SI25297A

SI25297A - Toplotna črpalka

Info

Publication number: SI25297A
Application number: SI201600268A
Authority: SI
Inventors: Višnjić Zvonko; Lipuš Janez; Apat Janez; Robnik Vojko
Original assignee: Gorenje Gospodinjski Aparati, D.D.
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2018-04-30
Also published as: EP3315873A1

Abstract

Predlagani izum se nanaša na toplotno črpalko, zlasti na toplotno črpalko za pripravo tople sanitarne vode v nizkotemperaturnem ogrevalnem sistemu. Toplotna črpalka (1) je zasnovana kot kompaktna toplotna črpalka (1) in obsega vsebnik (6) sanitarne vode in niz prenosnikov (7, 8, 9) toplote. Vsebnik (6) sanitarne vode je fluidno povezan tako z virom (10) sanitarne hladne vode kot tudi s ponorom (11) sanitarne tople vode in pri čemer je toplotna črpalka (1) v termodinamični oz. fluidni povezavi z grelnim telesom (19).

Description

TOPLOTNA ČRPALKA

[0001] Predlagani izum se nanaša na toplotno črpalko, zlasti na toplotno črpalko za pripravo sanitarne tople vode v nizkotemperatumem ogrevalnem sistemu.

[0002] Priprava sanitarne tople vode v nizkotemeratumih ogrevalnih sistemih je splošno znana. Tovrsten sistem obsega osrednjo ogrevalno napravo, na primer osrednjo toplotno črpalko, katere ena ogrevalna veja je namenjena centralnemu ogrevanju, na primer talnemu ogrevanju, stavbe, medtem ko je njena druga ogrevalna veja predvidena za centralno pripravo sanitarne tople vode v toplotnem prenosniku. Tako ogreto sanitarno vodo se hrani v rezervoaiju sanitarne tople vode. Pri znanih nizkotemperatumih sistemih sta tako omenjeni toplotni prenosnik in rezervoar tople vode nameščena v neposredni bližini osrednje ogrevalne naprave, pri čemer je do vsakokratnega porabnika tople vode speljan ločen dovod. Da se vsakemu uporabniku takoj ob uporabi zagotovi zadostno količino sanitarne tople vode, je običajno do vsakega uporabnika speljan dodaten obtočni vod.

[0003] Obstaja pa tudi možnost lokalne priprave tople sanitarne vode, v neposredni bližini porabnika, pri čemer je v ta namen uporabljen električni grelnik, ki je nameščen v bližini porabnika, običajno na steni ali pod umivalnikom. Omenjena rešitev predstavlja podvajanje ogrevalnih kapacitet, še zlasti tedaj, ko je na voljo nizkotemperatumi ogrevalni sistem.

[0004] Naloga izuma je ustvariti toplotno črpalko, zlasti toplotno črpalko za pripravo sanitarne tople vode v nizkotemperatumem ogrevalnem sistemu, s katero so odpravljene pomanjkljivosti znanih rešitev.

[0005] Zastavljena naloga je po predlaganem izumu rešena z značilnostmi, podanimi značilnostnem delu 1. patentnega zahtevka. Podrobnosti izuma so razkrite v pripadajočih podzahtevkih. Po predlaganem izumu je predvideno, da se sanitarno toplo vodo pripravlja lokalno, kar se da blizu uporabnika sanitarne tople vode, namesto z električnim grelnikom pa se sanitarno toplo vodo pripravi s kompaktno toplotno črpalko. V ta namen je omenjena toplotna črpalka zasnovana z vsaj dvema toplotnima prenosnikoma, ki sta medsebojno prednostno povezana zaporedno.

[0006] Izum je v nadaljevanju podrobneje predstavljen na osnovi ne omejujočega izvedbenega primera in s sklicevanjem na priložene skice, kjer kaže sl. 1 shematski prikaz toplotne črpalke po izumu, sl. 2 shematski prikaz drugega izvedbenega primera toplotne črpalke po izumu.

[0007] Toplotna črpalka 1 po izumu je predvidena za lokalno pripravo sanitarne tople vode na mestih, kjer je na voljo osrednji nizkotemperatumi ogrevalni sistem 2 s temperaturo grelne vode ^ 35 °C. Omenjeni ogrevalni sistem 2 obsega več ogrevalnih vej, na primer vejo 3 za talno gretje, vejo 4 za konvektor in podobno, pri čemer je ena od omenjenih ogrevalnih vej predvidena kot ogrevalna veja 5 za pripravo sanitarne tole vode. Omenjena ogrevalna veja 5 za pripravo sanitarne tople vode je speljana v neposredno bližino uporabnika sanitarne tople vode, kjer je fluidno povezana s toplotno črpalko 1.

[0008] Omenjena toplotna črpalka 1 je zasnovana kot kompaktna toplotna črpalka in obsega vsebnik 6 sanitarne vode in vsaj dva, prednostno pa vsaj tri prenosnike 7, 8, 9 toplote. Notranjost vsebnika 6 sanitarne vode je na po sebi znan način fluidno povezana tako z virom 10 sanitarne hladne vode kot tudi s ponorom 11 oz. porabnikom sanitarne tople vode. Dalje je predvideno, da toplotna črpalka 1 obsega drugi prenosnik 8 toplote, ki je prav tako kot prvi prenosnik 7 toplote razporejen v visokodačni veji toplotne črpalke 1, in tretji prenosnik 9 toplote, ki je razporejen v nizkodačni veji toplotne črpalke 1. Omenjeni drugi prenosnik 8 toplote je izbran kot ohlajevalnik vročih plinov (angl. desuperheater), medtem ko je omenjeni tretji prenosnik 9 toplote izbran kot uparjalnik hladiva toplotne črpalke 1.

[0009] V omenjenem vsebniku 6 nahajajoči se medij se ogreva s pomočjo prvega prenosnika 7 toplote, ki je razporejen v visokodačni veji toplotne črpalke 1. V predstavljenem izvedbenem primeru je omenjeni prvi prenosnik 7 toplote izbran kot cevovod, ki na način navojnice vsaj deloma obdaja omenjeni vsebnik 6 in ogreva v njem nahajajoči se medij. Alternativno je prvi prenosnik 7 toplote razporejen v vsebniku 6 in obdan z medijem, ki se ga ogreva. Omenjeni prvi prenosnik 7 toplote je s pomočjo odvodnega voda 12 preko tretjega prenosnika 9 toplote fluidno povezan s kompresorskim sredstvom 13. Pri tem je v vodu 12, navzdolnje glede prenosnik 7 toplote, med prenosnikoma 7, 9 toplote predvideno filtrimo sredstvo 14 in le-temu sledeč ekspanzijski ventil 15. Omenjeno kompresorsko sredstvo 13 je s pomočjo dovodnega voda 16 preko drugega prenosnika 8 toplote fluidno povezano s prvim prenosnikom 7 toplote. Fluidna povezava omenjenega prvega prenosnika 7 toplote preko tretjega prenosnika 9 toplote in preko drugega prenosnika 8 toplote predstavlja visokotlačno vejo toplotne črpalke 1. Dalje je tretji prenosnik 9 toplote preko voda 17 termodinamično povezan z omenjeno ogrevalno vejo 5 za pripravo sanitarne tople vode osrednjega nizkotemperatumega ogrevalnega sistema 2, kar predstavlja prvi del nizkotlačne veje toplotne črpalke 1. Še dalje je drugi prenosnik 8 toplote preko voda 18 termodinamično oz. fluidno povezan z grelnim telesom 19, razporejenim v neposredni bližini toplotne črpalke 1 oz. v istem prostoru kot toplotna črpalka 1 in porabnik 11 tople sanitarne vode. Grelni medij, ki ogreva grelno telo 19, je v termodinamično oz. fluidno povezanem sistemu prenosnik 8 toplote - vod 18 - grelno telo 19 gnan s pomočjo potisnega sredstva 20, na primer obtočne črpalke, ki je sestavni del toplotne črpalke 1. Omenjeno grelno telo 19 je v predstavljenem izvedbenem primeru izbrano na primer kot radiator.

[0010] Po predlaganem izumu je predvideno, da je omenjeno kompresorsko sredstvo 13 dodatno s pomočjo kratkostičnega obvoda 21 v kratkostični fluidni povezavi s prvim prenosnikom 7 toplote. S pomočjo obvoda 21 se da iz termodinamične oz. fluidne povezave izločiti drugi prenosnik 8 toplote. V ta namen je v dovodnem vodu 16, neposredno pred drugim prenosnikom 8 toplote, razporejeno prvo zaporno sredstvo 22 in je v omenjenem kratkostičnem obvodu 21 razporejeno drugo zaporno sredstvo 23. V predstavljenem izvedbenem primeru je vsakokratno zaporno sredstvo 22, 23 izbrano na primer kot elektromagnetni ventil, ki je sestavni del toplotne črpalke 1.

[0011] Hladivo, ki po odvodnem vodu 12 teče iz prvega prenosnika 7 toplote, prehaja skozi ekspanzijski ventil 15, kjer se prične uparjati, in nadaljuje pot skozi tretji prenosnik 9 toplote, kjer toplota iz voda 17 omenjene ogrevalne veje 5 osrednjega nizkotemperatumega ogrevalnega sistema 2 prehaja na hladivo. Hladivo je tedaj popolnoma uparjeno, pri čemer se ga po vodu 16 dalje vodi v kompresorsko sredstvo 13, ki hladivo stisne na tlak kondenzacije. Omenjeno kompresorsko sredstvo 13 potiska stisnjeno vroče hladivo preko prvega zapornega sredstva 22 v dovodnem vodu 16 v drugi prenosnik 8 toplote, kjer se vroče uparjeno hladivo ohladi do temperature kondenzacije ali celo deloma kondenzira. Stopnja kondenzacije je odvisna od temperature in pretoka grelnega medija, ki iz drugega prenosnika 8 toplote teče v grelno telo 19. Pretok ogrevalnega medija se upravlja s potisnim sredstvom 20 v odvisnosti od tlačnih uporov grelnega telesa 19 in omenjenega voda 18 na način, da odvzeta toplota z vročega hladiva zadostuje za začetek oz. delno kondenzacijo hladiva v drugem prenosniku 8 toplote. Ohlajeno oz. deloma kondenzirano hladivo nadaljuje pot v prvi prenosnik 7 toplote vsebnika 6 sanitarne tople vode. Vroče hladivo prične kondenzirati oz. nadaljuje s kondenzacijo, pri čemer se v območju izstopa iz prvega prenosnika 7 toplote hladivo podhladi pod temperaturo kondenzacije. Pri tem toplota iz hladiva preide na sanitarno vodo v vsebniku 6. Podhlajeno tekoče hladivo nadaljuje pot preko filtrimega sredstva 14 in dalje do ekspanzijskega ventila 15, kjer se opisani proces ponovi. Kadar v grelno telo 19 ni potrebno dovajati segretega grelnega medija iz drugega prenosnika 8 toplote, se vroče hladivo iz kompresorskega sredstva 13 preko drugega zapornega sredstva 23 preusmeri v prvi prenosnik 7 toplote vsebnika 6 sanitarne tople vode. Prvo zaporno sredstvo 22 je zaprto, pri čemer je drugi prenosnik 8 toplote izločen termodinamične oz. fluidne povezave.

[0011] Po predlaganem izumu je predviden alternativen izvedbeni primer toplotne črpalke 1 (sl. 2), kjer je kratkostični obvod 21 odsoten. Posledično sta odsotni oz. nepotrebni tudi zaporni sredstvi 22, 23. V tem drugem izvedbenem primeru se vroče hladivo iz kompresorskega sredstva 13 vedno vodi neposredno v drugi prenosnik 8 toplote in dalje v prvi prenosnik 7 toplote vsebnika 6 sanitarne tople vode. Vroče hladivo oddaja ustrezno količino toplote v odvisnosti od pretoka vode v hidravličnem krogu grelnega telesa 19, ki ga uravnava potisno sredstvo 20. Kadar grelno telo 19 ne predstavlja ponora toplote in je pretok grelnega medija skozi drugi prenosnik toplote 8 odsoten, se celotna količina toplote iz hladiva prenese v prvi prenosnik 7 toplote vsebnika 6 sanitarne tople vode.

[0012] Toplotna črpalka 1 po predlaganem izumu očitno obsega tudi krmilno napravo 24, s pomočjo katere se uravnava na primer temperaturo omenjenega grelnega medija, ki poteka skozi grelno telo 19, in temperaturo tople sanitarne vode oz. se upravlja z zapornim sredstvom 22, 23, kompresorskim sredstvom 13 in potisnim sredstvom 20.

Claims

Patentni zahtevki

1. Toplotna črpalka, zlasti toplotna črpalka za pripravo sanitarne tople vode v nizkotemperatumem ogrevalnem sistemu, značilna po tem, da je zasnovana kot kompaktna toplotna črpalka (X) in obsega vsebnik (6) sanitarne vode in niz prenosnikov (7,8,9) toplote, pri čemer je vsebnik (6) sanitarne vode fluidno povezan tako z virom (10) sanitarne hladne vode kot tudi s ponorom (11) sanitarne tople vode in pri čemer je toplotna črpalka (1) v termodinamični oz. fluidni povezavi z grelnim telesom (19).
2. Toplotna črpalka po zahtevku 1, značilna po tem, da obsega vsaj dva, prednostno tri prenosnike (7, 8, 9), pri čemer sta prvi prenosnik (7) toplote in drugi prenosnik (8) toplote razporejena v visokotlačni veji toplotne črpalke (1), medtem ko je tretji prenosnik (9) toplote, ki je termodinamično povezan z nizkotemperatumim ogrevalnim sistemom (2), razporejen v nizkotlačni veji toplotne črpalke (1).
3. Toplotna črpalka po zahtevkih 1 in 2, značilna po tem, da je omenjeni prvi prenosnik (7) toplote izbran kot cevovod, ki z zunanje strani na način navojnice vsaj deloma obdaja omenjeni vsebnik (6).
4. Toplotna črpalka po zahtevkih 1 in 2, značilna po tem, da je omenjeni prvi prenosnik (7) toplote razporejen v vsebniku (6) in obdan z medijem, ki se ga ogreva.
5. Toplotna črpalka po zahtevkih 1 in 2, značilna po tem, da je omenjeni drugi prenosnik (8) toplote izbran kot ohlajevalnik vročih plinov, medtem ko je omenjeni tretji prenosnik (9) toplote izbran kot uparjalnik hladiva toplotne črpalke (1).
6. Toplotna črpalka po enem od predhodnih zahtevkov, značilna po tem, da je omenjeni prvi prenosnik (7) toplote termodinamično oz. fluidno povezan z drugim prenosnikom (8) toplote in s tretjim prenosnikom (9) toplote.
7. Toplotna črpalka po enem od predhodnih zahtevkov, značilna po tem, da je fluidni povezavi med prenosniki (7, 8, 9) toplote dodan kratkostični obvod (21), s pomočjo katerega, in ob uporabi zapornih sredstev (22, 23), se prenosnik (8) toplote loči od ostalih prenosnikov toplote.
8. Toplotna črpalka po enem od predhodnih zahtevkov, značilna po tem, da je v fluidni povezavi med drugim prenosnikom (8) toplote in grelnim telesom (19) predvideno potisno sredstvo (20), ki je sestavni del toplotne črpalke (1).