SK9861Y1 - Kompresor tepelného čerpadla - Google Patents
Kompresor tepelného čerpadla Download PDFInfo
- Publication number
- SK9861Y1 SK9861Y1 SK135-2022U SK1352022U SK9861Y1 SK 9861 Y1 SK9861 Y1 SK 9861Y1 SK 1352022 U SK1352022 U SK 1352022U SK 9861 Y1 SK9861 Y1 SK 9861Y1
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- compressor
- bldc motor
- rotor
- coolant
- pressure chamber
- Prior art date
Links
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017709 Ni Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003267 Ni-Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003262 Ni‐Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
- F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
- F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
- F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
- F04B39/066—Cooling by ventilation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
- F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
- F04B39/123—Fluid connections
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
- Compressor (AREA)
Abstract
Kompresor pre chladiaci okruh tepelného čerpadla, so vstupom (5) chladiva, s výstupom (8, 9) chladiva a s blokom (7) kompresora riadeného BLDC motorom, sa vyznačuje tým, že rotor (2) BLDC motora je uskutočnený ako permanentný magnet, pričom permanentný magnet má tvar skrutky. Stator (3) BLDC motora je usporiadaný mimo tlakovej komory (6) kompresora a je vybavený elektromagnetickými cievkami (4). Vstup (5) chladiva je vedený do tlakovej komory (6) kompresora cez skrutkové teleso rotora (2) BLDC motora na zabezpečenie chladenia rotora (2) a na preplnenie tlakovej komory (6) kompresora.
Description
Oblasť techniky
Technické riešenie sa týka konštrukcie kompresora pre chladiaci okruh tepelného čerpadla určeného najmä na vykurovanie a/alebo chladenie budov.
Doterajší stav techniky
Vykurovacie zariadenia s tepelným čerpadlo získavajú teplo z okolitého média (vzduch, voda, pôda) a sprístupňujú ho na využitie, napríklad prevodom do pitnej vody v rámci prípravy teplej úžitkovej vody alebo tiež prevodom do vykurovacieho okruhu na účely vykurovania obytných priestorov.
Základom tepelného čerpadla je uzatvorený okruh naplnený chladivom. Tepelné čerpadlo, respektíve jeho chladiaci okruh, má v princípe štyri základné časti: výparník, kompresor, kondenzátor a expanzný ventil.
Chladivo v chladiacom okruhu často prechádza fázovou zmenou, prenáša teplo, uvoľňuje teplo kondenzáciou a absorbuje teplo odparovaním. Aby sa zabezpečil tlakový rozdiel pre fázovú zmenu v kondenzátore alebo vo výparníku, okruhy tepelného čerpadla využívajú kompresor.
Kompresor, ktorý poháňa pohyb všetkých tekutín v chladiacom okruhu tepelného čerpadla, je najdôležitejšou a mechanicky najviac namáhanou časťou chladiaceho okruhu.
Kompresory na pohon stláčania plynov pracujú na princípe piestového, excentrického alebo skrutkového vyhotovenia, pričom v tepelných čerpadlách sa najčastejšie používa excentrický princíp.
Zostava kompresora sa skladá z dvoch častí, a to zo samotného kompresora a z elektromotora, ktorý slúži na roztočenie príslušnej excentrickej vačky na stlačenie plynu.
Elektrický motor sa používa buď striedavý (AC) jednofázový, alebo trojfázový s kotvou na krátko. V stave techniky sú známe aj modernejšie kompresory, ktoré majú elektronicky komutovaný jednosmerný (DC) elektromotor. Rotor elektromotora je uskutočnený valcovým permanentným magnetom, vyrobeným napríklad zo zliatiny Al-Ni-Co odolnej proti vysokým teplotám.
Pri bežnej prevádzke kompresora tepelného čerpadla je elektromotor kompresora ohrievaný chladivom. Je to spôsobené tým, že výstup stlačeného plynu z kompresorovej časti je vedený do priestoru rotora a statora, a tým sa ohrieva stator aj rotor elektromotora kompresora. Toto predstavuje neprimeranú tepelnú záťaž pre permanentný magnet rotora a tiež pre cievku statora.
Príkladom takéhoto usporiadania je kompresor tepelného čerpadla opísaný v dokumente EP3006848 A1.
Vplyvom tepla a vibrácií môže dôjsť k poškodeniu vinutia cievky statora (medzizávitový skrat a pod.).
Kompresory s tradičným elektromotorom majú pomerne zložité regulovanie prevádzky (je potrebný frekvenčný menič), snahou je regulovať tepelné čerpadlo tak, aby počet vypnutí neprevyšoval konštruktérmi stanovený počet.
Tepelné čerpadlo má aj zabezpečenie ochrany elektromotora proti extrémne krátkym cyklom vypínania a zapínania (napríklad minimálne tri minúty od vypnutia do ďalšieho zapnutia kompresora).
Aby však neprišlo k prehriatiu elektromotora, kompresor by sa mal častejšie vypínať (a zapínať), čo je nežiaduce. Požiadavky na činnosť kompresora a ochranu tradičného motora proti prehriatiu sú teda v protiklade.
Tieto nedostatky eliminuje nová konštrukcia kompresora pre tepelné čerpadlo podľa predkladaného technického riešenia.
Podstata technického riešenia
Technické riešenie predstavuje vylepšenú konštrukciu kompresora s použitím bezkomutátorového, bezkefového (brushless, BL) jednosmerného (direct-current, DC) elektromotora (ďalej BLDC motora).
Pri BLDC motore sa otáča rotor vyhotovený ako permanentný magnet; otáčanie sa dosahuje zmenou smeru magnetických polí generovaných okolitými stacionárnymi elektromagnetickými cievkami. Ak sa chce ovládať otáčanie, je potrebné riadiť veľkosť a smer prúdu vedeného do týchto elektromagnetických cievok.
Keďže rotor je permanentný magnet, nepotrebuje prúd, čím sa eliminuje potreba kief a komutátora. Prúd do pevných elektromagnetických cievok je riadený zvonku.
Jednou z veľkých výhod BLDC motora je účinnosť, pretože tieto motory môžu nepretržite riadiť pri maximálnej rotačnej sile (krútiacom momente). Aj malé BLDC motory môžu dodávať značný výkon.
Ďalšou veľkou výhodou je možnosť regulácie. BLDC motory sa dajú ovládať pomocou mechanizmov spätnej väzby, aby sa dosiahol presne požadovaný krútiaci moment a rýchlosť otáčania.
BLDC motor kompresora je možné riadiť pomocou PWM signálov, nie je potrebný frekvenčný menič.
Presné riadenie následne znižuje spotrebu energie a produkciu tepla.
BLDC motory sa vyznačujú aj vysokou odolnosťou a nízkou produkciou elektrického hluku vďaka absencii kief. Preto sa BLDC motory často považujú za vhodnejšie než kefové motory v aplikáciách, kde je dôležité vyhnúť sa elektrickému hluku.
Ideálne aplikácie pre BLDC motory sú teda vo všetkých zariadeniach, ktoré pracujú nepretržite, a teda aj vo vykurovacích a/alebo klimatizačných zariadeniach.
Vylepšenie konštrukcie kompresora podľa predkladaného technického riešenia spočíva v tom, že elektromagnetická cievka statora BLDC motora bude oddelená krytom a atmosférou od tlakovej časti kompresora (nebude súčasťou vnútornej tlakovej časti kompresora).
Vstup chladiva bude vedený do rotora BLDC motora kompresora a rotor BLDC motora kompresora bude chladivom chladený (nie ohrievaný).
Zároveň sa tvar rotora elektromotora kompresora zmení z valcového na skrutkový na zabezpečenie dodatočného prúdenia chladiva do kompresnej časti a preplnenie komory kompresora.
Rotor elektromotora kompresora môže byť vďaka tomuto usporiadaniu zhotovený ako permanentný magnet z lacnejšieho materiálu určeného na nižšie teploty (napr. neodým, ferit a podobne).
Prehľad obrázkov na výkresoch
Technické riešenie bude vysvetlené pomocou obrázkov, ale bez obmedzenia na ne.
Obrázky ukazujú:
Obr. 1 - Rotor BLDC motora kompresora (v tvare skrutky)
Obr. 2 - Tlaková komora kompresora s pripojovacími rúrkami chladiva a s uloženým rotorom BLDC motora
Obr. 3 - Tlaková komora kompresora a stator BLDC motora s elektromagnetickými cievkami usporiadaný na vonkajšej strane tlakovej komory
Príklady uskutočnenia
Kompresor pre chladiaci okruh tepelného čerpadla je určený pre vykurovacie zariadenie, so vstupom 5 chladiva, výstupom 8, 9 chladiva a s blokom 7 kompresora riadeného BLDC motorom, pozostávajúcim z rotora 2 a statora 3 vybaveného elektromagnetickými cievkami 4.
Rotor 2 BLDC motora je vyhotovený ako permanentný magnet spojený s hriadeľom 1, pričom hriadeľ 1 je usporiadaný v tlakovej komore 6 kompresora a uložený v klzných ložiskách 11.
Permanentný magnet (rotor 2) má špeciálny tvar skrutky na zlepšenie prúdenia chladiva a na preplnenie tlakovej komory 6 kompresora.
Do tlakovej komory 6 kompresora chladivo prúdi cez prípojku na vstup 5 chladiva a ohriate chladivo vystupuje prípojkou na výstup 8, 9 chladiva.
Stator 3 BLDC motora je vybavený šiestimi elektromagnetickými cievkami 4 a je usporiadaný mimo tlakovej komory 6 kompresora.
V príklade uskutočnenia je stator 3 BLDC motora usporiadaný na vonkajšej strane krytu 10 tlakovej komory kompresora tak, aby elektromagnetické cievky 4 statora boli v dosahu magnetického poľa permanentného magnetu rotora 2.
Stator 3 BLDC motora môže byť na kryte upevnený nasunutím, nalisovaním alebo iným vhodným spôsobom.
Vstup 5 chladiva je vedený v tlakovej komore 3 kompresora cez skrutkové teleso rotora 2 BLDC elektromotora na zabezpečenie chladenia rotora 2.
Hriadeľ 1 a vstup 5 chladiva je spojený s blokom 7 kompresora, usporiadanom v tlakovej komore 6 kompresora. V tomto príklade uskutočnenia je blok 7 kompresora vyhotovený ako dvojpiestový excentrický, BLDC motorom riadený mechanizmus, s dvoma výstupmi 8, 9 chladiva.
Týmto usporiadaním kompresora je docielené, že výstup 8, 9 stlačeného (ohriateho) chladiva kompresora už nie je vedený do oblasti BLDC motora a BLDC motor nie je vystavený účinkom tepla, čím sa zabezpečuje jeho dlhšia životnosť.
Je zrejmé, že opísaný príklad uskutočnenia ilustruje základný princíp technického riešenia. Obrázky sú zjednodušené a zobrazujú princíp technického riešenia, nie sú vykreslené konštrukčné detaily ani elektrické vodiče.
Je zrejmé, že v iných príkladoch uskutočnenia môžu byť použité iné druhy ložísk a tiež ich odlišné usporiadanie, iný mechanizmus kompresného stroja, počet elektromagnetických cievok statora môže byť tiež odlišný, napríklad v rozsahu 1 až 8.
Predmetom ochrany je aj vykurovacie zariadenie s tepelným čerpadlom vybavené kompresorom podľa 5 predloženého technického riešenia.
Priemyselná využiteľnosť
Tepelné čerpadlo s chladiacim okruhom vybaveným kompresorom podľa predloženého technického riešenia poskytuje dlhodobú a bezporuchovú prevádzku BLDC motora a najmä predĺženie jeho životnosti.
Zoznam vzťahových značiek hriadeľ rotor (permanentný magnet)
3 stator elektromagnetická cievka statora vstup chladiva tlaková komora kompresora blok kompresora
8 výstup chladiva výstup chladiva kryt tlakovej komory kompresora ložiská
Claims (6)
- NÁROKY NA OCHRANU1. Kompresor pre chladiaci okruh tepelného čerpadla, so vstupom (5) chladiva, s výstupom (8, 9) chladiva a s blokom (7) kompresora riadeného BLDC motorom, vyznačujúci sa tým, že rotor (2) BLDC motora je uskutočnený ako permanentný magnet, pričom permanentný magnet má tvar skrutky, rotor (2) BLDC motora je usporiadaný v tlakovej komore (6) kompresora a je spojený s hriadeľom (1), stator (3) BLDC motora je usporiadaný mimo tlakovej komory (6) kompresora a je vybavený elektromagnetickými cievkami (4), vstup (5) chladiva je vedený do tlakovej komory (6) kompresora cez skrutkové teleso rotora (2) BLDC motora na zabezpečenie chladenia rotora (2) a na preplnenie tlakovej komory (6) kompresora.
- 2. Kompresor podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že hriadeľ (1) je uložený v ložiskách (11) a je spojený s blokom (7) kompresora.
- 3. Kompresor podľa nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že blok (7) kompresora je vybavený dvojpiestovým excentrickým mechanizmom, riadeným BLDC motorom.
- 4. Kompresor podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že stator (3) BLDC motora je na kryte (10) tlakovej komory (6) kompresora upevnený nasunutím, nalisovaním alebo iným vhodným spôsobom tak, že elektromagnetické cievky (4) statora (3) BLDC motora sú v dosahu magnetického poľa rotora (2).
- 5. Kompresor podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že výstup (8, 9) chladiva z bloku (7) kompresora je vedený mimo oblasti umiestnenia statora (3) BLDC motora.
- 6. Vykurovacie zariadenie s tepelným čerpadlom, vyznačujúce sa tým, že tepelné čerpadlo je vybavené kompresorom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK135-2022U SK9861Y1 (sk) | 2022-10-27 | 2022-10-27 | Kompresor tepelného čerpadla |
| EP23204371.1A EP4361438B1 (en) | 2022-10-27 | 2023-10-18 | Heat pump compressor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK135-2022U SK9861Y1 (sk) | 2022-10-27 | 2022-10-27 | Kompresor tepelného čerpadla |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK1352022U1 SK1352022U1 (sk) | 2023-05-17 |
| SK9861Y1 true SK9861Y1 (sk) | 2023-09-27 |
Family
ID=86325457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK135-2022U SK9861Y1 (sk) | 2022-10-27 | 2022-10-27 | Kompresor tepelného čerpadla |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4361438B1 (sk) |
| SK (1) | SK9861Y1 (sk) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2961268B1 (fr) * | 2010-06-15 | 2012-08-03 | Valeo Thermal Sys Japan Co | Compresseur electrique a arbre court |
| FR2961271B1 (fr) * | 2010-06-15 | 2013-02-15 | Valeo Thermal Sys Japan Co | Compresseur electrique |
| DE102013003513A1 (de) * | 2013-03-04 | 2014-09-04 | Wabco Gmbh | Verdichteranordnung zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage, Druckluftversorgungsanlage und Druckluftversorgungssystem sowie Fahrzeug mit einer solchen Druckluftversorgungsanlage |
| US10473367B2 (en) | 2013-05-24 | 2019-11-12 | Mitsubishi Electric Corporation | Heat pump apparatus |
| JP6453682B2 (ja) * | 2015-03-19 | 2019-01-16 | 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 | 圧縮機駆動用モータおよびその冷却方法 |
-
2022
- 2022-10-27 SK SK135-2022U patent/SK9861Y1/sk unknown
-
2023
- 2023-10-18 EP EP23204371.1A patent/EP4361438B1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4361438A1 (en) | 2024-05-01 |
| EP4361438B1 (en) | 2024-12-04 |
| SK1352022U1 (sk) | 2023-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101647129B (zh) | 发电机设备和方法 | |
| CN103154636B (zh) | 热泵装置、热泵系统和三相逆变器的控制方法 | |
| JP2009516154A (ja) | チラーシステムにおけるスイッチトリラクタンス運動制御システムの応用 | |
| CN106797146B (zh) | 电动机、压缩机以及制冷循环装置 | |
| US20130315758A1 (en) | Electro-hydraulic pump (e-pump) | |
| CN1309279A (zh) | 空调器、户外单元和制冷单元 | |
| US10027191B2 (en) | Compressor, heat pump device, air conditioner, and freezing machine | |
| TWI286877B (en) | System and method for increasing output horsepower and efficiency in a motor, and a refrigeration system | |
| JP7407836B2 (ja) | 圧縮機電動機冷却システムを備えた暖房、換気、空調及び／又は冷凍システム | |
| US11785679B2 (en) | Rotary induction heater having a direct-current exciter | |
| US20250343475A1 (en) | Cooling system with thermoelectric device in stator chamber for variable torque generation electric machine | |
| JP5305870B2 (ja) | 真空ポンプ | |
| SK9861Y1 (sk) | Kompresor tepelného čerpadla | |
| JP6071972B2 (ja) | 空気調和機 | |
| US20040251869A1 (en) | Electric motor | |
| JP2012244869A (ja) | 圧縮機駆動装置 | |
| JP3637368B2 (ja) | 冷凍装置 | |
| JP4203915B2 (ja) | 冷凍装置 | |
| WO2019130550A1 (ja) | 圧縮機及び冷凍サイクル装置 | |
| CN106568228A (zh) | 一种基于电磁推进磁流变流体制冷的太阳能电机 | |
| JP2024544998A (ja) | 磁気熱量発生器 | |
| JP2024121966A (ja) | 圧縮機、空気調和装置および加温方法 | |
| ANGLE et al. | The Weir VSR 2100–a new concept in high-pressure | |
| US9970441B2 (en) | Scroll expander with electricity generating scrolls | |
| Angle et al. | A new unique high pressure pump system |