SE422495B

SE422495B - SYSTEM FOR HEATING WATERWATER AND RADIATOR CIRCUITS *

Info

Publication number: SE422495B
Application number: SE8005087A
Authority: SE
Inventors: B U Gustafsson
Original assignee: Projectus Ind Produkter Ab
Priority date: 1980-07-10
Filing date: 1980-07-10
Publication date: 1982-03-08
Also published as: SE8005087L; DE3126426A1

Description

15 20 25 50 35 40 8005087-5 Ändamål Ett ändamål är därför att anvisa en anläggning som ger balans mellan tillgänglig överhettningseffekt (i hetgas- kylaren) på högre temperaturnivå, och kondenseringsvärmet, speciellt vid värmning av tappvarmvatten under vår, sommar och höst i ett klimat motsvarande det nordiska. Ett ytterligare ändamål är att anvisa en anläggning som ger s k back-up vid störttappning av varmvatten så att radiatorkretsens hela värmekapacitet tillfälligt kan utnyttjas. Ett annat ändamål är att anvisa en anläggning som medger förvärmning av tapp- varmvatten i syfte att medge användning av så stor del av den tillgängliga värmeeffekten från värmepumpen vid så låg tempera- tur som möjligt för att åstadkomma bästa värmefaktor för värme- pumpen. Ett ytterligare ändamål är att anvisa en anläggning som ger värmepumpen rimlig gångtid för uppladdning av anläggningen trots att radiatoreffektbehovet kan vara litet, exempelvis under vår, höst och sommar. Ett ytterligare ändamål är att anvisa en anläggning som förhindrar täta tillslag/frånslag för värmepum- pen speciellt under tider med låg värmebelastníng på radiator- kretsen. _ Karakterisering av uppfinningen Uppfinningen utgår från en anläggning för värmning av tappvatten och radiatorkretsvätska, omfattande en värmepump med en hetgaskylare och med en kondensor, en radíatorkrets som genomströmmas av vätskan och som innefattar en första värme- växlare vilken är anordnad att värmeförsörjas av värmepumpen för värmning av vätskan, och en tappvattenledning med en andra värmeväxlare vilken är anordnad att värmeförsörjas av vär- mepumpen för värmning av tappvatten. Uppfinningen utmärkes därvid i huvudsak av att den första värmeväxlaren är anordnad i värmeväxlingskontakt med tappvattenledningen för förvärmning av tappvattnet, att den andra värmeväxlaren är anordnad att slutvärma det förvärmda tappvattnet, att kondensorn är anordnad att överföra värme till den första värmeväxlaren vid konden- seringstemperaturen för värmepumpens köldmedium, att hetgas- kylaren är anordnad att överföra värme till den andra värmeväxlaren vid en temperatur som överstiger nämnda kondenseringstemperatur, och att åtminstone den ena av värmeväxlarna är tillordnad ett vätske- kärl som innehåller värmd vätska eller varmt vatten till bildning av ett energibuffertlager för tappvattnet. 10 15 20 25 30 35 40 8005087-5 Anläggningen kan med fördel vara utförd på sådant sätt att den första värmeväxlaren innefattar ett av tapp- vatten genomströmmat kärl, som kan bilda nämnda buffertlager, och som omslutes av en mantel vilken ingår i radiatorkretsen, och att den andra värmeväxlaren innefattar en rörslinga i tappvattenledningen, vilken rörslinga är införd i ett vätske- förråda i en konventionell bränsleeldad värmepanna varvid förrådet är anslutet till en vätskekrets vid vilken hetgas- kylaren är anordnad. 15 20 25 50 35 40 8005087-5 Purpose An object is therefore to designate a system that provides a balance between the available superheating effect (in the hot gas cooler) at a higher temperature level, and the condensing heat, especially when heating domestic hot water during spring, summer and autumn in a climate corresponding to the Nordic. A further purpose is to designate a system that provides so-called back-up in the event of a tap drain of hot water so that the entire heating capacity of the radiator circuit can be used temporarily. Another purpose is to designate a plant that allows preheating of domestic hot water in order to allow the use of as much of the available heat output from the heat pump at as low a temperature as possible to achieve the best heat factor for the heat pump. An additional purpose is to designate a system that gives the heat pump a reasonable running time for charging the system, even though the radiator power requirement may be small, for example during spring, autumn and summer. A further purpose is to designate a system that prevents frequent switching on / off of the heat pump, especially during times with low heat load on the radiator circuit. Characterization of the invention The invention is based on a system for heating tap water and radiator circuit liquid, comprising a heat pump with a hot gas cooler and with a condenser, a radiator circuit which is flowed through by the liquid and which comprises a first heat exchanger which is arranged to supply heat to the heat pump. of the liquid, and a tap water line with a second heat exchanger which is arranged to be supplied with heat by the heat pump for heating tap water. The invention is mainly characterized in that the first heat exchanger is arranged in heat exchange contact with the tap water line for preheating the tap water, that the second heat exchanger is arranged to final heat the preheated tap water, that the condenser is arranged to transfer heat to the heat pump. refrigerant, that the hot gas cooler is arranged to transfer heat to the other heat exchanger at a temperature exceeding said condensing temperature, and that at least one of the heat exchangers is assigned to a liquid vessel containing heated liquid or hot water to form an energy buffer buffer layer for tapping . The plant can advantageously be designed in such a way that the first heat exchanger comprises a vessel flowing through tap water, which can form said buffer layer, and which is enclosed by a jacket which is included in the radiator circuit, and that the second heat exchanger comprises a pipe loop in the tap water line, which pipe loop is inserted in a liquid storage in a conventional fuel-fired boiler, the storage being connected to a liquid circuit at which the hot gas cooler is arranged.

Anläggningen kan därvid med fördel vara utförd sådan att ledningar är anordnade att inkoppla förrådet och manteln i serie med varandra, att den ena av nyssnämnda ledningar inne- fattar en cirkulatíonspump, att en shuntledning sträcker sig mellan de båda ledningarna, att en shuntventil är inkopplad mellan den andra ledningen och shuntledningen, och att den andra ledningen mellan shuntventilen och manteln har en back- ventil som är fjäderbelastad för att normalt förhindra själv- cirkulation mellan förrådet och manteln, varvid ventilen är anordnad att öppna vid ett av cirkulationspumpen alstrat pumptryck.The system can then advantageously be designed such that lines are arranged to connect the supply and the jacket in series with each other, that one of the lines just mentioned comprises a circulation pump, that a shunt line extends between the two lines, that a shunt valve is connected between the second line and the shunt line, and that the second line between the shunt valve and the jacket has a non-return valve which is spring-loaded to normally prevent self-circulation between the supply and the jacket, the valve being arranged to open at a pump pressure generated by the circulation pump.

Alternativt kan den uppfinningsenliga anläggningen vara utförd på sådant sätt att den första värmeväxlaren inne- fattar en rörslinga i tappvattenledníngen, vilken rörslinga är införd i ett kärl som genomströmmas av radiatorkretsvätska och som kan utgöra nämnda buffertlager, att den andra värme- växlaren innefattar ett av förvärmt tappvatten genomströmmat kärl som är försett med en mantel vilken ingår i en lednings- krets i vilken hetgaskylaren är anordnad varvid eïpatroner med fördel kan vara anordnade i den första värmeväxlarens kärl för att erbjuda tillsatsvärme exempelvis vid felfunktion hos värme- pumpen.Alternatively, the plant according to the invention can be designed in such a way that the first heat exchanger comprises a pipe loop in the tap water line, which pipe loop is inserted into a vessel which is flowed by radiator circuit liquid and which can form said buffer layer, that the second heat exchanger comprises one of preheated tap water flowed through a vessel which is provided with a jacket which is part of a line circuit in which the hot gas cooler is arranged, whereby cartridges can advantageously be arranged in the vessel of the first heat exchanger to offer additional heat, for example in the event of a malfunction of the heat pump.

Uppfinníngen definieras i de bilagda patentkraven.The invention is defined in the appended claims.

Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas i exempelform med hänvisning till bifogade ritning.The invention will in the following be described in more detail in exemplary form with reference to the accompanying drawing.

Ritning Pig. 1 visar schematiskt ett första utföringsexempel på en anläggning enligt uppfinningen. Pig. 2 visar schematiskt ett andra_ utföringsexémpel på en anläggning enligt uppfinningen.Drawing Pig. 1 schematically shows a first embodiment of a plant according to the invention. Pig. 2 schematically shows a second embodiment of a plant according to the invention.

Utföringsexemgel På fig. l visas en radiatorkrets omfattande en stigarled- 10 15 20 25 30 35 40 8005087-5 ning 21 och en returledning 20 mellan vilka radiatorer 27 är inkopplade. En shuntledning 22 sträcker sig mellan ledningarna 20 och Zl och är ansluten till stigarledningen 21 via en shuntventil 23. Ledningarna 20,21 kommunicerar med varandra via en värmeväxlaremantel 3, som är anbríngad runt ett kärl 4.Embodiment Example Fig. 1 shows a radiator circuit comprising a riser line 21 and a return line 20 between which radiators 27 are connected. A shunt line 22 extends between the lines 20 and Z1 and is connected to the riser line 21 via a shunt valve 23. The lines 20, 21 communicate with each other via a heat exchanger jacket 3, which is arranged around a vessel 4.

En ytterligare shuntledning 25 är inkopplad mellan ledningarna 20,21 mellan manteln 3 och shuntledningen 22. Ledningen 25 inne- håller en cirkulationspump 26 och står i värmeväxlingskontakt med en kondensor 2 tillhörande en värmepumpanläggning. En tapp- vattenledníng 50 är anordnad att via en diffusor S7, anordnad i närheten av kärlets 4 botten,tillföra kallt tappvatten till kärlet 4. En ledning 51 ansluter till kärlets 4 övre del för bortledning av i kärlet 4 förvärmt tappvatten. Ledningen 51 innehåller en värmeväxlingsslínga 6, vilken är anordnad i ett vätskeförråd 5 i en konventionell värmepanna 40, som i det visade exemplet är en oljepanna med en oljebrännare 41. Vätske- förrådet 5 är anslutet till en cirkulationskrets 30 vilken innehåller en cirkulationspump 31 och står i värmeväxlings- kontakt med en hetgaskylare l, som kan vara anordnad i serie för kondensorn 2 i värmepumpen. Pörrådet 5 och manteln 3 är an- slutna till varandra via en övre ledning 61 och en undre ledning 60. En shuntledning 64 sträcker sig mellan ledningarna 60,61.A further shunt line 25 is connected between the lines 20, 21 between the jacket 3 and the shunt line 22. The line 25 contains a circulation pump 26 and is in heat exchange contact with a condenser 2 belonging to a heat pump system. A tap water line 50 is arranged to supply cold tap water to the vessel 4 via a diffuser S7, arranged in the vicinity of the bottom of the vessel 4. A line 51 connects to the upper part of the vessel 4 for drainage of tap water preheated in the vessel 4. The line 51 contains a heat exchange loop 6, which is arranged in a liquid supply 5 in a conventional heating boiler 40, which in the example shown is an oil boiler with an oil burner 41. The liquid supply 5 is connected to a circulation circuit 30 which contains a circulation pump 31 and is in heat exchange contact with a hot gas cooler 1, which may be arranged in series for the condenser 2 in the heat pump. The supply line 5 and the jacket 3 are connected to each other via an upper line 61 and a lower line 60. A shunt line 64 extends between the lines 60,61.

En shuntventil 62 är anordnad mellan shuntledningen 64 och ledningen 61. Mellan manteln 3 och shuntventilen 62 är en Ventil 63 anordnad, vilken är fjäderbelastad för att hålla ledningen 61 avstängd i ändamål att förhindra självcirkulation.A shunt valve 62 is arranged between the shunt line 64 and the line 61. Between the jacket 3 and the shunt valve 62 a valve 63 is arranged, which is spring-loaded to keep the line 61 closed for the purpose of preventing self-circulation.

Ventilen 63 är anordnad att öppna vid ett vätsketryck på pann- Sidan, som etableras av en cirkulationspump 65 anordnad i led- ningen 60. _ Kärlet 4 kan ha en väsentlig volym för att utgöra ett energibuffertlager för tappvatten som förbrukas via ledningen 51, så att varmt förbrukningsvatten kan hämtas från anlägg- ningen även i anslutning till s.k. störttappning när energi- bortflödet via tappvattnet är väsentligt större än den energi- produktion som momentant kan åstadkommas av värmekällorna i anläggningen.The valve 63 is arranged to open at a liquid pressure on the boiler. The side 4, which is established by a circulation pump 65 arranged in the line 60. The vessel 4 can have a substantial volume to constitute an energy buffer storage for tap water consumed via the line 51, so that hot consumption water can be fetched from the plant also in connection with so-called plumbing when the energy outflow via the tap water is significantly greater than the energy production that can be momentarily achieved by the heat sources in the plant.

Den värmepumpanläggning i vilken hetgaskylaren 1 och kondensorn 2 ingår är av konventionellt slag och har därför icke närmare visats eller beskrivits.The heat pump system in which the hot gas cooler 1 and the condenser 2 are included is of a conventional type and has therefore not been shown or described in more detail.

På fig. 2 visas ett alternativt utföringsexempel på upp- 10 15 20 25 30 35 40 8005087-5 finningen,varvid radiatorkretssidan av anläggningen enligt fig. 2 helt motsvarar den enligt fig. l. Vidare är ledningarna 20,21 inkopplade i ett relativt stort kärl 3 i vilket elpatroner 60 är anordnade för att erbjuda tillsatsvärme till anläggningen, exempelvis för det fall att värmepnmpen bortfaller. Kärlet 3 innefattar en rörslinga 4, ingående i en ledning 50, som leder kallt tappvatten genom slingan 4 för förvärmning av tappvattnet genom värmeväxling med radiatorkretsvätskan i kärlet 3. Led- ningen 50 mynnar via en diffusor Sl nära bottnen i ett kärl 6. Vid överdelen av kärlet 6 finns en ledning 51 ansluten för utmatning av i kärlet 6 slutvärmt och i slingan 4 förvärmt tapp- vatten. Kärlet 6 är omslutet av en mantel 5 vilken är inkopp- lad i en vätskekrets 30 som innehåller en cirkulationspump 31 och står i värmeväxlingskontakt med en hetgaskylare 1. I fig. 2 är liksom i fíg. 1 hetgaskylaren l inkopplad i serie före_kgndensorn Z i en konventionell värmepumpanläggning.Fig. 2 shows an alternative embodiment of the invention, wherein the radiator circuit side of the plant according to Fig. 2 completely corresponds to that according to Fig. 1. Furthermore, the lines 20, 21 are connected in a relatively large vessel 3 in which immersion heaters 60 are arranged to offer additional heat to the plant, for example in the event that the heat pump fails. The vessel 3 comprises a pipe loop 4, included in a line 50, which leads cold tap water through the loop 4 for preheating the tap water by heat exchange with the radiator circuit liquid in the vessel 3. The line 50 opens via a diffuser S1 near the bottom of a vessel 6. At the top of the vessel 6, a line 51 is connected for discharging tap water heated in the vessel 6 and preheated water in the loop 4. The vessel 6 is enclosed by a jacket 5 which is connected in a liquid circuit 30 which contains a circulation pump 31 and is in heat exchange contact with a hot gas cooler 1. In Fig. 2 is as in fig. In the hot gas cooler 1 connected in series with the preheater # 2 in a conventional heat pump system.

Vid utföringsformen enligt fig. 2 kan kärlet 6 med fördel anses utgöra det nämnda energibuffertlagret för tapp- varmvatten, och kommer till pass speciellt vid s.k. störttapp- ning av förbrukningsvarmvatten via ledningen 51.In the embodiment according to Fig. 2, the vessel 6 can advantageously be considered to constitute the said energy buffer storage for domestic hot water, and is useful especially in so-called discharge of domestic hot water via line 51.

Anläggningen enligt fig. l kan med fördel utföras i anslutning till en befintlig anläggning omfattande den till vänster om manteln 3 i fig. 1 visade radiatorkretsen, samt den i fig. 1 till höger visade oljepannan. Härvid skall för åstadkommande av uppfinningen, kärlet 4 med manteln 3 anslutas via ledningarna 60,6l,64, ventilerna 62,63 och pumpen 65 till värmepannan. Vidare skall värmepannan tillordnas en krets 30 med hetgaskylare 1 och pump 31 samt skall tappvattenled- ningen inledas i kärlet 4 för förvärmning av tappvattnet innan det inledes via ledningen 51 i den konventionella slutvärmaren 6 i värmepannan 40.The plant according to Fig. 1 can advantageously be constructed in connection with an existing plant comprising the radiator circuit shown to the left of the jacket 3 in Fig. 1, and the oil boiler shown in Fig. 1 to the right. In order to carry out the invention, the vessel 4 with the jacket 3 must be connected via the lines 60,61, 64, the valves 62,63 and the pump 65 to the boiler. Furthermore, the boiler must be assigned a circuit 30 with hot gas cooler 1 and pump 31 and the tap water line must be started in the vessel 4 for preheating the tap water before it is started via line 51 in the conventional final heater 6 in the boiler 40.

Anläggningen enligt fig. Z är i första hand avsedd såsom en nyinstallation för fastighet, där reservvärme erbjudes medelst elpatronerna 60 för det fall värmepumpen skulle från- falla. I detta fall är syftet primärt att upprätthålla värme~ tillförseln till radiatorkretsen. För att undvika alltför stora effekter för elpatronerna 60 kan det vara lämpligt att avstänga varmvattenproduktionen, exempelvis medelst en av- stängningsventil (ej visad) i tappvattenledningen 50.The plant according to Fig. Z is primarily intended as a new installation for a property, where reserve heating is offered by means of the immersion heaters 60 in the event that the heat pump should fail. In this case, the purpose is primarily to maintain the heat supply to the radiator circuit. To avoid excessive effects for the immersion heaters 60, it may be appropriate to shut off hot water production, for example by means of a shut-off valve (not shown) in the tap water line 50.

Det inses att man genom anläggningar utförda enligt deIt is understood that through facilities constructed according to the

Claims

10 15 20 25 30 35 40 8005087-5 shown and according to the invention achieves all the objects previously stated herein, while avoiding the similarly previously mentioned difficulties and inconveniences. P A T E N T K R A V

A system for heating tap water and radiator circuit liquid, comprising a heat pump with a hot gas cooler (1) and with a condenser (2), a radiator circuit (20,2l, 27) which is flowed through by the liquid and which comprises a first heat exchanger (3,4) which is arranged to be supplied with heat by the heat pump for heating the liquid, and a tap water line (50,5l) with a second heat exchanger (5,6) which is arranged to be supplied with heat by the heat pump for heating tap water, characterized in that the first heat exchanger (3,4) is arranged in Xerme exchanger contact with the tap water line (50,5l) for preheating the tap water, that the second heat exchanger (5,6) is arranged to heat the preheated tap water, that the condenser (2) is arranged to transfer heat to the first heat exchanger (3,4) at the condensing temperature of the heat pump refrigerant, that the hot gas cooler (1) is arranged to transfer heat to the second heat exchanger (5,6) at a temperature luck that exceeds said cow condensing temperature, and that at least one of the heat exchangers is assigned to a liquid vessel which contains heated liquid or hot water to form an energy buffer layer for the tap water.

Plant according to claim 1, characterized in that the first heat exchanger comprises a vessel (4) flowing through tap water which is enclosed by a jacket (3) which is included in the radiator circuit, and in that the second heat exchanger comprises a pipe loop ( 6) in the tap water line, which pipe loop (6) is inserted in a liquid supply in a conventional fuel-fired boiler, the supply being connected to a liquid circuit at which the hot gas cooler (1) is arranged.

Plant according to claim 2, characterized in that lines (60,6l) are arranged to connect the supply (5) and the jacket (6) in series with each other, that one line (60) comprises a circulation pump (65), that a shunt line (64) extends between the two lines (60,6l), that a shunt valve is connected between the second line (61) and the shunt line (64), and that the second line (61) between the shunt valve (62) and the jacket (3) has a non-return valve (63) which is spring-loaded to normally prevent self-circulation between the supply (5) and the jacket (3), the valve (63) being arranged to open at a pump pressure generated by the circulation pump.

Plant according to claim 1, characterized in that the first heat exchanger comprises a pipe loop (4) in the tap water line (50), which pipe loop (4) is inserted into a vessel (3) flowing through radiator circuit liquid, that the second heat exchanger comprises a vessel (6) flowing through preheated tap water which is provided with a jacket (S) which is included in a line circuit (30) in which the hot gas cooler (1) is arranged, whereby electric cartridges (60) can advantageously be arranged in the first heat exchanger. vessel (3) to offer additional heat, for example in the event of a malfunction of the heat pump.