FI117024B

FI117024B - Lämpöpumppujärjestelmä

Info

Publication number: FI117024B
Application number: FI20020407A
Authority: FI
Inventors: Risto Antero Ojala; Juha Matti Nykaenen
Original assignee: Risto Antero Ojala
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2006-05-15
Also published as: FI20020407A; FI20020407A0; AU2003208369A1; EP1490636A1; WO2003074953A1

Description

ί LÄMPÖPUMPPUJÄRJESTELMÄ

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johda esitetty lämpöpumppujärjestelmä.

5

Keksintö soveltuu käytettäväksi esimerkiksi maalä jen yhteydessä. Tunnetun tekniikan mukaisen maal perusosat käsittävät kompressorin, lauhduttimen, venttiilin, höyrystimen, keruuliuospiirin kiertov 10 lämmitysverkoston kiertovesipumpun, kylmäaineputki: vittavat lämpötilan sekä paineen mukaan toimivat k muut apulaitteet kuten kylmäainevaraaja, suodatin, magneettiventtiili ja kompressorin ohjain.

15 Tunnetuissa maalämpöpumpuissa joudutaan lämmityste ja -hyötysuhteen sekä lämpimän käyttöveden tuotan] tyytymään kompromisseihin. Lämmitysjärjestelmän t lämmöntuotannon osalta on tunnettua käyttää seura ratkaisuja.

20

On tunnettua alimitoittaa lämpöpumppu ja tuoda lis kövastuksella. Mitoituksen osuessa oikeaan, lärapöp mii esimerkkitapauksen Skandinavian vaihtelevissa olosuhteissa parhaalla hyötysuhteella ulkolämpötil.

25 -10°C...0°C. Eli noin puolet vuotuisesta käytt Lämpötilan laskiessa alle -10oC sähkövastuksella .··*. lisätehon osuus kasvaa ja kokonaishyötysuhde lask< • *

.·"· kaasti. Lämpötilan ollessa korkeampi kuin 0°C

• ** tarvitaan, mutta lämpöpumppu on silloin ylimitoite-

• I

*·* 30 hyötysuhde laskee lämpötilan noustessa.

• · * !·ί · On myös tunnettua mitoittaa lämpöpumppu vastaamaan ·«· v. * fphnnf ^ rvptt^ niin. ai Ιτγ^λτλ q-Μί ώ+- λ ha 2 kohottaa sen lämpötila käyttölämpötilaan sähk avulla. Tässä ratkaisussa sähkövastuksen käyttö hyötysuhdetta.

5 On myös tunnettua käyttää lämpöpumppua niin kork( nesuhteella, että saatava lämpötilataso riittää k lämmittämiseen. Painesuhteen nosto johtaa kuitenl· suhteen huononemiseen kompressorin kuorman kasvae johtaa lämmitysjärjestelmän lämmöntuotannon osalta 10 neeseen hyötysuhteeseen, koska muuttuva painesuh< tunnettu käsite maalämpöpumpuissa.

On myös tunnettua tuottaa lämmin käyttövesi kaksiv esilämmittämällä se lauhduttimesta saatavalla la 15 kohottamalla se käyttölämpötilaan tulistuslämmönv jossa kylmäainehöyryn tulistus siirretään käyttöve ratkaisu on edellä mainituista hyötysuhteeltaan pa ei kuitenkaan pystytä hallitsemaan lauhtumispistei tia. Kun lämpimän käyttöveden tarvetta ei ole, sen 20 kohoaa tulistuslämmönvaihtimessa lähelle maksim. höyryntulistus ei enää siirry käyttöveteen, vaan piste siirtyy lauhduttimeen. Tulistettu höyry päc ♦ t* duttimeen heikentäen lämmönvaihtumista lauhduttirr * * loin kun lämpöä syötetään lämmitysjärjestelmään.

"*·· 25 • *··*] Keksinnön tarkoituksena on poistaa nämä epäkohd; * * * *· *5 kaansaada ma a lämpöpumppu, jossa lämmitys järj este * · · *...· vitseman lämmön tuotanto ja lämpimän käyttöveden tapahtuu kaikissa olosuhteissa hyvällä hyötysuhte< : 30 sinnön mukaiselle kuljetusjärjestelylle on tunnusoi mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmer 3 sa. Tämä menetelmä tehostaa lauhduttimen toimintaa taa hyötysuhdetta.

Edellä mainitun tarkoituksen saavuttamiseksi käyt* 5 sinnön mukaisesti myös kylmäaineen alijäähdytystä mäaine alijäähdytetään lämmönkeruulluokseen la jälkeisessä lämmönvaihtimessa. Tämä menetelmä tehc rystimen toimintaa ja parantaa hyötysuhdetta.

10 Edellä mainitun tarkoituksen saavuttamiseksi lämp: töveden tuotanto toteutetaan keksinnön mukaisesti vaiheessa menetelmällä, jonka ensimmäisessä vaihe* tövesi esilämmitetään lauhduttimesta saatavalla li jälkilämmitetään tulistuslämmönvaihtimessa, jossa 15 jaan yhteydessä oleva virtauskanava. Virtauskana^ hallitaan lauhtumispisteen paikkaa ja siirretään nen tulistusenergia varaajaan. Tämä menetelmä teho duttimen toimintaa ja parantaa käyttövesituotannon detta.

20 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle ma **. pulle on tunnusomaista seuraavat asiat. Maalämpöpui * ,···. duttimesta lämmitysjärjestelmään menevän liuoksen * \\9 peutta ohjataan. Maa lämpöpumpussa virtaava kylmä ΊΙΙ 25 jäähdytetään lämmönkeruuliuokseen lauhduttimen * ·

Lauhtumispisteen sijaintia säädetään tulistusläm * » · ** [· messa olevan ja lämminvesivaraajaan yhteydessä oi* * # *··.* tauskanavana toimivan virtausputken avulla.

* * · 30 Seuraavassa kuvataan keksintöä lähemmin esimerk : J viittaamalla piirustuksiin, joissa 4 4

Kuvio 3 esittää vaihtoehtoista tulistusläiranönvail' kennetta yhdistettynä varaajaan ja Kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen maalämpöpumpun ta yhdistettynä US. PAT. 6,092,734 mukais 5 usjakotukkiin.

Tunnettujen maalämpöpumppujen peruskomponenttier keksinnön mukaisessa maalämpöpumpussa on lisäksi duttimen 6 kautta kulkevan lämmitysjärjestelmän 10 virtausnopeuden ohjaus. Keksinnön mukaisessa maala sa on sen lauhduttimen 6 ja paisuntaventtiilin ' lämmönvaihdin 15, jossa kylmäaine alijäähdytetään men jälkeen lämmönkeruuliuospiiriin 7. Keksinnön maalämpöpumpussa on lämpimän käyttöveden tuotanto* 15 tettu tulistuslämmönvaihdin 2, Ko. tulistuslämmönv on lämpövaraajaan 4 yhteydessä oleva virtauskanava virtausputki 3, jonka avulla lauhtumispistettä hali

Keksinnönmukaisessa maalämpöpumpussa maalämpöpumpu; 20 tysjärjestelmään menevän liuoksen lämpötilaa ohjai tamalla sen virtausnopeutta maalämpöpumpun lauhdut Kun lauhduttimen kautta kulkevan lämmitysj ärjestel: sen virtausnopeutta kasvatetaan, liuoksen tilav * * '[1' viipyy lauhduttimessa vähemmän aikaa ja näin oi *1” 25 vastaanottaa vähemmän lämpöenergiaa, liuoksen lämp • * 5 mi tehonsyöttötarvetta ei aliteta. Virtausnopeud voidaan toteuttaa esim. säädettävää lämmitysverkoi tovesipumppua 5 ja ohjainta käyttäen, tai pumpun tausputkea ja venttiiliä sekä ohjainta käyttäen. M 5 lä saavutetaan merkittävä parannus maalämpöpumpun teeseen, kun maalämpöpumppu liitetään US. PAT. mukaiseen lämmitysjärjestelmään, jossa lämmön syöt tysjärjestelmään tapahtuu sykäyksittäin ja joka si oksen lämpötilan alentamisen sen virtausnopeutta 1 10 Tavanomaisen keskuslämmitysjärjestelmän yhteydessä mästä ei ole etua, joskin ei haittaakaan.

Keksinnön mukaisessa maalämpöpumpussa käytetään m raavaa menetelmää. Maalämpöpumpussa virtaava kylm£ 15 jäähdytetään lämmönkeruuliuokseen 7 lauhduttimen sessä lammönvaihtimessa 15. Menetelmällä siirretääi timen 6 jälkeen noin +35°C lämpötilassa olevasta neesta lämpöä noin +5°C lämpötilassa olevaan lämmö: okseen 7. Menetelmällä saavutetaan seuraavia etuja 20 neen lämpötila laskee ennen paisuntaventtiiliä 12 ; sesti sen jälkeen, Samalla keruuliuoksen 7 lämpöt: ;·. ennen höyrystintä 13. Näin keruuliuoksen ja kylmää: .··*. pötilaero höyrystimessä 13 kasvaa ja lämmön siirto • hostuu, kylmäaineen lämpötilan laskeminen ennen « *111 25 venttiiliä vähentää myös höyrystimen toimintaa i • * ***\ paisuntahöyryn määrää. Kun lämpöpumppu käynnistetä • * i *· tuslämmönvaihtimen 2 ja paisuntaventtiilin 12 väli: *··*' eelle, edellisen käyntijakson loputtua jäänyt lämp tehokkaasti hyödynnettyä siirtämällä se lämmönkerui * » : 30 7. Näin käänteinen Carnot-prosessi toimii lähes tä) holla heti käynnistyksestä lähtien, kun kylmäainee « « « t 6 vesi esilämmitetään maalämpöpumpun lauhduttimesta valla lämmöllä varaajassa 4 olevassa lämmönvaihtii +35°C lämpötilaan. Vaiheessa 2 veden lämpötila varsinaiseen käyttölämpötilaan ns. tulistuslämmönv 5 2, jossa kylmäainehöyryn tulistus (noin +90°C) käyttöveteen. Keksinnön mukaiselle maalämpöpumpull nusomaista siinä oleva tulistuslämmönvaihdin 2, jo kahdesta sisäkkäin olevasta kupariputkesta ja käyt Ilosta 2.2, jonka kautta kupariputket viedään. Kup 10 ta sisemmässä 2.3 kulkee tulistettu kylmäainehöyry ja ulomman putken välisessä tilassa on lämmitysjä liuos, joka on yhteydessä varaajaan 4.

Menetelmästä on seuraavanlaisia etuja. Käyttöveden

15 energia saadaan kokonaisuudessaan käänteisestä C

sessista. Kylmäainehöyryn tulistus poistetaan enn< tinta 6. Näin lauhtumispiste on ennen lauhdutinta.

on lauhduttimessa kokonaisuudessaan liuoksena, jo^ mönvaihtuminen lämmitysjärjestelmän liuokseen on 20 ta. Kupariputkien välisessä tilassa ja varaajaan 4 sä olevan lämmitysjärjestelmän liuoksen avulla lau .. teen sijaintia voidaan hallita silloinkin, kun • «« käyttöveden tarvetta ei ole ja sen lämpötila koht • 9 *··"’ tuslämmönvaihtimessa 2 lähelle maksimiarvoa. Sille 25 ainehöyryn tulistus voidaan siirtää varaajaan 4. » \..5 tuslämmönvaihtimessa 2 oleva kylmäaineputki 2.3 « ·.*·· kompressoripiirissä olevan kylmäaineen paine (noi * ·· voittaa lämmitysjärjestelmässä vallitsevan paineen ja purkautuu varoventtiilin (1.5 bar) kautta ulos ; 30 mästä, eikä mene käyttöveteen, jonka paine on 2-3 · .***. järjestelmä on turvallinen, eikä kylmäaine voi 7 sijaitsee säiliön ylemmässä osassa, virtausputki tuoda esim. säiliön ulkopuolella.

Tulistuslämmönvaihdin voi olla muunkinlainen raker 5 siinä on virtauskanavana toimiva virtausputki 3, j> tumispisteen sijaintia voidaan hallita.

«« • · • ·♦ ♦ « ♦ « ··· m ···· • M ♦ · • « »·· • · • · · • ·♦ • · ··· : : ·#· « ♦ • ♦ · • i · M· · ··♦ • » ♦ t «··

Claims

8
1. Lämpöpumppujärj es telinä, johon kuuluu ainakin la kostoon lämpöä luovuttava lämmityspiiri (18) ja 5 piiri (19), jonka kylmäainepiirin yhteydessä o kompressori (1), kompressorin ohjain, lauhdutin neettiventtiili (10), paisuntaventtiili (12), höyr ja pressostaatti (17), ja jossa järjestelmässä lä rissä (18) kiertävä liuos on ohjattu kulkemaan la 10 (6) kautta siten, että lauhduttimesta (6) lähtevä] nepiirin (19) kylmäaineen lämpötilaa muutetaan la (6) kautta kulkevan, lämmityspiirissä (18) kiertä sen kiertonopeutta muuttamalla, ja jossa järjesti käyttöveden lämmittämiseen tarkoitettu tulistusläm 15 (2), tunnettu siitä, että järjestelmässä on air virtauskanava (3), jonka virtauskanavan avulla tulistuslämmönvaihtimesta (2) ylimääräinen tulistua
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöpumppuja 20 tunnettu siitä, että lauhduttimesta (6) lähtevän, piirissä (19) kiertävän kylmäaineen ja lämmityspii kiertävän liuoksen lämpötilaa lasketaan lammi t (18) kiertävän liuoksen kiertonopeutta kasvattama, tyspiirissä (18) olevan kiertovesipumpun (5) avulla *··: ··» Zd • · • · l3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen lämpöpum telmä, tunnettu siitä, että lauhduttimesta (6) • · ··* kylmääinepiirissä (19) kiertävän kylmäaineen lämpö ketään edelleen alijäähdytettyyn tilaan lauhduttin : 30 paisuntaventtiilin (12) välissä sijaitsevalla, Ml tys energiansa maalämpöputkistossa kiertävästä lä: 9 kylmäainepiirin (19) osa on lämmityspiirin (18) o; lä.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen lämpöpumppuja 5 tunnettu siitä, että tulistuslämmönvaihtimen (2 oleva kylmäainepiirin (19) osa ja lämmityspiirin (: järjestetty keskenään siten, että kylmäainehöyry lämpöä tulistuslämmönvaihtimen (2) käyttövesisäili< olevalle käyttövedelle virtauskanavassa (3) olevan 10 piirin liuoksen kautta.
6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen lämpöpum telmä, tunnettu siitä, että virtauskanavassa (3) liuoksen lämpötilan muutosten kautta säädetään 15 höyryn lauhtumispisteen paikka halutulle kohda. lauhdutinta (6). e a * «f e·· • « ♦ « >*· • ••I ··« • · * » • e* • · • * · e ·♦ • « • m« • « • · • e* « · • » · « i f *·· 9 • * · • I • * • «· 10 1