Bachelor's Thesis

Heat pump for the use of waste heat

Final Thesis 2.67 MB

Author of thesis: Vojtěch Kupský

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Petr Kracík, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jiří Škorpík, Ph.D.

Abstract:

This final thesis addresses the issue of industrial heat pumps and the design of a steam turbine as a prime mover. The theoretical part of the thesis is dedicated to an overview and classification of heat pumps, a description of their operation, and an analysis of the main structural components, such as compressors, heat exchangers, and expansion valves. The practical part focuses on the detailed thermodynamic calculation and structural design of the governing stage of a steam turbine intended for driving a compressor. The thesis also includes a parametric study examining the influence of various operating parameters on the internal thermodynamic efficiency of the turbine and compares the conceptual drive arrangements using a gearbox versus a direct-drive configuration. The outcome is an optimized design of the flow path and velocity triangles for the defined operating conditions.

Keywords:

heat pump, steam turbine, compressor, expansion valve, heat exchanger, governing stage, A-wheel, thermodynamic calculation, parametric study

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student odprezentoval obsah své bakalářské práce. Otázky oponenta byly zodpovězeny. V průběhu obhajoby byly položeny tyto doplňující otázky: Ověřovali jste vazbu navržené turbíny na tepelné čerpadlo? Jaké očekáváte výstupní teploty z tepelného čerpadla?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D. (předseda)
Ing. Pavel Milčák, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Škorpík, Ph.D. (člen)
Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Špiláček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Petr Kracík, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se zabývá návrhem jednostupňové parní turbíny pro pohon kompresoru v průmyslovém tepelném čerpadle. V úvodu práce je stručná rešerše o průmyslových tepelných čerpadlech a jeho hlavních komponentách. Hlavní část práce se zabývá návrhem PT pro zadané parametry. Student postupoval při návrhu podle doporučených metodik a provedl optimalizaci, která vychází z parametrické studie vhodně zvolených veličin. Výsledný návrh reflektuje mimo jiné doporučené bezrozměrné podobnostní součinitele v optimálních mezích.

Při zpracování práce student projevil zájem o danou problematiku, prokázal schopnost samostatného řešení zadaného úkolu a dokázal dobře zhodnotit získané výsledky. Práce splnila zadání v celém rozsahu, doporučuji ji k obhajobě a hodnotím známkou výborně / A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jiří Škorpík, Ph.D.

Základní problém předložené práce je v tom, že čtenář nezíská žádné povědomí co a proč se počítá. V práci chybí jakékoliv schéma řešení, které je v této bakalářské práci počítáno. Výpočet parní turbíny je sice téma, které přímo není předmětem bakalářského studia, ale i přesto bych očekával, že si student klíčové pasáže (jako jsou základní rovnice lopatkových strojů) nastuduje pro účely vypracování této práce. Ve výsledku student ve svém textu přesvědčuje, že jen dosadil do nějakých rovnic něco a ono to vyšlo. Například v úvodní straně k výpočtu (s. 30) mluví o stupni, který počítá jako o A-kolu, zároveň ho ale popisuje jako C-kolo a nakonec o něm hovoří jako o regulačním stupni. V práci velmi chybí nějaký seznam symbolů a zkratek, protože některé veličiny nejsou definovány ani v textu. Dále je podezřelé, že většina rovnic je fontově i navrženými parametry totožná s rovnicemi z BP pana Patrika Roštínského.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii D
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. Uveďte rozdělení stupňů turbín podle stupně reakce (výhody/nevýhody).
  2. Proč je nutné mít otáčky parní turbíny vyšší než kompresoru?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová