FI121975B - Lämmönsiirrin, lämpöpumppu ja menetelmä lämmönsiirtimen valmistamiskesi - Google Patents

Description

Lämmönsiirrin, lämpöpumppuja menetelmä lämmönsiirtimen valmistamiseksi

Keksinnön tausta 5 Keksintö liittyy lämmönsiirtimeen ja erityisesti patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaiseen lämmönsiirtimeen, joka käsittää ainakin kaksi erillistä virtauskanavaa viilaavaa primääriväliainetta ja viilaavaa sekundaariväliainetta varten, jotka virtauskanavat on järjestetty lämmönsiirtoyhteyteen toistensa kanssa siten, että lämpöä on siirrettävissä primaarivälineineen ja sekundaari-10 väliaineen välillä niiden virratessa erillisissä virtauskanavissa. Esillä oleva keksintö liittyy lisäksi patenttivaatimuksen 14 johdannon mukaiseen lämpöpumppuun ja erityisesti lämpöpumppuun, jossa kiertää virtaava primääriväliaine, joka lämpöpumppu käsittää lauhduttimen lämmön luovuttamiseksi lämpöpumpussa kiertävästä primäärivälinaineesta, höyrystimen lämmön vastaanottami-15 seksi primääriväliaineeseen, kompressorin primääriväliaineen paineen nostamiseksi ja paisuntaventtiilin primääriväliaineen paineen alentamiseksi, joka lauhdutin käsittää ensimmäisen lämmönsiirtimen lämmön siirtämiseksi primää-riväliaineesta sekundaariväliaineeseen, ja joka höyrystin käsittää toisen lämmönsiirtimen lämmön siirtämiseksi lämpölähteenä toimivasta lämpöväliainees-20 ta primääriväliaineeseen.

Lämmönsiirtimiä tai lämmönvaihtimia, joissa lämpöä siirretään kahden virtaavan väliaineen välillä, käytetään monissa sovelluksissa, kuten lämpöpumpuissa. Lämmönsiirtimen primääripuolella kiertävän primääriväliaineen lämpötila voi olla kompressorilta lähtiessä 125 °C ja sekundaariväliaineen läm-___ 25 pötila voi olla keskimäärin 55 °C. Sekundaariväliaineen ominaislämpökapasi- o teetti on lähes vakio, samoin primääripuolen höyrystymislämpö, joten primääri-

(M

4 ja sekundaariväliaineiden lämpötilaero on primääri- ja sekundaariväliaineiden ^ ainevirtojen ohella toinen väliaineiden väliseen lämpövirran suuruuteen vaikut- ° tava tekijä. Usein kuitenkin esimerkiksi talvella lämmön kulutus saattaa olla ly-

X

£ 30 hyitä aikoja suurta, jolloin sekundaariväliaineen lämpötilaa on nostettava nor- o maalia korkeammaksi. Lisäksi useiden maiden viranomaiset vaativat, että se-

CO

^ kundaariväliaineen lämpötila on määräajoin nostettava hygieniasyistä 55 °C:tta 00 § korkeampaan lämpötilaan, mikäli sekundaariväliaineen avulla valmistetaan ^ lämmintä käyttövettä. Tunnetun tekniikan mukaisesti sekundaariväliaineen 35 lämpötilan nostaminen voidaan vaihtoehtoisesti toteuttaa erillisellä lämmittimel-lä, kuten lämmitysvastusyksiköllä, joka on sijoitettu sekundaarivälieineen vir- 2 tauslinjaan erilleen lämmönsiirtimestä. Toisin sanoen lisälämmityksen, esim. sähköisen virtauslämmittimen, käyttö esimerkiksi lämpöpumpun yhteydessä on sinänsä tunnettu ja vakiintunut ratkaisu. Lisälämmitystä käytetään mm. veden lämpötilan kohottamiseen hygieniasyistä, lämmitystehon lisäämiseen lämpö-5 pumpun kapasiteetin käydessä riittämättömäksi ja varalämmittimenä lämpö-pumpun toimintahäiriöiden varalta. Nykyiset lisälämmittimet ovat erillisiä yksiköitä, jotka asennetaan lämpöpumpun sekundaaripiiriin.

Ongelmana yllä kuvatussa järjestelyssä on se, että lämpöpumppu tai muu vastaava laitteisto tarvitsee aina erillisen lämmittimen. Erillisen lämmitit) timen käyttö johtaa monimutkaisempaan laiterakenteeseen ja kokoamis- ja asennustyön lisääntymiseen.

Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää lämmönsiirrin, jolla yllä mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoite saavutetaan patenttivaa-15 timuksen 1 tunnusmerkkiosan mukaisella lämmönsiirtimellä, joille on tunnusomaista se, että lämmönsiirrin käsittää lisäksi ainakin yhden integraalisesti siihen aikaansaadun lisälämmittimen primääriväliaineen ja/tai sekundaariväliai-neen lämpötilan nostamiseksi. Keksinnön tavoite saavutetaan edelleen patenttivaatimuksen 14 tunnusmerkkiosan mukaisella lämpöpumpulla, jolle on tun-20 nusomaista, että ensimmäinen ja/tai toinen lämmönsiirrin on varustettu integ-raalisella lisälämmittimellä vastaavasti sekundaariväliaineen ja/tai lämpöväliai-neen lämpötilan nostamiseksi.

Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.

25 Keksintö kohdistuu lisäksi patenttivaatimuksen 30 mukaiseen mene- δ telmään lämmönsiirtimen valmistamiseksi, cv 4 Keksintö perustuu siihen, että lämmönsiirtimeen, jossa lämpöä siir- o ^ retään kahden tai useamman viilaavan aineen välillä, aikaansaadaan integraa- ° lisesti ainakin yksi lisälämmitin lämpöenergian tuomiseksi suoraan yhteen tai

X

£ 30 useampaan väliaineeseen. Toisin sanoen lisälämmitin on yhdistetty samaan o kokonaisuuteen lämmönsiirtimen kanssa siten, että yksi tai useampi väliaine kulkee lisälämmittimen kautta ennen väliaineiden väliseen lämmönsiirto- 00 § vyöhykkeeseen virtaamista tai sen jälkeen tai vaihtoehtoisesti sekä ennen että ^ jälkeen väliaineiden väliseen lämmönsiirtovyöhykkeeseen virtaamista. Lisä- 35 lämmittimenä voidaan käyttää mitä tahansa lämmitintä, joka kykenee luovuttamaan lämpöenergiaa viilaavalle väliaineelle. Edullisessa tapauksessa lisä- 3 lämmitin on sähkökäyttöinen lämmitin kuten esimerkiksi sähkövastus tai vastaava. Vaihtoehtoisesti lisälämmitin voi olla esimerkiksi kaasukäyttöinen, polt-tokenno tai mikä tahansa muu vastaava lisälämmitin, jota voidaan käyttää erillisen teho- tai energialähteen avulla. Tämä lisälämmitin voi lisäksi olla aikaan-5 saatu suoraan tai epäsuoraan lämmönsiirtoyhteyteen primaari- ja/tai sekun-daariväliaineen kanssa.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja järjestelmän etuna on se, että lisälämmittimen avulla yhden tai useamman väliaineen lämpötilaa voidaan nostaa lämmönsiirtimellä väliaineen normaalia käyttölämpötilaa huomattavasti 10 korkeammaksi. Tällöin erillistä lämmitintä ei tarvitse asentaa väliaineen virtaus-linjaan välimatkan päähän lämmönsiirtimestä. Näin lämpöpumpusta ja muusta laitteesta saadaan yksinkertaisempi ja vähemmän tilaa vievä ja toisaalta läm-mönsiirrin itsessään sisältää merkittävän lisäominaisuuden, jonka avulla primääri- tai sekundaariväliaineen lämpötilaa voidaan muuttaa itse lämmönsiirti-15 mellä väliaikaisesti tai kun väliaineiden välinen lämmönsiirto ei ole toiminnassa.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: 20 kuvio 1 esittää kaavamaisesti tunnetun tekniikan mukaisen lämpö- pumpun, joka käsittää kaksi lämmönsiirrintä lämmön siirtämiseksi väliaineiden välillä; kuvio 2 esittää kaavamaisesti lämpöpumpun, joka käsittää lauhdut-timen puolella lämmönsiirtimen, jossa on keksinnön mukainen lisälämmitin; 25 kuvio 3 esittää kaavamaisesti lämpöpumpun, joka käsittää sekä 0 lauhduttimen että höyrystimen puolella esillä olevan keksinnön mukaisen lisä- 4 lämmittimen; ja ^ kuvio 4 esittää periaatekuvan keksinnön mukaisesta lämmönsiirti- ° mesiä.

CC

CL

30 Keksinnön yksityiskohtainen selostus ^ Viitaten kuvioon 1 on siinä esitetty kaavamaisesti tunnetun tekniikan o mukainen lämpöpumppu, joka käsittää primääripiirin 9, jonka virtauskanavassa ^ virtaa primääriväliaine. Tässä hakemuksessa primääriväliaineella tarkoitetaan lämpöpumpun yhteydessä lämpöpumpussa 9 kiertävää virtaavaa väliainetta. 35 Lämpöpumppu käsittää edelleen lauhduttimen 1, jossa on ensimmäinen läm- 4 mönsiirrin 5 lämmön siirtämiseksi primääriväliaineesta sekundaariväliainee-seen, joka kiertää sekundaaripiirin virtauskanavassa. Sekundaariväliaineella tarkoitettaan tässä hakemuksessa lämpöpumpun yhteydessä viilaavaa väliainetta, joka vastaanottaa lämpöenergiaa primääriväliaineelta. Lämpöpum-5 pussa on edelleen höyrystin 2, joka käsittää toisen lämmönsiirtimen 6 lämmön siirtämiseksi primääriväliaineeseen. Primääripiiri 9 on varustettu lisäksi paisun-taventtiilillä 4, jonka myötävirran puolella primääriväliaine höyrystyy, jolloin sen lämpötila laskee. Primääripiiri on edelleen varustettu kompressorilla 3 primää-riväliaineen paineen nostamiseksi, jolloin primääriväliaine puristuu kokoon ja 10 sen lämpötila nousee. Kuvion 1 periaatekuvan mukaisesti primääriväliaine ensin lämmitetään höyrystimessä 2, josta se virtaa kompressoriin 3, jossa sen paine nousee ja se lämpenee. Tämän jälkeen primääriväliaine virtaa lauhdut-timeen 1, jossa se luovuttaa lämpöä sekundaaripiirissä kiertävälle sekundaari-väliaineelle, jolloin ensimmäisestä lämmönsiirtimestä 5 ulos viilaavan sekun-15 daariväliaineen 12 lämpötila on korkeampi kuin sinne sisään viilaavan sekun-daariväliaineen 11 lämpötila. Samalla primääriväliaine jäähtyy ja tiivistyy nesteeksi. Lauhduttimen 1 jälkeen primääriväliaine virtaa paisuntaventtiiliin 4, jonka myötävirran puolella primääriväliaine höyrystyy, jolloin sen lämpötila laskee. Tämän jälkeen kierros alkaa jälleen alusta. Edellä kuvattu lämpöpumppurat-20 kaisu on vain esimerkinomainen, eikä sen ole tarkoitus rajoittaa esillä olevaa keksintöä, vaan se toimii vain esimerkinomaisena suoritusmuotona tässä selityksessä. Lisäksi on huomioitava, että kaikki hakemuksen kuviot 1-4 ovat kaavamaisia ja kuvaavat vain esillä olevan keksinnön periaatteita, eivät yksityiskohtaisia ratkaisuja.

25 Väliaineella tarkoitetaan tämän hakemuksen yhteydessä mitä ta- hansa viilaavaa ainetta, joka voi olla kaasua tai nestettä ja jonka olomuoto voi o muuttua esimerkiksi lämpöpumppuprosessin yhteydessä. Primääriväliaine voi 4 olla esimerkiksi jotain tunnettua kylmäainetta ja sekundaariväliaine esimerkiksi ^ vettä. Lämmönsiirtimellä tarkoitetaan tässä hakemuksessa laitetta, joka käsit- ° 30 tää ainakin kaksi erillistä virtauskanavaa viilaavaa primääriväliainetta ja virtaa- £ vaa sekundaariväliainetta varten, jotka virtauskanavat on järjestetty lämmön- § siirtoyhteyteen toistensa kanssa siten, että lämpöä on siirrettävissä primaarivä- lÖ lineineen ja toisioväliaineen välillä niiden virratessa erillisissä virtauskanavissa.

00 § Toisin sanoen lämmönsiirtimen yhdessä virtauskanavassa viilaavasta primää-

(M

35 riväliaineesta pääsee siirtymään lämpöä toisessa virtauskanavassa viilaavaan sekundaariväliaineeseen, tai päinvastoin. Primääri- ja sekundaariväliaineiden 5 lämpötilaero aikaansaa täten lämpöenergian siirtymisen niiden välillä, kun niiden virtauskanat on järjestetty lämmönsiirtoyhteyteen toistensa kanssa. Täten lämmönsiirrin voi esillä olevan keksinnön mukaisessa ratkaisussa olla levy-lämmönsiirrin, spiraalilämmönsiirrin tai jokin muu vastaava lämmönsiirrin, jossa 5 primääriväliaine ja sekundaariväliaine tai primääriväliaine ja jokin muu läm-mönlähteenä toimiva väliaine, joka luovuttaa lämpöenergiaa primääriväliaineel-le, viilaavat erillisissä virtauskanavissa, jotka on järjestetty lämmönsiirtoyhteyteen toistensa kanssa.

Usein lämpöpumppuprosesseissa tulee tarve nostaa sekundaarivä-10 liaineen lämpötila hetkellisesti yli normaalin suunnitellun lämmityskäytön lämpötilan. Esillä olevan keksinnön mukaisesti voidaan tällöin aikaansaada kuvion 2 mukainen ratkaisu, jossa ensimmäinen lämmönsiirrin 5 on varustettu lisä-lämmittimellä 7 sekundaariväliaineen lämpötilan nostamiseksi. Lämpöpump-puprosessi toimii kuviossa 2 samalla tavalla kuin kuviossa 1, mutta kuvion 2 15 mukaisessa suoritusmuodossa ensimmäiseen lämmönsiirtimeen 5 on integroitu lisälämmitin 7. Tässä kuvion 2 mukaisessa suoritusmuodossa lisälämmitin on aikaansaatu ensimmäisen lämmönsiirtimen 5 myötävirran puolelle. Toisin sanoen ensimmäiseen lämmönsiirtimeen 5 virtaava sekundaariväliaine 11 on ensin lämmönsiirtoyhteydessä primääriväliaineen kanssa, minkä jälkeen se vir-20 taa lisälämmittimeen 7 ennen virtaamistaan pois 12 ensimmäisestä lämmön-siirtimestä 5. Täten sekundaariväliaineen lämpötilaa voidaan nostaa lämmönsiirtimen 5 avulla väliaineiden keskinäistä lämmönsiirtokykyä korkeammalle tasolle lisälämmittimen 7 avulla. Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa lisälämmitin 7 voidaan aikaansaada ensimmäiseen lämmönsiirtimeen 5 vastavirran puo-25 lelle siten, että sekundaariväliaine on lämmitettävissä lisälämmittimellä 7 en-nen kun sekundaariväliaine on ollut lämmönsiirtoyhteydessä ensimmäisessä o lämmönsiirtimessä 5 primääriväliaineen kanssa. Tämän ratkaisun heikkoutena 4 on kuitenkin se, että sekundaariväliaine joutuu lämmönsiirtoyhteyteen primää- o ^ riväliaineen kanssa jo korotetussa lämpötilassa, jolloin primääri- ja sekundaari- 30 väliaineen välinen lämpötilaero on pienentynyt, mikä puolestaan heikentää tai £ estää niiden välisen lämmönsiirtymisen tai jopa kääntää niiden välisen läm- § mönsiirron päinvastaiseksi, jos sekundaariväliaineen lämpötila nousee primaa- lÖ riväliaineen lämpötilaa korkeammaksi.

o Eräs toinen vaihtoehto on varustaa ensimmäinen lämmönsiirrin 5 li-

C\J

35 sälämmittimellä 7 sekä myötävirran että vastavirran puolella siten, että sekundaariväliaine on lämmitettävissä lisälämmittimellä 7 sekä sen jälkeen kun se- 6 kundaariväliaine on ollut lämmönsiirtoyhteydessä primääriväliaineen kanssa että ennen kuin sekundaariväliaine on ollut lämmönsiirtoyhteydessä primääri-väliaineen kanssa. Tällöin nämä molemmat lisälämmittimet 7 voidaan aikaansaada siten, että niitä voidaan käyttää samanaikaisesti tai eriaikaisesti. Täten 5 ensimmäinen lämmönsiirrin 5 voidaan varustaa ohjausvälineillä, joiden avulla lisälämmittimen 7 toimintaa voidaan ohjata. Nämä ohjausvälineet voivat toimia automaattisesti tai ne voivat olla manuaalikäyttöiset. Manuaalikäyttöisten ohjausvälineiden avulla käyttäjä voi kytkeä lisälämmittimen 7 päälle ja pois halutessaan. Automaattiset ohjausvälineet voivat puolestaan käsittää sensorin, jo-10 ka mittaa sekundaari- tai primääriväliaineen lämpötilaa ja jos lämpötila poikkeaa tavoitearvosta, se kytkee lisälämmittimen päälle tai vastaavasti pois päältä, jos lämpötila on tavoitearvoa korkeampi. Ohjausvälineet voivat käsittää myös ajastimen, jonka avulla lisälämmitin voidaan kytkeä ennalta määrätyksi ajaksi päälle tarvittaessa tai ennalta määrätyin väliajoin. Näin voidaan sekundaarivä-15 liaineen lämpötila lämpöpumpussa nostaa esimerkiksi kerran vuorokaudessa yli 55 °C:een viranomaismääräysten mukaisesti.

Kuviossa 4 on esitetty kuvion 2 mukaisen ensimmäisen lämmönsiir-timen 5 eräs suoritusmuoto yksinkertaistetusti. Kuvion 4 mukaisesti ensimmäinen lämmönsiirrin 5 käsittää lämmönsiirto-osion 16, jossa primääriväliaine ja 20 sekundaariväliaine ovat lämmönsiirtoyhteydessä toistensa kanssa virraten erillisissä virtauskanavissa. Ensimmäinen lämmönsiirrin 5 käsittää lisäksi lisälämmittimen 7, joka on aikaansaatu lämmönsiirto-osion 16 myötävirran puolelle siten, että sekundaariväliaine ennen poistumistaan ensimmäisestä lämmönsiir-timestä 5 virtaa lisälämmittimen 7 kautta sen jälkeen kun se on virrannut läm-25 mönsiirto-osion 16 läpi. Kuvion 4 mukaisesti primääriväliaine virtaa ensimmäi-sen lämmönsiirtimen 5 lämmönsiirto-osioon 16 yhteen 13 kautta ja sekundaa-o riväliaine virtaa suoraan vastaavasti lämmönsiirto-osioon yhteen 11 kautta.

4 Lämmönsiirto-osiossa 16 primääri- ja sekundaariväliaineet kulkevat omissa g erillisissä virtauskanavissaan, jotka ovat lämmönsiirtoyhteydessä toistensa ° 30 kanssa siten, että korkeammassa lämpötilassa oleva primääriväliaine luovuttaa £ lämpöä matalammassa lämpötilassa olevalle sekundaariväliaineelle. Kuljettu- g aan lämmönsiirto-osion 16 läpi primääriväliaine poistuu ensimmäisestä läm-

Lg mönsiirtimestä 5 yhteen 14 kautta. Sekundaariväliaine puolestaan virtaa läm- § mönsiirto-osion 16 läpi kuljettuaan lisälämmittimeen 7. Lisälämmittimessä 7

(M

35 sekundaariväliainetta voidaan haluttaessa edelleen lämmittää lisää sen virratessa lisälämmittimen 7 läpi. Lisälämmittimen 7 läpi kuljettuaan sekundaarivä- 7 liaine poistuu ensimmäisestä lämmönsiirtimestä 5 yhteen 12 kautta. Lisäläm-mitin 7 on edullisesti sähkökäyttöinen ja se voidaan kytkeä virtalähteeseen johdon 15 avulla. Eräs lisälämmittimen 7 edullinen suoritusmuoto käsittää lisä-lämmittimeen 7 aikaansaatuja sähkövastuksia, jotka lämmittävät sekundaarivä-5 liainetta sen virratessa lisälämmittimen 7 läpi.

Edellä esitetyn mukaisesti ensimmäinen lämmönsiirrin 5 voidaan kuvion 4 mukaisessa tapauksessa järjestää myös siten, että yhteen 11 kautta ensimmäiseen lämmönsiirtimeen 7 viilaava sekundaariväliaine kulkee ensin lisälämmittimen 7 kautta ja vasta sen jälkeen lämmönsiirto-osioon 16. Edelleen 10 ensimmäinen lämmönsiirrin 5 voi käsittää kaksi lisälämmitintä 7 siten, että sekundaariväliaine virtaa lisälämmittimen 7 kautta sekä ennen lämmönsiirto-osioon 16 menemistä että sen jälkeen.

Edellä esitettyjä lämpöpumpun lauhdutin puolen 1 lämmönsiirtimeen 5 esitettyjä ratkaisuja voidaan soveltaa samalla tavalla lämpöpumpun höyrys-15 tinpuolen 2 lämmönsiirtimeen 6. Tällöin tässä toisessa lämmönsiirtimessä 6 primääriväliaine vastaanottaa lämpöenergiaa lämmönlähteestä. Lämmönläh-teenä voi olla esimerkiksi ympäröivä ilmakehä, vesi tai jokin muu virtaava väliaine. Edelleen tässä hakemuksessa lämpöpumpun yhteydessä lämmönläh-teenä toimivaa virtaavaa väliainetta, joka luovuttaa lämpöenergiaa lämpöpum-20 pussa kiertävälle primääriväliaineelle, kutsutaan lämpöväliaineeksi. Kuvion 3 mukaisessa lämpöpumpun suoritusmuodossa myös höyrystinpuolen 2 toiseen lämmönsiirtimeen on aikaansaatu lisälämmitin 8, vastaavalla tavalla kuin lauh-dutinpuolelle 1. Täten lisälämmitin 8 voidaan aikaansaada toiseen lämmönsiirtimeen 6 myötävirran puolelle siten, että lämmönlähteenä toimiva lämpöväliai-25 ne on lämmitettävissä lisälämmittimellä 8 sen jälkeen kun se on ollut lämmön-siirtoyhteydessä primääriväliaineen kanssa. Vaihtoehtoisesti lisälämmitin 8 o voidaan aikaansaada toiseen lämmönsiirtimeen 6 vastavirran puolelle siten, et- 4 tä lämpöväliaine on lämmitettävissä lisälämmittimellä 8 ennen kun se on ollut ^5 lämmönsiirtoyhteydessä primääriväliaineen kanssa. Edelleen haluttaessa lisä- o 30 lämmitin 8 voidaan aikaansaada toiseen lämmönsiirtimeen 6 sekä myötävirran £ että vastavirran puolelle. Höyrystinpuolen 2 toisen lämmönsiirtimen 6 lisäläm- § mittimellä 8 voidaan nostaa lämpöväliaineen lämpötilaa normaalia korkeam- lÖ malle. Edelleen lisälämmitin 8 voi estää lämpöväliaineen jäätymistä, o Vaikka kuviossa 3 on esitetty, että sekä lauhdutinpuolen 1 että höy-

CM

35 rystinpuolen 2 lämmönsiirtimiin 5, 6 on aikaansaatu lisälämmittimet 7, 8, on mahdollista, että vain lauhdutinpuolella 1 tai vain höyrystinpuolella 2 käytetään 8 lämmönsiirrintä 5, 6, joka käsittää siihen integroidun lisälämmittimen 7, 8. Edelleen on huomattava, että vaikka esillä oleva keksintö on selitetty tässä lämpö-pumpun yhteydessä, voidaan keksinnön mukaista lämmönsiirrintä, johon on integroitu lisälämmitin käyttää myös sellaisenaan yksinään tai jonkin muun lait-5 teen tai järjestelmän osana, jossa tarvitaan lämmönsiirrintä sekä väliaineen li-sälämmitystä. Käsiteltäessä lämmönsiirrintä erillisinä laitteena tarkoitetaan primääriväliaineella viilaavaa väliainetta, joku luovuttaa lämpöenergiaa sekun-daariväliaineelle, jolla puolestaan tarkoitetaan viilaavaa väliainetta, joka vastaanottaa lämpöenergiaa primääriväliaineelta. Toisin sanoen esillä olevan kek-10 sinnön mukainen lämmönsiirrin voidaan varustaa yhdellä tai useammalla siihen integraalisesti aikaansaadulla lisälämmittimellä primääriväliaineen ja/tai sekundaariväliaineen lämmittämiseksi. Lisälämmitin voidaan aikaansaada lämmön siirtimen myötävirran ja/tai vastavirran puolelle. Toisin sanoen lisä-lämmitin voidaan aikaansaada lämmön siirtimeen ennen kuin primääriväliaine 15 ja sekundaariväliaine ovat lämmönsiirtoyhteydessä toistansa kanssa tai sen jälkeen.

Tämän keksinnön mukaisen tuotteen toteuttamisessa voidaan hyödyntää näiden kahden erillislaitteen, levylämmönsiirtimen ja sähköisen virtaus-lämmittimen, yhteistä edullista valmistustekniikkaa, esim. uuni- tai tyhjöjuotos-20 ta. Tällöin niiden oleellinen valmistusvaihe, juottamalla tapahtuva kokoonpano, voidaan yhdistää yhteen työvaiheeseen. Näin saavutetaan merkittäviä hyötyjä: laitteiden yhteenlasketut valmistuskustannukset laskevat; laitteiden vaatima tila pienenee, jolloin saavutetaan etua lopputuotteen, kuten lämpöpumpun, tilankäytön ja kustannusten kannalta; asennustyö tulee edullisemmaksi, koska lait-25 teiden välinen yhteys toteutetaan jo valmistusprosessin yhteydessä, ja tällöin ^ sekä materiaalia että työtä säästyy; molempien laitteiden vaatima lämpöeristys o voidaan toteuttaa yksinkertaisemmin ja pienemmin kustannuksin.

4 Lämmittimessä käytettävät lämmityselementit voidaan kiinnittää ra- kenteeseen pysyvästi juotosprosessissa, tai rakenne toteutetaan siten, että ° 30 lämmityselementit ovat vaihdettavissa. Käytettäessä erillistä lisälämmitintä mo- £ lemmat tavat ovat sinänsä tunnettuja ja yleisessä käytössä.

§ Edullisessa toteutustavassa lämmönsiirtimen ja lisälämmittimen vä- iö linen suora lämmönsiirto, joka vähentää lämpöpumpun tehokerrointa ja siksi o on epätoivottava tekijä, voidaan saada hyvin vähäiseksi sijoittamalla niiden vä-

CVJ

35 liin huonosti lämpöä johtavasta ja sopivasti muotoillusta metallisesta materiaalista, kuten ruostumattomasta teräksestä, tehty rakenne. Tyhjöjuotosta käytet- 9 täessä kyseisen rakenteen sisään voidaan tuottaa pysyvästi tyhjö, joka edelleen pienentää lämmönsiirtoa puheena olevan eristysrakenteen kautta.

Keksinnön mukaista tuotetta voidaan tehokkaasti hyödyntää myös ilma/vesi-lämpöpumpun lauhduttimen suojaamiseksi jäätymiseltä. Ilmasta 5 energiansa ottavan lämpöpumpun höyrystin kerää lämmönsiirtopinnoilleen ilman kosteudesta muodostuvaa jäätä. Yleinen tapa jään poistamiseksi höyrystimeltä on kääntää lämpöpumpun prosessi joksikin aikaa päinvastaiseksi, jolloin höyrystimen ja lauhduttimen toiminnat vaihtuvat keskenään. Tällöin varsinaisen prosessin lauhduttimeen voi syntyä lyhytaikaisesti veden jäätymispis-10 teen alittavia lämpötiloja. Tästä voi olla seurauksena sekundaaripiirin veden jäätyminen lauhduttimessa, erityisesti sellaisilla alueilla, joissa veden virtausnopeus on pieni. Jäätyminen puolestaan voi rikkoa lauhduttimen ja aiheuttaa siten merkittävää vahinkoa.

Kyseinen jäätymisongelma voidaan torjua keksinnön mukaisella ra-15 kenteella kytkemällä lisälämmitin päälle ja kääntämällä sekundaaripiirin vir-taussuunta sulatusprosessin ajaksi, edullisesti siten, virtaussuunta käännetään hiukan aikaisemmin kuin sulatustapahtuma alkaa. Lisälämmittimen tuottama lämpöenergia nostaa lauhduttimeen menevän veden lämpötilaa niin, ettei jäätymistä pääse tapahtumaan.

20 Lisäksi vaikka edellä lämmönsiirtimen toimintaa on käsitelty lämpö- pumpun yhteydessä, voidaan keksinnön mukaista lämmönsiirrintä käyttää myös erikseen sellaisenaan. Täten kaikki edelle selitetyt seikat koskevat myös sellaisia lämmönsiirtimiä, jotka eivät liity lämpöpumppuihin. Toisin sanoen keksintöä voidaan soveltaa missä tahansa lämmönsiirtimessä sen käyttökohteesta 25 riippumatta.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinkö nön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus- 4 muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdelli) la patenttivaatimusten puitteissa, o 30 x cc

CL

o

CO

LO

00 o o

CM

Claims (34)

1. Lämmönsiirrin (5, 6), joka käsittää ainakin kaksi erillistä virtaus-kanavaa viilaavaa primääriväliainetta ja viilaavaa sekundaariväliainetta varten, jotka virtauskanavat on järjestetty lämmönsiirtoyhteyteen toistensa kanssa si-5 ten, että lämpöä on siirrettävissä primaariväliaineen ja sekundaariväliaineen välillä niiden virratessa erillisissä virtauskanavissa, tunnettu siitä, että lämmönsiirrin (5, 6) käsittää lisäksi ainakin yhden integraalisesti siihen aikaansaadun lisälämmittimen (7, 8) primääriväliaineen ja/tai sekundaariväliaineen lämpötilan nostamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin (5, 6), tunnet- t u siitä, että lisälämmitin (7, 8) on suorasti tai epäsuorasti sähkökäyttöinen, kaasukäyttöinen tai polttokenno.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen lämmönsiirrin (5, 6), tunnettu siitä, että lisälämmitin käsittää yhden tai useamman lämmityselemen- 15 tin, jotka on asennettu lisälämmittimeen kiinteästi tai vaihdettavasti.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen lämmönsiirrin (5, 6), tunnettu siitä, että lisälämmitin (7, 8) käsittää yhden tai useamman sähkövastuksen primääriväliaineen ja/tai sekundaariväliaineen lämmittämiseksi läm-mönsiirtimen (5, 6) yhteydessä.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen lämmönsiir rin (5, 6), t u n n e 11 u siitä, että lämmönsiirtimen (5, 6) ja lisälämmittimen (7, 8. väliin on aikaansaatu lämmönsiirtymistä estävä rakenne lämmön siirtymisen minimoimiseksi lämmönsiirtimen (5, 6) ja lisälämmittimen (7, 8) välillä.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen lämmönsiirrin (5,6), tunnet- 25. u siitä, että lämmönsiirtymistä estävä rakenne käsittää tyhjön. r-

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen lämmönsiir- ° rin (5, 6), t u n n e tt u siitä, että lisälämmitin (7) on aikaansaatu lämmönsiirti- g meen (5, 6) myötävirran puolelle siten, että sekundaariväliaine on lämmitettä- cd vissä lisälämmittimellä (7) sen jälkeen kun sekundaariväliaine on ollut läm- x 30 mönsiirtoyhteydessä primääriväliaineen kanssa. tr

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-6 mukainen lämmönsiir-§ rin (5, 6), t u n n e tt u siitä, että lisälämmitin (7) on aikaansaatu lämmönsiirti- g meen (5, 6) vastavirran puolelle siten, että sekundaariväliaine on lämmitettä- o vissä lisälämmittimellä (7) ennen kun sekundaariväliaine on ollut lämmönsiirto- 35 yhteydessä primääriväliaineen kanssa.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen lämmönsiir-rin (5, 6), t u n n ett u siitä, että lämmönsiirtimeen (5, 6) on aikaansaatu lisä-lämmitin (7) sekä myötävirran että vastavirran puolelle siten, että sekundaari-väliaine on lämmitettävissä lisälämmittimellä (7) sekä sen jälkeen kun sekun- 5 daariväliaine on ollut lämmönsiirtoyhteydessä primääriväliaineen kanssa että ennen kun sekundaariväliaine on ollut lämmönsiirtoyhteydessä primääriväliaineen kanssa.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 9 mukainen lämmön-siirrin (5, 6), t u n n e 11 u siitä, että lisälämmitin (7) on aikaansaatu nostamaan 10 sekundaariväliaineen lämpötila normaalia käyttölämpötilaa korkeampaan lämpötilaan.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-10 mukainen lämmön-siirrin (5, 6), t u n n e tt u siitä, että lisälämmitin (8) on aikaansaatu nostamaan primääriväliaineen lämpötila normaalia käyttölämpötilaa korkeampaan lämpöti- 15 laan.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-11 mukainen lämmön-siirrin, tunnettu siitä, että lämmönsiirrin (5, 6) ja/tai lisälämmitin (7, 8) käsittää ohjausvälineet lisälämmittimen tehon ja/tai päälle kytkemisen ja pois päältä kytkemisen suorittamiseksi automaattisesti tai manuaalisesti.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-12 mukainen lämmön siirrin (5, 6), tunnettu siitä, että lämmönsiirrin (5, 6) on levylämmönsiirrin, spiraalilämmönsiirrin, putkilämmönsiirrin tai jokin muu vastaava lämmönsiirrin, jossa primaariväliaine ja sekundaariväliaine viilaavat erillisissä virtauskanavis-sa, jotka on järjestetty lämmönsiirtoyhteyteen toistensa kanssa. 25

14. Lämpöpumppu, jossa kiertää virtaava primääriväliaine, joka lämpöpumppu käsittää lauhduttimen (1) lämmön luovuttamiseksi lämpöpum-pussa kiertävästä primäärivälinaineesta, höyrystimen (2) lämmön vastaanot-4 tamiseksi primääriväliaineeseen, kompressorin (3) primääriväliaineen paineen nostamiseksi ja paisuntaventtiilin (4) primääriväliaineen paineen alentamiseksi, O 30 joka lauhdutin (1) käsittää ensimmäisen lämmönsiirtimen (5) lämmön snrtämi-£ seksi primääriväliaineesta sekundaariväliaineeseen, ja joka höyrystin käsittää g toisen lämmönsiirtimen (6) lämmön siirtämiseksi lämpölähteenä toimivasta jo lämpöväliaineesta primääriväliaineeseen, tunnettu siitä, että ensimmäinen o ja/tai toinen lämmönsiirrin (5, 6) on varustettu integraalisella lisälämmittimellä C\1 35 (7, 8) vastaavasti sekundaariväliaineen ja/tai lämpöväliaineen lämpötilan nos tamiseksi.

15 Iillä.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen lämpöpumppu, tunnettu siitä, että lisälämmitin (7, 8) on suoraan tai epäsuorasti sähkökäyttöinen, kaasukäyttöinen tai polttokenno.

16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen lämpöpumppu (5, 6), 5 tunnettu siitä, että lisälämmitin käsittää yhden tai useamman lämmi- tyselementin, jotka on asennettu lisälämmittimeen kiinteästi tai vaihdettavasti.

17. Patenttivaatimuksen 15 tai 16 mukainen lämpöpumppu (5, 6) tunnettu siitä, että lisälämmitin (7, 8) käsittää yhden tai useamman sähkö-vastuksen lämpöväliaineen ja/tai sekundaariväliaineen lämmittämiseksi läm- 10 mönsiirtimen (5, 6) yhteydessä.

18. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 14 - 17 mukainen lämpö-pumppu (5, 6), tunnettu siitä, että lämmönsiirtimen (5, 6) ja lisälämmitti-men (7, 8) väliin on aikaansaatu lämmönsiirtymistä estävä rakenne lämmön siirtymisen minimoimiseksi lämmönsiirtimen (5, 6) ja lisälämmittimen (7, 8) vä-

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen lämpöpumppu (5, 6) tunnettu siitä, että lämmönsiirtymistä estävä rakenne käsittää tyhjön.

20. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 14 - 19 mukainen lämpö-pumppu, tunnettu siitä, että lisälämmitin (7) on aikaansaatu ensimmäisen 20 lämmönsiirtimeen (5) myötävirran puolelle siten, että sekundaariväliaine on lämmitettävissä lisälämmittimellä (7) sen jälkeen kun sekundaariväliaine on ollut lämmönsiirtoyhteydessä primääriväliaineen kanssa.

21. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 14-19 mukainen lämpö-pumppu, tunnettu siitä, että lisälämmitin (7) on aikaansaatu ensimmäiseen 25 lämmönsiirtimeen (5) vastavirran puolelle siten, että sekundaariväliaine on lämmitettävissä lisälämmittimellä (7) ennen kun sekundaariväliaine on ollut o lämmönsiirtoyhteydessä primääriväliaineen kanssa.

22. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 14-19 mukainen lämpö- ^ pumppu, tunnettu siitä, että ensimmäiseen lämmönsiirtimeen (5) on ai- ° 30 kaansaatu lisälämmitin (7) sekä myötävirran että vastavirran puolelle siten, että £ sekundaariväliaine on lämmitettävissä lisälämmittimellä (7) sekä sen jälkeen § kun sekundaariväliaine on ollut lämmönsiirtoyhteydessä primääriväliaineen Jo kanssa että ennen kun sekundaariväliaine on ollut lämmönsiirtoyhteydessä o primääriväliaineen kanssa. C\l

23. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 14-22 mukainen lämpö- pumppu, tunnettu siitä, että lisälämmitin (7) on aikaansaatu nostamaan sekundaariväliaineen lämpötila normaalia käyttölämpötilaa korkeampaan lämpötilaan.

24. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 14-23 mukainen lämpö-pumppu, tunnettu siitä, että lisälämmitin (8) on aikaansaatu toiseen läm- 5 mönsiirtimeen (6) myötävirran puolelle siten, että lämpöväliaine on lämmitettävissä lisälämmittimellä (8) sen jälkeen kun se on ollut lämmönsiirtoyhteydessä primaariväliaineen kanssa.

25. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 14-23 mukainen lämpö-pumppu, tunnettu siitä, että lisälämmitin (8) on aikaansaatu toiseen läm- 10 mönsiirtimeen (6) vastavirran puolelle siten, että lämpöväliaine on lämmitettävissä lisälämmittimellä (8) ennen kun se on ollut lämmönsiirtoyhteydessä primaariväliaineen kanssa.

26. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 14 - 23 mukainen lämpö-pumppu, tunnettu siitä, että toiseen lämmönsiirtimeen (6) on aikaansaatu 15 lisälämmitin (8) sekä myötävirran että vastavirran puolelle siten, että lämpöväliaine on lämmitettävissä lisälämmittimellä (8) sekä sen jälkeen kun se on ollut lämmönsiirtoyhteydessä primaariväliaineen kanssa että ennen kun lämpöväliaine on ollut lämmönsiirtoyhteydessä primaariväliaineen kanssa.

27. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 14-26 mukainen lämpö- 20 pumppu, tunnettu siitä, että lisälämmitin (8) on aikaansaatu nostamaan lämpöväliaineen lämpötilanormaalia käyttölämpötilaa korkeampaan lämpötilaan.

28. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 14-26 mukainen lämpö-pumppu, tunnettu siitä, että lämpöpumppu tai lämmönsiirrin (5, 6) tai lisä- 25 lämmitin (7, 8) käsittää ohjausvälineet lisälämmittimen tehon ja/tai päälle kyt- kemisen ja pois päältä kytkemisen suorittamiseksi automaattisesti tai manuaa- o lisesti. cv

29. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 14-28 mukainen lämpö- o ^ pumppu, tunnettu siitä, että ensimmäinen ja/tai toinen lämmönsiirrin (5, 6) ° 30 on levylämmönsiirrin, spiraalilämmönsiirrin tai jokin muu vastaava lämmönsiir- £ rin, jossa primääriväliaine ja sekundaariväliaine tai primääriväliaine ja lämpövä- o liaine viilaavat erillisissä virtauskanavissa, jotka on järjestetty lämmönsiirtoyh- lÖ teyteen toistensa kanssa. 00

§ 30. Menetelmä lämmönsiirtimen valmistamiseksi, joka lämmönsiirrin cv 35 käsittää ainakin kaksi erillistä virtauskanavaa viilaavaa primääriväliametta ja virtaavaa sekundaariväliainetta varten, jotka virtauskanavat on järjestetty läm- mönsiirtoyhteyteen toistensa kanssa siten, että lämpöä on siirrettävissä pri-maarivälineineen ja toisioväliaineen välillä niiden virratessa erillisissä virtaus-kanavissa, tunnettu siitä, että lämmönsiirtimeen aikaansaadaan lisälämmi-tin lämmönsiirtimen valmistuksen kanssa samassa vaiheessa.

31. Patenttivaatimuksen 30 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että lisälämmitin aikaansaadaan lämmönsiirtimeen lämmönsiirtimen kokoonpanovaiheessa.

32. Patenttivaatimuksen 30 tai 31 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että lisälämmitin aikaansaadaan lämmönsiirtimeen lämmönsiirtimen 10 juotosvaiheessa.

33. Patenttivaatimuksen 31 tai 32 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että lisälämmitin aikaansaadaan lämmönsiirtimeen lämmönsiirtimen uuni- tai tyhjöjuotoksen yhteydessä.

34. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-13 mukaisen lämmön-15 siirtimen käyttö lämpöpumpun lauhduttimen jäätymisen estoon höyrystimen su- latustapahtuman aikana. δ (M sj- o CD O X en CL O CD δ 00 o o (M