NO147928B - Anlegg til varmeutvinning. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår et varmeutvinningsanlegg

av den type som innbefatter en første varmepumpe med en fordamper-

side som kan tilkobles minst én kilde for lavverdig varme, og med en kondensatorside som kan tilkobles minst en varmeforbrukende innretning.

Hensikten med oppfinnelsen er å skaffe et nytt og gunstig varmeutvinningsanlegg som med særlig fordel kan anvendes i slike tilfeller hvor tilgangen på lavverdig varme og/eller varmebehovet varierer.

Med sikte på dette gir oppfinnelsen anvisning på et varmeutvinningsanlegg av den innledningsvis angitte art som dessuten innbefatter et separat varmemagasin som kan kobles både til varme-

pumpens kondensatorside for å lades med overskuddsvarme derfra og til varmepumpens fordamperside for å dekke underskudd av varme på fordampersiden. Derved vil varmemagasinet på gunstig måte kunne lades med leilighetsvis forekommende overskudd av varme fra varmepumpen og dette magasinerte overskudd kunne utnyttes på varmepumpens fordamperside når der foreligger mangel på lavverdig varme.

Overskuddet kan oppstå som følge av leilighetsvis lavt varme-

forbruk i den eller de varmeforbrukende innretninger som er tilsluttet anlegget, og/eller som følge av leilighetsvis forekommende overskudd av lavverdig varme, som derved i barmepumpen blir opptransformert til høyere temperaturnivå før tilførselen til varmemagasinet .

For å bedre varmemagasinets kapasitet ved økning av

disponibel temperaturdifferanse i det kan den første varmepumpes kondensatorside ifølge en videre utvikling av oppfinnelsen være innrettet til å tilsluttes varmemagasinet via en annen varmepumpe for ytterligere opptransformering av den overskuddsvarme som tilføres varmemagasinet fra den første varmepumpes kondensatorside,

til et høyere temperaturnivå. En slik opptransformering betinger

imidlertid energitilskudd til varmepumpens drivmotor, og denne energi er høyverdig. For at man når temperaturen i varmemagasinet underskrider den nevnte lavverdige varmes temperaturnivå, skal unngå

det forbruk av høyverdig energi som knytter seg til opp-transf ormer ingen, kan den nevnte kilde for lavverdig varme med fordel være anordnet for å kunne kobles direkte til varmemagasinet for å avgi overskudd av lavverdig varme til det.

Den nevnte kilde for lavverdig varme kan med fordel innbefatte en solfanger så forekommende overskudd av varme i solrike tidsrom kan lagres i varmemagasinet og utnyttes til å kompensere varmebehovet i tidsrom med svak innstråling av solenergi. Solfangeren har den fordel at den kan gi et positivt varmetilskudd selv ved lave utetemperaturer om den mates med fluidum som er kjølet av den første varmepumpes fordamperside. Andre kilder for lavverdig varme kan selvsagt også komme i betraktning som alternativ eller supplement til solfangeren. Således kan denne kilde for lavverdig varme ifølge en gunstig utførelsesform for . oppfinnelsen innbefatte en kjøleinnretning som arbeider med et kjølemedium kjølet av den første varmepumpes fordamperside. Denne kjøleinnretning kan inngå i et klimatiseringsanlegg som arbeider med varme fra den første varmepumpes kondensatorside. Varmeutvinningsanlegget får derved den dobbelte funksjon å ta vare på såvel varme som kulde.

Når flere kilder for lavverdig varme står til rådighet,

kan den første varmepumpe innbefatte flere fordampningsenheter som kan tilkobles varmekildene selektivt i avhengighet av tilgangen til varme i disse. En eller flere av fordamperne, særlig slike som arbeider med energikilder med lavt temperaturnivå, kan i den forbindelse være uten mulighet for tilkobling til varmemagasinet. Til gjengjeld kan der, forutsatt at det av varmepumpen sirkulerte medium er beskyttet mot frost, anvendes et stort temperaturintervall for disse fordampere. For eksempel kan disse anbringes direkte i den tilhørende lavverdige energikilde.

For tilfellet av at varmemagasinet skulle være fylt så det ikke blir mulig å tilgodegjøre det temporære varmeoverskudd som utvikles av den første varmepumpe, kan man leilighetsvis kjøle bort overskuddsvarmen. Til dette formål kan anlegget ifølge oppfinnelsen innbefatte en annen kjøleinnretning til å fjerne overskuddsvarme som ikke kan utnyttes, fra den første varmepumpes kondensatorside. Omvendt kan varmeutvinningsanlegget være forsynt med en oppvarmningsinnretning som arbeider med ekstern energi for å tilføre varme når energitilførselen via den nevnte kilde for lavverdig varme er utilstrekkelig. Skjønt det er mulig å anordne den nevnte oppvarmningsinnretning i tilslutning til varmemagasinet, foretrekkes det å anordne oppvarmningsinnretningen, særlig om det ekstra varmebehov er akutt,

i tilslutning til den første varmepumpes kondensatorside, hvorved man unngår det forbruk av energi til drivmotoren som oppstår ved varmepumpens drift. Når billig energi forbigående er tilstede,

f.eks. om natten, kan varmeinnretningen dog med fordel bringes til å virke på varmemagasinet.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli belyst ved et eksempel

som er vist skjematisk på tegningen, og i den forbindelse vil ytterligere særtrekk og fordeler ved oppfinnelsen fremgå.

På tegningen betegner 1 en første varmepumpe med en

fordamper 2 og en kondensator 3, hver plassert i en forholdsvis liten vanntank 4 resp. 5. Det medium som komprimeres av varmepumpens kompressor og derved varmes opp, avgir varme til tanken 5, hvoretter det etter å ha passert ekspansjonsventilen 6 ekspanderer i fordamperen 2, hvorved mediet blir kjølet og opptar varme fra vannet i tanken 4. 7 betegner en ytterligere fordamper som har en tilhørende ekspansjonsventil 8, og som ved omstilling av en styr-

bar ventil 9 kan kobles inn istedenfor fordamperen 2. Oppvarmningen av fordamperen 7 forutsettes i det viste eksempel å skje med uteluft i en varmeveksler som er vist skjematisk ved 10.

Varme opptatt av fordamperen 2 i tanken 4 blir erstattet med varme fra kilder 11 eller 12 for lavverdig varme. I eksempelet er varmekilden 11 vist å bestå av en solfanger, og varmekilden 12

av en varmeveksler som varmes med uteluft, og i hver av disse varme-kilder kan væsken i tanken 4 sirkuleres ved hjelp av ledninger, styrbare ventiler 13, 14, 15, 16 og pumper 17.

Varme avgitt av kondensatoren 3 i tanken 5 blir i det viste eksempel utnyttet i en innretning 18 til å frembringe varmtvann, såvel som i et klimatiseringsanlegg skjematisk vist ved 19. Sirkulasjonen av vann varmet i tanken 5, til innretningen 18 og klimatiseringsanlegget 19 skjer som vist via ledninger og en pumpe 20 og styres med ventiler 21, 22.

Som antydet på tegningen kan klimatiseringsanlegget 19 også være utformet for å bevirke kjøling i ønsket grad, nemlig ved sirkulasjon av i tanken 4 kjølet vann gjennom klimatiseringsanlegget, samtidig som den varme som kjøles bort i anlegget 19, blir utnyttet i tanken 4 for oppvarmning av fordamperen 2. Sirkulasjonen er vist å skje under anvendelse av ledninger, en pumpe 23 og en ventil 24. Ventilene 21, 24 kan styres med en temperaturgiver 19a eller lignende som kan stilles inn på ønsket temperaturverdi.

Et varmemagasin 25 med stor varmekapasitet og i det viste eksempel bestående av et vannreservoar med stort volum i forhold til tankene 4 og 5, kan via ledninger, ventilene 13 - 15 og pumpen 17 tilkobles såvel tanken 4 som varmekildene 11 og 12. Varmemagasinet 25 kan videre via ledninger med styrbare ventiler 26, 27, 28 og en pumpe 2 9 kobles til tanken 5. Når der foreligger underskudd av varme fra varmekildene 11 og 12, kan den varme som behøves i tanken 4, tilføres ved sirkulasjon av forholdsvis varmt vann fra reservoaret 25 gjennom denne tank. Når der fra varmekildene 11 og 12 fås overskudd av varme med et temperaturnivå som overstiger det i reservoaret 25, kan dette innkobles i sirkulasjonssystemet slik at det vann som varmes opp i innretningene 11 og 12, passerer til reservoaret og avgir varme der innen det strømmer videre til og gjennom tanken 4 for å varme opp fordamperen 2. Når der foreligger overskudd av varme i tanken 4, kan der dersom temperaturen i reservoaret 25 underskrider temperaturen i tanken 5, sirkuleres vann ved hjelp av pumpen 29 gjennom tanken 5 og reservoaret 25 for å avgi varmeoverskuddet til reservoaret. Foreligger overskudd av varme i tanken 5, kan dette dersom temperaturen i reservoaret 25 overstiger temperaturen i tanken 5, likevel nyttiggjøres ved at varmeoverskuddet før tilførsel til reservoaret blir opptransformert til et temperaturnivå høyere enn reservoarets, noe som skjer i en ytterligere varmepumpe 30 hvis fordamper og kondensator er betegnet med henholdsvis 31 og 32. Herunder bringes vann fra tanken 5 ved omstilling av ventilene 27 og 28 til å sirkulere gjennom en tank 33 som inneholder fordamperen 31, mens vann fra reservoaret 25 bringes til under virkningen av en pumpe 3 4 å sirkuleres gjennom en tank 35 som inneholder kondensatoren 32.

Når der i tanken 5 fås et varmeoverskudd som ikke kan utnyttes siden temperaturen i reservoaret 25 har nådd. ønsket maksimalverdi, må der foretas kjøling. Til det kan vannet i tanken 5 ved omstilling av ventilene 26 og 27 bringes til å sirkulere gjennom en kjøler 36, eller også kan det i varmepumpen 1 komprimerte medium kjøles før tilførselen til fordamperen. Til det sistnevnte formål kan det kom<p>rimerte medium ved hjelp av ledninger og en omstillbar ventil 37 ledes gjennom en kjøler 38 parallellkoblet med kondensatoren 3 .

Når der foreligger underskudd av varme i varmeutvinningsanlegget som helhet, er det mulig å tilføre ekstern varme. Som eksempel på dette er der vist en oppvarmningsinnretning 3 9 som er

samordnet med reservoaret 25 og varmer opp vannet i dette. Innretningen 39 kan være styrt av en temperaturgiver 40 som holder oppvarmningsinnretningen 39 innkoblet inntil den ønskede minimums-temperatur i reservoaret nås.

For automatisk styring av varmeutvinningsanlegget forøvrig

kan der finnes en ikke nærmere vist reguleringsanordning. I denne reguleringsanordning inngår organer 41, 42 til å avføle tempe-

raturene i tanken 5 og i reservoaret 25, samt en regulatorenhet som innbefatter et styreorgan som ved omstilling av de styrte ventiler 26, 27, 28 kobler tanken 5 til reservoaret 25 når

temperaturen i tanken 5 overstiger en på forhånd bestemt første verdi, f.eks. 45°C og temperaturen i reservoaret 25 underskrider en på forhånd bestemt annen verdi som, avhengig av hva som ønskes, kan underskride eller høyst være lik den nevnte første verdi, f.eks.

andrar til 25°C. Videre kan regulatorenheten innbefatte et styre-

organ som ved omstilling av ventilene 27, 28 og start av

sirkulasjonspumpen 34 kobler varmepumpen 30 inn når den nevnte annen verdi som avføles av organene 42, overskrider en tredje verdi (f.eks. 25°C) høyst lik den første nevnte verdi.

For å fjerne totalt overskudd av varme fra varmeutvinnings-

anlegget kan ennvidere en temperaturføler 43 være innrettet til å

gi et styreorgan i reguleringsanordningen beskjed om ved omstilling av en av ventilene 26, 37 eller begge å koble kondensatorsiden av varmepumpen 1 til en av kjølerne 36, 38 eller begge disse.

Videre kan regulatorenheten innbefatte organer 4 4 til å avføle temperaturen i tanken 4, idet den innbefatter ikke viste styre-

organer til ved innstilling av ventilene 14, 15, 16 å koble reservoaret 25 til tanken 4 når denne temperatur underskrider en på forhånd bestemt verdi, f.eks. 15°C. Sluttelig kan regulator-

enheten innbefatte organer 45 til å avføle temperaturen av vannet fra varmekildene 11, 12 samt ikke viste styreorganer til å koble den ene eller den annen av disse til reservoaret 25 når den avfølte temperatur overskrider temperaturen i reservoaret.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til det utførelseseksempel

som er beskrevet ovenfor og vist på figuren. Således kan der selvsagt benyttes andre varmeoverføringsmedier enn vann, såvel som

kombinasjoner av forskjellige varmeoverføringsmedier. Når det varme-magasinerende medium i innretningen 25 utgjøres av vann, kan denne innretning dannes av et svømmebasseng, forutsatt at der ikke forekommer altfor store fluktuasjoner i varmeforbruk og i tilgang til lavverdig varme. Videre kan den reguleringsanordning som styrer varmeutvinningsanlegget, være utrustet med et dominerende programverk ved hvis hjelp lagringen av varme i varmemagasinet kan bringes til opphør, f.eks. når sommersesongen nærmer seg. Mange andre modifikasjoner er likeledes mulige innen patentkravenes ramme.

Claims (16)

1. Varmeutvinningsanlegg av den type som innbefatter en varmepumpe (1). med en fordamperside (21 -som kan tilkobles minst én.kilde (11,12) for lavverdig varme, og en kondensatorside som kan tilkobles minst én varmeforbrukende innretning (18,19), karakterisert ved at den innbefatter et separat varmemagasin (25) som kan koblas såvel til varmepumpens (1) kondensatorside (3] for å lades med overskuddsvarme derfra, som til varmepumpens fordamperside (21 for å dekke varmeunderskudd på fordampersiden.

2. Anlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at varmepumpens (1). kondensatorside (31 kan tilsluttes varmemagasinet (25) via en annen varmepumpe (30) til å opptrans-formere den overskuddsvarme som ledes fra den førstnevnte varmepumpes kondensatorside til varmemagasinet, til et høyere temperaturnivå .

3. Anlegg som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved den nevnte kilde (11,12) for lavverdig varme kan tilsluttes varmemagasinet (25) direkte for å avgi overskudd av lavverdig varme til det.

4. Anlegg som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at kilden for lavverdig varme innbefatter en solfanger (11).

5. Anlegg som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at kilden for lavverdig varme innbefatter en kjøleinnretning som arbeider med et kjølemedium kjølet av den første varmepumpes (1) fordamperside (2) .

6. Anlegg som angitt i krav 5, karakterisert ved at kjøleinnretningen inngår i et klimatiseringsanlegg (19) som arbeider med varme fra den første varmepumpes (1) kondensator-s ide (3 J..

7. Anlegg som angitt i et av kravene 1-6, karakterisert ved at den innbefatter en kjøleinnretning (36,38) til å fjerne overskuddsvarme som ikke kan utnyttes, fra den første varmepumpes (1) kondensatorside (3).

8. Anlegg som angitt i et av kravene 1-7, karakterisert ved at det er forsynt med en oppvarmningsinnretning (39) som arbeider med ekstern energi for å tilføre varme når energitilførselen via kilden (11,12) for .lavverdig varme er utilstrekkelig.

9. Anlegg som angitt i krav 8, karakterisert ved at oppvarmningsinnretningen (39) er innrettet til å avgi varme til varmemagasinet (25) eller den første varmepumpes (1) fordamperside (2).

10. Anlegg som angitt i krav 8, karakterisert ved at oppvarmningsinnretningen (39) er innrettet til å levere varme til den første varmepumpes (1) kondensatorside (3).

11. Anlegg som angitt i et av kravene 1-10, karakterisert ved at det innbefatter en reguleringsanordning SOm opp-viser organer (41) til å avføle temperaturen av det medium som overfører varme fra den første varmepumpes (1) kondensatorside (3) til den varmeforbrukende innretning (18,19), organer (42) til å avføle temperaturnivået av den i varmemagasinet (25) magasinerte varme, samt en reguleringsenhet som innbefatter et styreorgan for tilkobling av varmemagasinet til denne kondensatorside (3) når temperaturen av det nevnte medium overstiger en på forhånd bestemt første verdi og det nevnte temperaturnivå underskrider en på forhånd bestemt annen verdi som høyst er lik den første verdi.

12. Anlegg som angitt i krav 2 og II, karakterisert ved at regulatorenheten innbefatter et styreorgan til å innkoble den annen varmepumpe (30) når den nevnte annen verdi overstiger en tredje verdi som høyst er lik den nevnte første verdi.

13. Anlegg som angitt i krav 9 og krav 11 eller 12, karakterisert ved at regulatorenheten innbefatter et styreorgan til å koble den første varmepumpes (1) kondensatorside (3) til kjøleinnretningen (36,38) for å fjerne overskuddsvarme som ikke kan utnyttes, fra den første varmepumpes kondensatorside, når temperaturen i varmemagasinet (25) overstiger et på forhånd bestemt maksimalt nivå.

14. Anlegg som angitt i krav 8 og et av kravene 11-13, karakterisert ved at regulatorenheten innbefatter et styreorgan til å innkoble den nevnte oppvarmningsinnretning (39) når der foreligger underskudd av varme i anlegget.

15. Anlegg som angitt i et av kravene 11-14, karakterisert ved at regulatoranordningen innbefatter organer (44) til a avføle temperaturen av det medium som over-fører varme til den første varmepumpes (1) fordamperside (2), og at regulatorenheten innbefatter styreorganer til å koble varmemagasinet (25) til denne fordamperside (2) når den avfølte temperatur underskrider en på forhånd bestemt verdi.

16. Anlegg som angitt i et av kravene 11-15, karakterisert ved at regulatorenheten innbefatter organer (45) til å avføle temperaturen på den lavverdige energikilde (11,12) og styreorganer til å koble den lavverdige energikilde til varmemagasinet (25) når den nevnte temperatur overstiger temperaturen i magasinet.