FI57657C - Anordning vid luftbehandling av en eller flera lokaler - Google Patents

Description

I1-"vr--_·ί ro1 „„ KUulutusjulkaisu cnzcn W (11) UTLÄGGN i ngsskrift 5 7657 C <4S> Patent . iuolit ^(51) K».ik?/int.a.3 F 24 F 5/00 , P 24 D 11/02 S U O M I —FI N LAN D (21) p***nttlh*k»mu* — P*t«nt»n*dknln| 750123 (22) HikemlipWvt — Anseknlngad*f 20.01.75 (23) Alkupllvt —GMtlgh«t»daf 20.01.75 (41) Tullut julklselul — Bllvlt offtntllg 22 07 75

Patentti· ja rekisterihallitut (44) Nlhtlvlkslpuwn ja kuuLjulkilwn pvm. —

Patent· och reglsterstyralsen Antokin utltjd och utl.ikrifttn pubiicerad 30.05.80 (32)(33)(31) Pyydetty «iiolkeui—Begird prlorttet 21.01.7¾

Ruotsi-Sverige(SE) 7^00767-5 ,. (71) Aktiebolaget Svenska Fläktfabriken, Sickla Alle 1, Nacka, Ruotsi-

Sverige(SE) (72) T.H. Ingemar Karlsson, Norrahammar, Ruotsi-Sverige(SE) (74) Oy Kolster Ab (5^+) Laite yhden tai useamman huoneiston ilmankäsittelyssä - Anordning vid luftbehandling av en eller flera lokaler

Esillä olevan keksinnön kohteena on laite yhden tai useamman huoneiston ilmakäsittelyssä lämpöpumppua käyttämällä.

Jotta voitaisiin paremmin tyydyttää yhä suuremmat tehokkuusvaatimukset suurella työalueella ja taloudellisen käytön asettamat vaatimukset, täydennetään nykyään yhä useammin tavanomaisten ilmankäsittelykoneistojen toimintaa lämpöpumppuprosessilla. Lämpöpumppu toimii tällöin talvella lämmitysjärjestelmänä ja kesällä jäähdytysjärjestelmänä kuten myös sellaisten ilmastossa tapahtuvien kausi- ja vuorokausivaihtelujen yhteydessä jolloin lämmitystä tai jäähdytystä tarvitaan miellyttävän huoneilman lämpötilan aikaansaamiseksi. Mielenkiintoista tässä yhteydessä on lämpöpumpun kyky kehittää enemmän energiaa kuin mitä kuluu prosessin käyttämiseen, mikä on edullinen näkökohta siihen taustaan nähden, että asennus- ja käyttökustannukset ovat tähän asti liian usein estäneet lämpöpumpun yleisemmän käytön ilmankäsittelyko-neieton osana. Keksinnön tehtävänä on yllä selostetunlaisissa ilmankäsitte-lylaitteistoissa mahdollistaa lämpöpumpun hyvien ominaisuuksien oikea käyttö ja mahdollisimman suuressa laajuudessa välttää sen epäkohtia sekä suojella 2 57657 laitteeseen sisältyviä komponentteja sellaisilta rasituksilta, joita esiintyy suurella työalueella ja suurissa kuormituksen vaihteluissa.

On tunnettua, että lämpöpumpun suuri työalue ja suuri kuormituksen vaihtelu aiheuttavat korkean puristussuhteen lämpöpumppuun sisältyvässä kompressorissa sekä alhaisen höyrystyslämpötilan ja korkeita paineputkilämpötiloja samoin kuin sulattaminen ja kuuma- ja kylmäkäytön välinen vaihtelu aikaan saavat nopeita lämpötilanvaihteluja ja muuttuneen jäähdytysväliaineen virtauksen. On myös tunnettua, että pienemmälle säätäminen aiheuttaa alhaisia kaasunnopeuksia ja jaksottaisen käynnin, kun taas käynnistykset laitteen lämmönvaihdin ulkoilman voimakkaasti jäähdyttämänä voivat tuoda jäähdytysväliainetta öljyyn. Edellä selitetyistä epäkohdista seuraa kompressoriosien ja laajenemis- ja palautusventtiilien sekä lämpöpumppulaitteistoon sisältyvien moottoreiden sähkökäämitysten ylimääräistä rasittumista.

Keksinnön mukaiselle laitteelle oleellisesti uutta ja tunnusomaista on, että käytetään kahta tai useampaa lämpöpumppua - ainakin yhtä lämpöpumppua, jota jäljempänä nimitetään peruslämpöpumpuksi ja ainakin yhtä lämpöpumppua, jota jäljempänä nimitetään lisälämpöpumpuksi, joka on tehty sellaiseksi, että se toimii ajoittaisesti ja vain erittäin alhaisilla ulkolämpötiloilla - ja että lämpö perus-lämpöpumppua varten saadaan poistoilmakanavaan sovitetun höyrystimenä toimivan lämmönvaihtimen avulla ja jossa lämpö lisälämpöpumppua varten otetaan tai luovutetaan erilliseen tulokanavaan ulkoilmaa varten sovitetulla, höyrystimenä tai lauhduttimena toimivalla lämmönvaihtimena, ja että peruslämpöpumpun höyrystimen lämpötila huurtumisen välttämiseksi on aina korkeampi kuin 0°, joten peruslämpö-pumppu voi työskennellä jatkuvasti, ja että lisälämpöpumppu on tehty sellaiseksi, että se alkaa toimia, ellei peruslämpöpumpun lämpökapasiteetti, esim. ulkona vallitsevien alhaisten lämpötilojen vuoksi riitä, ja että se on varustettu neli-tieventtiilillä, jotta huurteen sulattaminen käy mahdolliseksi vaihtamalla jääh-dytysainepiiriä siten, että piirin höyrystimestä tulee lauhdutin ja sen lauhdutti-mesta tulee höyrystin.

Laitteen eräälle edulliselle suoritusmuodolle on tunnusomaista, että lisä-lämpöpumpun huoneiston (huoneistojen) tuloilmavirtaan sijoitettu, lämpöä luovuttava patteri on sijoitettu ennen peruslämpöpumpun lämmönvaihdinta, mikä saa aikaan puristusprosessille edulliset puristusolosuhteet kohtuullisin kaasulämpötiloin ja materiaalirasituksin.

Laitteen erään toisen suoritusmuodon tunnusmerkin mukaisesti lisälämpöpumpun huoneiston (huoneistojen)tuloilmavirtaan sijoitettu lämmönvaihdin on sijoitettu peruslämpöpumpun lämmönvaihtimen perään, jolloin sulatusjaksot tulevat huoneistossa (huoneistoissa) tuskin havaittaviksi.

3 57657

Keksintöä selostetaan ja kuvaillaan nyt lähemmin oheiseen piirustukseen viitaten, jossa kuvio 1 esittää kaavamaisesti laitteen toimintaa ja laitteeseen sisältyviä osia talviolosuhteissa, ts. lämmitettäessä ja nelitieventtiilillä varustettuna ylemmässä piirissä sulatusta varten. Osien yhteenliittäminen on suoritettu jäljempänä seuraavassa patenttivaatimuksessa 2 ilmoitetun erityispiirteen mukaisesti, kuvio 2 esittää paineenkäyrän muodossa entalpian funktiona laitteeseen sisältyvän peruslämpöpumpun ja vastaavasti lisälämpöpumpun toimintatapaa, kuvio 3 esittää kaavamaisesti lisälämpöpumpun sulattamista, kuvio U esittää kaavamaisesti jäljempänä seuraavassa patenttivaatimuksessa 3 " osoitetun erityispiirteen mukaista laitetta, kuvio 5 esittää laitetta, jolloin myös peruslämpöpumppu on varustettu nelitieventtiilillä, jotta myös peruslämpöpumppua voidaan käyttää jäähdytykseen ' kesäaikana. Käyttötapaus vastaa muuten kuvion 1 käyttötapausta.

Kuten kuvioista 1, 3 ja U käy ilmi, käsittää laite kaksi suljettua järjestelmää, joista alempana esitetty on peruslämpöpumppu ja ylempänä esitetty lisä-lämpöpumppu. Kaikissa piirustuskuvioissa merkitään lämpimät osat ja lämmintä väliainetta kuljettavat johdot viivoitetuilla nuolilla ( ), kun taas kylmät osat ja kylmää väliainetta kuljettavat johdot merkitään täyttämättömillä nuolilla ( «==£>). Nestettä kuljettavat johdot merkitään piirustuskuvioissa täysin täytetyillä nuolilla ( ).

Kuviossa 1 merkitsee viitenumero 1 molempiin'järjestelmiin, ts. perus-lämpöpumppuun ja lisälämpöpumppuun sisältyvää kompressoria ja viitenumero 2 lisälämpöpumpun piiriin sovitettua nelitieventtiiliä. Viitenumeroilla 3, U on merkitty lämmönvaihtimia, jolloin viitenumero 3 edustaa höyrystintä molemmissa järjestelmissä, kun taas viitenumero U tarkoittaa lauhdutinta. Numero 5 merkitsee kuumakaasujohtoa kompressorista 1 lauhduttimeen U ja numero 6 tarkoittaa neste-johtoa lauhduttimesta U höyrystimeen 3. Viitenumero 7 edustaa imujohtoa mainitusta höyrystimestä kompressoriin 1. Kuristuselin 8 on nestejohdossa 6 lauhduttimen k ja höyrystimen 3 välissä. Viitenumerot 9a - 9h merkitsevät erillistä ulkoilma-virtaa lisälämpöpumppua varten, kun taas viitenumerot 10a-10b merkitsevät tuule-tustarkoituksessa sisäänotettua ulkoilmaa. Nuolilla 11 a—11 To merkitään huoneistosta poistettua ilmavirtaa, joka poistoilmana siirretään ilmakehään, kun taas nuolet 12a-12b merkitsevät sitä osaa huoneiston poistoilmasta, joka siirretään takaisin huoneistoon palautusilmana ja yhdessä ulkoilmavirran 10a-10b kanssa muodostaa järjestelmän tuloilman 11+. Viitenumero 13 edustaa ilmakehään täysin poistuvaa ilmaa.

4 57657

Kuviossa 2 on paine-entalpia-diagrammana yhtenäisin ja vastaavasti katkoviivoin piirretty esimerkkitapaus peruelämpöpumpun ja vastaavasti lieälämpöpumpun suljetusta työalueesta kuvion 1 mukaisesti. Akseleina ovat tunnetulla tavalla entalpia- ja vastaavasti painearvot suljetun prosessin aikana* Alempi rajakäyrä 1-2 muodostaa viivan ainoastaan nestettä varten ja ylempi rajakäyrä 2 - 3 muodostaa viivan ainoastaan kuivaa, kyllästettyä höyryä varten. Kostean höyryn aluetta rajoittavat molemmat rajaviivat 1-2 ja 2 - 3 ja kohdassa 2 on ns. kriittinen piste. Peruelämpöpumpun työalue merkitään A-B-C-D-A ja vastaavasti lisälämpöpumpun alue on merkitty A'-B'-C'-D'-A'. Matka A-B edustaa tällöin väliaineen (nesteen) laajenemista, mikä tapahtuu johdossa 6 kuviossa 1 kuristuselintä ohitettaessa. Kuten esitetään, merkitsee tämä prosessin osa paineen alenemista - keksinnön mukaan kuitenkin ainoastaan sellaiselle olotilan tasolle, että huurteenmuodostuminen vältetään. Matka B-C edustaa höyrystymistä paineen säilyessä höyrystimessä 3 kuviossa 1. Ohitettuaan nelitieventtiilin 2 väliaine saavuttaa kompressorin 1 ja täällä tapahtuu lämpötilannousun aikana puristus, joka diagrammassa merkitään C-D. Kohdassa D ja oikealla rajaviivan 2-3 ulkopuolella väliaine esiintyy nyt tulistettuna höyrynä. Tätä käytetään lauhduttimessa 4 ulkoilman 10a - 10b ja palautusilman 12a - 12b lämmittämiseen, jotka lämmitettyinä siirretään huoneistoon (huoneistoihin) tuloilmana 14* Väliaineen lauhduttaminen lauhduttimessa 4 merkitsee siirtymistä höyryn muodosta nesteeksi, jolloin lämpöä vapautuu. Vastaavat osat lisälämpöpumpun työkulussa on merkitty A'-B' sekä B'-C' ja C-D' sekä lopuksi D'-A'. Keksinnön mukaan perusläm-pöpumppu työskentelee rajoitetulla lämpötila-alueella, jolla huurteenmuo-dostusta ei tapahdu, kun taas lisälämpöpumppu kattaa suuremman työalueen.

Edellä esitetyllä laitteen rakenteella, peruelämpöpumpun teho voidaan mitoittaa niin, että lisälämpöpumpun käyttöjaksot talvikaudella so. lämmitettäessä rajoittuvat niihin ilmastollisiin ajanjaksoihin, jolloin ulkoilman lämpötila arr riin alhainen, että sen kosteuspitoisuus tulee alhaiseksi ja siten siitä aiheutuva huurteenmuodostuminen vähäiseksi.

Kuvion 3 mukaista lisälämpöpumppua sulatettaessa on lisälämpöpumppuun sisältyvä nelitieventtiili kytketty vastakkaiseen asentoon kuviossa 1 esitettyyn asentoon nähden. Vastakohtana kuvion 1 toiminnalle siirretään täten lämpöä lisälämpöpumpun tuloilmassa sijaitsevasta lämmönvaihtimesta 4 - joka silloin tilapäisesti on höyrystimenä - lisälämpöpumpun lämmönvaihtimeen 3 -joka siten tilapäisesti toimii lauhduttimena - joten saadaan aikaan lämmönvaihtimen 3 sulatus. Lisälämpöpumpun tuloilmavirtaan 14 sijoitettu patteri 4 on sijoitettu siihen, missä ilman lämpötila on alhaisin, ts. ennen perus-lämpöpumpun lämmönvaihdinta 4· Tämä saa aikaan puristueprosessille suotuisat puristusolosuhteet kohtuullisin kaasulämpötiloin ja materaalirasituksin.

57657 5

Kuitenkin voidaan, kuten kuviossa k esitetään, sijoittaa peruslämpöpumpun tuloilmassa sijaitseva lämmönvaihdin k lisälämpöpumpun samassa ilmavirrassa sijaitsevan lämmönvaihtimen !+ eteen. Tällöin otetaan lisälämpöpumpun sulattamiseen vaadittava lämpö peruslämpöpumpusta poistuvasta lauhdutuslämmöstä sulattamisen jouduttamiseksi, jolloin sulatusjaksot tulevat tuskin huomattaviksi huoneistossa (huoneistoissa).

Käytännössä voi olla edullista varustaa myös peruslämpöpumpun piiri nelitieventtiilillä 2, mikä esitetään kuviossa 5· Muutoin tämä kuvio esittää saman käyttötapauksen kuin kuvio 1. Siten voidaan laitetta käyttää myös huoneiston (huoneistojen) jäähdyttämiseen kesäaikana käyttämällä yhtä tai molempia lämpö-- pumppuj a.

Claims (3)

6 57657

1. Laite, joka on osana laitteistoa yhden tai useamman huoneiston ilman-käsittelyä varten lämpöpumppua käyttämällä, tunnettu siitä, että käytetään kahta tai useampaa lämpöpumppua - ainakin yhtä lämpöpumppua, jota jäljempänä nimitetään peruslämpöpumpuksi ja ainakin yhtä lämpöpumppua, jota jäljempänä nimitetään lisälämpöpumpuksi, joka on tehty sellaiseksi, että se toimii ajoittai-sesti ja vain erittäin alhaisilla ulkolämpötiloilla - ja että lämpö peruslämpöpumppua varten saadaan poistoilmakanavaan (11a - 11b) sovitetun höyrystimenä toimivan lämmönvaihtimen avulla ja jossa lämpö lisälämpöpumppua varten otetaan tai luovutetaan erilliseen tulokanavaan (9a - 9b) ulkoilmaa varten sovitetulla, höyrystimenä tai lauhduttimena toimivalla lämmönvaihtimellä, ja että peruslämpöpumpun höyrystimen (3) lämpötila huurtumisen välttämiseksi on aina korkeampi kuin 0°, joten peruslämpöpumppu voi työskennellä jatkuvasti, ja että lisälämpöpumppu on tehty sellaiseksi, että se alkaa toimia, ellei peruslämpöpumpun lämpökapasiteetti, esim. ulkona vallitsevien alhaisten lämpötilojen vuoksi riitä, ja että se on varustettu nelitieventtiilillä (2), jotta huurteen sulattaminen käy mahdolliseksi vaihtamalla jäähdytysainepiiriä siten, että piirin höyrystimestä tulee lauhdutin ja sen lauhduttimesta tulee höyrystin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että lisä-lämpöpumpun huoneiston (huoneistojen) tuloilmavirtaan (1U) sijoitettu, lämpöä luovuttava patteri (U) on sijoitettu ennen peruslämpöpumpun lämmönvaihdinta (U).

3· Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että lisälämpöpumpun huoneiston (huoneistojen) tuloilmavirtaan sijoitettu lämmön-vaihdin (1+) on sijoitettu peruslämpöpumpun lämmönvaihtimen (k) perään.