NL1009233C2 - Warmtepompsysteem. - Google Patents

Description

Titel: Warmtepompsysteem.

De uitvinding heeft betrekking op een warmtepompsysteem, in hoofdzaak bestaande uit een warmwaterboiler, een gesloten koelsysteem, omvattende een als warmtewisselaar uitgevoerde verdamper, een compressor, een als 5 warmtewisselaar uitgevoerde condensor en een expansie-ventiel, waarbij de condensor in de boiler is ondergebracht, alsmede uit een vloerspiraal en een grondspiraal, waarbij zowel de vloerspiraal als de grondspiraal door middel van 10 bestuurbare meerwegkleppen verbindbaar zijn met de verdamper, de condensor en met elkaar.

Een dergelijk warmtepompsysteem is uit de praktijk bekend. De onderlinge verbindingen tijdens de verschillende bedrijfstoestanden van het systeem worden verkregen door 15 middel van een reeks bestuurbare driewegkleppen, die elk afzonderlijk en in de goede volgorde moeten worden aangestuurd om het systeem van de ene in de andere bedrijfstoestand te brengen. De reeks driewegkleppen en het bijbehorende besturingssysteem daarvoor maken het bekende 20 warmtepompsysteem duur en gecompliceerd, hetgeen er toe heeft geleid dat dit systeem slechts op zeer beperkte schaal wordt toegepast, ondanks de bekende voordelen van energetische aard, die daarmee kunnen worden verkregen.

De uitvinding beoogt het bekende warmtepompsysteem 25 aanzienlijk eenvoudiger en goedkoper uit te voeren en daardoor geschikt te maken voor toepassing op grote schaal.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt door de bestuurbare meerwegkleppen uit te voeren als een enkele, meervoudige, van afzonderlijke kamers voorziene afsluiter. 30 Deze meervoudige afsluiter omvat bij voorkeur een cilindrisch huis, voorzien van een reeks poorten voor het daarop aansluiten van de watervoerende leidingen van het warmtepompsysteem, alsmede een binnen dat huis aangebrachte rotor, bestaande uit een centrale as, een reeks cirkel- 1009233 2 vormige op afstand van elkaar gelegen, vast op de centrale as aangebrachte en afzonderlijke kamers begrenzende schotten, die afdichtend aanliggen tegen de binnenwand van het cilindrische huis, alsmede tussen elke twee naburige 5 schotten aangebrachte, diabolovormige afsluitlichamen, waarvan de radiale eindwanden afdichtend aanliggen tegen de binnenwand van het cilindrische huis en de zijwanden afdichtend aanliggen tegen de naburige schotten.

Verder uitgewerkte uitvoeringsvormen van het 10 warmtepompsysteem volgens de uitvinding zijn in de overige volgconclusies nader omschreven.

Een uitvoeringsvorm van het warmtepompsysteem volgens de uitvinding wordt aan de hand van de tekening nader toegelicht. Hierin toont: 15 fig. 1-3 geschematiseerde tekeningen van het warmte pompsysteem in de verschillende bedrijfstoestanden; en fig. 4-6 opengewerkte, schematische tekeningen van de meervoudige afsluiter in verschillende posities, behorende bij de bedrijfstoestanden volgens de fign. 1-3.

20 In fig. 1 zijn de hoofdonderdelen van het warmte pompsysteem schematisch weergegeven, alsmede de onderlinge verbindingen daarvan. Het systeem omvat een warmwater-boiler 1 en een gesloten koelcircuit 2 in welk circuit achtereenvolgens zijn opgenomen een compressor 3, een als 25 warmtewisselaar uitgevoerde condensor 4, een expansie- ventiel 5 en een eveneens als warmtewisselaar uitgevoerde verdamper 6. Het gesloten koelcircuit 2 vormt het primaire stromingskanaal van zowel de condensor 4 als de verdamper 6. Zoals uit de tekening blijkt is de condensor 30 ondergebracht in het onderste, koude gedeelte van de warmwaterboiler 1. Het secundaire stromingskanaal 7 van de verdamper 6 is voorzien van een aanvoerpoort VDA en een afvoer- of retourpoort VDR, terwijl in dit secundaire stromingskanaal 7 een circulatiepomp 8 is opgenomen. De 35 poorten VDA respectievelijk VDR zijn verbonden met de retourpoort GR respectievelijk aanvoerpoort GA van de 1009233 3 grondspiraal 9. Deze grondspiraal is, bij een warmtepomp-systeem voor een normale woning, een lange diep in de grond ingegraven circulatiebuis van enkele honderden meters, die dient als warmte-accumulator.

5 Het secundaire stromingskanaal 10 van de als warmte wisselaar uitgevoerde condensor 4 heeft een aanvoerpoort CA en een retourpoort CR, waarbij in het kanaal 10 een circulatiepomp 11 is opgenomen. De poorten CA, CR zijn respectievelijk aangesloten op de retourpoort VR en de 10 aanvoerpoort VA van een in de vloer van de woning aangebrachte verwarmings- respectievelijk koelspiraal 12.

De werking van het in fig. 1 weergegeven systeem is als volgt:

Het in de grondspiraal 9 aanwezige relatief warme 15 water wordt door de circulatiepomp 8 door het secundaire stromingskanaal 7 van de verdamper 6 gevoerd, waarbij in de verdamper 6 de nodige verdampingswarmte aan het circuit 7, 9 wordt onttrokken teneinde het in het koelcircuit circulerende koelmiddel te verdampen. In de condensor 4 20 wordt het door de compressor 3 onder druk gebrachte en daarbij tot relatief hoge temperatuur verwarmde gas afgekoeld en weer in vloeibare toestand gebracht, waarbij de geleverde condensatiewarmte wordt afgegeven aan het in de boiler 1 aanwezige water en aan het secundaire 25 condensorkanaal 10, om vervolgens door middel van de circulatiepomp 11 in de vloerspiraal 12 te worden gepompt om aldus de vloer te verwarmen.

Zoals in fig. 1 weergegeven is de poort VDA van de verdamper 6 dubbel uitgevoerd en zijn beide poorten door 30 middel van een kortsluitleiding 13 met elkaar verbonden.

Ook de poort GR van de grondspiraal 9 is dubbel uitgevoerd, waarbij de beide poorten GR door middel van een kortsluit-leiding 14 met elkaar zijn verbonden. Deze dubbel uitgevoerde poorten VDA en GR met de kortsluitleidingen 13, 35 14 zijn nodig om de waterstromen in de verschillende bedrijfsstanden op de gewenste wijze via een meervoudige 1009233 4 afsluiter door de vloer- en grondspiraal 9, 12 te kunnen leiden.

Het systeem volgens fig. 3 verschilt slechts van dat volgens fig. 1 doordat het secundaire kanaal 10 van de 5 condensor 4 via de poorten CA, CR is aangesloten op de poorten GR, GA van de grondspiraal 9, terwijl de aansluit-poorten van de vloerspiraal VA, VR zijn verbonden met de poorten VDR, VDA van het secundaire stromingskanaal 7 van de verdamper. Met de aansluitingen als weergegeven in 10 fig. 3 functioneert het warmtepompsysteem in de bedrijfs-stand "koelen". De verdamper 6 onttrekt de verdampingswarmte voor het koelmiddel aan het circuit 7, 12 waardoor de vloerspiraal wordt gekoeld, terwijl de in de condensor 4 aan het secundaire kanaal 10 afgegeven warmte 15 in de grondspiraal 9 wordt opgeslagen.

In fig. 2 is een bedrijfsstand weergegeven die "free cooling" wordt genoemd. De vloerspiraal 12 en de grondspiraal 9 zijn in serie geschakeld, waarbij de circulatie wordt onderhouden door de circulatiepomp 8 van 20 de verdamper, terwijl de stroming buiten het secundaire kanaal 7 van de verdamper 6 wordt geleid via de kortsluit-leiding 13, die is aangesloten op de kortsluitleiding 14 van de grondspiraal 9. In deze bedrijfsstand is de verdamper 6 kortgesloten en is het gesloten koelcircuit 2 25 niet werkzaam, zodat het water in de boiler 1 niet wordt opgewarmd. Indien verwarming van het boilerwater gewenst is wordt het systeem in de bedrijfsstand "koelen" gebracht, eventueel met uitschakeling van de circulatiepomp 11 in het secundaire stromingskanaal 10 van de condensor 4.

30 In de fign. 4-6 is de meervoudige afsluiter weergegeven, met behulp waarvan de verschillende poorten van het systeem met elkaar kunnen worden verbonden teneinde het warmtepompsysteem te laten werken volgens de in de fign. 1-3 weergegeven bedrijfsstanden. De meervoudige 35 afsluiter bestaat uit een cilindrisch huis, dat in de tekening duidelijkheidshalve is weggelaten. In dit huis 1009233 5 zijn tien poorten aangebracht voor het daarop aansluiten van de tien in de fign. 1-3 weergegeven, watervoerende leidingen, die in de fign. 4-6 met dezelfde lettercombinaties zijn aangeduid als in de fign. 1-3 is geschied.

5 Binnen het huis van de meervoudige afsluiter bevindt zich een rotor 20, die bestaat uit een centrale as 21 en vier daarop aangebrachte, cirkelvormige schijven of schotten 22, waarvan de omtrek afdichtend aanligt tegen de binnenwand van het cilindrische huis van de afsluiter. Op deze wijze 10 ontstaan drie kamers 23, 24, 25, die elk worden begrensd door twee naburige schotten 22 en de (in de tekening niet weergegeven) binnenwand van het cilindrische huis. In elke kamer 23, 24, 25 is een diabolovormig afsluitlichaam 26, 27, 28 aangebracht dat afdichtend tussen naburige schotten 15 22 is opgesloten. De radiale eindwanden van deze afsluit- lichamen liggen afdichtend aan tegen de binnenwand van het cilindervormige huis. De afsluitlichamen 26, 27, 28 hebben radiale eindwanden die zich uitstrekken over een omtrekshoek van ongeveer 45°, met uitzondering van de in 20 fig. 4 naar rechts wijzende eindwand van het afsluitlichaam 27, dat een omtrekshoek heeft die ongeveer de helft bedraagt van de tegenover liggende radinle eindwand van dat afsluitlichaam 27. De afsluitlichamen 26, 27 nemen dezelfde hoekstand in ten opzichte van de centrale as 21, terwijl 25 het afsluitlichaam 28 over ongeveer 45° in rotatierichting linksom is verschoven ten opzichte van de afsluitlichamen 26-, 27.

Op de kamers 23, 24 zijn vier leidingen aangesloten die volgens een orthogonaal assenkruis verlopen, terwijl op 30 de kamer 25 de poorten van de kortsluitleidingen 13, 14 aansluiten, die met elkaar een hoek insluiten van 90°. Het afsluitlichaam 26 in kamer 23 is voorzien van een open kanaal 29.

In de fign. 4, 5, 6 zijn de drie bedrijfsstanden van 35 de rotor 20 aangegeven, behorende bij de bedrijfstoestanden als weergegeven in de fign. 1, 2 en 3. Door de rotor 20 van 1009233 6 fig. 4 over 4 5° rechtsom te verdraaien wordt de positie volgens fig. 5 bereikt, terwijl een verdere verdraaiing over 45° de rotor 20 brengt in de positie volgens fig. 6. In de fign. 4-6 is de richting van de waterstroom door de 5 verschillende leidingen aangegeven.

1009233

Claims (7)

1. Warmtepomsysteem, in hoofdzaak bestaande uit - een warmwaterboiler, - een gesloten koelsysteem, bestaande uit een als warmtewisselaar uitgevoerde verdamper, een compressor, 5 een als warmtewisselaar uitgevoerde condensor, en een expansieventiel, waarbij de condensor in de boiler is ondergebracht - een vloerspiraal en - een grondspiraal 10 waarbij zowel de vloerspiraal als de grondspiraal door middel van bestuurbare meerwegkleppen verbindbaar zijn met de verdamper, de condensor en met elkaar, met het kenmerk, dat de bestuurbare meerwegkleppen zijn uitgevoerd als een enkele, meervoudige, van afzonderlijke kamers (23, 24, 25) 15 voorziene afsluiter.

2. Warmtepompsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de meervoudige afsluiter een cilindrisch huis omvat, voorzien van een reeks poorten voor het daarop aansluiten van de watervoerende leidingen van het warmte- 20 pompsysteem, alsmede een binnen dat huis aangebrachte rotor (20), bestaande uit een centrale as (21), een cirkelvormige, op afstand van elkaar gelegen, vast op de centrale as aangebrachte en afzonderlijke kamers begrenzende schotten (22), die afdichtend aanliggen tegen de binnenwand 25 van het cilindrische huis, alsmede tussen elke twee naburige schotten (22) aangebrachte, diabolovormige afsluitlichamen (21, 27, 28) waarvan de radiale eindwanden afdichtend aanliggen tegen de binnenwand van het cilindrische huis en de zijwanden afdichtend aanliggen 30 tegen de naburige schotten (22).

3. Warmtepompsysteem volgens de conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de centrale as (21) van de rotor (20) is verbonden met een stuurmotor, met behulp waarvan de rotor 1009233 (20) in drie verschillende standen plaatsbaar is, in omtreksrichting over 45° ten opzichte van elkaar zijn verschoven.

4. Warmtepompsysteem volgens de conclusies 1-3, met het 5 kenmerk, dat de meervoudige afsluiter drie afzonderlijke kamers (23, 24, 25) omvat, waarbij op twee kamers (23, 24) elk vier onderling over 90° verschoven watervoerende leidingen zijn aangesloten, terwijl op de derde kamer (25) twee onderling loodrechte watervoerende leidingen zijn 10 aangesloten.

5. Warmtepompsysteem volgens de conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de diabolovormige afsluitlichamen (26, 27, 28) zodanig zijn gevormd en de watervoerende leidingen zodanig op het huis van de meervoudige afsluiter zijn aangesloten 15 dat in de eerste stand van de rotor (20), behorende bij de in verwarmingsbedrijf geschakelde stand van het warmtepompsysteem de grondspiraal (9) een gesloten circuit vormt met de warmtewisselaar van de verdamper (6), terwijl de vloer-spiraal (12) een gesloten circuit vormt met de warmte-20 wisselaar van de condensor (4) (fig. 1; fig.4).

6. Warmtepompsysteem volgens de conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de diabolovormige afsluitlichamen (26, 27, 28) zodanig zijn gevormd en de watervoerende leidingen zodanig op het huis van de meervoudige afsluiter zijn aangesloten 25 dat in de tweede stand van de rotor (20), behorende bij de in free cooling bedrijf geschakelde stand van het warmtepompsysteem de grondspiraal (9) en de vloerspiraal (12) in serie zijn geschakeld (fig. 2; .

7. Warmtepompsysteem volgens de conclusies 1-4, met het 30 kenmerk, dat de diabolovormige afsluitlichamen (26, 27, 28) zodanig zijn gevormd en de watervoerende leidingen zodanig op het huis van de meervoudige afsluiter zijn aangesloten dat in de derde stand van de rotor (20), behorende bij de in koelbedrijf geschakelde stand van het warmtepompsysteem 35 de grondspiraal (9) een gesloten circuit vormt met de warmtewisselaar van de condensor (4), terwijl de vloer- 1009233 spiraal (12) een gesloten circuit vormt met de warmtewisselaar van de verdamper (6). 1 009 ? 3^