ovakvim tehničkim rešenjem, uređaj je pogodan na primer za zagrevanje stambenih prostorija, tako što se na primer medijum za dotočni transport zemne toplote doprema izmenjivaču 1’ toplote u vodu 27, a izmenjivačem 5’ toplote zagreva se neki grejni medijum, na primer voda u odeljku 28 voda nekog kružnog toka za grejanje. Kod obrnutog režima rada, kakav je prethodno opisan, i ovde se takođe može obezbediti klimatizacija (hlađenje) stambenih prostorija.

[0079] Na slici 3 predstavljanjem isečka odnosno delimičnog isečka ilustracije prema slici 2, prikazana je konačno varijanta kod koje se – u slučaju da se uređaj koristi za klimatizaciju (hlađenje) – peltier elementi 19 aktivno hlade na svojoj strani koja odaje toplotu. Takvo aktivno hlađenje može biti neophodno naročito onda kada je temperatura u okruženju naročito visoka. Ukoliko se uređaj koristi na primer u okviru vozila, onda će možda biti dovoljan samo vetar pri vožnji da se odvede toplota, oslobođena sa peltier elemenata sa njihove strane koja odaje toplotu. Ovo može biti teže kod statičnih sistema.

[0080] U tu svrhu se najpre može predvideti ventilator 29. Dokle god je dovoljno da se predvidi takav ventilator 29 koji će dovoljno hladiti jedan ili više peltier elemenata, nisu neophodne dodatne mere hlađenja. Ukoliko nije dovoljno dopremanje svežeg vazduha pomoću ventilatora 29, onda se može dodatno ili alternativno predvideti još jedan mehanizam za hlađenje npr. onakav kakav je skiciran na slici 3.

[0081] Tamo se predviđa hlađenje pomoću toplotnog medijuma, gde se kod ovog tehničkog rešenja upotrebljava prvi toplotni medijum iz kružnog toka 3 toplotnog medijuma.

[0082] Toplotni medijum koji struji u vodu 30 prethodnog toka prihvata otpadnu toplotu sa jednog ili više peltier elemenata. Cirkularna pumpa 31 transportuje tada toplotni medijum u pravcu trosmernog ventila 32. Torsmerni ventil 32 može se spojiti sa dopremnim vodom 16. Kada je trosmerni ventil 32 u režimu hlađenja ovog uređaja povezan sa dopremnim vodom 16, onda je taj dopremni vod 16 pomoću trosmernog ventila 14 odvojen od voda, formiranog delovima 11 i 13 cevastog voda. Na taj način se prvi toplotni medijum, nakon što prođe kroz trosmerne ventile 32, prosleđuje preko dopremnog voda 16 do narednog trosmernog ventila 33. On u ovom režimu rada zatvara dopremni vod 16 u odnosu na izmenjivač 7 toplote, i navodi struju prvog toplotnog medijuma umesto toga u vod 34 kratkog spoja. On je spojen sa narednim trosmernim ventilom 35 koji je priključen na odvodni vod 17. U ovom režimu rada trosmerni ventil 35 blokira odvodni vod 17 od izmenjivača 7 toplote i vodi prvi toplotni medijum ka ekspanzionom ventilu 18. Tamo se prvi toplotni medijum opušta i na taj način hladi. Preko

1

narednog trosmernog ventila 36 koji se nastavlja na ekspanzioni ventil 18, koji blokira odvodni vod 17 u ovom režimu rada od trosmernog ventila 15, na taj način ohlađen i opušten toplotni medijum dospeva u povratni vod 37, priključen na trosmerni vod 36, pa odatle ponovo ka peltier elementima 19 gde ponovo uzima otpadnu toplotu, kako bi opet dospeo u vod 30 prethodnog toka. Ovaj kružni tok se aktivira okretanjem prekidača na odgovarajućim trosmernim ventilima 32, 33, 35 i 36 putem upravljanja onda kada uređaj radi u režimu za hlađenje i pritom je neophodno aktivno hlađenje peltier elemenata 19.

[0083] Svakako se podrazumeva da je moguće, što stručnjaci svako i sami uviđaju, da se realizuje odgovarajući raspored vodova i ventila i njihova povezanost takođe i kod primera tehničkog rešenja, prikazanog na slici 1, uređaja prema predmetnom pronalasku.

[0084] Takođe je moguće da se prethodno opisano aktivno hlađenje peltier elementa ili elemenata odvija takođe u režimu rada toplotne pumpe, ako se npr. prvi toplotni medijum mora naročito ohladiti kako bi u izmenjivaču 1 tj.1’ toplote mogao da prihvati toplotu iz okruženja na nižem temperaturnom nivou. U takvom slučaju obično se ne koristi vod 34 kratkog spoja, trosmerni ventili 33 i 35 mogu biti realizovani tako da izmenjivač 7 toplote ostane uključen u kružni tok. Osim toga, u takvoj povezanosti i trosmerni ventili 14 i 15 realizovani su tako da uključuju dopremni vod 16 i odvodni vod 17. Trosmerni ventili 32 i 36 su tada uključeni tako da otvaraju kako spoj ka trosmernom ventilu 14 i 15, tako i spoj u pravcu ka cirkularnoj pumpi 31 odnosno povratnom vodu 37. Osim toga, trosmerni ventil 32 mora da obuhvata povratni ventil kako iz dopremnog voda 16 iz pravca trosmernog ventila 14, prvi toplotni fluid, pritisnut pomoću cirkularne pumpe 12, ne bi mogao da uđe u trosmerni ventil 32 u pravcu suprotnom od zamišljenog pravca toka.

[0085] I ovde su na slici 3 kod prvog kružnog toka 3 toplotnog medijuma strelicama prikazani pravci i protoci strujanja prvog medijuma za hlađenje u slučaju režima za grejanje (toplotna pumpa) tj. za hlađenje (kod klimatizacije), kao što se može videti na legendi, predstavljenoj na samoj slici.

[0086] Osobenost predmetnog pronalaska ogleda se u izboru prvog toplotnog medijuma. Kao što je već pomenuto, poželjno je da je on hidrofluor etar (hemijsko jedinjenje zbirne formule CxFy-O-CmHngde x predstavlja neki broj između 1 do 12; y predstavlja broj 0 do 25; m predstavlja neki broj između 1 do 12, a n predstavlja neki broj od 0 do 25). Takva jedinjenja se u normalnim uslovima nalaze u tečnom stanju. Njihova tačka tečenja je obično u temperaturnom opsegu od -38°C do -138°C, dok se tačka ključanja nalazi između 34°C i 128°C. Između tačke tečenja i tačke ključanja ova jedinjenja se nalaze u tečnom stanju. Gustine ovih tečnosti imaju znatno više vrednosti od toplotnih medijuma koji se koriste kod poznatih i

1

odgovarajućih uređaja. Osim toga, ovaj medijum nije električno provodljiv, tako da na prethodno opisani način može da služi kao medijum za hlađenje peltier elemenata 19 na koje deluje električni napon, gde ne može doći do kratkog spoja ili sličnih pojava.

[0087] Takođe i potencijal globalnog zagrevanja (GWP) odgovarajućih jedinjenja ima manju vrednost, naime između 5 dana i 4,9 godina, od GWP-a do sada primenjivanih toplotnih medijuma. Hidrofluoretri su kompatibilni sa mnogim metalima, veštačkim materijalima i elastomerima i omogućuju prema tome primenu ekonomičnijih i manjih komponenti pri realizaciji uređaja koji rade na pogon ovih medijuma.

[0088] Za razliku od uobičajenih do sada primenjivanih toplotnih medijuma, hidrofluoretri ne predstavljaju opasnu robu, pa se prema tome ne moraju poštovati striktne zakonske odredbe pri transportu, montaži, popravkama tj. servisiranju, demontaži kao i u slučaju nezgoda. Štaviše, oni su jednostavniji, ne ugrožavaju životnu sredinu i mogu se bez rizika upotrebljavati i naći na tržištu.

[0089] Hidrofluoretri takođe nisu električni provodnici, niti su zapaljivi, pa se prema tome mogu primeniti i tamo gde u slučaju nezgode postoji opasnost od požara, gde su mogući kratki spojevi u električnom sistemu ili može doći do ugrožavanja životne sredine.

[0090] U drugom kružnom toku toplotnog medijuma može se kao bezopasni, gasoviti toplotni medijum upotrebiti na primer vazduh.

[0091] Turbo kompresor u drugom kružnom toku toplotnog medijuma može funkcionisati samo pod pritiskom do 4 bara, a da ipak postigne dovoljno zagrevanje drugog toplotnog medijuma. Relativno niskim pritiskom znatno se smanjuje opasnost od nezgoda, curenja i ugrožavanja životne sredine.

[0092] U drugom kružnom toku toplotnog medijuma dovoljna je tek mala zapremina drugog toplotnog medijuma. Nadalje, tamo je prisutan mali pritisak, a drugi toplotni medijum je ipak dovoljno prethodno zagrejan pre ulaska u turbo kompresor tako da je neophodan električni potencijal veoma nizak u režimu rada uređaja kao toplotne pumpe. Može se čak postići i dodatno smanjenje neophodnog električnog potencijala ako je turbo kompresor opremljen skladištem gasa ili magneta.

[0093] Prednosti turbo kompresora, naročito poželjno primene mikro turbo kompresora, su između ostalog veoma niski mehanički gubici, pa se stoga postiže visoka efikasnost. Turbo kompresori raspolažu mogućnošću dobrog regulisanja učinka. Njime se može pokriti veoma širok spektar učinka. Za razliku od scroll kompresora, uobičajenih u poznatim uređajima, turbo kompresori se ističu time što kod njih ne postoji pulsacija pritiska. Upotreba maziva, kao što su ulja kod scroll kompresora, takođe nije potrebna kod turbo kompresora. Oni imaju veoma male

1

ugradne dimenzije – naročito mikro turbo kompresori. Npr. mikro turbo kompresor od 5000 W ima sledeće dimenzije: dužina 25,4 cm, prečnik 8,0 c. Poređenja radi: scroll kompresor sa istim učinkom ima sledeće dimenzije: dužina 60,0 cm, a prečnik 40,0 cm. Samim tim su turbo kompresori za razliku od do sada uobičajenih scroll kompresora takođe veoma laki. Turbo kompresori se ne moraju održavati, pa samim tim iziskuju niske troškove pri radu. Životni vek ovih kompresora je višestruko duži od životnog veka scroll kompresora.

[0094] Mikro turbo kompresori mogu imati tu manu da se zbog velikog broja obrtaja vratila radnog kola (do 500000 U/min u toku najvećeg opterećenja, u normalnim okolnostima između 80 000 U/min i 180000 U/min) mogu javiti šumovi, no koji se svakako mogu ukloniti.

[0095] Na osnovu novog postupka i primene promenjenih ugradnih delova i komponenti postiže se značajno povećanje COP-a i JAZ-a.

2

Lista pozivnih oznaka [0096]

1, 1’ izmenjivač toplote 2 vod

3 prvi kružni tok

4 deo cevastog voda 5, 5’ izmenjivač toplote 6 vod

7 izmenjivač toplote 8 deo cevastog voda 9 izmenjivač toplote 10 deo cevastog voda 11 deo cevastog voda 12 cirkularna pumpa 13 deo cevastog voda 14 trosmerni ventil 15 trosmerni ventil 16 dopremni vod 17 odvodni vod

18 ekspanzioni ventil 19 peltier element 20 drugi kružni tok 21 deo cevastog voda 22 turbo kompresor 23 deo cevastog voda 24 povratni vod

25 ventilator

26 lepezasti ventilator 27 vod

28 odeljak voda

29 ventilator trosmerni ventil voda prethodnog toka cirkularna pumpa

trosmerni ventil

trosmerni ventil

vod kratkog spoja

trosmerni ventil

trosmerni ventil

trosmerni ventil voda povratnog toka

Claims (15)

Patentni zahtevi

1. Postupak za kontrolisanje temperature medijuma, gde se prvi toplotni medijum sprovodi u prvom zatvoreno kružnom toku toplotnog medijuma, a u njemu ga održava u cirkulaciji prvo transportno sredstvo kako bi primao i odavao toplotu, gde se prvi toplotni medijum u prvom kružnom toku toplotnog medijuma sprovodi kroz prvi izmenjivač toplote kako bi razmenio toplotu sa nekim medijumom iz okruženja i gde se prvi toplotni medijum sprovodi kroz drugi izmenjivač toplote kako bi razmenio toplotu sa medijumom čiju temperaturu treba kontrolisati, gde se prvi toplotni medijum sprovodi u prvom kružnom toku toplotnog medijuma, a da pritom ne doživljava fazne prelaze u prvom kružnom toku toplotnog medijuma, gde za zagrevanje medijuma čiju temperaturu treba kontrolisati transportno sredstvo sprovodi prvi toplotni medijum kroz prvi izmenjivač toplote kako bi tamo primio toplotu, gde se prvi toplotni medijum, nakon što izađe iz prvog izmenjivača toplote, sprovodi kroz treći izmenjivač toplote koji je uključen u drugi zatvoreni kružni tok toplotnog medijuma, u kojem se sprovodi u kružnom toku drugi gasoviti toplotni medijum bez faznih prelaza, gde je u drugom kružnom toku toplotnog medijuma postavljen kompresor koji je, gledano u protočnom pravcu drugog toplotnog medijuma, postavljen ispred trećeg izmenjivača toplote i kompresuje i zagreva drugi toplotni medijum, gde prvi toplotni medijum u trećem izmenjivača toplote prihvata toplotu od drugog toplotnog medijuma, gde se prvi toplotni medijum, nakon što prođe kroz treći izmenjivač toplote, sprovodi kroz drugi izmenjivač toplote u kome odaje toplotu medijumu čiju temperaturu treba kontrolisati i što se prvi toplotni medijum, nakon što prođe kroz drugi izmenjivač toplote, opušta i/ili hladi, pa se vraća prvom izmenjivaču toplote, naznačen time, što se prvi toplotni medijum, nakon što prođe kroz drugi izmenjivač toplote, a pre nego što ponovno prođe kroz prvi izmenjivač toplote, sprovodi kroz četvrti izmenjivač toplote koji je uključen u drugi kružni tok toplotnog medijuma i kroz koji struji drugi toplotni medijum pre nego što ga kompresuje kompresor, a kroz koji se sprovodi prvi toplotni medijum na nekom daljem odeljku prvog kružnog toka toplotnog medijuma i to nakon što prođe kroz prvi izmenjivač toplote, a pre nego što prođe kroz treći izmenjivač toplote, gde prvi toplotni medijum na pomenutom daljem odeljku prvog kružnog toka toplotnog medijuma u pomenutom četvrtom izmenjivaču toplote, prima toplotu kako od drugog toplotnog medijuma, tako i od prvog toplotnog medijuma koji se vraća u pravcu ka prvom

2

izmenjivaču toplote odeljkom između drugog izmenjivača toplote i prvog izmenjivača toplote.

2. Postupak prema patentnom zahtevu 1, naznačen time, što se prvi toplotni medijum opušta i/ili hladi između izlaska iz četvrtog izmenjivača toplote i ponovnog dopremanja u prvi izmenjivač toplote.

3. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time, što se za hlađenje medijuma čija se temperatura treba kontrolisati preokreće transportni pravac transportnog sredstva, a samim tim i protočni pravac prvog toplotnog medijuma, gde se istovremeno drugi kružni tok toplotnog medijuma prekida i/ili isključuje, gde se prvi toplotni medijum sprovodi kroz drugi izmenjivač toplote kako bi tamo primio toplotu sa medijuma čiju temperaturu treba kontrolisati, zatim prolazi kroz treći izmenjivač toplote, gde tamo ne dolazi do razmene toplote ili, kako bi se zaobišao ovaj treći izmenjivač toplote, zatim prolazi kroz prvi izmenjivač toplote kako bi tamo odao toplotu medijumu iz okruženja, pa se zatim vraća ka drugom izmenjivaču toplote kako bi tamo ponovo primio toplotu sa medijuma čiju temperaturu treba kontrolisati, gde prvi toplotni medijum ne doživljava fazne prelaze prolazeći kroz ovaj kružni tok.

4. Postupak prema patentnom zahtevu 3, naznačen time, što se prvi toplotni medijum aktivno hladi na nekom odeljku prvog kružnog toka toplotnog medijuma u protočnom pravcu nakon prvog izmenjivača toplote, a ispred drugog izmenjivača toplote.

5. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time, što se kao prvi toplotni medijum primenjuje tečnost koja je u tečnom stanju pri normalnom pritisku u svakom slučaju u temperaturnom rasponu od -50°C do 60°C.

6. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time, što se kao prvi toplotni medijum primenjuje hidrofluoroetar.

7. Uređaj napravljen za sprovođenje postupka za kontrolisanje temperature nekog medijuma prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva koji ima sledeće komponente:

a. prvi zatvoreni kružni tok (3) toplotnog medijuma u kome cirkuliše prvi toplotni medijum, gde je prvi toplotni medijum izabran tako da cirkuliše bez faznih prelaza u prvom toplotnom kružnom toku;

b. drugi zatvoreni kružni tok (20) toplotnog medijuma u kome cirkuliše drugi, gasoviti toplotni medijum, gde je drugi, gasoviti toplotni medijum izabran tako da bez faznih prelaza protiče kroz drugi kružni tok toplotnog medijuma; c. prvi izmenjivač (1, 1’) toplote, postavljen u prvom kružnom toku (3) toplotnog medijuma, u kome se prvi toplotni medijum može dovesti u razmenjivanje toplote sa medijumom iz okruženja;

d. drugi izmenjivač (5, 5’) toplote, postavljen u prvi kružni tok (3) toplotnog medijuma, u kome se prvi toplotni medijum može dovesti u razmenjivanje toplote sa medijumom čiju temperaturu treba kontrolisati;

e. prvo transportno sredstvo (12), postavljeno u prvi kružni tok (3) toplotnog medijuma, za pokretanje prvog toplotnog medijuma u prvom kružnom toku (3) toplotnog medijuma;

f. kompresor (22), postavljen u drugom, zatvorenom kružnom toku (20) toplotnog medijuma za kompresiju drugog gasovitog toplotnog medijuma; g. treći izmenjivač (9) toplote koji je, gledano u pravcu protoka drugog toplotnog medijuma, postavljen iza kompresora (22) i nalazi se u kontaktu sa drugim kružnim tokom (20) toplotnog medijuma i vrši razmenjivanje toplote sa prvim toplotnim medijumom u prvom kružnom toku (3) toplotnog medijuma;

h. sredstvo (18, 19) za hlađenje i/ili opuštanje prvog toplotnog medijuma u prvom kružnom toku (3) toplotnog medijuma, naznačen time, što i. četvrti izmenjivač (7) toplote je obezbeđen, koji je integrisan u drugi kružni tok (20) toplotnog medijuma koji je tamo, posmatrano u protočnom pravcu, postavljen ispred kompresora (22) i koji se nalazi u spoju izmenjivanja toplote sa prvim toplotnim medijumom, sprovođenim kroz prvi kružni tok (3) toplotnog medijuma.

8. Uređaj prema patentnom zahtevu 7, naznačen time, što se kao prvi toplotni medijum primenjuje tečnost koja je pri normalnom pritisku u svakom slučaju u temperaturnom rasponu od -50°C do 60°C u tečnom stanju.

2

9. Uređaj prema patentnom zahtevu 7 ili 8, naznačen time, što se kao prvi toplotni medijum primenjuje hidrofluoroetar.

10. Uređaj prema jednom od patentnih zahteva 7 do 9, naznačen barem jednim peltier elementom (19) u svojstvu sredstva za hlađenje prvog toplotnog medijuma.

11. Uređaj prema jednom od patentnih zahteva 7 do 10, naznačen time, što četvrti izmenjivač (7) toplote obuhvata tri odvojena voda koji se nalaze u međusobnoj razmeni toplote, od kojih prvi vod pripada drugom kružnom toku (20) toplotnog medijuma, drugi vod pripada prvom delu (4, 21) prvog kružnog toka (3) toplotnog medijuma, a treći vod (16, 17) pripada drugom delu prvog kružnog toka (3) toplotnog medijuma.

12. Uređaj prema patentom zahtevu 11, naznačen time, što se drugi odeljak prvog kružnog toka toplotnog medijuma kome pripada treći vod (16, 17), može preko odgovarajućih ventila (14, 15) uključiti u prvi kružni tok (3) toplotnog medijuma ili od njega odvojiti i tako se može premostiti.

13. Uređaj prema patentnom zahtevu 11 ili 12, naznačen time, što je u drugom odeljku (16, 17) postavljen ekspanzioni ventil (18), koji je poželjno podesiv.

14. Uređaj prema jednom od patentnih zahteva 7 do 13, naznačen time, što prvo transportno sredstvo (12) može obrnuti transportni pravac.

15. Uređaj prema jednom od patentnih zahteva 7 do 14, naznačen time, što je kompresor (22) turbo kompresor.

2