FI126752B - Menetelmä tehokertoimen parantamiseksi lämpöpumppuprosessissa - Google Patents

Description

MENETELMÄ TEHOKERTOIMEN PARANTAMISEKSI LÄMPÖPUMPPUPRO-SESSISSA

KEKSINNÖN ALA

Keksinnön kohteena on menetelmä tehokertoimen parantamiseksi lämpöpumppuprosessissa, jossa prosessin kiertoainetta höyrystetään lämpöä luovuttavan aineen avulla höyrystimessä ja lauhdutetaan lämpöä vastaanottavan aineen avulla lauhduttimessa.

KEKSINNÖN TAUSTA Lämpöenergiaa pystytään siirtämään kylmäko-neen tai lämpöpumpun avulla kylmemmästä kohteesta kuumempaan, jolloin siirtoon tarvitaan työtä. Konetta kutsutaan kylmäkoneeksi kun kohteesta on tarkoitus poistaa lämpöä ja lämpöpumpuksi kun kohteeseen tuodaan lämpöä. Lämpöpumppuprosessi on termodynaaminen kiertoprosessi, jossa kiertoaineena on jokin kylmäaine, kuten erityyppiset freonit, ammoniakki, rikkidioksidi tai hiilidioksidi. Kuvassa 1 on esitetty kiertoprosessi, joka muodostuu neljästä osaprosessista: höyrystyneen väliaineen paineen nosto kompressorilla 1, höyryn lauhdutus lauhduttimessa 2, lauhteen paisunta kuristimessa 3 ja lauhteen höyrystys höyrystimessä 4. Höyrystynyt väliaine palautuu höyrynä kiertoprosessiin 1-2-3-4. Viitenumero 5 kuvaa lämpöä vastaanottavan aineen kiertoa ja viitenumero 6 kuvaa lämpöä luovuttavan aineen kiertoa. Lämpöpumppuprosessi on Carnot'n kiertoprosessi, jonka toimintaa voidaan kuvata käänteisenä lämpö-voimaprosessina. Lämpöpumpun tehokerroin määritellään seuraavasti:

missä sL on lämpöpumpun tehokerroin, <1>l on lämpövirta (W) koneesta kuumalle puolelle, P on koneen/kompressorin tarvitsema teho (W),

Tmax on lauhdutuslämpötila (K) ,

Tmin on höyrystyslämpötila (K) .

Vastaavasti kylmäkoneen tehokerroin määritellään seuraavasti:

missä εκ on lämpöpumpun tehokerroin, Φκ on lämpövirta (W) kylmältä puolelta koneeseen, P on koneen/kompressorin tarvitsema teho (W),

Tmax on lauhdutuslämpötila (K) ,

Tmin on höyrystyslämpötila (K) .

Keksintö kohdistuu uuteen tapaan alentaa läm-pöpumppuprosessien lauhdutuslämpötilaa tai nostaa höy-rystyslämpötilaa niin, että tehokerroinkaavan nimittäjässä oleva lämpötilaero pienenee. Erityisen hyödyllinen keksintö on silloin, kun lämpöpumppuprosessia hyödynnetään suuren mittakaavan lämmöntuotannossa tai j äähdytyksessä.

On tunnettua, että lämpöpumpun höyrystintä 4 lämmitetään lämpöä luovuttavan aineen (kierto 6) avulla, joka virratessaan jatkuvasti höyrystimen 4 läpi jäähtyy kuvassa 2a esitetyllä tavalla. On myös tunnettua, että lämpöpumpun lauhdutinta 2 jäähdytetään lämpöä vastaanottavan aineen (kierto 5) avulla, joka virratessaan jatkuvasti lauhduttimen 2 läpi lämpenee kuvassa 2b esitetyllä tavalla. Lämpöpumppuprosessin lauhdutus pyritään tekemään mahdollisimman alhaisessa lämpötilassa (lauhdutuslämpötila T3 kuvassa 2b) ja vastaavasti höyrystys pyritään tekemään mahdollisimman korkeassa lämpötilassa (höyrystyslämpötila T3 kuvassa 2a). Lauhdutuslämpötilan alentaminen laskee kompressorin 1 poistohöyryn painetasoa ja höyrystyslämpötilan nostaminen kasvattaa kompressorin 1 imupaineen paine-tasoa. Kompressorin painesuhteen pienentyminen alentaa kiertoprosessissa tarvittavaa kompressoritehoa ja nostaa lämpöpumppuprosessin tehokerrointa eli tuotetun hyötylämpötehon (lämmitys tai jäähdytys) suhdetta kompressorin toimintaan tarvittavaan tehoon (esimer kiksi sähkö tai vastaavan exergia-arvon määrä lämpöä absorptiotekniikkaa hyödynnettäessä). Lämpöä vastaanottavana aineena voidaan tunnetusti käyttää kaukolämpövettä tai rakennusten lämmityksessä käytettävää lämmitysväliainetta, jolloin lauhdutuslämpö voidaan hyödyntää kokonaisuudessaan kaukolämpönä tai rakennusten lämmitykseen. Kaukolämmi-tykseen tarvitaan ympäristön lämpötilaa kuumempaa vettä (tyypillisesti 50-120 °C) . Lämpöä luovuttavana aineena voidaan tunnetusti käyttää kaukokylmäjärjestelmän paluuvettä tai rakennusten jäähdytyksessä käytettävää jäähdytysvä-liainetta, jolloin höyrystyslämpö voidaan hyödyntää kokonaisuudessaan kaukokylmänä tai rakennusten jäähdytykseen .

Kuvassa 2a on esitetty tyypillisen kaukokyl-mää tuottavan lämpöpumpun höyrystimen lämpötilariippuvuudet. Ti on kaukokylmäjärjestelmän paluuveden alku-lämpötila, T2 on kaukokylmäveden loppulämpötila ja T3 on höyrystyslämpötila. Esimerkinomaisia lämpötila-arvoja lämpöpumppulaitoksissa ovat Ti = 12 °C, T2 = 5 °C ja T3 = 2 °C. Kaukolämmityksessä (kuva 2b) vastaavat lämpötila-arvot lauhduttimelle ovat: kaukolämmön paluuveden tulolämpötila Ti = 50 °C, kaukolämpöveden läh-tölämpötila T2 = 80 °C ja lauhdutuslämpötila T3 = 83 °C.

Perinteisissä teknisissä ratkaisuissa lämpö-pumpun lauhduttimet ja höyrystimet ovat stationääri-sesti toimivia prosessilaitteita, joissa lämpöä luovuttava ja lämpöä vastaanottava aine virtaavat lämmön-siirtopintojen toisistaan erottamina.

KEKSINNÖN KUVAUS

Keksinnön päämääränä on alentaa lämpöpumppu-prosessien lauhdutuslämpötilaa ja/tai nostaa höyrys-tyslämpötilaa niin, että tehokerroinkaavan nimittäjässä oleva lämpötilaero pienenee. Erityisen hyödyllinen keksintö on silloin, kun lämpöpumppuprosessia hyödynnetään suuren mittakaavan lämmöntuotannossa tai jäähdytyksessä .

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1, 2, 3 tai 4 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön eräitä muita suoritusmuotoja on kuvattu epäitsenäisissä vaatimuksissa.

Esillä oleva keksintö perustuu siihen, että lämpöpumpun kiertoaineen lauhdutuksessa vapautuva lämpöenergia siirretään lämpöä vastaanottavaan ainevirta-ukseen panostyyppisesti ja/tai lämpöpumpun kiertoaineen höyrystyksessä tarvittava lämmitysenergia otetaan lämpöä luovuttavasta ainevirtauksesta panostyyppisesti. Alkulämpötilassa olevaa lämmönsiirtoväliainetta kerätään määrältään halutun kokoisiksi eriksi tai panoksiksi, joiden annetaan panos kerrallaan lämmetä lauhduttimessa tai jäähtyä höyrystimessä alkulämpöti-lasta loppulämpötilaan. Halutun loppulämpötilan saavuttanut väliainepanos vaihdetaan uuteen alkulämpötilassa olevaan väliainepanokseen. Menetelmässä lämpöä luovuttavan ja/tai vastaanottavan aineen keskimääräistä virtausta ja/tai lämpötilanmuutosta ei ole tarpeen muuttaa perinteiseen käyttöarvoon verrattuna. Hyötyä saadaan siitä, että koska suurimman osan jakson ajasta lämpöä vastaanottavan väliainepanoksen lämpötila on jaksonsa loppulämpötilaa alempi ja/tai koska lämpöä luovuttavan väliainepanoksen lämpötila on vastaavasti jaksonsa loppulämpötilaa ylempi, lauhduttimen ja höyrystimen lämpötilasta riippuvat kiertoaineen kylläs-tyspaineet lähenevät toisiaan, kompressorin painesuhde laskee ja siten lämpöpumpun tehontarve pienenee. Tämän seurauksena lämpöpumppuprosessin tehokerroin kasvaa.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu paitsi kaukolämmön ja kaukokylmän tuotantoon myös moniin muihin lämpimän ja kylmän veden käyttökohteisiin, joissa käytetään lämpöpumppuprosessia.

KUVALUETTELO

Seuraavaksi keksintöä kuvataan eräiden edullisten suoritusmuotojen avulla viittaamalla oheisiin piirustuksien kuvioihin.

Kuva 1 on lämpöpumppuprosessin toimintakaavio .

Kuva 2a on graafinen esitys lämpöä luovuttavan aineen jäähtymisestä lämpöpumpun höyrystimessä; vaaka-akselilla on dimensioton teho φ.

Kuva 2b on graafinen esitys lämpöä vastaanottavan aineen lämpenemisestä lämpöpumpun lauhduttimes-sa.

Kuva 3 esittää keksinnön erästä suoritusmuotoa .

Kuva 4a on graafinen esitys lämpöä vastaanottavan aineen lämpenemisestä lämmitysjakson alkuvaiheessa lämpöpumpun lauhduttimessa.

Kuva 4b on graafinen esitys lämpöä vastaanottavan aineen lämpenemisestä lämmitysjakson keskivaiheilla .

Kuva 4c on graafinen esitys lämpöä vastaanottavan aineen lämpenemisestä lämmitysjakson loppuvaiheessa .

Kuva 5 on graafinen esitys sähkötehon tarpeesta ajan funktiona perinteisessä (Pi) ja panostyyp-pisesti toimivassa (P2) järjestelmässä.

Kuva 6 esittää keksinnön suoritusmuotoa, jossa käytetään kahta kiertoaineen säiliötä.

Kuva 7 esittää keksinnön suoritusmuotoa, jossa käytetään perinteistä kompressorin poistohöyryn lauhdutinta ja kahta lämmönsiirtoväliaineen säiliötä.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

Kuvassa 1 esitetty lämpöpumppu käsittää kompressorin 1, lauhduttimen 2, kuristimen 3 ja höyrystimen 4, jotka muodostavat suljetun kierron, jonka si- säilä lämpöpumpun kiertoaine kiertää. Kiertoaineen höyrystämiseen tarvittava lämpö otetaan lämpöä luovuttavan aineen kierrosta 6. Kiertoaineen lauhduttamiseen tarvittava lämpö luovutetaan lämpöä vastaanottavan aineen kiertoon 5.

Kuvassa 3 on esitetty eräs keksinnön suoritusmuoto, jossa kiertoaineen lauhdutus toteutetaan pa-nostyyppisesti. Laitteisto käsittää kolme kiertoai-neella täytettävissä olevaa säiliötä 6a, 6b, 6c ja jäähdyttimen 9, jossa kiertoainelauhteen sisältämää lämpöä siirretään lämmönsiirtopinnan läpi lämpöä vastaanottavaan aineeseen (kierto 5). Järjestelmä käsittää myös putkilinjat 10, 10a, 10b, 10c kierto-ainehöyryn syöttämiseksi kompressorista 1 vuorollaan kuhunkin säiliöön 6a, 6b, 6c nestepinnan alapuolelle, putkilinjat 11a, 11b, 11c, 11 ja 8 lämmenneen kiertoainelauhteen johtamiseksi kustakin säiliöstä 6a, 6b, 6c vuorollaan jäähdyttimeen 9, sekä putkilinjat 12, 12a, 12b, 12c lämpöä vastaanottavalla aineella (kierto 5) jäähdytetyn kiertoainelauhteen johtamiseksi jääh-dyttimestä 9 vuorollaan kuhunkin säiliöön 6a, 6b, 6c. Kukin putkilinja on varustettu tarvittavilla venttiileillä (ei esitetty), jotka mahdollistavat virtauksen ohjaamisen kulloinkin haluttuun kohteeseen. Järjestelmä käsittää myös putkilinjan 7, jonka kautta osa säiliöissä 6a, 6b, 6c lämmenneestä kiertoaineesta johdetaan takaisin lämpöpumpun kiertoprosessiin. Tässä suoritusmuodossa kompressorin 1 poistohöyry johdetaan vuorotellen yhteen kolmesta jäähdytetyllä kiertoai-neella täytetyistä säiliöistä 6a, 6b, 6c.

Ensimmäisen jakson alussa ensimmäinen säiliö 6a on täynnä jäähdytettyä kiertoainelauhdetta, toinen säiliö 6b on täynnä loppulämpötilaan lämmennyttä kiertoainelauhdetta ja kolmas säiliö 6c on tyhjä. Kompressorista 1 ensimmäiseen säiliöön 6a johtava putkilinja 10a avataan ja kompressorista 1 toiseen säiliöön 6b johtava putkilinja 10b suljetaan. Tässä vaiheessa toi sen säiliön 6b tyhjennys aloitetaan poistoputken 11 kautta avaamalla putkilinja 11b. Kolmas säiliö 6c on tässä vaiheessa tyhjä. Lämmin kiertoainelauhde jäähdytetään jäähdyttimessä 9 putkilinjan 5 kautta kiertävällä lämpöä vastaanottavalla aineella ja jäähtynyt kiertoainelauhde palautetaan putkilinjan 12c kautta kolmanteen säiliöön 6c. Jäähdyttimestä 9 kolmanteen säiliöön 6c johtava putkilinja 12c on auki ja jäähdyttimestä 9 ensimmäiseen säiliöön 6a johtava putkilinja 12a on kiinni.

Ensimmäisen jakson aikana ensimmäisessä säiliössä 6a oleva kiertoainelauhde lämpenee, toinen säiliö 6b tyhjenee jäähdyttimeen 9 ja kolmas säiliö 6c täyttyy jäähdytetyllä kiertoainelauhteella.

Toisen jakson aikana kompressorin 1 poisto-höyry johdetaan putkilinjan 10c kautta kolmanteen säiliöön 6c ja ensimmäisestä säiliöstä 6a johdetaan kier-toainelauhdetta putkilinjan 11a kautta jäähdyttimeen 9, josta johdetaan jäähdytettyä kiertoainelauhdetta putkilinjan 12b kautta toiseen säiliöön 6b.

Kolmannen jakson aikana kompressorin 1 pois-tohöyry johdetaan putkilinjan 10b kautta toiseen säiliöön 6b ja kolmannesta säiliöstä 6c johdetaan kierto-ainetta putkilinjan 11c kautta jäähdyttimeen 9, josta jäähtynyttä kiertoainetta johdetaan putkilinjan 12a kautta ensimmäiseen säiliöön 6a.

Kolmannen jakson jälkeen toistetaan ensimmäinen jakso, toinen jakso ja niin edelleen.

Kuvissa 4a, 4b ja 4c on esitetty lauhdutus-lämpötila kompressorin poistohöyryn lauhdutuksessa pa-nostyyppisen lämmityksen eri vaiheissa. Vaaka-akselilla on esitetty dimensioton teho φ ja pystyakselilla on esitetty lämpöä vastaanottavan aineen alku-lämpötila Ti, lämpöä vastaanottavan aineen loppulämpö-tila T2 ja lauhdutuslämpötila T3. Kuvassa 4a lauhdutus-lämpötila T3 on jäähdyttimen 9 asteisuuden verran suurempi kuin lämpöä vastaanottavan aineen alkulämpötila Τχ. Kuva 4b esittää tilannetta, jossa lämmönsiirtovä-liainepanos on lämmennyt noin puolet panoksen lämpenemiseen tarvittavasta ajasta. Kuva 4c esittää tilannetta, joka saavutetaan panoskohtaisen vaiheen lopussa. Tässä lauhdutuslämpötila T3 on jäähdyttimen 9 astei-suuden verran suurempi kuin lämpöä vastaanottavan aineen loppulämpötila T2, eli sama joka on mahdollista saavuttaa tunnettua lauhduttimen jäähdytystekniikkaa soveltamalla.

Kuva 5 havainnollistaa keksinnön avulla aikaansaatavaa tehonsäästöä, joka lämpöpumppuprosessissa on mahdollista saavuttaa panostyyppistä lauhdutusta soveltamalla. Pi on teho, joka tarvitaan perinteisellä jäähdytysmenetelmällä toteutetussa lämpöpumppulaitok-sessa. P2 on teho, jolla voidaan toimia keksinnön mukaisesti jaksottaisesti vaihtuvilla lämmönsiirtovä-liainepanoksilla toimivassa lämpöpumppulaitoksessa.

Tehonsäästö on panoslämmitystä hyödynnettäessä syklisesti ajasta riippuva. Hetkellisesti tehonsäästö pienenee nollaan, mutta suurimman osan ajasta sitä on saatavissa. Hyöty saadaan siten lämpöpumpun toimintaan tarvittavan sähköenergian määrän vähenemisenä. Kaukolämpöä tuottavissa lämpöpumppuprosesseissa on mahdollista säästää tarvittavan sähkön määrässä vuositasolla merkittävästi, esimerkiksi 10-30 %, teho-kertoimen eli tuotetun lämmön ja tarvittavan sähkön suhteen parantumisen ansiosta. Höyrystimen toiminnassa panostyyppisesti käytettävän lämmönsiirtoväliaineen avulla voidaan saavuttaa samanlaiset hyödyt kuin lauhduttimen yhteydessä panostyyppisesti käytetyllä lämmönsiirtoväliaineella. Erona on nyt vain se, että lämpöä luovuttavalla aineella lämmitettyä kiertoainetta höyrystetään lämmön-siirtoväliainepanoksen lämpövarastoa hyödyntämällä sen alkulämpötilasta loppulämpötilaan, jolloin kompressorin imupaine laskee tasaisesti jakson aikana. Perinteiseen höyrystimen toimintaan verrattuna imupaine on kuitenkin korkeampi ja vasta jakson lopussa hetkellisesti sama kuin stationäärisesti toimivassa höyrystimessä.

Kaukolämmön tuotannossa on tunnettua varastoida kaukolämpövettä säiliöön, jossa kuuma kaukoläm-pövesi varastoidaan säiliön yläosaan ja kylmä kauko-lämpövesi säiliön alaosaan. Lämpötilaerosta johtuvat tiheys- ja viskositeettierot kyseisten vesien osalta riittävät estämään vesien sekoittumisen säiliössä. Lämmönsiirto vesikerrosten välillä on varsin pientä. Rajakerroksen korkeus kuuman ja kylmän vesikerroksen välillä on tyypillisesti noin 30 cm.

Kuvassa 6 on esitetty keksinnön suoritusmuoto, joka käsittää kaksi kiertoaineella täytettävissä olevaa säiliötä 6a, 6b. Kompressorin 1 poistohöyry johdetaan vuorotellen jompaankumpaan jäähdytettyä kiertoainelauhdetta sisältävistä säiliöistä 6a, 6b. Kompressorin 1 poistohöyryn lauhdemäärää vastaava osuus kiertoainetta johdetaan takaisin lämpöpumppupro-sessiin putkilinjan 7 kautta. Säiliössä 6a tai 6b lämmennyt kiertoainelauhde palautetaan putkilinjan 8 ja jäähdytyslämmönvaihtimen 9 kautta jaksottaisesti jompaankumpaan säiliöistä 6a, 6b.

Ensimmäisen jakson alussa ensimmäinen säiliö 6a on täynnä jäähdytettyä kiertoainelauhdetta. Säiliöön 6a johtava kompressorin 1 poistolinja 10a avataan ja kompressorista 1 toiseen säiliöön 6b johtava poistolinja 10b suljetaan. Toisen säiliön 6b sisältämä kiertoainelauhde on lämmennyt loppulämpötilaan ja säiliön 6b jäähdytys aloitetaan avaamalla putkilinja 11b, jonka kautta lämmennyttä kiertoainetta johdetaan toisesta säiliöstä jäähdyttimeen 9. Lämmin kiertoainelauhde jäähtyy jäähdyttimes-sä 9 ja palautuu putkilinjan 12, 12a, 12b kautta jommankumman säiliön 6a, 6b pohjalle. Ensimmäisen jakson alussa toiseen säiliöön 6b johtava putkilinja 12b avataan ja ensimmäiseen säiliöön 6a johtava putkilinja 12a suljetaan. Toisesta säiliöstä 6b tuleva kierto-ainelauhde kierrätetään jäähdytettynä toisen säiliön 6b pohjalle. Kiertoainelauhteen sekoittuminen säiliön yläosassa olevaan kuumaan kiertoainelauhteeseen estetään vastaavalla tavalla kuin kaukolämmön varastointiin tarkoitetussa lämpöakussa. Samaan aikaan kun ensimmäisen säiliön 6a kiertoainelauhde kuumenee, kylmän ja kuuman kiertoainelauhteen rajapinta nousee toisessa säiliössä 6b kunnes se saavuttaa säiliön 6b ylärajan.

Toisen jakson aikana kompressorin 1 poisto-höyry johdetaan putkilinjan 10b kautta toiseen säiliöön 6b ja ensimmäisen säiliön 6a kiertoainelauhde johdetaan putkilinjan 11a kautta jäähdyttimeen 9 jäähdytettäväksi, mistä se palaa jäähdytettynä takaisin ensimmäisen säiliön 6a alaosaan.

Kiertoaineella täytettävien säiliöiden lukumäärä voi olla yksi, kaksi, kolme tai jokin muu lukumäärä, jolla vastaavanlainen jaksottainen lämpöpumppu-prosessin höyrystys tai lauhdutus on mahdollista toteuttaa . Lämpöpumppuprosessin höyrystys tai lauhdutus voidaan toteuttaa myös epäsuorasti perinteistä höyrystys- tai lauhdutuskonstruktiota hyödyntäen siten, että panostyyppisesti hyödynnettävään säiliöön liitetty lämmönsiirtoväliainekierto on lämpökapasiteettivirral-taan suurempi kuin jäähdytys- tai lämmitysvä-liainekierron stationäärinen lämpökapasiteettivirta. Säiliönä voi tällöin olla esimerkiksi kaukolämpöakku tai asuinrakennusten kuumavesisäiliö.

Kuvassa 7 on esitetty keksinnön toteutustapa, jossa kompressorin 1 poistohöyry johdetaan putkilinjan 10 kautta perinteiseen lämpöpumpun lauhduttimeen 2 ja lauhdutinta 2 jäähdytetään kierrättämällä lämpöä vastaanottavaa ainetta säiliöiden 6a ja 6b kautta. Panos-toimisuus lämpöä vastaanottavan aineen käytössä toteutetaan tällaisessa järjestelyssä siten, että kummassakin säiliössä 6a ja 6b olevaa ainetta poistetaan vuo- rotellen jatkuvatoimisesti niin, että lämmin aine poistetaan säiliön 6a, 6b yläosasta putkilinjan 11 kautta ja jäähdytetty aine palautetaan säiliön 6a, 6b alaosaan putkilinjan 5 kautta pumpun 15 avulla. Saman jakson aikana toisen säiliön 6a, 6b ainetta kierrätetään lauhduttimen 2 kautta pumpun 16 avulla. Jos pumpattava ainevirtaus on lauhduttimessa 2 kiertävässä virtauspiirissä 14, 17 suurempi kuin lämpöä vastaanottavan aineen kierrossa 5, voidaan panostyyppisen jäähdytyksen hyöty saavuttaa keskimääräisen lauhdutusläm-pötilan alenemisen vuoksi.

Panostyyppisessä lämpöpumppuprosessissa jaksojen kesto lauhdutuksessa tai höyrystyksessä voi olla muutamia minuutteja tai useita tunteja. Kompressorin toiminnan kannalta jaksojen aikavakio voi melko vapaasti vaihdella.

Keksinnön avulla saavutetaan hyötyä silloin, kun lämpöpumpun tehokerroin pienenee kompressorin pai-nesuhteen pienentyessä ajan funktiona ja kun kompressorin tuottamaa painesuhdetta on mahdollista säätää. Säätö voi perustua esimerkiksi kompressorin pyörimisnopeuden säätöön.

ESIMERKKI

Kaukolämmöntuotannossa lämpöpumpun lauhdutus-lämpötila on tunnettua teknistä ratkaisua sovellettaessa 85 °C, kun kaukolämpöveden paluulämpötila on 50 °C ja menolämpötila on 80 °C. Meriveden lämpöä hyödyntävä höyrystyslämpötila on 0 °C. Keksinnön mukaista menetelmää hyödyntämällä on mahdollista laskea keskimääräinen lauhdutuslämpötila 85 °C:sta noin 70 °C:seen (kun asteisuudeksi oletetaan 5 °C). Hyötynä saadaan tehokertoimen kasvu 2,6:sta 3:een eli noin 16 %:n aleneminen lämpöpumpun sähköenergian tarpeessa.

Claims (6)

PATENTTIVAATIMUKSE T

1. Förfarande för att förbättra effektfaktorn i en värmepumpsprocess, varvid cirkulationsmaterialet i processen förångas med hjälp av ett värmeavgivande ämne i en evaporator (4) och kondenseras med hjälp av ett värmemottagande ämne i en kondensator (2), kännetecknat av att kondenseringen och/eller förångningen av cirkulationsmaterialet utförs satsvis med hjälp av satser av ett värmeöverföringsmedium som skall värmas och/eller kylas, och för kondensering av cirkulationsmaterialet i värmepumpsprocessen används en eller flera satser av värmemottagande ämne som skall värmas satsvis, så att en ämnessats får värmas under en värmeperiod från utgångstemperaturen till sluttemperaturen, varefter den ersätts med en andra sats av värmemottagande ämne vid utgångstemperatur, och att vid kylningen är värmekapacitetsflödet av det i kondensa-torn (2) cirkulerande värmeöverföringsmediet större än värmekapacitetsflödet av cirkulationen (5) av värmemottagande ämne.

1. Menetelmä tehokertoimen parantamiseksi lämpöpumppuprosessissa, jossa prosessin kiertoainetta höyrystetään lämpöä luovuttavan aineen avulla höyrystimessä (4) ja lauhdutetaan lämpöä vastaanottavan aineen avulla lauhduttimessa (2), tunnettu siitä, että kiertoaineen lauhdutus ja/tai höyrystys toteutetaan panostyyppisesti lämmitettävien ja/tai jäähdytettävien lämmönsiirtoväliaine-erien avulla, ja lämpöpumppupro-sessin kiertoaineen lauhduttamiseen käytetään yhtä tai useampaa panostyyppisesti lämmitettävää lämpöä vastaanottavan aineen erää siten, että aine-erän annetaan lämmitysjakson aikana lämmetä alkulämpötilasta loppu-lämpötilaan minkä jälkeen sen tilalle vaihdetaan toinen alkulämpötilassa oleva lämpöä vastaanottavan aineen erä, ja että lauhduttimen (2) jäähdytyksessä kiertävän lämmönsiirtoväliaineen lämpökapasiteettivir-ta on suurempi kuin lämpöä vastaanottavan aineen kierron (5) lämpökapasiteettivirta.

2. Förfarande för att förbättra effektfaktorn i en värmepumpsprocess, varvid cirkulationsmaterialet i processen förångas med hjälp av ett värmeavgivande ämne i en evaporator (4) och kondenseras med hjälp av ett värmemottagande ämne i en kondensator (2), kännetecknat av att kondenseringen och/eller förångningen av cirkulationsmaterialet utförs satsvis med hjälp av satser av värmeöverföringsmedium som skall värmas och/eller kylas, och för förångning av cirkulationsmaterialet i värmepumpsprocessen används en eller flera satser av värmeavgivande ämne som skall kylas satsvis, så att en ämnessats får kylas under en kylpe-riod från utgångstemperaturen till sluttemperaturen, varefter den ersätts med en andra sats av värmeavgivande ämne vid utgångstemperatur, och att vid uppvärm ningen är värmekapacitetsflödet av det i evaporatorn (4) cirkulerande värmeöverföringsmediet större än värmekapacitetsf lödet av cirkulationen av värmeavgivande ämne.

2. Menetelmä tehokertoimen parantamiseksi lämpöpumppuprosessissa, jossa prosessin kiertoainetta höyrystetään lämpöä luovuttavan aineen avulla höyrystimessä (4) ja lauhdutetaan lämpöä vastaanottavan aineen avulla lauhduttimessa (2), tunnettu siitä, että kiertoaineen lauhdutus ja/tai höyrystys toteutetaan panostyyppisesti lämmitettävien ja/tai jäähdytettävien lämmönsiirtoväliaine-erien avulla, ja lämpöpumppupro-sessin kiertoaineen höyrystämiseen käytetään yhtä tai useampaa panostyyppisesti jäähdytettävää lämpöä luovuttavan aineen erää siten, että aine-erän annetaan jäähdytysjakson aikana jäähtyä alkulämpötilasta loppu-lämpötilaan minkä jälkeen sen tilalle vaihdetaan toinen alkulämpötilassa oleva lämpöä luovuttavan aineen erä, ja että höyrystimen (4) lämmityksessä kiertävän lämmönsiirtoväliaineen lämpökapasiteettivirta on suu rempi kuin lämpöä luovuttavan aineen kierron lämpöka-pasiteettivirta.

3. Förfarande för att förbättra effektfaktorn i en värmepumpsprocess, varvid cirkulationsmaterialet i processen förångas med hjälp av ett värmeavgivande ämne i en evaporator (4) och kondenseras med hjälp av ett värmemottagande ämne i en kondensator (2), kännetecknat av att kondenseringen och/eller förångningen av cirkulationsmaterialet utförs satsvis med hjälp av satser av värmeöverföringsmedium som skall värmas och/eller kylas, och cirkulationsmaterialet i värme-pumpsprocessen kondenseras satsvis som satser av cir-kulationsmaterial som skall kylas och att kondenseringen av cirkulationsmaterial sker genom att blanda cirkulationsmaterialet i den kylda satsen av cirkulationsmaterial .

3. Menetelmä tehokertoimen parantamiseksi lämpöpumppuprosessissa, jossa prosessin kiertoainetta höyrystetään lämpöä luovuttavan aineen avulla höyrystimessä (4) ja lauhdutetaan lämpöä vastaanottavan aineen avulla lauhduttimessa (2), tunnettu siitä, että kiertoaineen lauhdutus ja/tai höyrystys toteutetaan panostyyppisesti lämmitettävien ja/tai jäähdytettävien lämmönsiirtoväliaine-erien avulla, ja lämpöpumppupro-sessin kiertoaine lauhdutetaan panostyyppisesti jäähdytettävinä kiertoaineen erinä ja että kiertoaineen lauhdutus tapahtuu sekoittamalla kiertoaine jäähdytettyyn kiertoaine-erään.

4. Förfarande för att förbättra effektfaktorn i en värmepumpsprocess, varvid cirkulationsmaterialet i processen förångas med hjälp av ett värmeavgivande ämne i en evaporator (4) och kondenseras med hjälp av ett värmemottagande ämne i en kondensator (2), kännetecknat av att kondenseringen och/eller förångningen av cirkulationsmaterialet utförs satsvis med hjälp av satser av värmeöverföringsmedium som skall värmas och/eller kylas, och cirkulationsmaterialet i värme-pumpsprocessen förångas satsvis som satser av cirkulationsmaterial som skall värmas och att förångningen av cirkulationsmaterialet sker genom att blanda cirkulationsmaterialet i den uppvärmda satsen av cirkulationsmaterial .

4. Menetelmä tehokertoimen parantamiseksi lämpöpumppuprosessissa, jossa prosessin kiertoainetta höyrystetään lämpöä luovuttavan aineen avulla höyrystimessä (4) ja lauhdutetaan lämpöä vastaanottavan aineen avulla lauhduttimessa (2), tunnettu siitä, että kiertoaineen lauhdutus ja/tai höyrystys toteutetaan panostyyppisesti lämmitettävien ja/tai jäähdytettävien lämmönsiirtoväliaine-erien avulla, ja lämpöpumppupro-sessin kiertoaine höyrystetään panostyyppisesti lämmitettävinä kiertoaineen erinä ja että kiertoaineen höyrystys tapahtuu sekoittamalla kiertoaine lämmitettyyn kiertoaine-erään.

5. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att kondensationsenergin från värmepumpsprocessen återvinns som fjärrvärme eller värme i en industriell process.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpöpumppu-prosessin lauhdutusenergiaa hyödynnetään kaukolämpönä tai teollisen prosessin lämpönä.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpöpumppu-prosessin höyrystysenergiana käytetään kaukokylmäpro-sessin paluuvedestä peräisin olevaa lämpöä. PATENTKRAV

6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att som förångningsenergi i värmepumpsprocessen används värme som härstammar från returvattnet i en fjärrkylprocess.