SE434778B - Vermepump med slidventilreglerad skruvkompressor samt en dita expander - Google Patents

Description

40 '15 20 25 50 55 40 7713082-1 2 Det värmepumpförsedda uppvärmnings- och kylningssystemet, särskilt det i vår nämnda ansökan 7700668-2 beskrivna, är för- sett med en luftkälleevaporator/luftkyld kondensorslinga, som är placerad utanför den byggnad, som skall konditioneras och som före- trädesvis använder nämnda slinga som en källa för termisk energi för uppvärmning av byggnaden, särskilt medelst en i ett värmevät- skesystem ingående värmekondensor (ett"hydroniskt" system) inuti byggnaden och i den slutna krets, som innefattar kompressorn och luftkälleevaporatorn/luftkylda kondensorslingan.

Både i den nämnda ansökan och här föreliggande ansökan inne- fattar den spiralskurna, roterande skruvkompressorn ett flertal i längdriktningen rörliga slidventiler, vilka företrädesvis cm- fattar en styrslidventil för insugning eller kapacitet, en slid- ventil för tryckanpassning eller utflöde, en inloppsslidventil för införande av ånga till kompressorn, vid en punkt i kompressions- processen mellan kompressorns insugnings- och utloppstryck, och en utloppsöppning för bortförande från kompressorn av partiellt komprimerad kylmedelsånga för att mata kylmedel genom en sekundär- krets, som utgör en lågtrycksvärmeväxlare.

W Uppfinningen hänför sig till sådana luftkällesystem med värme- pump som ytterligare innefattar en spiralskuren roterande skruv- expander av liknande konstruktion som den spiralskurna roterande skruvkompressorn, med undantag av att den expanderar kylmedels- ånga och tjänar till att driva kompressorn eller,genom att över- varva.induktionsmotorns rotor. och sålunda att'till det kraftnät, som matar drivmotorn, särskilt vid låg kompressorbelastning, avge elektrisk energi. Företrädesvis är en mekanisk motor mekaniskt kopplad till kompressorn för att driva denna och en koppling pla- cerad mellan motorn och expandern, som tillåter expandern att val- fritt mekaniskt kopplas till den elektriska drivmotorn, som är fast förbunden med den spiralskurna roterande skruvkompressorn.

Sol/återvinningsevaporatorn och expanderkokaren kan valbart för- bindas med insugningsöppningen i insugningsslidventilen på kom- pressorn eller med expanderns inloppsöppning, beroende på systemets driftstillstånd. Det primära kylkretssystemet kan valbart åstad- knmma. kylning eller uppvärmning enbart med hjälp av en solkälla, värmeåtervinningskälla eller liknande utan användning av luft- källans evaporator och belastningenkanåstadkommas genom att mata kylmedel till kompressorn via insugningsslidventilen och kapaci- tetsslidventilen med alla slidventiler förskjutna för att möta varierande belastningar och driftsförhållanden. 10 15 20 25 40 7713082-1 \N En hjälpförbränningskokare, som eldas direkt med fossilt bränsle eller liknande, kan mata kylmedelsånga med hög temperatur till expandern parallellt med eller istället för kylmedelsånga från sol/âtervinningsevaporatorn och expanderkokaren och maximal termisk verkningsgrad kan åstadkommas genom att leda expanderut- flödet till värmevätskesystemets värmekondensor.

Av ritningarna visar ett schematiskt kopplingsschema för det förbättrade luft- källesystemet med värmepump enligt uppfinningen under an- vändning av en roterande skruvkompressor/expander med ett flertal slidventiler under uppvärmningstillstånd och med fig. 1 luftkällan och sol/àtervinningskällan arbetande parallellt, fig. 2 ett schematiskt kopplingsschema liknande det i fig. 1, där systemet arbetar under uppvärmning med inmatning av termisk energi enbart från sol/återvinningskällan, fig. 5 ett schematiskt kopplingsschema liknande det i fig. 1 och 2 under icke säsongtillstànd med solkällan drivande expander/kompressorenheten, fig. 4 ett schematiskt kopplingsschema liknande det i fig. 1-5 under kylningstillstånd med solkällan drivande expandern/ kompressorn, en sidovy delvis i genomskärning av en byggnadskropp, som innefattar ett reverserbart kylsystem, vars värmepump är kaskadkopplad med värmevätskesystemets värmekondensor, varvid vattenkylningsevaporatorn i värmepumpsystemet i fig. 1-4 utbildar de termiska kaskadslingorna för in- och utmatning av energi inom det reverserbara kylningscykel- systemet för en byggnadskropp.

Uppfinningen innefattar ett förbättrat värmepumpssystem med en sluten krets, vid vilket det i fig. 1 visade utförandet av upp- finningen en spiralskuren roterande skruvkompressor och med en expander i form av en hermetisk enhet, generellt betecknad med 10, innefattar ett hermetiskt hus 12, som rymmer en spiralskuren rote- rande kompressor 14 och en elektrisk drivmotor 16, som företrädes- vis består av en elektrisk synkronmotor av induktionstyp, som är mekaniskt hopkopplad med skruvkompressorn 14 medelst en axel 18 för drivning av kompressorns spiralskurna skruvar. Inom huset 12 är också anordnad en spiralskuren roterande expander 20 och en val- bart inkopplingsbar koppling, allmänt betecknad med 21, som fun- gerar så, att den valbart kan mekaniskt koppla expandern 20 till fig. 5 10 15 20 25 50 55 40 7713082-1 4 med varandra permanent mekaniskt förbundna drivmotor 16 och kom- pressor 14. Den spiralskurna roterande skruvkompressorn 14 är av den typ som beskrivas i ansökan 7700668-2 och innefattar fyra axiellt eller i längdriktningen inställbara slidventiler, allmänt betecknade med 22, 24, 26 och 28. Slidventilen 22 utgör en utlopps- slidventil och uppvisar en utloppsöppning 50, som medger förångat arbetsmedium, som t ex kylmedelsånga som finns i det slutna kyl- cirkulationskylsystemet, att utmatas från kompressorn 14 vid ett tryck mellan inlopps- och utloppstrycken. Slidventilen 24 utgör en utloppsslidventil och innefattar företrädesvis ett tryckkän- nande organ för att mäta trycket i en sluten gänga i närheten av utloppsöppningen och ventilen anpassar trycket i denna slutna gänga till trycket i kompressorutloppsledningen 54 vid utlopps- öppningen 25 för att förhindra under- eller överkompression i kom- pressorn på samma sätt som beskrivesi vår ansökan 7700668-2. Slid- ventilen 26 utgör en styrslidventil för kompressorns kapacitet och åstadkommer avlastning av kompressorn genom att medge, att en del av insugningsgasen införes i kompressorn 14 vid insugnings- öppningen 27 från sugledningen 56 för att återgå till maskinens sugsida utan att komprimeras, ' Slidventilen 28 uppvisar en insugningsöppning 58, som med- ger ångformigt arbetsmedium, som t ex kylmedelsånga, att ledas in i kompresorn vid ett mellantryck i en punkt i kompressionspro- cessen, dvs i en sluten gänga,som är avstängd från maskinens sug- ledning 56 och dess utloppsledning 54.

Samtliga slidventiler 22, 25, 26, och 28 är axiellt eller i längdled förskjutbara i förhållande till kompressorn, såsom an- givits genom pilar 42 med dubbla spetsar, vilket åstadkommas och styres huvudsakligen på samma sätt som visas i nämnda ansökan 7700668-2. ' Den spiralskurna roterande skruvexpandern 20 är huvudsak- ligen identisk med kompressorn 14, men i detta fall driver det högar ångtrycket eller arbetsmediet skruvarna relativt varandra, när det expanderar mellan de spiralskurna roterande skruvarna i expandern 20, och åstadkommer således en roterande rörelse på den utgående axeln 45, som via en koppling 21 kan sammankopplas med motorns 16 axel 18 och till kompressorn 14 för att komprimera en annan del av arbetsmediet, som passerar genom kompressorn 14. På samma sätt fungerar expandern 20 också, när den driver induktions- motorns 16 rotor för att generera elektrisk ström, som kan levere- 10 15 20 P5 x» Ö 40 7713082-1 ras från maskinen till det icke visade elektriska nätet genom elektriska ledningar 44.

Expandern 20 är försedd med ett par slidventiler eller organ 46, 48, vilka är axiellt förskjutbara, såsom visas genom dubbel- spetsade pilar 50, för att förskjuta ingàngspunkten för arbets- mediet genom matningsledningen 52 till expandern och slidventilen 46 till expanderinloppet eller inmatningsöppningen 55, medan slid- ventilen 48 kan förskjutas för att anpassa trycket i den stängda gängen i expandern 20 alldeles före utloppet vid expanderns ut- lopps- eller utförselöppning 49 till expanderns utloppsledning 54 för att förhindra under- eller överexpansion enligt anvisningarna i våra ovan nämnda ansökningar. Likaså är anordningarna för att förskjuta slidventilerna 46 och 48 och styra dem väsentligen de- samma som beskrivits i patentansökning och utfärdat patent.

Den hermetiska enheten 10 innefattar en komponent inom det slutna kylcirkulationsystemet med värmepump, som ytterligare inne- fattar värmevätskesystemets värmekondensor eller slinga56, mot- tagare 58, nedkylningsevaporator eller slinga 60, sol/återvinnings- evaporatorn och expanderkokaren eller slingan 62, vattenkylevapo- ratorn eller slingan 64, luftvägsevaporatorn/luftkylda kondensorn eller slingan 66 och varmluftsvärmeslingan 68, vilka element med undantag av mottagaren 58 utgör värmeväxlare för värmeutväxling mellan kylmedlets arbetsvätska för det primära värmepumpssystemet i det beskrivna utförandet, det reversibla, vätskefyllda värme- pumpssystemet för individuell zon- eller rumsuppvärmning av en lämplig byggnad eller annat slutet rum, som visas i fig. 5, atmos- fären etc.

Mottagaren 58, nedkylningsevaporatorn 60, sol/återvinnings- evaporatorn och expanderkokaren 62, vattenkylningsevaporatorn 64 och luftkälleevaporatorn/luftkylningskondensorn 66 är, i det ut- förande som visas i fig. 1-4, ekvivalenta med de element, som visas i fig. 4 och 2 i vår ansökan 7700668-2, ehuru denna ansökan saknar expandern 20, varmluftsuppvärmningsslingan och de särskilda kretsförbindningar och kontrollventiler, som användes vid före- liggande uppfinning. I detta hänseende leder kompressorutloppsled- ningen 54 vanligen kompressorns utflöde till värmevätskesystemets värmekondensor 56, vilken företrädesvis tjänar som värmekälla för det kaskadkopplade zonsystemet, med värmepump,som visas i fig. 5, varvid kylmedelsånga som strömmar ut från kompressorn kondenseras till flytande form vid högt tryck i enheten 56 och passerar till 40 45 20 25 BO 55 40 '7713082-1 6 mottagaren 58 genom ledningen 70. För att kyla ned kylmedelsvät- skan förbinder en ledning 72 mottagaren med nedkyhfingsevaporatorn 60, varvid en del kylmedelsvätska förångas i nedkylningsevapora- torn genom att avtappas från matnings- eller grenledningen 74 för kylmedel för sol/återvinningsevaporatorn och expanderkokaren 62, vattenkylningsevaporatorn 64 och luftkälleevaporatorn/luftkylda kondensorn. Ledningen 76 medger att en del av det under högt tryck stående, nedkylda flytande kylmedlet avledes från grenröret under styrning från en styrventil 78 för att expandera och medelst det latenta ångbildningsvärmet medföra att det relativt kalla, under högt tryck stående kylmedlet får temperaturen ytterligare minskad, medan den ånga som under denna process uppstår i enheten 60 åter- föres till den hermetiska enheten 40 genom en returledning 80 från nedkylningsevaporatorn. Returledningen 80 mynnar i kompressorin- loppsledningen 40 vid en punkt 82 nedströms en backventil 84 för att tillförsäkra att det nedkylande, förångade kylmedlet, oberoen- de av systemetsfunktion, införes i den spiralskurna skruvkom- pressorn 14 vid ett mellantryck vid en punkt mellan maskinens in- lopps- och utloppssidor enligt de anvisningar som lämnats i ovan- nämnda patentansökningar.

Gren- eller matningsledningen 74 för kylmedel är genom en grenledning 86 via en styrventil 88 förbunden med sol/återvinnings- evaporatorn och expanderkokaren 62, som tjänar att kondensera god- tycklig vätska, t ex glykol, i den sol/återvinningsevaporator och expanderkokarkrets som utbildas av rör eller ledningar 63 och att upptaga termisk energi från en sådan enhet och vidarebefordra den till den primära kylkretsen i luftkällesystemet i fig. 4-4 genom den hermetiska enheten 10. Inloppsledningen 40 leder normalt det förångade kylmedlet till inloppsslidventilens inloppsöppning 58, i detta fall under frånvaro av en alternativ strömningsväg till insugningsöppningen 27 genom sugledningen 56. Matningsgrenled- ningen 74 är vidare förbunden med vattenkylningsevaporatorn 64 genom en grenledning 92 via en styrventil 94, varvid vattenkyl- ningsevaporatorns 64 utloppssida är direkt förbunden med kompres- sorns sugledning 56 genom vattenkylningsevaporatorns returledning 95. - En shuntledning 96 är insatt mellan vattenkylningsevaporatorns inloppsledning 40 och returledning 95 vid en punkt mellan en sole- noidstyrd avstängnings- eller styrventil 98 i inloppsledningen 40 och backventilen 84. Denna shuntledning 46 innefattar vidare en 10 15 20 25 40 7713082 '-1 7 solenoidstyrd styrventil 100, så att med ventilerna 100 och 98 öppna, kylmedelsångan återgår till maskinens lágtrycks--eller in- sugningssida och medger att ytterligare kylmedel föres genom sol/ återvinningsevaporatorn och expanderkokaren 62 under vissa för- hållanden - som kommer att visas senare - istället för att kräva att kylmedelsånga strömmar in i maskinen vid den högre trycknivá, som bestämmes av insugningsöppningen 58, som är anordnad i insug- ningsslidventilen 28.

Matningsgrenledningen 74 slutar vid sin från nedkylningseva- poratorns 60 bortre ände vid ena sidan av luftkälleevaporatorn/ luftkylda kondensorn och innefattar en styrventil 102. Termiska expansionsventiler(icke visade) eller liknande expansionsanord- ningar erfordras på inloppssidan av nedkylningsevaporatorn 60, sol/ återvinningsevaporatorn och expanderkokaren 62, vattenkylningseva- poratorn 64 och luftkälleevaporatorn/luftkylda kondensorn 66. Så- dana termiska expansionsventiler eller liknande är anordnade mel- lan styrventilen 78 och nedkylningsevaporatorn 60, styrventilen 88 och sol/återvinningsevaporatorn och expanderkokaren 62, styr- ventilen 94 och vattenkylningsevaporatorn 64 samt styrventilen 102 och luftkälleevaporatorn/luftkylda kondensorn 66.

Dessutom kommer, på sätt som anges i vår ansökan 7700668-2, när termisk energi skall strömma ut i atmosfären med slingan 66 verkande som en luftkyld kondensor, den komprimerade kylmedels- gasen att kondenseras och värme avlämnas till atmosfären i slingan 66 vid reverserat flöde, dvs kylmedlet införes vid toppen av luft- källeevaporatorn/luftkylda kondensorslingan och strömmar ut vid bottnen, fig. 1-4. I detta avseende innefattar systemet vidare en passage eller ledning 104, som sträcker sig mellan den herme- tiska enheten 10 och luftkälleevaporatorn, parallellt med sugled- ningen 56, Sugledningen 56 uppbär en styrventil 106, medan led- ningen 104 innefattar en styrventil 108 för styrning av kylmedlet genom denna, varvid ventilen 106 är stängd, när ventilen 108 är öppen och vice versa. Med ventilen 106 stängd och ventilen 108 öppen samt enheten 66 verkande för att kondensera kylmedelsånga, strömmar flytande kylmedel ut från slingan 66 via ledningen 110 och drives medelst en pump 112 till mottagaren 58 i denna ledning.

Enmpen 112 pumpar tångsmässigt det flytande kylmedlet från enheten 66 till mottagaren 58, I ledningen 110 tjänar en alterna- tiv matningsledning 114 för att avleda en del av det flytande kyl- medlet i ledningen 110 under selektiv styrning av en styrventil 40 45 20 25 55 40 '7713082-1 8 446 till grenledningen 86, som leder till sol/återvinningsevapo- ratorn och expanderkokaren 62,genom att anslutas till ledningen 86 mellan styrventilen 88 och nämnda element. I den alternativa matarledningen 444 är en pump 448 anordnad för att pumpa flytande kylmedel till slingan 62 för expansion under styrning av en (icke visad) termisk expansionsventil eller motsvarande för elementet 62.

På sol/återvinningsevaporatorn och expanderkokarens 62 ut- loppssida, uppströms styrventilen 98 och i den ledning 52 som leder till den spiralskurna roterande skruvexpandern 20 är en backven- til 420 anordnad, som tillåter kylmedelsânga att flyta till ex- pandern för expansion genom expandermatnings- eller tilloppsslid- ventilen 46 och inloppsöppningn 55 vid stängning av styrventilen 98. Efter expansion i den spiralskurna roterande skruvexpandern 20 och energiomvandling ledes kylmedelsångan till kompressorutlopps- ledningen 54 genom expanderreturledningen 54, vilken innehåller en backventil 422, som förhindrar återflöde av kylmedelsånga till- baka till expandern 20 från kompressorn 44, Flödet av expanderat kylmedel från expandern 20 passerar genom ledningen 54 till ut- loppsledningen 52 på kompressorn 44 för styrd rörelse till värme- vätskesystemets värmekondensor 56 genom grenledningen 424 och styr- ventilen 426, uppvärmningsslingan 68 för varmluft i ledningen 428, eller till enheten 66 via ledningen 404. Nedströms,varmIuftšnpp- värmningsslingan 68 är en pump 450 anordnad i ledningen 428 för att pumpa flytande kylmedel därifrån till mottagaren 58. I led- ningen 408 är en tryckregulator eller överströmningsventil 460 anordnad för att bibehålla ett givet tryck i ledningen 408 upp- ströms regulatorventilen.

Passager eller ledningar 90 kan utgöra en del av en vatten- krets bestående av fyra rör för ett uppvärmningssystem för en byggnad och mottaga värme från en värmekondensor 56 i ett värme- vätskesystem. Rör 452 medger att vatten cirkuleras genom vatten- kylningsevaporatorn 64 för att kylas. Rören 452 kan utgöra de övriga två rören i ett fyrarörs slutet vattenkretssystem för en byggnads konditioneringssystem.

Det förbättrade värmesystem enligt uppfinningen som visas i fig. 4-4 innefattar dessutom en hjälpförbränningskokare 454 i en ledning 452 från en punkt i ledningen 72, som förbinder mottagaren med nedkylningsevaporatorn, så att flytande kylmedel pumpas med hjälp av en pump 458 i denna ledning till expandermatningsled- ningen 52 genom styrventilen 456. Termisk energi tillföres det kyl- 10 15 50 40 7713082-1 9 medel, som passerar genom hjälpförbränningskokaren, medelst direkt påverkan av flammor, som t ex en flamma 162 erhållen från en fossil bränslekälla. Det hög temperatur uppvisande, av förångat kylmedel bestående arbetsmediet driver vid sin expansion i expandern 20 axeln 45, vilken genom kopplingen 21 i sin tur driver induktions- motorns 16 rotor och den spiralskurna skruven i kompressorn 14.

Ehuru en del av energin överförâ till systemet genom drivning av kompressorn 14, förloras endast en del av den termiska energin genom arbetsmediets expansion och i detta hänseende kan arbetsme- diet vid utflöde genom expanderutloppsledningen 54 flyta genom styrventilen 126 och grenledningen 124 till kompressorutloppsled- ningen 54 och därefter till värmevätskesystemets värmekondensor 56, där denna termiska energi direkt tillföres den vätska som cir- kulerar i rörledningen 90 och uppvärmer exempelvis den byggnad, som skall uppvärmas.

Tillfälligtvis kan vid en situation med totalt kraftbortfall expandern överbelastas genom eldning av kokaren 154, vilket med- ger att uppvärmnings/kylningssystemet, som utbildas av den visade kretsen, bibehålles i full funktion och också att åtminstone en begränsad tillförsel av elektricitet tillförsäkras genom att över- varva motorn 16, vilket medför att den verkar som en induktions- generator.

I fig. 5 visas, delvis i genomskuren sidovy, en byggnad B med ett flertal våningar, innefattande en första våning, ett plan 154 i en andra våning eller ett plan 156 och ett apparatrum 158 på byggnadens översta våning, dvs monterad på taket 140. I apparat- rummet 158 finnes, utöver ett flertal centrifugalpumpar 142 och kontrollpaneler 144 för styrning av driften hos det reverserbara cykliska konditíoneringssystemet, vilket är anslutet genom en två- rörsanordning, en serie för zoner eller rum anordnade vattenpum- par för luftuppvärmning, vilka pumpar anges med 146 på den andra våningen 156 och bildar en zon B, och anges med 148 för våningen 154, som bildar en zon A. Uppfinningen är tillämpbar vid ett åter- vinningssystem med värmepumpar av exempelvis det slag som bygges och säljes under varumärket AQUA-NATIC, i vilket en värmeväxlare i form av en värmekondensor 56 i ett värmevätskesystem och en vattenkylningsevaporator 64 utgör komponenter i det slutna vatten- cirkulationssystemet inom byggnaden B i fig. 5 och också utgör systemkomponenter i det primära, slutna värmepumpscirkulationssys- temet i fig. 1-4. Sålunda är AQUA-MATIC-systemet i fig. 5 kaskad- kopplat genom inbyggnad i det system, som visas i fig. 1-4. 10 15 20 50 55 40 7713082-1 10 J' ' Matnings- och returledningar förbinder de olika för luftupp- värmning avsedda vattenvärmepumparna för byggnadens plan 154 och 156, såsom visas vid 146 och 148, för att utbilda ett slutet vat- tencirkulationssystem, vars temperatur bibehålles mellan företrä- desvis 21° och 5200 medelst en vattenkylningsevaporator 64, som bildar ett kyltorn och värmevätskesystemets värmekondensor 56, som ersätter varmvattenpannan vid det mera konventionella AQUA- MATIC-systemet. De för luftuppvärmning avsedda vattenvärmepumparna 146 och 148 kan exempelvis bestå av Dunham-Bush-pumpar av lämplig typ.

Såsom visas i fig. 5, erhåller värmevätskesystemets värme- kondensor komprímerad kylmedelsånga från den hermetiska enheten 10 i fig. 1 genom att kopplas till utloppsledningen 54, varvid det kondenserade kylmedlet lämnar värmevätskesystemets kondensor 56 genom ledningen 70 och passerar genom mottagaren, som icke är visad i fig. 5. I enlighet med den del av uppfinningen som visas i fig. 1-4 erhåller vidare vattenkylningsevaporatorn 64 flytande kylmedel vid högt tryck genom matarledningen 92, varvid det flytande kyl- medlet förångas i vattenkylningsevaporatorn för att minska tempe- raturen av det vatten, som cirkulerar genom ledningarna 152, som leder till denna slinga, medan returledningen 95 äterför kylmedels- ångan till kompressorns 14 sug- eller inloppssida inom den värme- pumpen innehållande slutna kretsen för kylning i fig. 1-4.

De olika AQUA-MATIC-vattenvärmepumparna för luftuppvärmning i zonerna A och B kan valfritt medge upphettning av ett område, medan ett annat område kyles i beroende av temperaturbehoven i varje rum eller i varje område. När en viss enhet ingår i en av- kylningscykel, upptar den värme genom en luftslinga från det rum som kyles, överför detta värme genom avkylning till en vattenslinga, där det utvinnes av det cirkulerande vattnet. När uppvärmning önskas, reverseras den individuella enhetens arbetscykel, så att värme upptages från vattnet och föres utgi rummet.

Under sommaren, när alla eller de flesta enheterna arbeta på kylsidan, kommer vattenkretsen, såsom speciellt visas i fig. 5, att upptaga det värme som överföres från luften till kylmedlet, Vattenkylningsevaporatorn 64 för ut detta överskottsvärme utomhus.

I detta fall fungerar slingan 66 som en luftkyld kondensor för att utföra värme till atmosfären. Alternativt kan överskottsvärmet lagras för användning nattetid, om vattenförråfi är anordnade. Före- trädesvis innehållës en maximal vattentemperatur på 52°C. 40 215 20 25 50 55 40 7713082-1 14 Vintertid, när alla eller de flesta enheterna arbetar på uppvärmningssidan och temperaturen i vattenkretsen faller under 16°C, är det nödvändigt att tillföra värme till det cirkulerande vattnet i den slutna vattencirkulationskretsen i fig. 5 genom att tillföra värme till värmekondensorn 56. Detta ernås genom att leda utflödet från kompressorn direkt till värmevätskesystemets värme- kondensor 56 och i detta fall fungerar slingan 66 som en luft- källeevaporator utanför den byggnad B som konditioneras, Företrädesvis vid moderat väder, i tempererat klimat eller under de tider, då de enheter som betjäna den solbelysta sidan av byggnaden, erfordrar kylning och de som äro belägna på skugg- sidan ofta fordra uppvärmning och några av de inre enheterna icke alls behövs, kan värme tillföras vattencirkulationssystemet av några enheter och absorberas av andra enheter, så att inget behov föreligger att driftssätta vare sig vattenkylningsevaporatorn 64 eller värmevätskesystemets värmekondensor 56. Energin bibehålles sålunda, När värmepumpssystemet för en luftkälla enligt fig. 1-4 an- vändes i samband med AQUA-MATIC-systemet i fig. 5, ånvänds värme- vätskesystemets värmekondensor 56 och vattenkylningsevaporatorn 64 aldrig samtidigt för att temperera det vatten, som cirkulerar genom huvudledningen 150. Detta är emellertid icke riktigt vid ett icke kaskadkopplat system, där, enligt fig. 1-4 som visar spe- ciellt ett sådant system, värmevätskesystemets kondensor 56 i själva verket kan uppvärma cirkulerande vätska i den krets, som utgöres av ledningen 90, medan den vätska som cirkulerar i led- ningen 1š2, som leder till och från vattenkylningsevaporatorn 56, vilken är en annan vätska än den som används i enheten 56, blir~ avkyld, varvid vardera matar en konditioneringsenhet, exempelvis inom olika delar av byggnaden. Drift vid detta tillstànd visas i f is. 5, ' Med hänsyn till driften av det system som visas i fig. 4 vid olika tillstànd, hänvisas till fig. 1-4 i tur och ordning.

Företrädesvis är styrventilerna 78, 88, 94, 98, 400, 102, 106, 408, 116 och 126 solenoidstyrda ventiler, lämpligen styrda från en kontrollpanel i beroende av styrsignaler från termiska känsel- kroppar, som är lämpligt placerade i termisk kontakt med de olika komponenterna i den primära slutna kylkretsen, se fig. 1-4. Sys- temet arbetar i beroende av till- eller frànslag av en speciell styrventil liksom av styrning av slidventilerna 22, 24, 26 och 28 40 45 20 25 50 55 40 7713082-1 42 hos kompressorn 44 och slidventilerna 48, 46 hos expandern 20 liksom också den styrda in- eller urkopplingen av kopplingen 24, som mekaniskt förbinder expanderna 20 med induktionsmotorn 46 och kompressorn 44, vilka inbördes är permanent förbundna med en axel 48.

I fig. 4 visas hur värmepumpsystemet för luftkällan fungerar vid driftstillstånd under uppvärmningssäsongen, då luftkällan och sol/återvinningskällan arbetar parallellt. I detta fall är styr- ventilerna 78, 88, 98, 402, 406 och 426 öppna och styrventilerna 94, 400, 408 och 426 stängda. Kylmedelsflödet visas av pilarna liksom glykollösningensflöde i förhållande till sol/återvinnings- evaporatorn och expanderkokaren 62, vilket flöde går in i resp ut ur rör eller ledningar 65 från en solpanel, en soluppvärmd förråda- tank etc. Vidare förser luftkällans pump värmevätskesystemets värmekondensor 56 med termisk energi för rumsuppvärmning. Den ter- miska energin uppfångas från luften av luftkällans evaporatorenhet 66, som är belägen utanför den byggnad, som skall konditineras, T ex om (icke visade) solpaneler lämnar en mycket varm glykollös- ning genom ledningarna 65 till expanderkokaren, kommer det flytan- de kylmedel som ledes till enheten 62 med hjälp av grenledningen 86 och ventilen 88, som är öppen, att förângas och fånga upp värme som levereras till den hermetiska skruvkompressorn via insugnings- öppningen 58 i insugningsslidventilen 28, varefter kylmedelsàngan passerar genom den öppna styrventilen 98 och backventilen 84, vilka båda ligger i inloppsledningen 40. Den större delen av det kylmedel, som lämnar kompressorn vid kompressurutloppsöppningen 25 och genom utloppsledningen 54,ledes till värmevätske-systemets värmekondensor 56, där värme avgives till det vatten som cirku- lerar i ledningarna 90, vilka leder till och från denna enhet.

Det flytande kylmedlet från mottagaren 58 är alltid nedkylt vid alla fyra driftstillstånden genom nedkylningsevaporatorn 60,eme- dan en del av det flytande kylmedel,som ledes in i grenledningen 74,återföres till nedkylningsevaporatorn genom ledningen 76 under styrning av ventilen 78, som är öppen, varvid kylmedlet förångas vid upptagande av en del av det värme, som överföres genom ned - kylningsevaporatorns returledning 80 till inloppsledningen 40 och förenar sig med den kylmedelsånga, som härstammar från sol/ àtervinníngsevaporatorn och expanderkokaïen 62 och passerar genom slidventilens insugningsöppning 58 till skruvkompressorn för ny kompression. Trycket hos returångan i insugningsledningen 40 är 10 15 20 40 77 _- .. Ü 13082 1 högre än skruvkompressorns insugningstryck men lägre än utlopps- trycket. Eftersom inget behov finns för kylning av vattnet i den slutna cirkulationsslinga, som leder till vattenkylningsevapora- torn 64, är ventilen 94 stängd och vattenkylningsevaporatorn 64 är urkopplad från ledningen, En större del flytande kylmedel förs in i luftkällansevaporatorfluftkylda kondensorn 66, eftersom styr- ventilen 102 är öppen från grenledningen 74, och förångas i denna, varvid enheten 66 fungerar som en luftkälleevaporator för uppsam- ling av värme, varvid ångan återgår till kompressorns 14 insug- ningsöppning 27 under styrning av kapacitetsslidventilen 26 och med styrventilen 106 öppen och kylmedlet passerande genom sugled- ningen 56. Utloppssliden 22 styres till ett sådant läge, att ut- loppsöppningen 50 uppsamlar och släpper ut en del av det kompris merade kylmedlet, som icke är helt komprimerat men komprimerat till högre tryck än det, som går in i kompressorns inloppsöppning 38 eller det vid insugningsöppningen 27, och därför tillåter komp- rimerad kylmedelsànga med lägre tryck att passera till uppvärm- ningsslingan 68 för varmluft och därmed medge att en del av bygg- naden uppvärmes vid lägre temperatur än den, som erhålles vid värmekondensorn 56 och separat från denna del av systemet, Efter kondensering i uppvärmningsslingan 68 för varmluften pumpas det kondenserade flytande kylmedlet av pumpen 150 genom ledningen 28 till mottagaren 58, där det förenas med det flytande kylmedel, som härstammar från värmevätskesystemets värmekondensor 56. Vid drift under uppvärmning eller värmetillförseltillstånd med AQUA-MATIC- systemet och det värme, som erfordras av detta systemets vatten- krets, som består av ledningen 150 och energfifillförseln till vattenkretsen ickekar.erhàllas från någon förrädstank för sol- energi eller liknande, används värmepumpen i fig. 1-4 för luft- källanoch arbetar väsentligen mellan en omgívníngstemperatur på -4°C ned till -2906 och levererar sålunda energi till AQUA-MATIC- systemets vattenkrets vid en kondenseringstemperatur i närheten av 10-1600 genom värmevätskesystemets värmekondensor 56.

Vid drift mellan en genomsnittstemperatur på -1500 omgiv- ningstemperatur och 15°C kondensationstemperatur och med den rote- rande skruvkompressorn arbetande med korrekt inställning av ven- tilerna kan en prestandakoefficíent (COP) på 6 uppnås genomsnitt- ligt över ett år för det driftstillstànd med värmetillförsel, som visas i fig. 1. En COP-faktor på 2,5 är allt som är nödvändigt för att göra detta system ekonomiskt i jämförelse med oljeeldning 40 45 20' 25 50. 55 40 7713082-1 14 och en C0ILfaktor på 1 är vad som är uppnåbart med en rent elekt- risk motståndsuppvärmning. Därför erbjuder ett införande av en kaskadkopplad luftkällematning till AQUA-MATIC:s grundutförande med vattenslinga ett mycket effektivt sätt att tillföra det nöd- vändiga värmet till AQUA-MATIC-slingan, när solflöde icke kan er- hållas eller icke används annat än genom ~sol/återvinningsevapo- ratorn och expanderkokaren 62.

Om det vatten som lämnar eller återgår till värmevätskesys- temets värmekondensor 56 börjar stiga ovanför en önskad fastställd punkt, kommer kompressorns 44 kapacitetsstyrslidventil 26 att stänga kompressorns gasinsugningsöppning. Vid nivån för minimi- flöde kopplar en röd brytarindikator, förbunden med kapacitete- styrventilen, eller en flödeskännare i sugledningen 56 för luft- källans evaporator över systemet till det tillstånd, som visas i fig. 2, där driften som värmekälla endast använder sol/återvin- ningsevaporatorn och expanderkokaren 62.

I fig. 2 visas ett driftstillstånd för uppvärmning, vilket icke erfordrar drift av luftkällans evaporator som källa för ter- misk energi för värmevätskesystemets värmekondensor, där sol/åter- vinningskällan kan användas för införande av termisk energi till den primära kylkretsen. Även här visa pilarna den del av kretsen som är i drift. Vid detta tillstånd är styrventilerna 78, 88, 98 och 100 öppna, medan styrventilerfia 94, 102, 406, 408, 4463 l26när stängda. Liksom i fig. 1 styr öppningen hos ventilen 98 kylmedels- flödet till expandern 20 och begränsar normalt kylmedelsflödet från sol/återvinningsevaporatorn och expanderkokaren 64 tillskruv- kompressorn 14. Om intensiv värmetillförsel till värmevätskesys~ temet icke erfordras, kopplar därför styrsystemet ur vattenkyl- ningsevaporatorn 64 och luftkälleevaporatorn/luftkylda kondensorn 66, enär tillräckligt värme erhålles från sol/återvinningsevapo- ratorn och expanderkokaren 62. Kondenserat kylmedel passerar från mottagaren 58 till nedkylningsevaporatorn, där en del återföres som förångat kylmedel genom nedkylningsevaporatorns returledning 80 och inloppsledningen 40 till insugningsöppningen 58 och inkom- mer i kompressorn vid ett mellantryck i förhållande till kompres- sorns in- och utloppstryck. Den större delen av det cirkulerande kylmedlet passerar emellertid genom sol/återvinningsevaporatorn och expanderkokaren 62 och upptager värme från den glykollösning, som cirkulerar genom röret 65 med styrventilen 88 öppen. Styrventilen 100 är öppen och medger det förångade kylmedlet att strömma in i 10 15 20 25 40 vvizuaz-1s 15 kompressorns 14 sug- eller inloppsöppning 27, vilken har lägre tryck än insugningsöppningen 58, som ingår i insugningsventilen 28.

Detta låga tryck medger en relativt stor mängd värme att utvinnas från solfångareneller*återvinningskällan medelst sol/återvinnings- evaporatorn och expanderkokaren 62. Backventilen 84 i inloppsled- ningen 40 hindrar den kylmedelsånga med högre tryck, som härrör från nedkylníngsevaporatorn 60, att passera inloppsventilöppningen 38 och söker.sig till kompressorns 14 sug- eller inloppsöppning 2? genom ledningen 95.

En del av den kylmedelsånga som är delvis komprimerad lämnar kompressorn genom utloppsslidventilen 50 och utloppsledningen 52, passerar genom ledningen 428 till uppvärmningsslingan 68 för varm- luft för uppvärmning av en del av byggnaden B. Emellertid passerar den större delen av kylmedelsångan vid kompressorns utloppstryck genom utloppsöppningen 25 och utloppsledningen 54 direkt till vär- mevätskesystemets värmekondensor 56.

Sammanfattningsvis matar således sol/återvinningsevaporatorn och expanderkokaren 62 huvudsugledningen till kompressorn 14.

Värmevätskesystemets värmekondensor styr det flöde av kylmedels- ånga, som kommer in i huvudstyrslidventilen för kapaciteten eller styr det flöde av kylmedelsånga, som härrör från sol/återvinnings- evaporatorn och expanderkokaren 62. Nedkylningsevaporatorn 60 fortsätter att mata gasinloppsslidventilen 28. T ex om tempera- turen hos det flytande kylmedel, som lämnar nedkylningsevaporatorn 60, strävar att öka utöver en förutbestämd punkt, kommer gasin- loppsslidventilen 28 att skjutas närmare mot kompressorns 14 sug- sida och därigenom återställa temperaturen hos det flytande kyl- medlet på nedkylningsevaporatorns 60 utloppssida till en förutbe- stämd önskad nivå. I detta fall ökar således slidventilen auto- matiskt nedkylningen för att vidmakthålla den önskade temperatu- ren. Under denna styrning avlastar kapacitetsstyrningsventilen kompressorn, eftersom mindre och mindre värme erfordras till bygg- naden, Det bör noteras att trycknivån vid utloppet från sol/åter- vinningsevaporatorn och expanderkokaren 62 tenderar att stiga, be- roende på det faktum att mindre värme tas från kollektorn, allt- eftersom byggnadens behov avtar. Denna stegring pågår tills den punkt uppnås, när tillräckligt tryck råder i ledningen 40 och ledningen 42, vilken avgrenar sig därifrån för att starta driv- ningen av den hermetiska spiralskruvexpandern 20. Vid denna punkt börjar expandern 20 att avlasta den hermetiska drivmotorn 46 i viss 10 15 20 25 40 '7713082-1 16 w utsträckning. Detta kräver, med ventilen 108 öppen, vidmakthàllan- de av tillräckligt tryck i den ledning, som leder till enheten 68, vilket ernås genom tryckregulatorn 160 uppströms, som tillförsäk- rar att tillräckligt tryck råder i denna ledning för att vidmakt- hålla tillräckligt tryck i värmeslingan 68 för varmluften. Den främsta uppgiften för den gas eller den kylmedelsånga, som lämnar utloppsventilen 22, är att mata uppvärmningsslingan 68 för varm- luft. När temperaturen stiger, allteftersom den passerar genom uppvärmningsslingan för varmluft och mindre uppvärmningseffekt fordras, skjutes gasutloppssliden närmare mot kompressorns låg- tryckssida och matar sålunda mindre gas till uppvärmningsslingan för varmluft.

Vid denna punkt har vi det förhållandet, som visas i fig. 5, dvs utom-säsong för uppvärmning/kylning. Vid det styrsystem som medger drift enligt fig. 5, inträffar driftsfallet för icke-säsong- uppvärmning/kylning, när uppvärmningsslingan för varmluft icke längre behöver avge någon uppvärmd luft till en byggnad, när upp- värmningsslingans varmluft värmt upp ett utrymme till ca 15°C. Med överströmnings- eller pressregulatorventilen 160 inställd på ett tillräckligt högt värde, finns alltid tillräckligt ångtryck för att mata ånga till uppvärmningsslingan för varmluft och i sådant fall avger uppvärmningsslingan för varmluft också värme. Kapaci- tetsstyrslidventilen 26 växlar företrädesvis sin styrning från värmevätskesystemets värmekondensor till att lämna kyld vatten- temperatur för kylevaporatorn 64. Man bör komma ihåg, att det driftstillstånd som visas i fig. 3 icke är tillåtet, när systemet är kaskadkopplat med en sekundär konditioneringsslinga som i fig. 5, dvs att i fig. 5 samtidigt värme levereras till en del av byggna- den, som konditioneras av värmesystemets värmekondensor 56, medan värme upptages med hjälp av vattenkylningsevaporatorn 64 från en annan del av samma byggnad, Om under sådana förhållanden det ut- gående, kylda vattnets temperatur börjar stiga, skiftar slidven- tilen 26, som styr kompressorns kapacitet, för att belasta komp- ressorn och sålunda driva ut mer gas från vattenkylningsevapora- torn och sträva att minska det cirkulerande vattnets temperatur. Om den.i värmevätskesystemets värmekondensor 56 utgående eller ingåen- de vattentemperaturen i systemet stiger över en önskad, förutbe- stämd nivå, skjutas gasutloppsslidventilen 22 närmare kompressorns utloppssida och släpper sålunda ut mer och mer gas till den av ytterluften kylda kondensorn. Kapacitetsstyrningens huvudstyrven- \I'l 40 45 20 25 55 40 7713082-1 17 til och den inloppsöppning den styr matas nu från vattenkylnings- evaporatorn 64 och icke från sol/återvinningsevaporatorn och ex- panderkokaren 62. Företrädesvis styres kapacitetsstyrningsslid- ventilen av evaporatorns utgående temperatur, emedan den utgående evaporatortemperaturen måste bibehàllas under god kontroll, efter- som i första hand kylning kräves. Gasutloppsslidventilen växlar för att medge en ökadmängdkylmedelsànga eller gas att avgå okomp- rimerad till den av uteluften kylda kondensorn 66 och tillåter endast en ringa mängd gas att helt komprimeras och strömma över till värmevätskesystemets värmekondensor 56, eftersom det före- ligger små värmebehov för byggnaden under sådana icke-säsongmässi- ga förhållanden. Under antagande att tillräcklig termisk energi är tillgänglig för tillförande till sol/àtervinningsevaporatorn, kommer expandern att börja arbeta och dess utflöde ledes till den luftkylda kondensorn 66 genom ledningen 404 tillsammans med flödet från utloppsslidventilen 22, Med ett mycket lätt kylnings-uppvärm- ningstillstånd och med en hög solbelastning tenderar expandern 20 att övervarva den hermetiska induktionsmotorn 46 och leverera kraft tillbaka till byggnadens kraftnät genom ledningarna 44. Van- ligtvis kräver en hermetisk induktionsmotor, som arbetar vid syn- kront varvtal, någon magnetiseringsström från kraftledningssys- temet. Vid minsta ökning av hastigheten utöver den synkrona bör- jar emellertid den hermetiska induktionsmotorn att leverera energi tillbaka till byggnadens kraftnät.

Vid driftstillstànd under icke-uppvärmnings-kylningssäsong tjänar solkällan till att driva expandern 20, vilken i sin tur genom kopplingen 24 frigpr kompressorn 44 och medför ett drifts- tillstànd med mycket.hög effektivitet för systemet, antingen detta är kaskadkopplat eller icke. Vid detta förhållande är styrventi- lerna 78, 88, 94, 408 och 446 öppna, medan styrventilerna 98, 400, 402, 406 och 426 är stängda.

Såsom nämnts tidigare, är alla styrventilerna, liksom kopp- lingen 24, styrda av ett lämpligt, icke visat styrsystem för att uppnå detta. En del av den partiellt komprimerade kylmedelsànga, som härstammar från utloppsslidventilens utloppsöppning 50 och passerar genom utloppsledníngen 52 liksom en del av den kylmedels- ånga som utströmmar efter expansion genom axpanderns 20 utlopps- öppning 49 och som passerar genom ledningen 54 och backventilen 422, passerar till luftkällans evaporator/luftkylda kondensor 56, som fungerar som kondensor. Eftersom styrventilen 408 är öppen 40 45 20 25 50 55 40 7713082-1 48 och styrventilen 106 är stängd, lämnar det kondenserade, flytande kylmedlet enheten 66 genom ledningen 110, där en del pumpas till- baka till mottagaren 58, medan en annan del styres till sol/åter- vinningsevaporatorn och expanderkokaren 62 genom ledningen 444 och styrventilen 116, som är öppen. Pumpen 118 pumpar denna vätska från ledningen 110 till enheten 62, där den uppfångar termisk energi från solkällan, varvid det förångade kylmedlet passerar genom backventilen 120 i ledningen 52, eftersom styrventilen 98 är stängd, och införes i matnings- eller inloppsöppningen 55 un- der styrning av expanderns 20 slidventil 46. Flytande kylmedel från behållaren 58 passerar till nedkylaren 60, liksom vid före- gående tillstând, och nedkyles, innan den införes i_grenledningen 74, där den p g a ventilernas 88 och 402 stängning tvingas passera genom vattenkylevaporatorn 64 via en matningsledníng 92 och en sugreturledning 95.

Större delen av kylmedelsånga komprimeras av kompressorn 44 och utföres genom utloppsöppningen 25 under styrning av den tryck- styrda ventilen 24, som företrädesvis uppvisar en tryckutjämnande funktion, dvs den förhindrar överkompression eller underkompression hos gasen i kompressorn 44, varigenom denna kylmedelsgas eller -ånga ledes genom utloppsledningen 54 direkt till värmevätskesys- temets värmekondensor 56.

Under ett säsongtillstånd, då full kylning erfordras, vilket visas i fig. 4, finns icke längre något som helst behov av värme i byggnadens rum. För att vara säker att inget värme avlämnas till byggnaden, stoppas vattenflödet genom värmevätskesystemets värme- kondensor 56. Om inget vattenflöde finns, kan uppenbarligen ingen kondensation av kylmedelsånga inträffa i utloppsledningen 54.

Med ventilen 426 öppen vid detta driftstíllstànd, förskjutes gas- utloppsslidventilen hela vägen mot maskinens utloppssida och stän- ger och allt utflöde passerar nu genom huvudkompressorns 14 huvud- utloppsöppning 25. Detta är också mycket önskvärt, eftersom under hög kylbelastning maximum motorkylning erfordras och all gas passe- rar över den hermetiska motorn på kompressorns 14 utloppssida.

Man bör ihågkomma att antingen uppvärmnings- eller kylnings- tillstånd råder, kan hjälpförbränningskokaren användas för att av- lämna termisk energi till den slutna kylkretsen, dels genom att expandera den ånga som avkokas i kokaren 154 i expandern 20 och dels genom att leverera utloppsgas från expandern till värmevätske- systemets värmekondensor 56. 10 15 25 50 55 40 7713082-1 19 p__”pW_ _ Den totala frånvaron av varje uppvärmningsfunktion för bygg- naden B i fig. 5 medger att både uppvärmningsslingan 68 för varm- luften och värmevätskesystemets värmekondensor 56 kan kopplas ur systemet och den väsentliga funktionen för de primära och sekun- dära värmepumpssystemen är att avlägsna värme från det cirkule- rande vattnet i ledningarna 150 till de olika zonernas värmepum- par 146 och 148. Även här visas det fullständiga kylmedelsflödet genom pilarnas riktning. Styrventilerna 78, 94, 108 och 126 är öppna, styrventilerna 108, 116 och 126 är öppna och styrventilerna 88, 98, 100, 102 och 106 är stängda. Luftkälleevapcratorn/luft- kylda kondensorn 66 fungerar som kondensor och mottar kylmedels- ånga från expandern 20 och från kompressorns 14 utloppsslidventil- öppning 50 på samma sätt som vid den i fig. 5 visade driften. En- heten är i sitt fulla kyltillstând, då solkällan återigen driver expandern/kompressorn, som är sammankopplade med kopplingen 21.

Både i detta tillstånd och i det som visas i fig. 2 drives den icke visade rotorn hos induktionsmotorn 16 genom körning av expan- dern 20, så att den i själva verket kan generera elektricitet, som matas till nätet på ett regenerativt sätt med hjälp av ledningar 44. Nedkylningsevaporatorn 60 matar inloppsslidventilöppningen 58 vid ett tryck mellan skruvkcmpressorns inlopps- och utloppstryck, ventilerna 100 och 108 är stängda och backventilen 84 förhindrar kylmedelsånga att passera tillbaka till sol/âtervinningsevap0ra- torn och expanderkokaren 62 genom inloppsledningen 40. Slingan 66 avger värme till atmosfären, medan vattenkylevaporatorn 64 samlar upp värme från AQUA-MATIC-systemet, se fig. 5. Shuntstyrventilen 126 är öppen i ledningen 124 och medger, att den från kompressorn avgivna gasen passerar till luftkälleevaporatorn/luftkylda konden- sorn 66 och fungerar som en kondensor för all kylmedelsånga för att avge värme. Med ventilen 88 stängd tillföres termisk energi från solkällan till det kondenserade kylmedel, som passerar från luftkälleevaporatcrn/luftkylda kondenscrn 66 via matningsledningar 114 genom den öppna ventilen 116 under pumpens 118 drift. Innan denna kylmedelsånga expanderar i expandern 20, hindras den fràn att passera till inloppsporten 58 i skruvkompressorns 14 inlopps- slidventil 28, emedan styrventilen 98 är stängd. Backventilen 120 medger på samma sätt som vid tillståndet i fig. 5 att högtrycks- kylmedel passerar till expandern, där det strömmar ut vid expan- derns utloppsöppning 49 och blandas med det kylmedel, som strömmar ut från kompressorn under partiell kompression vid utloppsporten 10 15 7713082-1 20 30, varvid denna ånga vidare blandar sig med kylmedel från komp- ressorns utloppsöppning 25, varefter alltsammans passerar genom luftkälleevaporatorn/luftkylda kondensorn 66.

Men hänvisning vill fin. 1-4 ken exempelvis ventilen 'nos ev- lägsnas från ledningen 104 p g a den befintliga tryckregulatorn eller överströmsventilen 160. Vidare bör lämpliga backventiler anbringas på ledningar till behållaren, som indikeras med 164 i ledningen 70, 166 i ledningen 128 och 168 i ledningen 110. Detta tillförsäkrar att ångformigt eller flytande kylmedel endast ström- mar mot behållaren men förhindrar ett motriktat flöde, vilket skulle vara skadligt för systemets drift) En styrventil 170 an- ordnas företrädesvis i ledningen 152 för att valbart styra det kylmedel, som ledes till flamman 162, vilken också styres valbart för att tillföra värme till primärkretsen via expandern 20 i mån av behov eller önskan. ' '

Claims (16)

10 15 20 25 30 35 7"? 13082 - 1 11; PATENTKRAV

1. Anordning vid ett luftkällesystem med värmepump, innefattande - en rotationsskruvkompressor (14) med en insug- ningsöppning (27) och en utloppsöppning (25), varvid kompressorn (14) innefattar ett flertal axiellt förskjut- bara kompressorsslidventiler (22, 24, 26, 28) innefattan- de åtminstone en kapacitetsstyrningsventil (26) för av- lastning av kompressorn, en insugningsslidventil (28) med en insugningsöppning (38) och en utlOPP%slidventil (22) med en utloppsöppning (30), - en rotationsskruvexpander (20) med en inlopps- öppning (53) och en utloppsöppñing (49), - don (45, 21, 25) för mekanisk förbindning av ex- pandern och kompressorn, - en första inre värmeväxlingsslinga (56) för kon- ditionering av byggnad eller liknande, - en andra yttre värmeväxlingsslinga (60) som ut- gör en luftkälleevaporator/luftkyld kondensor, - ledningsorgan anordnade att leda kylmedel och utgöra en primär sluten kylkrets för att sammanbinda åtminstone skruvkompressorn (14), nämnda första (56) och andra slinga (60) i serie i nämnd ordning, k ä n n e t e c k n a d - att anordningen ytterligare innefattar en tredje värmeväxlingsslinga (62) ansluten mellan nämnda första (56) och andra (60) slingor med den tredje värmeväxlings- slingans (62) utloppssida förbunden med insugningsöppningen (38) hos kompressorns (14) insugningsslidventil (28), - att nämnda ledningsorgan ytterligare innefattar or- för att förbinda nämnda tredje värmeväxlingsslingas utloppssida även med expanderns (20) matningsöppning (53) och organ för att förbinda expanderns utloppsöppning (49) med nämnda första värmeväxlingsslinga (56) och se- lektivt styrda ventilorgan inom nämnda ledningsorgan, som förbinder nämnda tredje värmeväxlingsslingas (62) ut- av, ganr (52) '7713082-1 10 15 20 25 30 35 lopp med insugningsslidventilens (28) inloppsöppning (38) för att förhindra âterströmning av kylmedel från den tredje värmeväxlingsslingan (62) till kompressorn (14) och tvinga sådan återströmning av kylmedel till expanderns (20) matningsöppning.

2. Anordning vid luftkällesystem med värmepump en- ligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d - att den tredje slingan utgöres av en sol/àter- av, vinningsevaporator, . - en receiver (58), - en fjärde värmeväxlingsslinga (64), som utgör en vattenkylevaporator, - en femte värmeväxlingsslinga, som utgör en luft- källeevaporator/luftkyld kondensor för luftkällan, - ledningsorgan, som leder kylmedel och bildar en primär sluten kylkrets för förbindning av åtminstone skruv- kompressorn (14), den första slingan (56), receivern (58), den andra slingan (60) och den tredje slingan (62) i se- rie i nämnd ordning, med nämnda andra slinga (60), tred- je slinga (62), fjärde slinga (64) och femte slinga (66) parallellkopplade, med inloppen för nämnda andra, tredje, fjärde och femte slingor förbundna med receiverns (58) utlopp, - att utloppet från den andra slingan (60) är förbun- det med inloppsslidventilens (28) inloppsöppning (38) me- dan den tredje slingans utlopp selektivt kan förbindas med nämnda inloppsslidventils (28) inloppsöppning (38) eller kompressorsugöppningen varvid utloppen från de fjärde (64) och femte (66) slingorna är förbundna med kompressorns insugningsöppning, - selektivt styrda ventilorgan i förbindningsorganen mellan receivern och de andra, tredje, fjärde och femte slingorna anordnade att styra värmepumpanordningen så att o vid fullt uppvärmningstillstànd de tredje (62) och femte (66) slingorna arbetar parallellt för att åstadkom- ma termisk energi till den första slingan (56) medan den fjärde slingan (64) är urkopplad, 10 15 20 25 30 35 33 o vid tillstànd med reducerad uppvärmning endast den tredje slingan (62) är anordnad att avge termisk energi till den första slingan (56) medan de fjärde (64) och femte (66) slingorna är urkopplade, o under fullt kylningstillstånd den femte (66) slingan förbindes omvänt med kompressorns (14) utlopps- slidventils (22) utloppsöppning (30), medan den första slingan (56) är urkopplad och den femte slingan (16) ar- betar som luftkyld kondensor för att avge värme, som upptagits av den fjärde slingan (64).

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e - av, att en fjärde värmeväxlingsslinga a t t t e c k n a d (64) utbildar en hjälpkokare och ganen innefattar organ (52) mellan den första värmeväx- lingsslingan (56) och den andra värmeväxlingsslingan (60) för att förbinda den fjärde värmeväxlingsslingan (64) med expanderns (20) inmatningsöppning (53), så att obe- roende av den andra (60) eller tredje (62) värmeväx- lingsslingans drift termisk energi lämnas av den fjärde värmeväxlingsslingan (64) till expandern (20) för driv- ning av kompressorn (14) och för åstadkommande av direkt värmetillförsel till den första värmeväxlingsslingan (56) för att leverera värme till byggnaden. ledningsor-

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e - t e c k n a d därav, att.en induktionsmotor (16) av synkrontyp är fast kopplad till skruvkompressorn (14) a t t organen (21, 45) för anslutning av expandern (20) till skruvkompressorn (14) för att driva denna och innefattar selektivt manövrerbara kopplingsorgan (21), så att under expanderns (20) drift och inkoppling av kopplingsorganen (21) den mekaniska överskottsenergi från expandern (20), som icke erfordras för att bära kompressorns (14) belastning, användes för att övervar- va synkroninduktionsmotorn (16) och bringa den att ge- nerera elektrisk energi.

5. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den innehåller en ytterligare, 7713082-1 7713082-1 10 15 20 25 30

35 .014 . sjätte värmeväxlingsslinga (68), som utbildar en upp- a t t ledningsor- ganen ytterligare omfattar organ (128, 168) för att val- bart förbinda slidutloppsöppningen (39) med inloppet av nämnda värmeslinga (68) för varmluft och värmeslingans utlopp med mottagaren (58), så att vid ett driftstill- stånd med reducerad uppvärmning den tredje värmeväxlings- värmningsslinga för varmluft och slingan (62) lämnar termisk energi genom spiralskruvkom- pressorn (14) till den sjätte värmeväxlingsslingan (68). _ 6. Anordning enligt krav l eller 3, k ä n - n e t e c k n a d därav, att ledningsorganen ytter- ligare omfattar en nedkylningsevaporatorledning (80), som förbinder den andra värmeväxlingsslingans (60) ut- lopp med spiralskruvkompressorns slidventils insugnings- öppning (38), en sol/återvinningsevaporator och expan- derkokarinloppsledning (40), som förbinder utloppet av nämnda sol/âtervinningsevaporator och expanderkokare med insugingsslidventilens öppning (38) och som är för- bunden med nedkylningsevaporatorns returledning; en sug- ledning (95) som leder från vattenkylningsevaporatorn (64) till skruvkompressorns (14) insugningsöppning (27); en shuntledning (96) som förbinder insugningsledningen (40) med sugledningen (95) vid den tredje (62) och den fjärde (64) värmeväxlingsslingans utlopp, varvid en styrventil (100) är anordnad i ledningen (96) för att valbart förb nda den tredje slingans (62) utlopp med a t t en back- ventil (84) är anordnad i insugningsledningen (40) mel- kompressorns insugningsöppning (27), lan insugningsslidventilens öppning (38) och förbindel- sepunkten mellan shuntledningen (96) och insugningsled- ningen (40) i syfte att förhindra kylmedelsånga i ned- kylningsevaporatorns returledning (80) att matas till kompressorns insugningsöppning (27) genom shuntledningen (96) och sugledningen (95).

7. Anordning enligt något av kraven l, 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att den in- nefattar en expander med roterande spiralskuren skruv- 10 15 20 25 30 35 7713082-1 . 25. rotor (20), organ (21) för att valbart mekaniskt koppla expandern (20) till kompressorn (14) för drivning av kompressorn, varvid expandern (20) innefattar en inmat- a t t ledningsorganen innefattar organ (52) för att förbinda ningsöppning (53) och en utloppsöpphing (49), den tredje värmeväxlingsslingans (62) utlopp med expan- derns inmatningsöppning (53) och en expanderreturled- ning (54) för att förbinda expanderns utloppsöppning (49) med åtminstone den första värmeväxlingsslingans (56) inloppsöppning; i syfte att en del av den termiska energi, som lämnas till den slutna kylmedelsströmnings- kretsen från den tredje värmeväxlingsslingan (62) genom expansion av kylmedlet i expandern (20), bringa denna att driva kompressorn, medan en andra del av den ter- miska energin lämnas direkt till den första värmeväx- lingsslingan (56) och avlämnas som nyttigt värme av vär- mekondensorn.

8. Anordning enligt något av kraven 5, 7 eller 8,' k ä n n e t e c k n a d därav, att ledningsorganet (52) förbinder den tredje värmeväxlingsslingans (62) ut- lopp med expanderns (20) inmatningslöppning (53) och innefattar en matarledning (52) till expandern, förbun- den med inloppledningen (40) nedströms den tredje vär- meväxlingsslingan (62) och uppströms en styrventil (98) för avstängning av den tredje värmeväxlingsslingan (62) från shuntledningen (96) och fràn den roterande skruv- kompressorns insugningsslidventils (28) insugningsöpp- ning (38).

9. Anordning enligt något av kraven 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att ledningsorganen ytterligare innefattar en ledning (34), som leder från skruvkompressorns (l4) utloppsöppning (25) till den fem- te värmeväxlingsslingans (66) ena sida och parallellt med sugledningen (36), som leder från samma sida på den femte värmeväxlingsslingan (66) till kompressorns in- sugningsöppning (27), varjämte sugledningen (26) och den parallella ledningen (34) innefattar stvrventiler (106, 10 15 20 25 30 35 7713082-1 - aß 108), som verkar alternativt så, att den femte värme- växlingsslingan (66) alternativt fungerar som en luft- källeevaporator eller en luftkyld kondensor, beroende pà systemets driftstillstånd.

10. Anordning enligt krav 8 eller 9, n e t e.c k n a d k ä n - därav, att den roterande skruv- expandern (20) ytterligare omfattar en axiellt förskjut- bar och inställbar kapacitetsstyrningsslidventil (46) för styrning av den mängd . lmedel, som föres till ex- panderns (20) inmatningsöppning (53) och en axiellt in- ställbar tryckutjämningsslidventil (48) vid expanderns utloppsöppning (49) för inställning av det i expandern expanderade kylmedlets tryck omedelbart före dess ut- flöde för att det = trycket vid utloppsöppningen (49) för att förhindra över- eller underexpansion i expan- dern och varvid expanderns returledning (54) innehåller en hackventil (122) för att hindra kylmedel att passera' fràn kompressorn (l4) tillbaka till expandern (20) ge- nom expanderns returledning (54).

ll. Anordning enligt krav 8, t e c k n a d därav, att en_tryckregulator (l60) är anordnad i ledningen (34) från kompressorn (14) till den femte värmeväxlingsslingan (66) och parallellt med sugledningen och kan styras i förhållande till den sjät- te värmeväxlingsslingan för att tillförsäkra flöde av k ä n n e - komprimerad kylmedelsgas till den sjätte värmeväxlings- slingan vid körning med driftstillstând för full och partiell uppvärmning.

l2. Anordning enligt krav 5, k ä n n e - t e c k n a d slinga (154) är anordnad, som utbildar en hjälpkokare, därav, att en sjunde värmeväxlings- varvid ledningsorganen ytterligare innehåller organ (152) för att vätskeförbinda den sjunde slingan (l54) pa- rallellt med den tredje slingan (62) mellan mottagaren (58) och expandern (20) och organ (162) för att till- föra värme till hjälpkokaren (154), så att, oberoende av den tredje (62) och den femte (66) slingans drifts- l0 15 20 25 30 35 7713082-1 tillstànd, termisk energi tillföres den slutna kylme- delscirkulationsslingan, varvid den sjunde slLngan (154) kan driva expandern (20) och därjämte tillföra termisk energi direkt till den första värmeväxlingsslingan (56).

13. Anordning enligt krav 9, k ä n n e - t e c k n a d därav, att en elektrisk induktionsmo- tor av synkrontyp (16) är kopplad till kompressorn för att driva denna, varvid styrbara kopplingsorgan (21) me- kaniskt förbinder expandern (20) med induktionsmotorn (16) och kompressorn (14), så att, när kompressorn (14) är underbelastad, expandern (20) driver kompressordriv- motorn (16) utöver dess synkronvarvtal för att bringa motorn (16) att arbeta som en elektrisk generator och transformera tillgänglig termisk energi till elektrisk form.

14. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den sjunde slingan (154) innefattar en hjälpförbränningskokare för direkt påverkan av en flamma och a t t der den sjunde slingan (154) med expandern (20) inne- fattar en hjälpförbränningskokares matarledning (l52), som leder fràn mottagaren (58) genom kokaren till ex- de ledningsorgan (152) som förbin- pandermatarledningen (52) uppströms expanderinmatnings- öppningen (53) och a t t matarledning (l52) innefattar en backventil för att för- hindra kylmedelsflöde från expanderns matarledning (52) mot hjälpförbränningskokaren (154) och en styrventil (170) som valbart medger flöde av flytande kylmedel fràn mottagaren (58) till hjälpförbränningskokaren (154). hjälpförbränningskokarens

15. Anordning enligt krav ll, k ä n n e - t e c k n a d därav, att ledningsorganen vidare in- nefattar en luftkyld kondensors matarledning (110), som leder från den andra sidan av den femte värmeväxlings- slingan (66) till mottagaren (58), och en alternativ matarledning (114), som leder från den luftkylda kon- densorns matarledning (110) mellan den femte värmeväx- lingsslingan (66) och mottagaren (58) till den tredje 7713082-1 10 15 20 25 värmeväxlingsslingans (62) inlopp, och pumporgan (ll2) i den luftkylda kondensorns matarledning (ll0) för att pumpa flytande kylmedel_från den femte värmeväxlings- slingan (66), när denna arbetar som en luftkyld konden- sor, till mottagaren (58) och pumporgan (ll3) i den al- ternativa matarledningen (114) för att pumpa kylmedel till den tredje värmeväxlingsslingan (62).

16. Anordning enligt något eller några av kraven l, 5, 7 eller 9, att rörorgan (150) utbildar en sluten vattencirkulations- krets, organ (90, l32) för att alternativt termiskt för- binda den första värmeväxlingsslingan (56) och den fjärde värmeväxlingsslingan (64) till de rörorgan (150) som utbildar den slutna vattencirkulationskretsen samt ett flertal, individuellt valbart körbara värmepumpar (146, 148) för kaskadkopplade zoner, varvid pumparna är seriekopplade inom de rörorgan (150), som bildar den . slutna vattencirkulationskretsen, varigenom de kaskad- kopplade värmepumparna (146, 148) kan valbart tillföra eller borttaga värme från det vatten som cirkulerar i rörorgan (150) utöver det värme, som tillföres det cir- k ä n n e t e c k n a d därav, kulerade vattnet genom den första värmeväxlingsslingan (56) i den primära slutna kylmedelscirkulationsslingan och värme bortföres från det cirkulerande vattnet och tillföres den primära slutna kylmedelscirkulationskret- sen genom den fjärde värmeväxlingsslingan (64).