SE423836B - Behallare for beredning av tappvatten genom vermning medelst en vermpump - Google Patents

Description

15 20 25 jO 55 40 8085088-3 Ändamål Ett ändamål är därför att anvisa en behållareanordning som medger en balans hos värmepumpen mellan tillgänglig över- hettningseffekt (i hetgaskylaren) på högre temperaturnivå, och kondenseringsvärmet, speciellt vid värmning av tappvarm- vatten under vår, sommar och höst i ett klimat motsvarande det nordiska. Ett ytterligare ändamål är att anvisa en behållare- anordning som ger s.k. back-up vid störttappning av varmvatten så att radiatorkretsens (värmebärarvätskans) hela värmekapaci- tet tillfälligt kan utnyttjas. Ett annat ändamål är att anvisa en anordning som medger förvärmning av tappvarmvatten i syfte att medge användning av så stor del av den tillgängliga värme- effekten från värmepumpen vid så låg temperatur som möjligt för att åstadkomma bästa värmefaktor för värmepumpen. Ett ytterli- gare ändamål är att anvisa en anordning som ger värmepumpen rimlig gångtid för uppladdning av behållareanordningen trots att radiatoreffektbehovet kan vara litet, exempelvis under vår, höst och sommar. Ett ytterligare ändamål är att anvisa en be- hållareanordning som förhindrar täta tillslag/frånslag för värmepumpen speciellt under tider med låg värmebelastning på radiatorkretsen.

Karakterisering av uppfinningen Uppfinningen utgår ifrån en behållareanordning för bered- ning av förbrukningsvatten (tappvatten) genom värmning medelst .en värmepump via en värmebärarvätska, såsom en radiatorkrets- vätska, vilken anordning innefattar ett kärl med värmeväxlings- organ för överföring av värme från värmepumpen till vattnet via vätskan; Man kan.sâlunda notera att förbrukningsvattnet genom- strömmar en krets som är helt åtskild från värmepumpkretsen så att läckage i värmepumpkretsen i kärlet icke medför någon kon- tamination av förbrukningsvattnet. Uppfinningen utmärkes av att kärlet är anordnat att innehålla värmebärarvätskan, att flödesbegränsande organ är anordnade i kärlet för uppdelning av kärlet i två kommunicerande vertikalt åtskilda kamrar, att den undre kammaren är tillordnad en första värmeväxlare vilken utgör kondensor i värmepumpen, och en andra värmeväxlare vilken utgör förvärmare för tappvattnet, och att den övre kam- maren innefattar en tredje värmeväxlare vilken utgör hetgas- kylare i värmepumpen, och en fjärde värmeväxlare som utgör slut- värmare för tappvattnet. 10 15 20 25 }O 35 40 8005088-3 Genom en sådan strukturell utformning av den uppfinnings- enliga behållareanordningen medges upprättande av två tempera- turzoner i anordníngen, i vilka intern cirkulation är möjlig utan att omröring -och oönskat utbyte mellan zonerna uppstår.

Härigenom kan man på gynnsamt sätt tillgodogöra sig den skikt- ningseffekt som normalt uppstår i behållareanordningar av nämnda art. Vätskan i den övre kammaren hålles i normalfallet på en högre temperaturnivå än vätskan i den undre kammaren på grund av att värmepumpens hetgaskylare erbjuder en högre tempera- turnivå än värmepumpens kondensorenhet. Inom respektive kammare kommer vätskan att utsättas för en egen konvektion vid värme- tillförsel resp. -uttag. Denna egenkonvektion kan då utnyttjas för överföring av värme mellan den första och den andra värme- växlaren resp. mellan den tredje och den fjärde värmeväxlaren.

Värmepumpen avger värme med ett väsentligen konstant förhållande mellan hetgasvärme och kondenseringsvärme; om obalans upp- träder på förbrukningssidan, erbjuder de flödesbegränsande organen möjlighet för värmebärarvätskan att förskjutas mellan de två kamrarna eller zonerna. Detta är av speciell betydelse, enär man då kan utnyttja värmeínnehållet i radiatorkretsen såsom s.k. back-up för tappvarmvattenberedningen. Värmeinnehållet i radiatorkretsen kan sålunda temporärt överföras till tapp- vattnet vid störttappning därav. I detta sammanhang kan nämnas att värmetrögheten i en byggnad normalt är så stor att en temporär reducering av radiatorkretsens värmeavgivningsförmåga icke medför några olägenheter med avseende på värmekomfort i byggnaden.

Företrädesvís innefattar de flödesbegränsande organen ett avskärmningselement som uppvisar en mångfald väsentligen vertikalt riktade kanaler. Härvid kan de flödesbegränsande organen med fördel vara bildade av ett bandformígt tvärkorrugerat material som är tätt spirallindat till en ytterdíameter motsvaran- de kärlets innerdiameter, varvid den sålunda bildade rullen av materialet utgör nämnda avskärmningselement och varvid utrymmet mellan närliggande líndningsvarv och korrugeringar definierar nämnda kanaler.

För att erbjuda en gynnsam intern cirkulation i resp. kammare kan en första skärmplåt vara anordnad i den första kammaren för avskärmning av den första värmeväxlaren från den andra var- jämte en andra skärmplåt kan vara anordnad i den andra kamma- 10 15 20 25 35 40 8005088-5 ren för avskärmning av den tredje värmeväxlaren från den fjärde.

Härvid är lämpligen den första värmeväxlaren anordnad på en lägre nivå än den andra värmeväxlaren varjämte den tredje värme- växlaren lämpligen är anordnad på en_lägre nivå än den andra värme- växlaren. Avskärmningsplåtarna tjänar därvid till att erbjuda en positiv styrning av vätskeströmningen i resp. kammare.

Skärmplåtarna kan med fördel vara anordnade att sträcka sig i huvudsak diagonalt mellan den första och den andra värme- växlaren resp. mellan den tredje och den fjärde värmeväxlaren för att styra vätskan till ett önskat cirkulationsmönster i resp. kammare genom resp. värmeväxlare.

Alternativt kan den första värmeväxlaren vara utförd såsom en med kärlet väsentligen koncentrisk rörslinga medan den andra värmeväxlaren är utförd såsom en med den första värme- växlaren koncentrisk rörslinga varvid då den andra värmeväxlaren är anordnad innanför den första värmeväxlareslingan och horisontellt åtskild från denna medelst skärmplåten som i detta fall lämpligen är utförd såsom en cylindermantel, och vidare kan i motsvarighet därtill den tredje och den fjärde värmeväxlaren vara utförd såsom med kärlet väsentligen koncentriska rörslingor varvid den fjärde värmeväxlaren är anordnad innanför den tredje värme- växlaren och horisontellt åtskild från denna av den andra skärm- plåten,som också lämpligen har formen av en cylindermantel.

Kärlets undre kammare uppvisar företrädesvis i sin övre del ett utlopp och i sin undre del ett inlopp för nämnda vätska.

Kärlets övre och undre kamrar kan med fördel vara parallellkopplade med en varmvattenberedare ingående i en konventionell bränsle- eldad panna. Alternativt kan elpatroner vara ínkopplade i kärlets undre kammare. I sistnämnda fall utgör elpatronerna en reserv- värmekälla, som prioriterar värmeavgivning till radiatorkretsen i det fall värmepumpen skulle falla ifrån. Härvid kan värmeanlägg- ningen med fördel vara utförd på sådant sätt att förbruknings- vattenledningen avstänges om värmepumpen bortfaller. Detta i ändamål att minimera erforderlig effekt för elpatronerna.

Uppfinningen definieras i de bilagda patentkraven.

Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas i exempelform med hänvisning till bifogade ritningar- Ritningar Pig. 1 visar en sektion genom en anordning enligt upp- finningen. Fig. Z visar en sektion tagen längs linje II-II 10 20 25 35 40 8005088-3 i fig. 1. Pig. 3 visar en alternativ utföringsform i en sektion motsvarande fig. 1. Pig. 4 visar ett snitt taget längs linje Ill-III i fig. 2. Pig. 5 visar en applikation av anordningen.

Utföringsexempel På fig. l visas ett vertikalt långsträckt kärl l, som medelst ett flödesbegränsande organ 2,är uppdelat i två kommuni- cerande vertikalt åtskilda kamrar 3 resp. 4. Den övre kammaren 3 innehåller två värmeväxlare 5 resp. 6, som är anordnade vertikalt över varandra och avskärmade från varandra medelst en skärmplåt 7. Värmeväxlaren 5 utgör hetgaskylare i en värmepumpanläggning, som schematiskt indikeras i fig. 2. Värmeväxlaren 6 utgör en slut- värmare för tappvarmvatten. Den undre kammaren 4 innehåller tvâ vertikalt över varandra anordnade värmeväxlare 8 och 9, vilka är avskärmade från varandra medelst en skärmplåt 10.

Värmeväxlaren 8 utgör en förvärmare för tappvarmvattnet och värmeväxlaren 9 utgör kondensor i värmepumpen. Vidare är elpatroner ll anordnade i den undre kammaren 4. Vidare kan_en avlänkningsplåt 12 vara anordnad i den undre kammaren på det i fig. 1 indikerade sättet av skäl, som nedan kommer att anges. Den undre kammaren 4 uppvisar i sin övre del ett utlopp l4 och ett inlopp 15 för radiator- kretsens utloppsledning 16 resp. inloppsledning 17. Radíator- kretsen innehåller på konventionellt sätt en shuntledning 18 och en stigarledningsshunt 19 vid anslutningen mellan ledningar- na 16 och 18. Likaledes kan radiatorkretsen innehålla en cirkula- tionspump 20 på returledningen för shuntledningen 18.

Det flödesbegränsande organet 18 är lämpligen utfört av ett bandformigt, tvärkorrugerat plåtmaterial som är tätt spiral- lindat till en rulle med en ytterdiameter motsvarande kärlets innerdíameter. Utrymmet mellan närliggande lindningsvarv och korrugeringar definierar kanaler, som medger överföring av vätska mellan kamrarna 3 och 4, men förhindrar en fri cirkulation mellan kamrarna 3 och 4.

Skärmplåtarna 7 resp. 10 är anordnade att sträcka sig snett mellan värmeväxlarna 5,6 resp. 8,9 för att åstadkomma ett mot- ursriktat flödesmönster i resp. kammare 3,4.

I fig. 2 visas schematiskt en värmepumpkrets 30 med en kompressor 31 med hetgaskylaren 5 och i serie efter denna, kondensorn 9, och därefter en köldmedietank 32, en expansionsventil 33 och en förångare 34 samt en sensor 35 efter förångaren 34, vilken sensor 35 styr ventilen 33. Hetgaskylaren 5 är dimensione- 10 15 20 25 30 35 40 8005088-5 rad för att väsentligen enbart omhänderta köldmediets överhett- ningsvärme. Kallt tappvatten inledes via en ledning 40 genom värmeväxlaren 80 där tappvattnet förvärmes till en temperaturnívå som i huvudsak motsvarar köldmediets kondenseringstemperatur, I och ledes sedan till värmeväxlaren 6 vari det förvärmda förbruk- ningsvattnet slutvärmes till en temperaturnivâ väsentligen mot- svarande köldmediets överhettningstemperatur.

För det fall värmepumpen skulle bortfalla, kan elpatronerna ll utnyttjas för att värmeförsörja radíatorkretsen. I detta fall kan det vara lämpligt att stänga ledningen 40 för att prioritera radiatorkretsen och för att minimera effektbehovet för elpatroner- na ll. Avlänkningsplåten 12 tjänar till att förhindra oönskad överströmníng av radiatorkretsvätska från den undre kammaren 4 till den övre kammaren 3 genom rullen Z.

Pig. 3 visar en alternativ anordning enligt uppfinningen vari element, vars funktion motsvarar den i figurerna l och 2, givits samma hänvisningssiffra som i figurerna l och 2, ehuru deras utformning är något annorlunda. På fig. 3 visas ett vertikalt långsträckt kärl 1, som medelst flödesfördelningsorgan Z är uppdelat i två vertikalt åtskilda kamrar 3 resp. 4, vilka kommunicerar med varandra via organet 2. Kärlet l är fyllt med radiatorkretsvätska, och radiatorkretsens utgående gren 16 är via en genomföring 14 ansluten till kammarens 4 övre del medan - radiatorkretsens ingående gren 17 är via en genomföring l5 an- sluten till kammarens 4 undre del. Rörledningarna 16,17 kan såväl í utföríngsformen enligt fig. 3 som í utföringsformen enligt figurerna l och 2, vara anordnade att ansluta tangentíellt till kammarens 4 inre för att erbjuda ett cirkulerande flödesmönster däri.

Vid utföringsformen enligt fig. 3 är hetgaskylaren 5 liksom kondensorn 9, utförd såsom en skruvlinjeformig rörslinga, som är anordnad intill kärlets l innervägg och anordnad koncentrískt med kärlet. Innanför kylaren 5 och kondensorn 9 är en cylindrísk mantelplåt 7 resp. 10 anordnad för att avskärma kylaren 5 resp. kondensorn 9 från slutvärmaren 6 resp. förvärmaren 8. Slutvärmaren 6 och förvärmaren 8 är också med fördel utförda såsom skruv- líniêformíga rörslingor, vilka är anordnade koncentriska med kärlet och med kylaren 5 resp. kondensorn 9, varvid skärmplåtarnu 7.10 avskärmar kylaren 5 från värmeväxlaren 6 resp. kondensorn 9 från förvärmaren $. I detta fall kommer i kammaren 4 vätskan 10 15 20 25 ÉO 35 8005088-3 att vid kontakt med kondensorn 9,värmas och strömma uppåt i den ringformiga spalten mellan plåten 10 och kärlets 1 vägg, för att sedan sjunka nedåt i området innanför plåten 10 på grund av värmeöverföringen till det kalla tappvatten, som genomströmmar värmeväxlaren 8. På motsvarande sätt kommer vätska i kammaren 3 att strömma uppåt i den ringformíga spalten mellan plåten 7 och kärlets l vägg vid kontakt med hetgaskylaren 5 och strömma nedåt i utrymmet innanför plåten 7 vid kontakt med slutvärmaren 6.

Elpatroner ll är anordnade i kärlets l undre del i kammarens 4 undre del på det indikerade sättet. Elpatronerna ll tjänar till att värmeförsörja radiatorkretsen i händelse av att värmepumpen skulle bortfalla. I det fall elpatronerna ll ianspråktages kan det vara ändamålsenligt att avstänga värme- växlarna 8 och 6 för att prioritera radiatorkretsen, varigenom medges en minimering av erforderlig effekt för värmepatronerna ll.

Fíg. 4 illustrerar hur organet 2 kan vara utfört av en tätlindad rulle av ett bandformigt tvärkorrugerat material, så att vertikala flödeskanaler bildas mellan närliggande lind- ningsvarv och närgränsande korrugeringar. .

Pig. 5 visar en anordning enligt fig. 1 och Z sammankopplad med en konventionell bränslepanna 61 med en oljebrännare 62. Pannans 61 vätskeförråd är via ledningar 51,54 inkopplad i serie med den övre kammaren 3. Den övre ledningen 51 innehåller en belastad ventil 52 vilken öppnar vid ett vätsketryck på pannsidan, som etableras av en pump 53 i undre ledningen 54. Pannans 61 vätskeförråd är även seriekopplat med den undre kammaren 4 via en övre ledning 55 och en undre ledning 59. En shuntledning 58 sträcker sig mellan led- ningarna 55 och 59. En belastad ventil 56 (motsvarande ventilen 52] är anordnad att öppna vid ett vätsketryck på pannsidan som etableras av pumpen 60 i undre ledningen 59. En konventionell shuntventil 57 är inkopplad mellan ledningarna 58 och 55. Pumvarna 53,60 kan vara styrda av temperaturen i resp. kammare 3,4 eller av brännaren 62, som då lämpligen är styrd av temperaturen i kamrarna 3,4. M_g

Claims (10)

8005088-93 P A T E N T K R A V

1. Behållareanordning för beredning av tappvatten genom värmning medelst en värmepump (30,3l,5,9,33,34) via en värmebärarvätska såsom en radiatorkretsvätska, innefattande ett kärl (l) med värmeväxlingsorgan (5,6,8,9) för överföring av värme från värmepumpen till vattnet via vätskan, k ä n n e - t e c k n a d av att kärlet (1) är anordnat att innehålla nämnda vätska, att flödesbegränsande organ (2) är anordnade i kärlet (1) för uppdelning av kärlet i två kommunicerande, vertikalt åtskilda kamrar (3,4), att den undre kammaren (4) är tillordnad en första värmeväxlare (9), vilken utgör kondensor i värmepumpen och en andra värmeväxlare (8), vilken utgör för- värmare för tappvattnet, och att den övre kammaren (3) inne- fattar en tredje värmeväxlare (S) vilken utgör hetgaskylare i värmepumpen och en fjärde värmeväxlare (6), vilken utgör slutvärmare för tappvattnet.

2. Anordning enligt krav 1, av att de flödesbegränsande organen (2) innefattar ett av- skärmningselement, som uppvisar en mångfald väsentligen vertikalt k ä n n e t e c k n a d riktade kanaler.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att de flödesbegränsande organen är bildade av ett band- formigt, tvärkorrugerat material, som är tätt spirallindat till en ytterdiameter motsvarande kärlets (1) innerdiameter varvid den sålunda bildade rullen av materialet utgör nämnda avskärmníngselement och varvid utrymmet mellan närliggande lindningsvarv och korrugeringar definierar nämnda kanal.

4. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att en första skärmplåt (7) är anordnad i den övre kammaren (3) för avskärmning av den tredje värmeväxlaren (5) från den fjärde (6) och att en andra skärmplåt (10) är anordnad i den undre kammaren (4) för avskärmning av den första värmeväxlaren (9) från den andra värmeväxlaren (8).

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d att den första värmeväxlaren (9) är anordnad på en lägre nivå den andra värmeväxlaren (8) och att den tredje värmeväxlaren (5) av än är anordnad på en lägre nivå än den fjärde värmeväxlaren (6).

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att skärmplåtarna (7110) är anordnade att sträcka sig i huvud- sak diagonalt mellan den första och den andra värmeväxlaren (8, 9) resp. den tredje och fjärde värmeväxlaren (5,6) för att styra 8005088-3 vätskan till önskat cirkulationsmönster i resp. kammare (3,4) genom resp. värmeväxlare (9,8; 5,6).

7. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att den första värmeväxlaren (9) är utförd såsom en medelst kärlet (1) väsentligen koncentrisk rörslinga, att den andra värmeväxlaren (8) är utförd såsom en med den första värmeväx- laren (9) väsentligen koncentrisk rörslinga, och att den andra värmeväxlaren (8) är anordnad innanför den första värme- växlarslingan (9) och horisontellt åtskild från denna medelst tvärplåten (10). att den tredje och den fjärde värmeväxlaren (5,6) är utförd såsom med kärlet väsentligen koncentriska rör- slingor, varvid den fjärde värmeväxlaren (6) är anordnad innan- för den tredje värmeväxlaren (5) och är horisontellt åtskild från denna av den andra skärmplåten (7).

8. Anordning enligt något föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att kärlets (1) undre kammare (4) uppvisar i sin övre del ett utlopp (14) och i sin undre del ett inlopp (15) för radiatorkretsvätska, och att utloppet TGSP- inloppet företrädesvis är anordnat att medge en tangentiell utströmning resp. inströmning av vätska i kärlet.

9. Anordning enligt något av kraven l-8, k ä n n e - t e c k n a d av att elpatroner (ll) är ínkopplade i kärlets (1) undre kammare (4).

10. Anordning enligt något av kraven l-9, k ä n n e - t e c k n a d av att den övre kammaren (3) uppvisar i sin övre del ett inlopp och i sin undre del ett utlopp, som är anslut~ bara till motsvarande höjdnivåer i en varmvattenberedare,ingående i en konventionell bränsleeldad panna, och att den undre kammaren (4) uppvisar i sin övre del ett inlopp och i sin undre del ett utlopp, som är anslutbara till motsvarande nivåer i pannan, för att medge kompletterande eller alternativ värmeöverföring från en sådan panna till behållaren.