CZ2007286A3 - Topný systém s gravitacním podtlakovým cerpacím zarízením - Google Patents

Abstract

Topný systém s tepelným cerpadlem využívajícím jako zdroj tepelné energie podzemní vodu, sestává z transportního potrubí (23) zaústeného pod hladinou(24) cerpané vody ve zdrojovém vrtu (1) nebo studni, které pokracuje úsekem (26) a propojuje vrt (2) nebo studni, ve které je pripojeno do komory (28), jejíž konstrukce umožnuje zmenu jejího tvaru a objemu tíhou vody, kterou je vyplnena a tíhou pevné spodní cásti (29), pricemž proudení vody je vyvoláno sacím efektem v horní hlave (27) komory (28),který je vyvolán gravitacním úcinkem od tíhy vodya spodní cásti (29), ve které je výtokový otvor (30), kterým voda vytéká do vsakovací cásti (33) vrtu (2) nebo studne, pricemž je ve vrtu nebo studni(2) a nebo vrtu (1) umísten výmeník (32) výparníku tepelného cerpadla obtékaný cerpanou vodou a z výparníku tepelného cerpadla je nasáváno pracovní médium kompresorem (17) a teplo pro vytápení je rozvedeno médiem v otopné soustave (40) ve vytápeném objektu (39), pricemž pracovní médium projde pred vstupem do škrtícího orgánu sberacem (42) a zarízením (43), ve kterém odevzdá své teplo pracovnímu médiu nasávanému kompresorem (17) a dále projde dehydrátorem (41) a elektromagnetickým ventilem (44).

Description

Topný systém s gravitačním podtlakovým čerpacím zařízením

Oblast techniky

Předložené řešení se týká topného systému s tepelným čerpadlem a s gravitačním podtlakovým čerpacím zařízením. Jako zdroj energie je zde využita podzemní voda, která je čerpána gravitačním podtlakovým zařízením podle tohoto vynálezu.

Topný systém s tepelným čerpadlem slouží zejména k vytápění obytných prostor.

Gravitační podtlakové čerpací zařízení podle tohoto vynálezu může být využito k přečerpávání podzemní vody ve vrtech, ale i k čerpání jiných kapalin v různých oblastech.

Dosavadní stav techniky

Současné získávání tepla z vody pro účely vytápění objektů je založeno na čerpání vody za pomoci podávacího čerpadla s elektrickým pohonem.

Způsoby čerpání různých kapalin jsou založeny na principu použití čerpacího zařízení nebo-li čerpadla poháněného dodatečně přivedenou energií získanou její transformací z jiné původní formy.

Nejrozšířenější způsoby čerpání kapalin byly v minulosti založeny na pohonu čerpacího zařízení lidskou silou, zvířecí silou, využitím energie větru nebo využitím energie dopadající vody.

Dnes je k pohonu nejčastěji využívána elektrická energie vyrobená různými způsoby, která slouží k pohonu elektricky poháněných čerpadel. Nevýhodou těchto systémů je spotřeba elektrické energie nutné k jejich pohonu a pohybující se části, které se časem opotřebovávají.

Jsou známá rovněž čerpadla založená na funkci takzvané pulsní pumpy, kdy jsou v čerpací komoře umístěné v čerpané kapalině převážně dva písty nebo-li plovákové uzávěry, které reagují na tlak okolí. Otevíráním a zavíráním horního pístu dochází vždy k vytlačení určitého množství kapaliny do výstupního potrubí, přičemž do spodní části komory pronikne potřebné množství tlakové kapaliny po nadzdvihnutí spodního pístu. Tlak kapaliny v okolí komory může být v přírodě přirozený nebo vyvolaný. Přirozený tlak u vody je například tlak od účinku dopadajícího vodního sloupce nebo může být dán vlastním tlakem podzemní zvodně.

Vyvolání tlaku čerpané kapaliny může být například přívodem tlakového vzduchu nebo jiného média do pístové čerpací komory. Vzduch nebo jiné tlakové médium odchází společně s čerpanou kapalinou do výstupního transportního potrubí po otevření horního pístu komory. Výhodou je zde minimální počet pohybujících se dílů. Nevýhodou je nutnost přivedení dalšího tlakového média pro zdvih kapaliny, přičemž vyvolání potřebného tlaku tohoto média je založeno na přivedení obvykle placené energie.

U systémů tepelných čerpadel odebírajících energii z čerpané podzemní vody jsou dnes využívána elektrická ponorná čerpadla.

·· · » • ·· • · · « · · • »

-2• · · « · · · · · • · · ·· ·

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody odstraňuje zařízení podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává nejméně z jednoho transportního potrubí zaústěného do čerpané kapaliny, přičemž toto nejméně jedno potrubí sestává dále z nejméně jednoho celistvého průběžného úseku potrubí, který je přímý nebo místy tvarový a obsahuje uzavíratelné odbočení nebo otvor nebo T kus umožňující zalití systému čerpanou kapalinou, přičemž na transportní potrubí nebo na tento T kus je přímo nebo prostřednictvím sací hlavy připojeno nejméně jedno objemové pružné těleso nebo-li pružná sací komora, která sestává z nejméně jednoho dílu, přičemž pružnost konstrukce této komory umožňuje v žádaném rozsahu a směru změnu jejího tvaru a objemu, a kde objem této komory nebo-li tohoto tělesa je vyplněn čerpanou kapalinou, která proudí přes transportní potrubí z místa jeho zaústění ve shromaždišti této kapaliny, přičemž proudění této kapaliny je vyvoláno a zajištěno sacím efektem nebo-li podtlakem vzniklým v horní části sací komory díky tíhovému a tedy gravitačnímu účinku od čerpané kapaliny v této sací komoře a účinku od tíhy spodní části této komory, kde je nejméně jeden otvor nebo otvor s manuálně nebo s elektricky ovladatelným uzávěrem typu ventil, šoupě nebo klapka, kterým kapalina Čerpaná ze shromaždiště volně odtéká, přičemž v sací komoře může být také umístěn nejméně jeden výpamík chladivového okruhu tepelného Čerpadla v případě, že tento gravitační podtlakový systém čerpání je použit k čerpání vody jako zdroje energie pro topný systém s geotermálním tepelným čerpadlem.

Generátor, nebo-li tepelné čerpadlo topného systémů podle tohoto vynálezu je umístěno přednostně ve venkovním zapuštěném otevíratelném skeletu nad vsakovacím nebo-li utrácecím vrtem, do kterého je sveden nejméně jeden výpamík chladivového okruhu tepelného čerpadla.

Venkovní skelet tepelného Čerpadla je v provedení nádoba v nádobě nebo deska v nádobě nebo deska na nádobě, kdy vlastní vnější nádoba ohraničující tento skelet je usazena nad pažením vsakovacího vrtu nebo-li studny aje zakryta víkem. Přes tento skelet je přístup do studny aje přes něj spuštěna pružná sací komora, ve které je umístěn nejméně jeden výpamík chladivového okruhu.

Nejméně jeden kompresor systému je umístěn na nosné desce nebo ve vnitřní nádobě, která je usazena ve venkovním skeletu. Na desce jsou umístěny i další důležité komponenty systému tepelného čerpadla včetně elektrického napájecího a kontrolního rozvodu. Celý skelet je zakrytován plochým nebo tvarovým víkem s tepelnou a protihlukovou izolací.

Vnitřní nádoba nebo nosná deska s hlavními komponenty je řešena po odkrytí víka jako vyjímatelná ze skeletu pro případný servis i v odborné dílně.

Celý skelet s horním víkem a s nosnou deskou je vodotěsně uzavíratelný prostřednictvím těsnění a šroubů a může být řešen i s odvětráním buď nadzemní částí a nebo víkem skeletu.

Do pružné sací komory může být zaveden také výměník tepla solárního okruhu a výměník tepla pro chlazení objektu.

Ve dně tělesa sací komory je nejméně otvor, který je zakončen ovladatelným uzávěrem, přes který odtéká voda do utrácecího prostoru studně. Ovladatelný uzávěr může být řešen jako dálkově regulovatelný. Do horní části sací komory je zaústěno přímo nebo prostřednictvím sací sběrací hlavy nejméně jedno transportní potrubí vedoucí od vrtu zdrojového, ve kterém se

-3• · · · · * ’ • · · » · · ·

Φ · ··* · ι ♦ · · » ' · · » «·· ·· ·· · shromažďuje nasávaná voda. K přesunu vody ze zdrojového do vsakovacího vrtu zde není použito tradiční podávači čerpadlo s elektrickým pohonem, i když by provedení systému podle tohoto vynálezu fungovalo i s takovým čerpadlem umístěným ve zdrojovém vrtu. K přesunu vody zde není použito žádné tradiční elektricky napájené čerpadlo.

Jsou samozřejmě možná i jiná uspořádání, kdy by mohl být výpamík nebo výměník umístěn až pod sací komorou ve spodní části pažení a nebo ve vrtu zdrojovém, ze kterého je voda čerpána. Tepelné čerpadlo se skeletem by mohlo být také umístěno nad vrtem zdrojovým nebo mezi vrty nebo mimo vrty vně objektu nebo uvnitř v objektu. Je možné i provedení skeletu bez nosné desky nebo nádoby, kdy je kompresor na vyjímatelné části opřené o dno skeletu. Přímé připevnění kompresoru na dně skeletu zde není přednostní.

Ze skeletu vedou izolovaná potrubí do objektu, kde jsou napojena na zvolenou otopnou soustavu. Podle tohoto vynálezu je tepelné čerpadlo napojeno přednostně na přímé kondenzační* typy otopných soustav, ve kterých kondenzuje nebo-li zkapalňuje pracovní médium kompresoru.

Je samozřejmě možné využít i teplovodních otopných soustav, kdy je kondenzátor deskový nebo typu trubka v trubce, do kterého je přiváděna vodní náplň otopné soustavy. Tyto kondenzátory mohou být umístěné ve venkovním skeletu tepelného čerpadla nebo uvnitř v objektu.

Topný systém podle tohoto vynálezu má i další funkce jako je ohřev vody, ohřev vody pro bazén nebo chlazení objektu. Ohřev vody je realizován prostřednictvím trubkového výměníku tepla umístěného uvnitř v bojleru nebo na jeho vnějším povrchu nebo prostřednictvím deskového výměníku tepla nebo prostřednictvím ohřevu pláště na povrchu bojleru za přímého využití pracovního média kompresoru a nebo topné vody.

Princip gravitačního podtlakového přečerpání kapaliny je patrný z následujícího popisu a dále z výkresové části tohoto vynálezu.

Je-li čerpaná kapalina shromážděna do nádoby vhodného objemu, pak tento objem vytváří díky gravitaci tíhu. Výsledná síla F nebo-li tíha na dno je dána součinem V.p.g = m.g, kde m je hmotnost kapaliny a g je gravitační zrychlení na zemí. Hmotnost kapaliny m je dána součinem objemu nádoby V a hustoty kapaliny p. Nádoba má ve spodní části otevíratelný uzávěr nebo výstupní potrubí s takovým uzávěrem. Pevně ukotvená nádoba například válcového tvaruje zcela naplněna kapalinou. Na horní část je připevněn balónek nebo pružný vak. Po náhlém otevření spodního uzávěru v čase t = 0 dojde k výtoku kapaliny z nádoby.

V horní části nádoby dojde po odtoku určitého množství kapaliny k vytvoření podtlaku a vak je vtažen nebo-li nasán dovnitř do nádoby. Takto je vytvořena podtlaková sací síla. Vlastní tíha kapaliny slouží po otevření otvoru jako zdroj hnací síly pro vytvoření podtlaku a sacího efektu.

Vertikálně ukotvené potrubí určité délky je na horním konci uzavřené. Uvnitř je v určité poloze píst, na který je pod druhým otevřeným koncem potrubí zavěšeno závaží o hmotnosti m. Na píst působí při zanedbání odporů a tření síla velikosti m.g. Píst se pohybuje v počátečním úseku rovnoměrně zrychleným pohybem. Za pístem se vytváří podtlak.

V určitém bodě dojde podle výše hmotnosti závaží m k zastavení pístu se závažím. Zjednodušeně se vytvořená podtlaková síla vyrovnala tíhové síle od závaží m.g. Tímto · 4

-4způsobem došlo k vytvoření prvního předpokladu pro proudění kapaliny a sice došlo k vytvoření hnací síly.

Působení sacího efektu lze zjednodušeně popsat i na straně systému, kde by docházelo ke vstupu kapaliny do zaústění transportního potrubí. Pod hladinu čerpané kapalíny v jejím shromaždišti je zaústěno potrubí, které stoupá vertikálně vzhůru nad hladinu a v určité výšce je ohnuto kolenem. Za ohybem v dalším úseku je potrubí vodorovné. V horní části potrubí je opět píst, z pístu vede lanko přes kladku a na konci lanka je závaží o hmotnosti m. Po zavěšení závaží dojde k působení tíhové síly závaží přes kladku na píst a tento se začne pohybovat rovnoměrně zrychleným pohybem směrem za závažím. Kapalina sleduje do určité vzdálenosti v potrubí pohyb pístu a pohyb závaží. V určité vzdálenosti a po určitém čase dojde kjejímu odtržení, nebo-li kapalina přestane sledovat pohyb pístu a závaží. Ktomu doj de při poklesu tlaku na píst na velikost tlaku nasycených par.

Obecně musí být pro proudění kapaliny systémem splněny dvě podmínky. Musí existovat hnací síla a musí existovat hydraulická spojitost všech částí systému.

Ke splnění hydraulické spojitosti systému dojde zaústěním nejméně jednoho konce spojitého potrubí pod hladinu čerpané kapaliny a druhého konce do horní části pružné čerpací komory a zalitím a odvzdušněním systému. Hnací sílaje vytvořena tíhou kapaliny a tíhou spodní části pružné komory. Výsledná tíha nahradí tíhu závaží o hmotnosti m. Systém je před prvním startem zcela zaplněn čerpanou kapalinou. Objemové těleso nebo-li pružná sací komora je ve stavu a v poloze s vertikálně zmenšeným zaplněným objemem. Poté dojde k uvolnění a k natažení, přičemž za pomoci tíhy kapaliny a těžké spodní části komory dojde k vytvoření sacího efektu nebo-li podtlaku v horní části a k nasátí určitého množství kapaliny do komory. Po natažení pružného tělesa sací komory dojde i ke zvětšení objemu celého tělesa. Otevřením uzávěru o vhodné ploše ve spodní části sací komory dojde k vytékání kapaliny a začne docházet k proudění kapaliny ze shromaždiště přes transportní potrubí a přes sací hlavu do sací komory a ven spodním otvorem. Za určitý časový úsek bude možno proudění systémem označit za ustálené při zachovávání potřebného podtlaku. Na jedné straně dochází k sání kapaliny a na druhém konci k výtoku kapaliny. Pod výtokovým otvorem je utrácecí prostor s atmosférickým okolím. Nad hladinou Čerpané kapaliny je rovněž atmosférické okolí a nebo je tato kapalina pod uzávěrem a má přetlak. U vrtů na spodní vodu může být využit tlak zvodněliny. Kritické je zde nejvyšší místo K1 nebo K2, kde nesmí dojít k trhání vodního proudu.

Hnací silou je zde spád potenciálu. Pro matematicko fyzikální popis je možné použít zákonitostí proudění z mechaniky tekutin. Podtlak ve vrcholech Kje možno stanovit z Bemoulliho rovnice. ^z

Rychlost proudění kapaliny v systémech je v = V/S.t, kde t je čas, za který protekl objem kapaliny V a proudění kapaliny bylo přes průřezovou plochu S kolmou na směr proudění. Tato rychlost je označována též jako hustota toku nebo flux density. Čerpací zařízení podle tohoto vynálezu je jednoduché na provoz.

Nejjednodušší konstrukci pro vyvolání sacího efektu lze vytvořit zavěšením pružného vaku na pevné rameno potrubí. Ve spodní části vaku je uzavíratelná výpusť. Je-li vak dostatečně pružný, pak tíhou kapaliny dojde kjeho protažení a k vyvolání sacího efektu v horní části.

«· V ·· • · •

v*· · • 4 • ♦

-5• 44· * • · ···· · · • · · · • 4 4 ··

Tíhu kapaliny ve vaku lze zvýšit materiálem s vyšší měrnou hmotností ve dně vaku.

Například kovy mají osm krát vyšší měrnou hmotnost oproti vodě.

Jiná pružná konstrukce sací komory je, když je jedna část objemové nádrže pevná a druhá část je pružná nebo když je pružná část umístěna mezi dvěma pevnými částmi. Pružná část objemové nádrže může mít také různou tloušťku stěny a tedy proměnlivou tuhost. Je-li pružná část umístěna mezi dvěma pevnými částmi, pak může být s výhodou spodní pevná část řešena jako takzvaně těžká s materiálem o vyšší měrné hmotnosti než má kapalina.

Pružnou konstrukci sací komory je možné vytvořit i vložením pružiny mezi dvě navzájem pohyblivé a přitom tlakotěsně spojené pevné části s horní sací hlavou nebo se zaústěným transportním potrubím a se spodním uzavíratelným otvorem. Spodní pohyblivý díl může být řešen i jako takzvaně těžký z materiálu o vyšší měrné hmotnosti.

Popsaný způsob čerpání kapalin lze využít při různých činnostech a pro různé kapaliny. Jednou ze zajímavých aplikací je zmíněné čerpání podzemní vody z vrtu pro výměník tepelného čerpadla. Ten může být umístěn přímo v pružné sací komoře zde vyřešeného gravitačního podtlakového čerpání.

Do výpamíku je za provozu přímo uvolňováno chladivo pracovního okruhu tepelného čerpadla, které se v něm vypařuje a ochlazuje tak nasávanou spodní vodu. Teplota této vody se v podmínkách střední Evropy pohybuje mezi +8 až +12^C a výpamíkem zde může být. schlazena až k +jrC. Voda o teplotě OrC obsahuje stále ještě latentní teplo. Zvýšením teplotního rozdílu zde dojde k určitému snížení nutného průtoku transportním potrubím.

Výměník je vyroben z nejméně jedné kovové trubky skorugovaným a tedy zvlněným povrchem. Trubka je stočená do nejméně jedné spirály. Výměník může být také přirozeně vyroben z hladkého potrubí. Materiálem pro jeho zhotovení je přednostně kov a slitiny kovů nebo plast a směsi plastů a nebo kombinace kov a plast.

V sací komoře nebo-li v pružném objemovém tělese může být výpamík vytvořen rovněž rozdělením chladivá v rozdělovači do více potrubí malého průměru, které jsou opět sloučeny do slučovače, Chladivové potrubí vstupuje do tělesa sací komory vodotěsně.

Výhodou těchto konstrukcí je, že takový výpamík umístěný přednostně ve vsakovacím vrtu se vnitřně nezanáší minerály z nasávané vody. I jeho vnější povrch je bezúdržbový.

Ovládání systému s takovým geotermálním tepelným čerpadlem je následující. Na základě vyhodnocení regulace uvnitř objektu dojde ke startu nejméně jednoho topného kompresoru a dojde k otevření nejméně jednoho dálkově ovládaného uzávěru na spodní částí sací komory. Ke startu kompresoru může rovněž dojít o určitý časový interval později, tedy s časovou prodlevou oproti otevření uzávěru. Po dobu chodu tepelného čerpadla je nejméně jedním čidlem snímána teplota vody v sací komoře. K uzavření výtoku vody dojde s časovým spožděním po vypnutí kompresoru systému tepelného čerpadla. V sací komoře se tak nemusí nacházet žádné nebo významné množství vychlazené vody.

Celé objemové těleso nebo-li pružná sací komora je přednostně ve vsakovacím vrtu pod hranicí nezámrzné hloubky okolního terénu. Pro zkrácení délky přívodního potrubí k výpamíku je chladivový systém umístěn přednostně ve skeletu přímo nad tímto vrtem.

ft · • · • · ·· •ft · * · ·

-6• · · • ···· « ·

Přehled obrázků na výkresech

Na obrázku 1 je znázorněna válcová nádoba naplněná kapalinou se spodním uzavřeným výtokovým otvorem a s neprodyšně pňpojeným pružným vakem na horním konci této nádoby. Nádoba je pevně fixována ve vertikální poloze. Zakresleno je silové působení F vyvolané hmotností kapaliny m.g.

Na obrázku 2 je tatáž nádoba jako na obrázku 1, u které ale došlo k náhlému otevření spodního výtokového otvoru v čase t = 0. Určitý objem kapaliny vytekl a tíha kapaliny vyvolává podtlak nebo-li sání v horní Části, což má za následek nasání pružného vaku do tělesa nádoby.

Na obrázku 3 je opět válcová nádoba s horním pevným vzduchotěsným víkem, ve kterém je tlakoměr. Uvnitř nádoby je píst, na kterém je na lanku zavěšeno závaží. Je zakresleno silové působení vlivem tíhy závaží m.g. Zavěšením nebo uvolněním dojde k pohybu pístu, nad kterým vzniká podtlak. Nádoba je pevně fixována, Vyvolaný účinek je možné odečíst na tlakoměru.

Na obrázku 4 je ohnuté potrubí zanořené v nasávané kapalině. Uvnitř vodorovného úseku potrubí je píst, na který je přes lanko a kladku připevněno závaží. Zakresleno je silové působení vyvolané hmotností zavaží m.g. Píst se pohybuje do vzdálenosti x, ve které dojde k odtržení nasávané kapaliny, která sledovala pohyb pístu. Je zakresleno i zrychelní pístu a.

Na obrázku 5 je znázorněno podtlakové sací zařízení. Ohnuté potrubí je zanořené v nasávané kapalině. Systém je zaplněn kapalinou horním otvorem s uzávěrem. Na potrubí je zavěšen pružný vak nebo-li sací komora, která je pevně podložena. Sací účinek je vyvolán odstraněním podpěry vaku. Tíhou kapaliny dojde k protažení sací komory a k vyvolání sacího účinku v horní částí. Po otevření uzávěru ve dně vaku dojde k odtékání a k nasávání kapaliny.

Na obrázku 6 je znázorněna sací pružná komora se spodním uzávěrem. Horní část se zaústěním transportního potrubí je pevné konstrukce. Na pevné konstrukci je upevněna spodní pružná část s uzávěrem. Sací komora by mohla také obsahovat vnitřní nebo vnější pružinu.

Na obrázku 7 je znázorněna sací komora, u které je pružná část umístěna mezi dvě pevné části. Na spodní pevné části je uzávěr. Sací komora by mohla také obsahovat vnitřní nebo vnější pružinu fixovanou mezi oběma pevnými částmi.

Na obrázku 8 je znázorněn trubkový výpamík tepelného čerpadla ve tvaru jednoduché nebo dvojité spirály, který je umísťován přednostně do vsakovacího nebo-li utrácecího vrtu nebo studně. Samozřejmě by mohl být umístěn i ve vrtu zdrojovém.

Na obrázku 9 je znázorněna konstrukce výpamíku, u které je přívodní a návratové potrubí zakončeno rozdělovači chladivá. Mezi rozdělovači chladivá je umístěno výpamé potrubí, které může mít různý tvar. Může být rovné, zvlněné, spirálově vinuté, navzájem propletené a podobně.

Na obrázku 10 je v řezu nakreslen topný systém pro vytápění objektů zobrazující přednostní provedení venkovního geotermálniho tepelného čerpadla s gravitačním podtlakovým přečerpáváním podzemní vody ze zdrojového vrtu nebo studny do vrtu nebo studny vsakovací. Nejméně jedno transportní potrubí je vedeno z vrtu zdrojového přednostně ve ft I « spádu pod nezámrznou hranící, která je vyznačena přerušovanou čarou. Nejméně jeden kompresor systému se nachází ve skeletu přednostně na vyjímatelné nosné desce spolu s dalšími důležitými komponenty pro případný servis. Jsou zakresleny šipky směru proudění čerpané vody. Ve spodní části obrázku je přerušovaná šipka znázorňující směr proudění spodní vody podložím, optimálně od vrtu vsakovacího k vrtu zdrojovému.

Na obrázku 11 je znázorněn chladivový okruh tepelného čerpadla bez kondenzační strany, která má více variant řešení. Zjednodušený okruh je nakreslen bez bezpečnostních prvků a zachycuje kompresor, odříznutí kondenzační strany systému, dále sběrač chladivá, zařízení pro vnitřní výměnu tepla chladivá, dehydrátor, elektromagnetický ventil a škrtící orgán, který je tvořen tryskou, kapilárou nebo ventilem, následuje výpamík umístěný ve vrtu, který je obtékaný vodou a sací potrubí kompresoru. V systému může být tedy realizována zpětná výměna tepla odebraného zkondenzovanému chladivu chladivém nasávaným kompresorem.

Na obrázku 12 jsou znázorněny možné varianty připojené kondenzační strany k chladívovému okruhu tepelného čerpadla z obrázku 11.

Na obrázku 12a je otopná soustava jako přímá kondenzační tvořená kondenzačními deskami nebo pásy, zobrazeno je horní a spodní nebo boční stranně ústící připojení přívodního a návratového potrubí média kompresoru.

Na obrázku 12b je přímá kondenzační otopná soustava tvořená potrubím.

Na obrázku 12c je teplovodní a chladivový deskový kondenzátor pro připojení teplovodní otopné soustavy.

Na obrázku 12d je teplovodní a chladivový potrubní kondenzátor v provedení trubka v trubce pro připojení teplovodní otopné soustavy.

Na obrázku 12e je potrubní lamelový kondenzátor s ventilátory pro přímý ohřev vzduchu.

Na obrázku 12f je potrubní chladivový kondenzátor pro ohřev vody. Je umístitelný například do bojleru, do akumulační nádoby nebo na jejich povrch.

Na obrázku 12g je znázorněn plášťový kondenzátor na povrchu nádoby.

Na obrázku 13 je znázorněna sací pružná komora pro podtlakové sání kapaliny složená ze dvou pevných potrubních těl, která jsou vzájemně utěsněná těsněním a pružný pohyb se změnou objemu je zajištěn vnitřní a nebo vnější pružinou. Na spodní části je uzavíratelný otvor a v horní části je připojeno přímo nebo přes sací hlavu nejméně jedno transportní potrubí. Je možná i varianta obrácená, kdy je horní potrubní část umístěna uvnitř spodní potrubní části. Dále je možná varianta obrázku 14 s pevnou komorou, vnitřním pístem a vnějším závažím s vnější a nebo vnitřní pružinou.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Příklad 1 použití vynálezu je zřejmý z obrázku číslo 10. Na pozemku je zhotoven zdrojový vrt X a vsakovací vrt 2. Vrty jsou zapaženy plnou pažnicí 3 a 5. U vrtu 1 je ve zvodnělé vrstvě obsyp kamenivem 19 a pažnice je v tomto úseku perforovaná 4. Pod pažnicí je kalník, který již není na obrázku nakreslen. U vrtu vsakovacího 2, který bývá obvykle méně hluboký je pažníce 3 perforovaná v úseku 4. Zde dochází ke vsaku ochlazené vody opět přes kameninový obsyp 19. Vrt 1 je dále nastrojen manipulační šachtou 6 s poklopem 7. V manipulační šachtě může být protizámrzová izolace 8. Šachta může být umístěna na desce 9 s krytem záhlaví 10 zabraňující přenášení zátěže od šachty 6 na pažnicí 3. Obdobně u vrtu 2 může být deska _U

-8• · · * 4444 4 s krytem záhlaví 12. Na desce JJ. je zde umístěn vnější skelet tepelného čerpadla 13, ve kterém je přes těsnění JA vsazena nosná deska 14, zde ve tvaru nádoby nesoucí nejméně jeden kompresor 17, venkovní elektrický a kontrolní rozvod 18 a další důležité komponenty. Kompresor 17 je zde zakreslen v poloze částečně zapuštěné pod okolní terén 22. Na nosné desce 14 je opět přes těsnění J6 umístěno víko 15. Nosná deska 14 je řešena jako vyjímatelná i s komponenty pro servis. Víko 15 i nosná deska 14 jsou zevnitř izolovány izolací 20. Pažnice 3 u vrtu I a obdobně pažnice 5 u vrtu 2 jsou odshora utěsněny proti průsaku povrchových vod a nečistot obsypem 21. Kompresor 17 je napájen elektřinou přivedenou přívodem 51 přes elektrický rozvod 18.

Zdrojový vrt i je dále nastrojen nejméně jedním transportním potrubím 23, které je zanořeno pod hladinou vody 24. Nad vyústěním pažnice je ohnuto kolenem nebo tvarovou armaturou

25. V úseku od armatury 25 dále pokračuje nejméně jedno transportní propojovací potrubí úsekem 26 až do skeletu tepelného čerpadla 13, kde je zaústěno do sací hlavy 27 nebo do horní hlavě 27 sací komory 28. Sací komora je fixována přírubou 54, která zajišťuje přenesení váhy sací komory 28 na dno skeletu 13 a tedy na nosnou desku Π. a od ní na okolní terén. Váha sací komory 28 zde nemá vliv na pažnici 5 a 3 vsakovací studny. Transportní potrubí 26 může být vybaveno T kusem 29b pro zalití čerpacího systému a čidlem kontroly průtoku 29a. Přednostně pružná nebo i pevná sací komora 28 má na své spodní části 29 umístěn nejméně jeden uzavíratelný otvor s armaturou 30 typu ventil, klapka nebo šoupě. V armatuře 30 a nebo v sací komoře 28 je nejméně teplotní čidlo. Armatura 30 a teplotní čidlo jsou napojeny kabely ve svazku 31 vedoucím do elektrického rozvodu 18 ve skeletu tepelného čerpadla.

Po zalití systému vodou je natahována 47 sací komora 28. Vlivem tíhy vody a spodní části 29 je v horní části 27 vytvářen sací efekt a do komory je nasávána voda z transportního potrubí

26, Do sací komory vstupuje voda o teplotě v rozmezí 8 až 12°C. V komoře 28 je umístěn nejméně jeden výpamík tepelného čerpadla 32, ve kterém dochází k vypaření pracovního chladivá kompresoru a tedy k odebrání tepelného energetického potenciálu nasávané vodě. Ta je v komoře schlazována až na hodnotu +1°C a takto ochlazená vytéká spodním ovladatelným otvorem 30 do vsakovacího prostoru 33 utrácecího vrtu 2. Páry chladivá jsou nasávány kompresorem 17 přes potrubí 34. Horké páry na výtlaku vystupují z kompresoru potrubím 35, které má optimálně teplotu kolem 80°C. Páry jsou dále tlačeny potrubím 36 tepelně izolovaným izolací 37 nejkratší cestou do vytápěného objektu 39, kde přímo kondenzují v otopné soustavě 40. Ve zkondenzované formě jsou tlačeny návratovými potrubími a jsou sloučeny, dále vystupují ven z objektu a proudí izolovaným potrubím 38 zpět do venkovního tepelného čerpadla. V chladivovém okruhu na obrázku 11 popisovaného systému prochází zkondenzované chladivo do sběrací nádoby 42 a zařízení pro zpětnou výměnu tepla 43, kde předá své zbytkové teplo chladným parám chladivá vystupujícím z výpamíku 32 potrubím 34Dále proudí již ochlazené zkondenzované chladivo přes dehydrátor 41 a elektromagnetický ventil 44 do škrtícího orgánu 45, kterým je expanzní ventil. V orgánu 45 dochází k uvolňování chladivá do výpamíku 32 obtékaného vodou z vrtu I bez použití podávacího čerpadla s elektrickým pohonem.

Ochlazená voda je při popsaném chodu tepelného čerpadla utrácena ve vsakovacím vrtu 2. Na obrázku 10 je zachycen směr proudění podzemní vody 46 v podloží. Pro zvýšení úspornosti popsaného topného systému je do sací komory 28 a nebo do vrtu 1 zaveden ještě tepelný výměník 48 od solárního systému 49. Teplota vstupu solárního média do výměníku 48 je snímána teplotním čidlem 50 a při provozu nepodkročí teplotu nasávané vody z vrtu L φ

φ φ

φφ ·· * φ φ φ φ φ φφ φ φ φ

-9φ φφφ φ φ ΦΦΦΦ φ φ φ φφ φ

Je zřejmé, že odstraněním elektrického příkonu podávacího čerpadla spodní vody, zapojením vnitřního předání tepla chladivá a napojením systému na přímou kondenzační otopnou soustavu podle tohoto vynálezu je vytvořen vytápěcí systém s vysokou provozní úsporností a efektivitou. Sezónní topný faktor COP takového systému může být ještě zvýšen přivedením přímého nebo zbytkového tepla od solárních kolektorů.

Elektrický příkon topného kompresoru 17 může být napájen přes vedení 51 z rozvodnice 18 elektřinou vyrobenou alternativním způsobem a nebo z rozvodné sítě místního dodavatele.

Příklad 2

Příklad využití čerpací části zařízení podle tohoto vynálezu je patrný z obrázku číslo 5. Na obrázku číslo 5 je zařízení skládající se z transportního potrubí, sací hlavy a pružného sacího vaku s otevíratelným spodním uzávěrem, který je pojmenován jako sací komora. Potrubí je zanořeno do kapaliny, která má být čerpána. Systém je zalit přes horní uzávěr čerpanou kapalinou a nenachází se vněm vzduch. Po uvolnění vaku dojde kjeho prověšení a k vyvolání sacího efektu v horní sací hlavě, kde je zaústěno transportní potrubí. Při otevření spodního uzávěru začne ze sací komory vytékat čerpaná kapalina. Sací komora může mít i jinou konstrukci například podle obrázků číslo 6,7 a 13,14.

Průmyslová využitelnost

Vytápění pomocí topného systému podle tohoto vynálezu je použitelné k vytápění objektů a prostor, které se nachází na pozemku bohatém na spodní vodu umožňující využití gravitačního podtlakového čerpání podle zde popsaného řešení.

Topný systém s tepelným čerpadlem dále potřebuje dodávku elektřiny pro pohon kompresoru z místní rozvodné sítě a nebo elektřinu vyrobenou jiným alternativním způsobem.

Systém je vhodný zejména k vytápění rodinných domů, bytů a jiných objektů. Uvedené objekty je možné tímto systémem také ochlazovat.

Gravitační podtlakové sací zařízení podle tohoto vynálezu je možné dále použít k čerpání kapalin v různých oblastech.

Claims (14)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Topný systém s tepelným čerpadlem využívajícím jako zdroj tepelné energie podzemní vodu, vyznačující se t í m, že sestává nejméně z jednoho transportního potrubí (23) zaústěného pod hladinou (24) čerpané vody ve zdrojovém vrtu (1) nebo studni, které dále pokračuje úsekem (26) a propojuje tak vrt (2) nebo studni, ve které je připojeno do nejméně jedné hlavy (27) komory (28), jejíž konstrukce je pevná a nebo umožňuje změnu jejího tvaru a objemu tíhou čerpané vody, kterou je vyplněna a tíhou pevné spodní části (29), přičemž proudění vody transportním potrubím (23) a (26) z vrtu (1) nebo studně je vyvoláno a zajišťováno sacím efektem a tedy podtlakem v hlavě (27) komory (28), který je vyvolán gravitačním účinkem oď objemu vody v komoře (28) a od tíhy spodní části (29), ve které je nejméně jeden výtokový otvor (30) nebo otvor (30) s dálkově (31) ovladatelným uzávěrem typu ventil, šoupě nebo klapka, kterým ochlazená voda vytéká z komory (28) do vsakovací části (33) vrtu (2) nebo studně, přičemž je ve vrtu nebo studni (2) a nebo (1) umístěn nejméně jeden výměník (32) výpamíku tepelného čerpadla obtékaný Čerpanou vodou, která je tak ochlazována a z výpamíku tepelného čerpadla je nasáváno vypařené pracovní médium nejméně jedním kompresorem (17), ze kterého je dále vytlačováno potrubím (35), přičemž teplo pro vytápění je rozvedeno teplonosným médiem v otopné soustavě (40) ve vytápěném objektu (39), přičemž pracovní médium projde před vstupem do škrtícího orgánu (45) sběračem (42) a zařízením (43), ve kterém odevzdá své teplo pracovnímu médiu nasávanému kompresorem (17) a dále projde dehydrátorem (41) a elektromagnetickým ventilem (44).
2. 2. Topný systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejméně jedna komora (28), kterou protéká čerpaná voda ze zdrojového vrtu (1) nebo studně je umístěná ve vsakovacím vrtu (2) nebo studni, kde je čerpaná ochlazená voda utrácena a vsakována.
3. 3. Topný systém podle nároku 2, kde komora (28), ve které dochází k čerpání vody ze zdrojového vrtu (1) nebo studně se vyznačuje tím, že její konstrukce je vyrobená jako pružná, přičemž pružnost této konstrukce umožňuje měnit její objem a tvar zejména protažením kolem vnitřního výměníku (32) výpamíku tepelného čerpadla.
4. 4. Topný systém podle nároků 2 a 3, kde komora (28), ve které dochází k čerpání vody ze zdrojového vrtu (1) nebo studně se vyznačuje tím, že pružnost její konstrukce je zajištěna pružností materiálu vodotěsného opláštění (55) této komory (28) a nebo vnitřním a nebo vnějším připevněním nejméně jedné pružiny (60) z kovu a nebo z pružných materiálů obsahujících kaučuk a stavitelným zaústěním kontaktní trubice (64).
5. 5. Topný systém podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že voda je čerpána ze zdrojového vrtu (1) nebo studně zpod její hladiny (24) nejméně jedním transportním potrubím (23, 26) zaústěným v horní části (27) komory (28) ve vrtu (2) nebo studni, kde je čerpaná ochlazená voda utrácena a vsakována.
6. 6. Topný systém podle nároků 1,2 a 5, vyznačující se tím, že voda je čerpána sacím účinkem vyvolaným a udržovaným tíhou objemu čerpané vody obsažené v komoře (28) a tíhou spodní části komory (29) a opláštění komory (55).
7. 7. Topný systém podle nároků 1,2,5 a 6, vyznačující se tím, že voda čerpaná ze • 4 »

   4 ·

   4 4 ··

   444

   4 4

   4 ·

   4 4 4

   4 4··

   4 4 4 • · ·

   44 » zdrojového vrtu (1) nebo studně je ve vsakovacím vrtu (2) nebo studni utrácena výtokem z nejméně jednoho otvoru (30) nebo z nejméně jednoho otvoru (30) s dálkově (31) ovladatelným uzávěrem typu ventil, šoupě nebo klapka.
8. 8. Topný systém podle nároků 1,2,5 až 7, vyznačující se tím, že nejméně jeden kompresor (17) je spolu s dalšími komponenty připevněn na nosné desce (14) s možným středovým zapuštěním, která je řešena jako vyjímatelná ze skeletu (13) po sejmutí rovného (52) nebo kulového (53) víka (15) a může tak být odvezena pro případný servis.
9. 9. Topný systém podle nároků 1,2,5 až 8, vyznačující se tím, že nejméně jeden výměník (32) výpamíku tepelného čerpadla je zhotoven z kovového nebo z plastového potrubí a nebo z jejich kombinace s hladkým nebo se zvlněným povrchem, které je stočené do spirály (59, 58), neboje zvlněné (58a), neboje rovné čí navzájem propletené.
10. 10. Topný systém podle nároků 1,2,5 až 9, vyznačující se tím, že otopná soustava (40) uvnitř vytápěného objektu (39) je řešena jako přímá kondenzační, kdy je napojená na výtlačné potrubí (35) a (36) kompresoru (17) a na návratové sací potrubí (38) od kondenzátoru deskových a pásových (12a), potrubních (12b) a nebo potrubních lamelových se vzduchovými ventilátory (12e).
11. 11. Topný systém podle nároků 1,2,5 až 10, vyznačující se tím, že otopná soustava (40) uvnitř vytápěného objektu (39) je řešena jako teplovodní s napojením výtlačného chladivového potrubí (35) a nebo (36) od kompresoru (17) na teplovodní deskový (12c) výměník tepla nebo na teplovodní výměník typu trubka v trubce (12d).
12. 12. Topný systém podle nároků 1,2,5 až 11, vyznačující se tím, že teplá voda pro objekt a nebo pro bazén je ohřívána trubkovým (12f) výměníkem tepla uvnitř (61a) bojleru nebo akumulační nádoby, nebo na plášti (12g) bojleru nebo akumulační nádoby a nebo je ohřívána prostřednictvím teplovodního výměníku typu (12c) deskového a nebo teplovodního výměníku (12d) typu trubka v trubce.
13. 13. Topný systém podle nároků 1,2,5 až 12, vyznačující se tím, že ve vsakovacím vrtu (2) nebo studni a nebo ve zdrojovém vrtu (1) nebo studni je umístěn tepelný výměník (48) solárního systému (49).
14. 14. Čerpací systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že k čerpání kapaliny zanořeným ústím nejméně jednoho transportního potrubí z jejího shromaždiště dochází sacím efektem a tedy podtlakem v homí části sací komory (61), která mění svůj objem tíhou čerpané kapaliny a tíhou komory a tím vyvolává tento sací efekt, přičemž ve spodní části nebo v těle komory je nejméně jeden výtokový otvor, který může být vybaven ventilem, klapkou nebo šoupětem jako uzavíratelný a ovladatelný, a kterým dochází k výtoku kapaliny čerpané ze shromaždiště.