FI60071C - Vaermeanlaeggning - Google Patents

Description

ES5r*] ΓΒΐ «« «UULUTUSJULKAISU iCsKHA

lBJ ” UTLAGG NI NGSSKRI FT 600 71 ^ ^ Patent nHdclat (51) Kv.ik.3/Int.ci.3 F 25 B 29/00 SUOMI —FINLAND (21) P«*nttlhik*mu* — Pat*nt»n*öknln| 75112 3 (22) Htk*ml*pllvl — Afuöknlnpdag l6.01.75 ' ^ (13) Alkupllvl — Glltlgh«t*dt| l6 . OU. 7 5 (41) Tullut Julkiseksi — Blivlt offentllf 19-10.75

Patentti- ja rekisterihallitut .... , _ .. . . . , (44) Nihtivllcsipenon akuuLulkilsun pvm. — Qn

Patent- och registentyrelsen ’ Ameku utii|d och utLskriften pubikend 31-07-81 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus— Bt|lrd prioritet l8.0^+-7^+

Ruotsi-Sverige(SE) 7^+05261-1 (71) Projectus IndustriprocLukter AB, Torsgatan 21, Stockholm, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Berth Ulrik Gustafsson, Österskär, Ruotsi-Sverige(SE) (7I) Oy Jalo Ant-Wuorinen Ah (5l) Lämmityslaitos - Värmeanläggning Tämä keksintö koskee lämmityslaitosta# johon kuuluu tavanomainen lämmityskattila sekä siihen liittyvä lämpöpatterivesipiiri, lämpimän kulutusveden varaaja# joka on kytketty rinnan lämmityskattilan kanssa# ohitusjohto# joka on rinnan lämmityskattilan kanssa, ohitusventtiili ohitusjohdon ja lämpöpatterivesipiirin nousujohdon yhtymäkohdassa# ja lämpöpurappulaite, joka käsittää lauhduttimen, joka on sovitettu lämmönvaihtoyhteyteen lämpöpatterivesipiirin kanssa sarjassa lämmityskattilan kanssa.

Keksinnön eräänä tarkoituksena on käyttää hyväksi lämpöpumppuja yhdistettyinä tavanomaisiin vedenlämmityslaitoksiin, joissa on esimerkiksi öljyllä lämmitettyjä lämmityskattiloita, asuntojen tai työhuoneiden lämmittämiseksi tuottamalla samanaikaisesti lämminvet-tä kulutustarkoitukseen.

Eräänä lisätarkoituksena on saada aikaan laitosrakenne, joka tekee mahdollisesti tavanomaisen lämmityslaitoksen ja siihen liittyvien lämpöpumppujen edullisen yhteissäädön.

Muut keksinnön käyttötarkoitukset ja edut ilmenevät asiantuntevalle seuraavasta selostuksesta.

2 60071

Keksinnön mukaisesti on edellä mainitulle lämmityslaitokselle tunnusomaista, että lämpöpumppulaite käsittää ensimmäisen lämpöpumpun ja toisen lämpöpumpun, että ensimmäiseen lämpöpumppuun kuuluu ensimmäinen lauhdutinyksikkö ja toinen lauhdutinyksikkÖ, jotka on kytketty sarjaan, että toisen lämpöpumpun höyrystin on lämmönvaihto-yhteydessä ensimmäisen lämpöpumpun ensimmäisen lauhdutinyksikön kanssa, että ensimmäisen lämpöpumpun kylmäainepiiriin kuuluu ohitus-johto, joka on rinnan ensimmäisen lämpöpumpun toisen lauhdutinyksikön kanssa, että ohitusventtiili on järjestetty kohtaan, jossa kyl-mäainepiirin ohitusjohto on liitetty kylmäainepiiriin lauhdutinyk-sikköjen väliin, ja joka ohitusventtiili on sovitettu päästämään kylmäainetta toiseen lauhdutinyksikköön, kun kylmäaine ensimmäisen laudutinyksikön jälkeen on ainakin osaksi höyryfaasissa, että toinen ohitusjohto on sijoitettu lämpöpatteripiirin paluujohdon ja lämpö-patteri johdon ensimmäisen ohitusjohdon väliin, ja että toinen lauhdutinyksikkö on sovitettu lämmönvaihtoyhteyteen toisen ohitusjohdon kanssa.

Keksintö selitetään lähemmin seuraavassa viitaten oheiseen piirustukseen, joka esittää lämmityslaitosta kahta lämpötilatasoa varten, joka lämmityslaitos on rakennettu yhteen tavanomaisen veden lämmitys laitoksen kanssa kahta eri lämpötilaa olevan veden, esimerkiksi lämpöpatterien lämminveden vast, kulutuslämminveden tuottamiseksi.

Piirustuksessa on esitetty ensimmäinen lämpöpumppu, joka käsittää puhaltimen 1 vaikuttaman höyrystimen 2, joka on tarkoitettu sijoitettavaksi ulkoilmaan. Tämän lisäksi ensimmäinen lämpöpumppu käsittää kompressorin 3, lauhduttimen 4, pisarankerääjän 5 ja pai-suntaventtiilin 6. Komponentit 2-6 on kytketty sarjaan piirissä, joka sisältää kylmäainetta, joka voi esimerkiksi olla freon-tyyppis-tä. Toinen lämpöpumppu on kaskadikytketty ensimmäiseen lämpöpumppuun. Toinen lämpöpumppu käsittää kylmäainepiirin 7, johon kuuluu sarjaan kytkettyinä kompressori 8, lauhdutin 9, pisarankerääjä 10, paisuntaventtiili 11 ja höyrystin 12, joka on sovitettu lämmönvaih-toyhteydessä vastaanottamaan lämpöä ensimmäisen lämpöpumpun lauh-duttimesta 4. Toisen lämpöpumpun lauhdutin 9 on sovitettu lämmön-vaihdon avulla luovuttamaan lauhdelämpö läpivirtaavaan väliaineeseen, kuten veteen.

3 60071

Edelläesitettyä,kaksi kaskadikytkettyä lämpöpumppua käsittävää lämmityslaitosta voidaan käyttää korkeiden lämpötilojen aikaansaamiseksi toisen lämpöpumpun lauhduttimessa myös vaikka ensimmäisen lämpöpumpun höyrystimeen syötetään ilmaa, jonka lämpötila on alhainen. Niinpä tällainen järjestelmä voidaan optimoida valitsemalla standardiputkia kylmäainepiiriä varten, joiden putkien paineraja on esimerkiksi 24 ata. Jos nyt ensimmäisen lämpöpumpun kylmäaineeksi valitaan freon 22, on freon 22:n paine 3,62 ata höyrystyslämpöti-lassa -10°C. Tämä kylmäaine voidaan tällöin puristaa kokoon esimerkiksi paineeseen 19,7 ata, jolla paineella lauhduttimen lämpötila tulee olemaan 50°C, joka on sopiva arvo lämpöpatterilämmön tuottamiseksi. Toisen lämpöpumpun höyrystimen lämpötilaksi tulee tällöin noin 45°C. Jos toisessa lämpöpumpussa käytetään freon 12:ta kylmä-aineena, on freon 12:n paine noin 11,1 ata lämpötilassa 45°C. Freon 12 puristetaan tämän jälkeen kokoon paineeseen 23,65 ata, jolla paineella toisen lämpöpumpun lauhduttimen lämpötilaksi tulee 80°C, joka on sopiva lämpötila kulutuslämminveden tuottamiseksi.

Vaihtoehtoisesti voidaan lämmityslaitosta käyttää matalapaine-vesihöyryn tuottamiseksi seuraavalla tavalla. Ensimmäisen lämpö-pumpun höyrystin sijoitetaan lämpöväliaineympäristöön, jonka lämpötila on 50°C. Jos ensimmäisessä lämpöpumpussa käytetään freon 12:ta, on sen paine 12,5 ata 50°C:n lämpötilassa. Freon 12 puristetaan kokoon paineeseen 23,65 ata, jolloin lauhduttimen kylmäaineen lämpötilaksi tulee 80°C. Toisen lämpöpumpun höyrystimen lämpötilaksi tulee tällöin noin 75°C. Jos toinen lämpöpumppupiiri on täytetty freon 114:ta, on sen paine 75°C:n lämpötilassa 8,5 ata. Jotta toisessa lämpöpumpussa saataisiin aikaan 135°C:n lauhdutinlämpötila, puristetaan freon 114 kokoon paineeseen 27,7 ata. Tämä merkitsee, että on valittava seuraava laatuluokka toisen lämpöpumpun putkijohtoja ja varusteita varten, mutta tämä voi olla hyväksyttävä myönnytys, koska tällä tavalla voidaan lauhduttimessa tuottaa vesihöyryä, jonka lämpötila on 135°C ja paine 3,13 ata. Tämän lisäksi voi toisen lämpöpumpun kompressorissa olla tarpeen parantaa jäähdytystä ja tämä voidaan toteuttaa tuomalla jäähdytysainetta ensimmäisen lämpö-pumpun kompressorista, mikä on osoittautunut edulliseksi.

Tähän asti selitetyissä keksinnön mukaisen lämmityslaitoksen sovellutuksissa voidaan tietenkin käyttää kahdella tai useammalla 4 60071 männällä varustettuja kompressoreja, jotka ovat päälle- ja poiskytkettävissä kylmäainevirran säätämiseksi lämmöntuottotarpeen mukaisesti.

Palataksemme piirustukseen esitetään siinä lämpökattila 14, johon on kytketty öljypoltin 15, sekä rinnan lämpökattilan kanssa kytketty erillään oleva länttiin vesi varaa ja 16. Lämpökattila 14 on liitetty lämpöpatteripiirin nousujohtoon 17 vast, lämpöpatteripiirin palautusjohtoon 18 putkijohtojen 19, 20, 21 kautta. Lämpöpatteri-vesi kierrätetään palautusjohdossa 18 olevan pumpun 22 avulla, ja vesi kierrätetään lämpökattilan läpi toisen johdossa 20 olevan kierto-pumpun 23 avulla. Toisen lämpöpumpun lauhdutin on liitetty lämmön-vaihtoyhteyteen johdon 20 kanssa. Lämminvesivaraaja on kytketty rinnan lämmityskattilan, lauhduttimen 9 ja pumpun 23 kanssa putki-johdon 25 avulla.

Ensimmäisen lämpöpumpun lauhdutinlaite voi käsittää kaksi lauhdutinta, nimittäin edellä mainitun lauhduttimen 4 ja lisäksi sen kanssa sarjaan kytketyn toisen lauhduttimen 26. Ohitusjohto 27 on yhdistetty rinnan matalalämpötilalauhduttimen kanssa ja tämä ohi-tusjohto 27 on liitetty lämpöpumpun pääpiiriin ohitusventtiilin 28 kautta, joka mahdollisesti voi olla automaattinen ja joka säätää virran lauhduttimen 26 läpi riippuen kylmäaineen lämpösisällöstä lauhduttimen 4 jälkeen. Lauhdutin 26 on yhdistetty lämmönvaihtoyh-teyteen putkijohdon 29 kanssa, joka pumpun 30 avulla johtaa vettä putkijohdosta 21 ohitusjohtoon 31, joka kulkee lämpöpatteripiirin nousujohdon 17 ja palautusjohdon 18 välillä. Ohitusjohto 31 on liitetty nousujohtoon 17 ja putkijohtoon 19 nousujohtoliitännällä 32, joka mahdollisesti voi olla automaattinen, lämpötilan tunnustelevaa tyyppiä.

Edellä selitetty lämmityslaitos toimii seuraavasti. Ensimmäisessä lämpöpumpussa oleva kylmäaine ottaa höyrystimessä 2 lämpöä ja se puristetaan kokoon kompressorissa 3 siten, että jäähdytysaineen lämpötilaksi tulee esimerkiksi 50°C. Kylmäaine lauhtuu lauhdutti-messa 4 ja siirtää siellä ainakin osan lämmöstään siihen kylmäainee-seen, joka virtaa toisen lämpöpumpun höyrystimessä 12. Toisen lämpöpumpun kylmäaine puristetaan kokoon kompressorin 8 avulla ja lauhdutetaan lauhduttimessa 9, jossa se siirtää lämpösisältönsä veteen, joka pumpun 23 avulla kiertää johdon 20 ja lämpökattilan 14 kautta.

5 60071

Jos toisen lämpöpumpun kylmäaineen lämpötila on tarpeeksi korkea lauhduttimen 4 jälkeen, päästää ohitusventtiili 28 automaattisesti kylmäaineen lauhduttimeen 26, jossa kylmäaineen jätelämpö siirtyy siihen veteen, joka pumpun 30 avulla kiertää putkijohdossa 29 lämmönvaihtoyhteydessä lauhduttimen 26 kanssa. Lauhduttimessa esimerkiksi lämpötilaan 50°C lämmennyt vesi virtaa putkijohdon 29 ja ohitusjohdon 31 läpi. Jos tämän veden lämpötila on sopiva, päästää ohitusventtiili 32 sen nousujohtoon 17. Jos johdon 29 jättävän veden lämpötila sitävastoin on liian alhainen, virtaa vesi takaisin putkijohdoon 21 mahdollisesti uudestaan kierrätettäväksi. Se vesi, joka palaa lämpöpatteripiiristä putkijohtoon 21, pumpataan kierto-pumpun 23 avulla putkijohdon 20, korkealämpötilalauhduttimen 9 ja lämpökattilan 14 läpi. Korkealämpötilalauhdutin, jonka lämpötila on esimerkiksi 80°C, voi ainakin normaalisti kesäaikana nostaa veden lämpötilan 80°C:seen, joka on sopiva lämpötila kulutuslämmin-veden tuottamiseksi. Lauhduttimessa 9 lämmitetty vesi virtaa lämpökattilan 14 ja lämminvesivaraajan 16 läpi ja takaisin putkijohtoon 21. Tämän lisäksi virtaa vielä vettä lämmityskattilan jälkeen putkijohdon 19 läpi nousujohtoliitäntään, joka tunnustelee lämpötilan johdoissa 31 ja 19 ja sekoittaa nämä kaksi virtaa lämpötilaltaan sopivaksi nousujohtoa 17 varten. Lämpökattilassa 14 olevan veden lämpötila tulee siis yleensä olemaan 80°C ainakin kesäaikaan ja normaaleissa käyttöveden kulutusolosuhteissa, ja jos tällöin öljypoltin säädetään siten, että se ei aktivoidu ennenkuin kattilaveden lämpötila laskee esimerkiksi 75°C:n alapuolella, voi öljypoltin pysyä poiskytkettynä lämpimän vuosipuolikkaan aikana. Kun lämpöpatteri-lämminveden tarve kuitenkin suurenee, ei lämmityslaitoksen kapasiteetti riitä sekä lämminvesikulutukseen että lämpöpatterivesituotan-toon ja tämä ilmenee kattilaveden lämpötilan laskuna, mistä seuraa että öljypoltin kytkeytyy päälle tarpeen mukaan. Selitetyn laitoksen ansiosta aikaansaadaan siis pehmeä siirtyminen eri lämpöener-giatarpeiden välillä.

Tausta esitetylle laitostyypille korkealämpötilaenergian tuottamiseksi lämpöpumppujen avulla, on että ilmastossa, jossa vuoden keskilämpötila esimerkiksi on muutama plus-aste, on suurin piirtein mahdotonta aikaansaada yhdellä ainoalla lämpöpumpulla niin korkeita lämpötiloja, jotka ovat tarpeen sekä kulutuslämminveden että lämpö- 6 60071 patterilämminveden tuottamiseksi, tai vain korkealämpötilaenergian tuottamiseksi, jota voitaisiin käyttää teollisuudessa. Tämä johtuu mm. siitä, että lähdettäessä alhaisesta lämpötilasta ja käytettäessä yhtä lämpöpumppua on korkean lämpötilan saavuttamiseksi kylmä-aine puristettava kokoon hyvin suuressa määrin. Tämä johtaa siihen, että kompressoriin syntyy hyvin suuri vahingollinen tila ja hyvin suurissa kokoonpuristusarvoissa tulee tämä haitallinen tila vaikuttamaan niin epäedullisesti lämpöpumpun hyötysuhteeseen, että syntynyt lämpöenergia lähenee tai voi jopa tulla pienemmäksi kuin kokoonpuristamistyö. Tämän lisäksi näin suuri kylmäaineen kokoon-puristaminen vaatisi lujuudeltaan erittäin vahvojen putkien käyttämistä, koska kylmäainepiirin paine nousisi hyvin koreaksi. Olemme todenneet, että hyötysuhde, so. tuotetun energian ja sisäänsyöte-tyn energian suhde tulee yllättävän edulliseksi keksinnön mukaisten kaskadikytkettyjen lämpöpumppujen osalta verrattuna yksinkertaisiin lämpöpumppuihin, joiden työolosuhteet vastaavat yhtä lämpöpumppua keksinnön mukaisessa järjestelmässä.

Claims (1)

1. 7 60071 Patenttivaatimus: Lämmityslaitos, johon kuuluu tavanomainen lämmityskattila (14) sekä siihen liittyvä lämpöpatterivesipiiri (18, 21, 20, 19, 17), lämpimän kulutusveden varaaja (16), joka on kytketty rinnan lämmityskattilan kanssa, ohitusjohto (31), joka on rinnan lämmityskattilan kanssa, ohitusventtiili (32) ohitusjohdon (31) ja lämpöpatte-rivesipiirin nousujohdon (17) yhtymäkohdassa, ja lämpöpumppulaite (1, 2, 3, 4, 26, 5, 6? 7, 8, 9, 10, 11, 12), joka käsittää lauhdut-timen (9), joka on sovitettu lämmönvaihtoyhteyteen lämpöpatteri-vesipiirin kanssa sarjassa lämmityskattilan kanssa, tunnet-t u siitä, että lämpöpumppulaite käsittää ensimmäisen lämpöpumpun (1, 2, 3, 4, 26, 5, 6) ja toisen lämpöpumpun (7, 8, 9, 10, 11, 12), että ensimmäiseen lämpöpumppuun kuuluu ensimmäinen lauhdutinyksik-kö (4) ja toinen lauhdutinyksikkö (26), jotka on kytketty sarjaan, että toisen lämpöpumpun höyrystin (12) on lämmönvaihtoyhteydessä ensimmäisen lämpöpumpun ensimmäisen lauhdutinyksikön (4) kanssa, että ensimmäisen lämpöpumpun kylmäainepiiriin kuuluu ohitusjohto (27), joka on rinnan ensimmäisen lämpöpumpun toisen lauhdutinyksikön (26) kanssa, että ohitusventtiili (28) on järjestetty kohtaan, jossa kylmäainepiirin ohitusjohto (27) on liitetty kylmäainepiiriin lauhdutinyksikköjen (4, 26) väliin, ja joka ohitusventtiili on sovitettu päästämään kylmäainetta toiseen lauhdutinyksikköön (26), kun kylmäaine ensimmäisen lauhdutinyksikön jälkeen on ainakin osaksi höyryfaasissa, että toinen ohitusjohto (29) on sijoitettu lämpö-patteripiirin paluujohdon (21) ja lämpöpatterijohdon ensimmäisen ohitusjohdon (31) väliin, ja että toinen lauhdutinyksikkö (26) on sovitettu lämmönvaihtoyhteyteen toisen ohitusjohdon (29) kanssa.