SE450290B - Forfarande for drift av vermepump med extra hjelpverme - Google Patents

Description

10 15 20 25 35 40 450290 2 de brännare, som skulle erfordras för infogande i inomhus- kondensorn hos värmepumpen. För att säkerställa en ren inom- husatmosfär skulle det därför vara nödvändigt att förbrän- ningsgaserna hos den bränsleeldade tillsats-uppvärmningsanord- ningen evakueras till utomhusatmosfären. Vid sådan konstruktion finns det emellertid otillräckligt utrymme för infogande av tillsats-uppvärmníngsanordningen i kondensorn, speciellt på ett sätt som icke skulle störa den normala driften av värme- pumpen i allmänhet och i synnerhet kondensorn. Att montera den bränsleeldade tillsats-uppvärmningsanordningen utomhus innebär emellertid att den blir skild från värmepumpen och erfordrar särskilda kontroller, rörledningar etc. samt att såväl monte- ringen som driften och underhållet av tillsats-uppvärmnings- anordningen blir dyrbar, utrymmeskrävande och därför icke önsk- värd.

Föreliggande uppfinning är särskilt riktad på anordnandet av en värmepump med'en bränsleeldad tillsats-uppvärmningsanord- ning, som är knuten till värmepumpsystemet och kan monteras med enkla kylmediumrörledningar. Tillsats-uppvärmningsanord- ningen kan konstrueras för drift med godtyckligt bränsle som är tillgängligt och/eller minst kostnadskrävande. Uppvärmnings- anordningen i och för sig monteras utomhus och kan användas för att underlätta driften av en värmepump ur olika synpunkter såsom skall närmare beskrivas nedan.

En värmepump med en hjälp-uppvärmningsanordning, som är i enlighet med uppfinningens syfte, omfattar en kompressorenhet, en inomhusslinga som arbetar som en kondensor för uppvärmning av ett inomhusrum, en utomhusslinga som arbetar som en evapora- tor när rummet skall uppvärmas, och lämpliga ledningar för transport av ett kylmedium mellan kompressorn och slingorna.

Hjälp-uppvärmningsauordningen har en förångare för flytande kylmedium som tillföres densamma via en vätskemätningspump från kondensorns utloppssida. Kylmediumånga som bildas i för- ' ångaren går via lämpliga rörledningar till inloppssidan hos kondensorn. På detta sätt kommer eldningen av brännaren att lämna extra uppvärmd kylmediumånga, som kondenseras i kondensorn för att avge den önskade värmeenergin till det inom- husrum som skall uppvärmas.

Förångaren kan vara en enkel värmeväxlingsslinga an-' bragt nedströms om brännaren, så att heta gaser från brännaren 10 15 20 25 35 40 s 450 290 kan uppvärma slingan och förånga det flytande kylmediet.

Alternativt kan slíngan placeras inuti ett kärl, såsom en konventionell varmvattenberedare för överföring av värmet från brännaren till förängaren via ett lämpligt värmeöverförings-_ medium, såsom vatten eller, för montering av förångaren utom- hus, ett anti-frysmedium såsom etylen-glykol.

Förutom att ge tillsatsvärme kan kylmedium-förångaren en- ligt uppfinningen även användas för avfrostníng av utomhus- evaporatorn. För detta ändamål anordnas lämpliga ventiler, så att uppvärmd kylmediumânga kan strömma genom evaporatorns slingor och därigenom höja temperaturen hos slingorna och smälta is som har bildats på desamma.

Vid en föredragen utföringsform av uppfinningen är brän- naren en för vätskepetroleumgas (LPG) avsedd förblandnings- brännare, i vilken omkring 40% - 60% av den erforderliga för- bränningsluften förblandas med bränslet för tändningen av det- samma. Därigenom förbättras brännarens verkningsgrad. Vidare monteras förångaren enligt uppfinningen företrädesvis inuti utomhusevaporatorn, så att det värme som frigörs av förångaren kan användas för att underlätta evaporeringsprocessen. Dess- utom kan, genom infogande av förångaren i utomhus-evaporatorn, den på evaporatorn använda sugfläkten användas för åstadkommande av det nödvändiga draget för brännaren. Alternativt kan för- ångaren enligt uppfinningen installeras separat i förhållande till värmepumpens evaporator, och utströmningsröret för den heta gasen kan förbindas med sugfläkten för evaporatorn, eller också kan en separat blåsfläkt för brännaren inmonteras i förângaren.

Av ovanstående framgår, att uppfinningen både underlättar driften av värmepumpar och gör anordnandot av tillsats-uppvärm- ningsanordningar för värmepumpen ekonomiskt mera attraktivt genom användning av lättlagrade och omedelbart tillgängliga bränslen, såsom LPG, bensin, metanol, fotogen, uppvärmnings- olja, och liknande. Enheten installeras utomhus och upptar icke värdefullt inomhus-utrymme. Vidare förorenas icke inom- husatmosfären genom utomhusmonteringen av hjälpuppvärmningsan- ordningen, och likväl erfordrar hjälp-uppvärmningsanordningen enligt uppfinningen endast föga fler extra komponenter än en prisbillig sekundär kylmediumslinga mellan förångaren och kon- densorn, vilken passerar förbi kompressorn hos värmepumpen. l0 15 20 25 30 40 450 290 4 Den innebär sålunda icke någon otillbörlig ökning av initial- kostnaden för värmepumpen §ig_l på ritningen visar ett förenklat schema som åskåd- liggör en värmepump försedd med en bränsleeldad hjälp-uppvärm- ningsanordning utförd för ändamålet enligt uppfinningen. §ig_2 visar en förenklad delvy liknande den i fig 1 visade men åskådliggörande en alternativ montering av den för det vätskeformiga kylmediet avsedda förångaren tillsammans med evaporatorn hos värmepumpen.

I fig 1 visas schematiskt en värmepump 2 som innefattar en kompressor 4, en inomhusfläktslinga 6 anordnad inom en byggnad 8, en utomhusfläktslinga 10 och rörledningar för strömning av ett lämpligt kylmedium mellan kompressorn och slingan, såsom skall närmare beskrivas nedan. För ändamålen vid uppfinningen är värmepumpen visad i drift för uppvärmning av ett inomhusrum' 12 inuti byggnaden. Vid denna arbetsmod arbetar inomhusslingan som en kondensor och utomhusslingan som en evaporator för kyl- mediet.

Verkningssättet och rörledningssystemet för värmepumpen skall nu beskrivas. En högtryckssida 14 hos kompressorn kommunicerar med en íntagssida 16 hos inomhusslingan 6 (här nedan kondensorn) via en högtrycksrörledning 18. En utlopps- sida 20 hos kondensorn kommunicerar med en vätskekylmedium-rör- ledning 22 som går till en vätskeslinga 23 i en ackumulator 24 via en backventil-förgreningsröranordning 26 inställd på sådant sätt, att vätskekylmediet strömmar från kondensorn till ackumulatorslingan. Från ackumulatorslingan bortföres vätskekylmediet och strömmar via en expansionsventil 28, back- ventil-förgreningsröranordningen 26 och ett matningsrör 30 till en intagssida 32 hos utomhusslingan 10 (här nedan evaporator).

I evaporatorn förângas vätskekylmediet genom att värme till- föres till detsamma från den omgivande luften, och förångat kylmedium strömmar från evaporatorns utlopp 34 via ett rör 36 till den övre delen av ackumulatorn 24. Förångat kylmedium ma- tas från ackumulatorn till kompressorns insugningssida 38 via ett matningsrör 40.

Kondensorn är försedd med en konventionell blåsfläkt 42 för åstadkommande av en strömming av inomhusluft förbi kondensorn för att tillföra denna luft värme som frigörs under kondense- ringen av kylmedium med högt tryck och temperatur 10 15 25 30 35 40 s 450 290 från kompressorn. Likaså är en sugfläkt 44 monterad på övre änden av evaporatorn 10 och är kopplad med densamma via en ledning 45 (schematiskt visad på ritningen) för att åstadkomma en luftströmning förbi evaporatorn och därigenom tillföra denna det nödvändiga värmet för förångning av vätskekylmedium som matas till densamma via röret 30.

Verkningssättet av värmepumpen för uppvärmning av inom- husrummet 12 torde nu vara uppenbart. Kompressorn aktiveras för komprimering och uppvärmning av kylmediumångor från ackumulatorn 24. Den uppvärmda högtrycks-kylmediumångan stràmmr till kondensorn 6 där den kondenseras, varigenom värmeenergi frigörs, som i sin tur överföres till inomhusrummet via luft som cirkulerar genom kondensorn med tillhjälp av blåsfläkten 42. Vätskekylmediet från kondensorn cirkuleras genom ackumule- torslingan 33, expansionsventilen 28 och röret 30 till utomhus- evaporatorn, från vilken kylmediumånga uttas och återförs till nckumulatorns övre ände. Driften av värmepumpen som inomhus- kylare under sommartid åstadkommas genom omvridning av en fyr- vägsventil 47 för att därigenom omkasta kylmedelströmmen, och utnyttjande av en inomhusslinga 6 som evaporator, under det att utomhusslingan 10 används som kondensor. Eftersom funktionen av värmepumpen på detta sätt icke hänför sig till föreliggande uppfinning, skall den icke närmare beskrivas här.

För tillförande av extra värme till kondensorn 6 anordnas enligt uppfinningen en vätskekylmedelförângare 46, som innefat- tar en förångningsslinga 48 och en bränslebrännare 50 för upp- värmning av slingan. Brännaren är en förblandningsbrännare som tillföres ett lämpligt bränsle såsom exempelvis LPG via en solenoidstyrd bränsletillförselventil S2. Förängningsslingan mottar vätskekylmedium från ett matningsrör 54, som är för- bundet med vätskeledníngen ZZ från kondensorn 6. En hermetisk vätkemätningspump 56 är infogad i matningsledningen för att kontrollera strömmen av vätskekylmedium till förângnings- slingan. Vätskekylmedium, som förångats i förångaren, går till en ångledning 58, som är förbunden med högtrycksledningen 18 från kompressorn 4 till kondensorn 6.

När extra värmeenergi erfordras i ínomhusrummet 12 eldas brännaren 50, företrädesvis via en elektrisk tändapparat (icke separat visad) eller liknande och en mätningspump S6, som aktiveras för att föra vätskekylmedíum genom förångaren. Den io 15 20 Fu ~:_\ 30 40 450 290 '<- uppvärmda kylmediumångan som bildats i förångaren tillföras till kondensorn, där den kondonserns för att frigöra det önskade extra värmot.

För att säkerställa att förångarslingan icke lokalt skall kunna överhettas (och åstadkomma kylmedíum-sönderdelning) är det att föredra att mätningspumpen väljs så, att den tillför vätskckylmedíum hustigare än den hastighet, med vilken kyl- mediet förångas. På detta sätt bildas en våt kylmediumånga och tíllföres till kondensorn. Det föredras nu att mätningspumpen tillför en mängd vätskekylmedium, som överstiger föràngnings- kapaciteten hos brännaren och förångaren med 10 - 50% och före- trädesvis omkring 30%. Dessutom väljs mätningspumpen så, att den tillför vätska med en hastighet, som är omkring 20 - 6U% och företrädesvis omkring 50% större än kylmedíumströmmen i värmepumpen i och för sig under normal drift av densamma under vínterdagar. Pâ detta sätt kan kompressorn väljas för att åstad- komma den önskade kylningen av ínomhusrummet under normala sommartidstemperaturer i tempererade klimatzoner, under det att hjälp-uppvärmningsanordningen kan tillföra det nödvändiga extra värme, som normalt erfordras i tempererade klimatzoner för åstadkommande av den önskade uppvärmningen under vintertid.

För att åstadkomma det önskade draget genom förângaren 48 kan en blåsfläkt (icke visad) eller en sugfläkt 60 anordnas.

Alternativt kan förångarens avloppsände förbindas med ledningen 45 hos evaporatorn via en lämpligt arrangerad ledning 62 som visas med strecklínjer i fig 1. in Enligt fíg 2 är vid en alternativ utföríngsform av uppfin- ningen förångaren 46 monterad inuti en utomhusplacerad evaporator- enhet 64, dvs inuti kanalen 66, så att sugfläkten 44 hos evaporatorenheten även åstadkommer det erforderliga draget genom förångaren. Inloppsgaller 67 kan anordnas uppströms om slingan 10 för-åstadkommande av en slingluftström som passerar förbi förångaren. i ' c ' ' Pig 2 visar även en alternativ konstruktion av själva för- ångaren. Förångningsslíngan 48 är placerad inuti en konventio- nell hushàllsvarmvattenberedare 68 med konventionella, vertikalt anordnade kanaler 70, under det att förångningsslingan 48 är anordnad inuti det kärl, som definieras av varmvatten- beredaren. Det inre av detta kärl är fyllt med ett lämpligt värmcväxlingsmedium, normalt ett frysskyddsmcdel, såsom ctylen- 10 15 20 30 'vi (Il 40 450 290 ~.: -glykol för att förhindra frysning och möjlig skada på beredaren och/eller slingan i densamma. Denna konstruktion av förängaren har den fördelen, att direkt kontakt mellan de heta gaserna från brännaren och slingan och därmed en möjlig lokal överhettning av slingan förhindras. I stället uppvärms slingan jämnt medelst vätskan inuti kärlet. _ Naturligtvis kan varmvattenberedaren 68 vara en elektrisk vattenvärmare, företrädesvis en förstorad såsom och avsedd att icke användas vid strömtoppar, för minskande av energikostnader- na. En sådan vattenvärmare kan då fungera såväl som varmvatten- källa för ett hus, i vilket värmepumpen installeras, som värmekälla under tider då värmepumpen erfordrar extra värme, såsom ovan beskrivits.

För att återgå till fig 1 så kan förångaren 46 enligt upp- finningen användas för att hastigt avfrosta utomhusevaporatorn 10. För detta ändamål är en första backventíl 72 anordnad i högtrycksledningen 18 från kompressorn 4. Vidare är en förbi- ledning 74 anordnad från ackumulatorns 24 botten till sugsidan av mätningspumpen 56 i vätskekylmedium-matningsröret. Förbiled- ningen innefattar en backventíl 76, som förhindrar tillbaka- strömning av vätskekylmedium från matningsledningen 54 till akumulatorns inre. 7 För avfrostning av evaporatorn 10 med förångaren 46 enligt uppfinningen stoppas kompressorn 4 och utomhusfläkten 44. Fyr-- vägsventilen 47 vrids så, att den förbinder hetånga-ledningen 58 från förångaren med ångledningen 36 från evaporatorn 12, så- som visas med streckade linjer.

Brännaren 50 tänds nu och mätningspumpen 56 aktiveras för att föra vätskekylmedium genom förângaren. Den resulterande ångan förs via röret 58, fyrvägsventilen 47 och röret 36 till övre änden av evaporatorn 10, där temperaturen i evaporatorn höjs för att smälta frost, som har bildats på yttersidan av evaporatorn. Vätskekylmedíum, som cirkuleras genom evaporatorn, âterförs till sugsidan av mätningspumpen via röret 30 och back- ventil-grenledningsanordningen 26. På detta sätt kan avfrost- ningscykeln, som normalt tar avsevärd tid, särskilt vid rela- tivt låga yttertemperaturer, genomföras snabbti Vidare elimine- ras de starka strömnings- och trycktrunsientor som är associe- rade med den konventionella, med omkastad cykel arbetande av- frostningen, varigenom kompressorns tillförlitlighet ökas. 450 290 s Efter fullbordandet av avfrostningscykeln frånkopplas brännaren och mätníngspumparna, och fyrvägsventilcn 47 äter- ställs till sitt uppvärmníngsläge (visat i fig 1 med holdragnu linjer), och kompressorn 4 och utomhusfläkten 44 aktiveras för att fortsätta driften av värmepumpen i dess inomhus-uppvärm- ningsmod. Om hjälpvärme erfordras, inkopplas brännaren 50 naturligtvis ånyo för att fungera som ovan beskrivits.

Claims (8)

9 450 290 1321911335!

1. Förfarande för matning av en värmepump med extra hjälp- värme under driften av pumpen för uppvärmning av ett inomhus- rum när utomhustemperaturen är för låg för uppvärmning av rum- met till den önskade temperaturen, vilken värmepump innefattar en kompressor, en ínomhuskondensator, en utomhusevaporator och rörledningar för överföring av ett kylmedium mellan kompres- sorn, kondensorn och evaporatorn, k ä n n e t e c k n a t av följande förfarandesteg; drivning av kompressorn för över- föring av högtrycks- och högtemperatur-kylmedíumånga till kon- densorn; kondensering av högtrycks- och högtemperatur-ångan i kondensorn för bildande av vätske-kylmedium; åstadkommande av en första kylmediumström genom cirkulering av vätskekylmediet till evaporatorn och därefter cirkulering av evaporerat kyl- medium tillbaka till kompressorn; åstadkommande av en andra kyl- mediumström, som passerar förbi kompressorn, genom upptagande av en del av vätske-kylmediet från kondensorn, uppvärmning av vätske-kylmediet i nämnda andra ström, och överföring av det uppvärmda kylmediet i nämnda andra ström tillbaka till konden- sorn; samt frigöring av värme från det uppvärmda kylmediet i nämnda andra ström i kondensorn för att därigenom uppvärma rummet till den önskade temperaturen.

2. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n^e t e c k n a t av, att uppvärmningssteget innefattar steget av uppvärmning och åtminstone partiell förängníng av vätskekylmediet i den andra strömmen.

3. Förfarande enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t av att frigöringssteget innefattar steget att kondensera det förångade kylmediet i den_andra strömmen.

4. Förfarande enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t av, att steget för uppvärmning och förångning av kylmediet i den andra strömmen innefattar steget att uppvärma vätske-kyl- mediet för bildande av en våt kylmediumânga. I

5. Förfarande enligt kravet Z, k ä n n e t e c k n a t av att det innefattar steget att överföra uppvärmt och förångat kylmedium i den andra strömmen genom evaporatorn efter frost- bildning på evaporatorn för àstadkommande av hastig avfrost~ ning av densamma.

6. Förfarande enligt kravet S, k ä n n e t e c k n a t av att det innefattar steget att temporärt hindra kylmediet i 450 290 10 den andra strömmen från att církulorn genom kondcnsorn.

7. Förfarande enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t av att steget för uppvärmning och förångning av vätske-ky1- mediet i nämnda andra ström innefattar stegen att uppvärma vätske-kylmedíet med en flam-brännare placerad utomhus.

8. Förfarande enligt kravet 7, k ä n n e't e c k n a t av att det innefattar steget att överföra värme från brännaren till vätske-kylmediet via ett íntermediärt vätske-värme-väx- lingsmediumfl