Pompa ciepła ekstremalne COP

Na tym filmie koleś mów o pompie ciepła z COP 8.


Literatura którą posiadam mówi że takie parametry można osiągnąć tylko przy zastosowaniu rozprężarki zamiast zaworu rozprężnego.

Dlaczego dopiero teraz pojawiają się takie konstrukcje? Przecież takie układy zostały opracowane dziesiątki lat temu.
Widziałem wiele układów chłodniczych, od kilkuset W do kilkuset kW i wszędzie stosowano zawory rozprężne. Czy rozpreżarką jest aż takim problemem w konstrukcji że dopiero teraz je wprowadzają?

Mam pomysł jak można by to wykonać w domowych warunkach, ale przed opisaniem pomysłu poczekam na wypowiedzi tych mądrzejszych.

No właśnie literatura podaje że rozprężarka to niejako silnik pneumatyczny/hydrauliczny zależy jaki czynnik ma na wejściu. I dzięki temu że to ona jest napędem to odzyskuje się część energii zawartej w ciepłym czynniku pod dużym ciśnieniem.
I właśnie tak odzyskaną energią można z powrotem napędzić sprężarkę.
Ogólniki są takie, w zaworze dławiącym vel rozprężnym mamy bezpowrotną stratę energii poniesioną na sprężenie gazu. A w rozpreżarce można część tej energii odzyskać.

No i tu jest pytanie, dlaczego nigdzie nie widziałem takiego układu, największy układ chłodniczy jaki widziałem miał 2 sprężarki śrubowe zasilane silnikami elektrycznymi 2x120kW (każdy silnik miał podwójne uzwojenie, to ma jakąś swoją nazwę) czyli moc elektryczna układu to było 480kW, więc chłodnicza przekraczała 1MW. COP nieznane ale obstawiam dosyć nikłe bo to była mroźnia -22°C która działa głównie w lato gdzie na dworzu jest gorąco więc różnica temperatur jest spora to i układ ma małe COP.

W rozprezarkach jest odbiór ciepla czyli musi byc w nich wymiennik , to chyba logiczne ze to one zamarzają.

To że następuje tam odbiór ciepła to logiczne, ale nie koniecznie musi zamarzać.
Temperatura będzie ograniczona ciśnieniem do jakiego rozpręża się czynnik, może to być +10°C ale również -10°C, w pierwszym przypadku nie zamiarźnie a w drugim tak.

Ten czynnik który nie będzie miał energii by zmienić się z cieczy w gaz popłynie do wymiennika i dopiero tam odparuje odbierając energie z otoczenia

wesolyyyy wrote:

Ja się zastanawiam jak taka rozprężarka wogóle mogłaby działać. Teoria jest prosta, większa zmiana ciśnienia po rozprężeniu sprawi że gaz stanie się zimniejszy. Tylko do rozprężenia tego gazu będzie trzeba ruszyć dokładnie tyle samo energii ile "zyskamy" na tym obniżeniu temperatury. Pomijając kwestie budowy takowej rozprężarki.
Moim zdaniem marketingowe pierdzielenie, to się fizyki nie trzyma.

Jak najbardziej się trzyma, tylko cała sprawa tkwi w szczegółach.
Teoretycznie zawór powinien dawać przemianę izentalpową.
Ale w praktyce zawór zmniejsza ciśnienie kosztem pewnego ogrzania gazu na małej powierzchni otworu (straty na tarcie).
Stąd spadek temperatury za zaworem jest mniejszy niż mógł by być.
Rozprężarka ma z tym mniejszy problem, a do tego odzyskuje energię mechaniczną z rozprężania gazu.
Mamy więc niższą temperaturę rozprężenia (co daje większe COP), a do tego część energii sprężania można wziąć z rozprężarki zamiast z sieci elektrycznej (co daje większą sprawność elektryczną).

Do tego dochodzi jeszcze jeden powód (chyba ważniejszy niż ten pierwszy):
https://en.wikipedia.org/wiki/Joule%E2%80%93Thomson_effect

Quote:

If the expansion process is reversible, meaning that the gas is in thermodynamic equilibrium at all times, it is called an isentropic expansion. In this scenario, the gas does positive work during the expansion, and its temperature decreases.
In a free expansion, on the other hand, the gas does no work and absorbs no heat, so the internal energy is conserved. Expanded in this manner, the temperature of an ideal gas would remain constant, but the temperature of a real gas decreases, except at very high temperature.[9]

Użycie rozprężarki zmienia proces z niemechanicznego na taki z odzyskaniem pracy mechanicznej. Pozwala to nie tylko na uzyskanie niższej temperatury wyjściowej, ale i na przekonwertowanie tego na pracę mechanicznej.

Natomiast zastosowanie w tym niby przełomowym wynalazku może wynikać z czegoś innego. Może po prostu stosują tam jakiś inny obieg termodynamiczny, i rozprężanie nie ma być przemianą izentalpową. I może stąd wynika że zastosowanie rozprężarki ma większy sens.

atom1477 wrote:

Brak stosowania wynika raczej tylko z tego że uzyskać można tylko trochę energii.
Tylko to co zawór traci na tarcie. Nie ma tu innych strat które można by odzywać. A taka rozprężarka dokłada całkiem spory koszt.

No i tu się nasuwa koncept budowy PC we własnym zakresie. Takie przedsięwzięcia zazwyczaj są tańsze niż gotowy produkt z rynku, czasami mają ciut mniejszą sprawność lub funkcjonalność.

No właśnie parametry które teoretycznie można uzyskać dzięki temu są dosyć kuszące by spróbować taką zbudować.

Zedytowałem poprzedni post bo się trochę pogubiłem w nazewnictwie i musiałem doczytać i poprawić.


Moim zdaniem we własnym zakresie większy sens ma budowa pompy ciepła absorpcyjnej.

Ta cała mechanika pompy sprężarkowej jest trudna w użyciu, mimo że można kupić wszystko gotowe. A to sprężarka niekompatybilna z czynnikiem roboczym, a to coś zamarza, a to coś tam innego.
I do tego pobiera sporo prądu.

Absorpcyjna nie ma tylu elementów mechanicznych, a do tego pracuje prawie wyłącznie na energii cieplnej.
Takie coś trze2ba by doinstalować do kotła CO (albo lepiej zrobić do tego specjalny piec/kocioł wysokotemperaturowy). Jego moc mogła by być o wiele mniejsza niż normalnie. Łatwiej go też ukryć w domu (obecnie są chyba jakieś trudności prawne w budowie domu z piecem opałowym).

Kopiowanie fabrycznych pomp ciepła może i ma sens (że będzie taniej) ale nie wnosi nowej jakości.
Pompa ciepła absorpcyjna już coś wnosi, bo pozwoli działać bez dostarczania tych kilku kW prądu. No i będzie to coś czego nie da się jeszcze łatwo kupić na rynku, więc będzie duża satysfakcja z budowy.
Jak ktoś chce poczytać to początek może to:
https://stepsahead.at/en/wp-content/uploads/s...Absorption-heat-pumps-for-biomass-boilers.pdf
Można to przerobić na niższe temperatury dolnego źródła ciepła.

atom1477 wrote:

Moim zdaniem we własnym zakresie większy sens ma budowa pompy ciepła absorpcyjnej.

Niby fajnie że układ chłodniczy może działać będąc zasilany ciepłem. Stare lodówki opalane gazem, albo lodówki w kamperach zasilane z 12V, 230V lub z Propan-Butanu.
Fajnie, ale sprawność mała. 1MW ciepła dostarczamy żeby mieć 1,7MW, słabo, albo i nie. Na trudne czasy apokalipsy jak się patrzy taka lodówka. Ale na dzisiaj mało, COP 4 to norma, a tu człowiek chce iść dalej.
Mam kilka książek związanych z chłodnictwem/kriogeniką.
A. Wesołowski Urządzenia chłodnicze i kriogeniczne oraz ich pomiary cieplne
K. Mendelssohn Fizyka niskich temperatur
M. Rubik Pompy ciepła (tu jest cały rozdział o układach absorbcyjnych)
F. Siemieniako Pracownia cieplna

Coś za coś. Niskie COP to cena za zasilanie wyłącznie ciepłem.
A COP = 2 to i tak dużo. To oznacza 2-krotnie mniejsze zużycie energii przez górne źródło ciepła (czyli przez piec).
Koszt prądu będzie mocno rósł w najbliższych latach i wysokie COP pomp ciepła niewiele da oszczędności.
Lepiej mieć niższe COP ale pozbyć się konieczności zasilania prądem.

Czy sa czynniki ktore paruja w temp - 10 .C zeby w zimie był obieg. Propan mi sie kojarzy . Ale cos bardzie co by schlodzilo parownik do - 50 , lub bardziej, ciekly azot.

Są. Ale to dopiero by trzeba opracować taki obieg. W literaturze niestety nie widzę niczego na ten temat.
Nawet "ultra low grade heat" to takie od 40°C do 100°C.
Więc nawet nie wiem pod jaką nazwą szukać żeby znaleźć w okolicy 0°C.

W jednej z ww książek jest informacja o bromolitowych absorbcyjnych urządzeniach chłodniczych do wody lodowej 12/6*C.

Dobry materiał do poczytania jest tu:
http://homepage.tudelft.nl/v9k6y/thesis-mwang.pdf
Jest tam trochę o używanych czynnikach roboczych.

Jest tam też taki rysunek:

W przemyśle gdzie potrzeba jest wysoka temperatura wyjściowa, powszechnie używa się typu 2. Bo on daje wysoką temperaturę wyjściową. Ale wymaga średniego źródła ciepła, a część ciepła oddaje do końca zimnego.
To zupełnie nieprzydatne jako pompa ciepła do ogrzewania domu.
Do tego potrzeba typ 1, który z zimnego końca ciepło pobiera.
Trzeba więc dokładnie wiedzieć czego szukać, i nie szukać "heat transformes".

Rozebrałem sprężarkę klimatyzacji Calsonic CR14, jest to sprężarka łopatkowa. Mój pierwszy pomysł zakładał użycie jej lub podobnej jako rozprężarki, ale konstrukcja jest na tyle specyficzna że nawet minimalna przeróbka (demontaż tylko jednego zaworu zwrotnego) spowoduje bardzo duży przepływ czynnika ok 70cm3/obr. Wymagałoby to zmniejszenia obrotów (dodatkowa przekładnia) albo ogarnięcia sprężarki o jak najmniejszym wydatku by jak najmniej czynnika przepływało (CR08 chyba najmniejsze)
Rozwojowym pomysłem może być użycie sprężarki typu scroll jako rozprężarki.

bambus94 wrote:

atom1477 wrote:

Brak stosowania wynika raczej tylko z tego że uzyskać można tylko trochę energii.
Tylko to co zawór traci na tarcie. Nie ma tu innych strat które można by odzywać. A taka rozprężarka dokłada całkiem spory koszt.

No i tu się nasuwa koncept budowy PC we własnym zakresie. Takie przedsięwzięcia zazwyczaj są tańsze niż gotowy produkt z rynku, czasami mają ciut mniejszą sprawność lub funkcjonalność.

No właśnie parametry które teoretycznie można uzyskać dzięki temu są dosyć kuszące by spróbować taką zbudować.

Taka samoróbka często jest wydajniejsza, w monoblokach nie podaje na jakim przegrzaniu idzie PC, tak z doświadczania u mnie w trybie grzania 1K chłodzenia standardowo 6k, funkcjonalność jest o wiele większa, grzanie, chłodzenie, współpraca z klimakonwektorami. programy czasowe, blokady od temperatury, odtajanie, itd. w samoróbce organicznie to tylko twoja wiedza i kasa.
Aktualnie moja PC smiga na 3 falownikach z 4 klimakowektorami Vallianta i na pewno nie wymienię na monobloka nad którym nie mam kontroli.