NO783221L - Oppvarmingsanlegg med varmepumpe. - Google Patents

Abstract

Oppvarmingsanlegg med varmepumpe

Description

Oppfinnelsen angår et oppvarmingsanlegg med en brenner for flytende eller gassformede brennstoffer i kombinasjon med en varmepumpe hvor den varme som skal avgis fra varmepumpen, over varmevekslere tilføres til oppvarmingstilbakeløpet.

Det er kjent å oppvarme en varmepumpes kjølemiddel-krets ved hjelp av medier med lavt temperaturnivå, eksempelvis ved hjelp av varme som er inneholdt i jordbunnen eller i vass-

drag. Det er videre kjent å oppvarme kjølemiddelet ved hjelp av luft, idet denne luft kan være den normale omgivelsesluft, men også oppvarmet avluft fra oppvarmings- eller kjølesystemer.

Avgassen fra brennere er, særlig ved anvendelse av fyringsolje som brennstoff, vanligvis belastet med svovelforbindelser som på sin side frembringer en belastning på omverdenen.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe et oppvarmingsanlegg ved hvilket ingen svovelforbindelser kommer ut i luften.

Ovennevnte formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved at kjølemiddelet oppvarmes i en varmeveksler ved hjelp av brennerens avgass.

Ved hjelp av den med denne oppvarming forbundne av-kjøling av kjeleavgassene skjer det en kondensering av det i avgassen inneholdte vann, idet de ved forbrenningen oppståtte svoveloksyder har oppløst seg som svovelsyre. Kondensatet kan etter ut-fellingen nøytraliseres ved hjelp av basiske tilsetninger, slik at kondensatet deretter kan avledes inn i avløpsvannledningene.

Da avløpsvann dessuten i mange tilfeller er basisk, kan kondensatet, når det foreligger passende forutsetninger, også uten ekstra nøytralisering tømmes ut i avløpsvannsystemene. Ved siden av rensingen av avaassene er.det mulig å gjøre utnyttbart hele varme-innholdet i kjeleavgassene som forlater kjelen med temperaturer på 200° C til 300° C. Ved en avkjøling av avgassene ned til omgivelsestemperatur kan det gis avkall på en skorstein. Avgassene kan da, slik som ved gassfyrte oppvarmingsanlegg, ledes direkte gjennom murbruket ut i det fri.

Oppvarmingsanlegget ifølge oppfinnelsen kan kom-bineres med kjente oppvarmingssystemer ved hvilke kjølemiddelet oppvarmes ved hjelp av medier med lavt temperaturnivå.

Varmepumpen kan være utformet som i og for seg kjent absorbator-varmepumpe hvis absorbator ligger i oppvarmings-tilbakeløpet og hvis koker oppvarmes av oppvarmingsbrenneren.

Varmepumpen kan imidlertid også på i og for seg kjent måte være forsynt med en motordrevet kompressor (Verdichter). Ifølge oppfinnelsen er det da som drivanordning for kompressoren .fortrinnsvis anordnet en dampdrevet drivanordning hvis avløpsdamp innledes i oppvarmingsanleggets tilbakeløp. Som dampgenerator er det fortrinnsvis anordnet en ved hjelp av brennerens brenngasser påvirket fordamper i hvilken vann fra varmekjelens fremløp innmates for fordampning.

Som drivanordning for kompressoren kan det være anordnet en dampturbin. Det er imidlertid også mulig å anordne en stempeldampmaskin som drivanordning for kompressoren.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende

i forbindelse med to utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et systemdiagram av et oppvarmingsanlegg ifølge oppfinnelsen med en absorbatorvarmepumpe, og fig. 2 viser et systemdiagram av et oppvarmingsanlegg ifølge oppfinnelsen med en kompressor-varmepumpe.

Oppvarmingsanlegget ifølge fig. 1 oppviser en brenner 2 som over en oljepumpe 4 tilføres fyringsolje og over en luftkompressor 6 tilføres den nødvendige luft for forbrenning av fyringsoljen. Oljepumpen 4 og luftkompressoren 6 drives fra en elektromotor 8. Absorbatorvarmepumpens koker 10 oppvarmes ved hjelp av brennerens 2 brenngasser. Brenngassene gjennomløper da oppvarmings-varmeveksleren 12 som er forsynt med en tilkopling 14 for tilbakeløpet og en tilkopling 16 for fremløpet. Det i kjele-varmeveksleren 12 oppvarmede vann ankommer via fremløpet

til de enkelte varmelegeraer eller radiatorer 20 i oppvarmings-systernet.

Varmepumpen oppviser videre en oppløsningskrets

22 og en kjølemiddelkrets 24 samt en absorbator 26. Fra absorbatoren føres den rike eller sterke oppløsning via en ledning 28 gjennom en pumpe 30 under trykkøkning inn i kokeren 10 fra

hvilken den fattige eller svake oppløsning via en ledning 32 ankommer til absorbatoren 26 etter en varmeutveksling med den sterke oppløsning i en varmeveksler 34 og ekspansjon i en strupeventil 36.

Kjølemiddelet, som forlater kokeren 10 i damptil-stand, blir over en ledning 38 ledet gjennom en varmeveksler 40 i oppvarmingssystemets tilbakeløp og gjennomstrømmer etter ekspansjon i strupeventilen 42 en varmeveksler 44 som varmekjelens avgass ledes gjennom. Det oppvarmede kjølemiddel ankommer deretter via en ledning 46 og en varmeveksler 48 til absorbatoren 26. I varmeveksleren 48 skjer en varmeveksling mellom det fremløpende kjølemiddel og det i absorbatoren tilbakeløpende kjølemiddel.

Oppvarmingstilbakeløpet ledes gjennom en varmeveksler 50 i hvilken det fra kjølemiddelkretsen tas ut fordampnings-varme. Bak varmeveksleren 50 ledes tilbakeløpet gjennom absorbatoren 26 fra hvilken det tas ut absorpsjonsvarme. Derfra fører tilbakeløpet via den allerede nevnte varmeveksler 40 inn i kjele-varmevekslerens 12 tilbakeløpstilkopling 14.

På fig. 1 er det videre vist en tredje varmeveksler 52 som også står i varmevekslende forbindelse med det ekspanderte

kjølemiddel. Varmeveksleren 52 er på kjent måte en del av en oppvarmingskrets med et medium med lavt temperaturnivå, f.eks. del av en oppvarmingskrets som opptar jord- eller vannvarme fra stående eller flytende vannmasser, eller også del av en oppvarmingskrets som oppvarmes ved hjelp av omgivelsesluft eller med spillvarmebe-lastet avløpsluft.

Den rekkefølge i hvilken varmevekslerne 44, 50 og 52 gjennomstrømmes av kjølemiddel, bør være slik at de temperatur-fall som står til disposisjon for varmeavgivelsen,øker etter hverandre i strømningsretningen.

Varmeveksleren 44 bør fortrinnsvis være utformet slik at brenngassene som forlater kjelen med temperaturer på normalt fra 200° til 300° C, avkjøles omtrent til omgivelsestemperatur, dvs. til temperaturer mellom 10° C og 20° C. Ved en sådan avkjøling av røkgassene kondenserer det i disse inneholdte vann på varmevekslerflåtene. I dette vann er de svoveloksyder som oppstår ved forbrenningen av det svovel som fra naturen er inneholdt i fyringsoljen, oppløst til svovelsyrer. Det svovel-

sure kondensat kan nøytraliseres i en oppsamlingsbeholder for kondensvannet før kondensvannet ledes inn i normale avløpsvann-ledninger. Iblant kan det ved en tilstrekkelig basisitet av vannet i avløpsvannledningene gis avkall på en nøytralisering.

Den fra varmeveksleren 44 med romtemperatur ut-tredende avgass er således i vidtgående grad renset for stoffer

som belaster omgivelsene. Avgassen kan derfor umiddelbart ledes ut i det fri gjennom murgjennombrytninger eller avgassledninger

som kan bestå av plastrør. Da avgassen som skal bortledes, er tørr, trenger man ikke å frykte kondensnedslag i avgasslednin-

gene. Ved den beskrevne avgasskjøling kan det gis avkall på skorsteiner. Dermed kan imidlertid varmekjeler i praksis opp-stilles på vilkårlige steder uten hensyn til forhåndenværende skorsteinsavtrekk. Ved siden av den tilstrebede omgivelses-avlastning har systemet ifølge oppfinnelsen den fordel at varme-innholdet i den normalt gjennom skorsteinen bortstrømmende av-luftsgass kan gjenvinnes nesten fullstendig, slik at oppvar-mingssytemets varmebalanse forbedres. Den ekstra energi som vinnes på denne måte, kan antas å være av størrelsesorden 15 % eller mer sammenliknet med nåværende oppvarmingssystemer. De enkelte bestanddeler i det foran beskrevne system kan integreres i varmekjelen eller påbygges umiddelbart på varmekjelen. Der-

ved kan varmevekslerne innbygges omspylt av varmeanleggets vann, slik at skadelig energitapunfigås også uten kostbar isolering av systemet. Slik som ved nåværende varmekjeler, trenger en således utformet varmekjel bare å være forsynt med tilkoplinger for frem- og tilbakeløpet, eventuelt med tilkoplinger for vedkommende varmekrets til varmeveksleren 52.

Det på fig. 2 viste oppvarmingsanlegg arbeider med

en kompressor-varmepumpe. Slike deler av oppvarmingsanlegget som er identiske med deler i oppvarmingsanlegget ifølge fig. 1,

er forsynt med samme henvisningstall.

Kompressoren 51 for kjølemiddelkretsen 53 er forsynt med en drivanordning 54. Det komprimerte eller.kondenserte kjølemiddel blir i en i oppvarmingssystemets 20 tilbakeløp beliggende varmeveksler 56 overført i flytende form, og etter varmeveksling med det tilbakeløpende kjølemiddel i en varmeveksler 58 ekspandert i en strupeventil 59. Det ekspanderte kjølemiddel gjennomstrømmer deretter varmeveksleren 52 i en lav^-temperatur-oppvarmingskrets dersom en sådan er tilstede. Deretter gjennomstrømmer kjølemiddelet en i oppvarmingssystemets tilbakeløp beliggende varmeveksler 50, og gjennomstrømmer deretter den av avløpsgassene gjennomstrømmede varmeveksler 44.

Ifølge oppfinnelsen er det anordnet en av brennerens" 2 brenngasser påvirket dampgenerator 60. Denne dampgenerator blir over en trykkøkende pumpe 62, som drives fra motoren 8, matet med vann fra oppvarmingssystemets fremløp. Dampgeneratoren kan eksempelvis være en rørspiral som omgir brennerens flamme.

Drivanordningen 54 er dampdrevet og kan eksempelvis være utformet som dampturbin. Denne dampturbin blir over en dampledning 6 4 tilført dampen fra dampgeneratoren 60. Avløps-dampen fra turbinen 54 innledes i en kondensator 66 i hvilken dampen gjøres flytende og innmates i oppvarmingssystemets tilbake-løp. I stedet for en dampturbin kan det også være anordnet en dampdrevet stempelmotor.

Beredskapsholdelsen av det i kjølemiddelkretsen •nødvendige komprimeringsarbeid ved hjelp av en dampdrevet drivanordning har den fordel i forhold til en elektromotor som drivanordning, at drivenergien kan stilles til disposisjon mer økonomisk enn elektrisk strøm. Samtlige energier som frembringes ved damp-drift med umiddelbar dampgenerering i varmekjelen, har den fordel at alle varmetap for drivanordningen inngår positivt i oppvarmingsanleggets varmebalanse.

Anvendelsen av en dampdrevet drivanordning kan særlig benyttes for oppvarmingsanlegg med høyere ytelse. For mindre oppvarmingsanlegg kan det iblant være gunstigere å drive kjøle-middelkompressoren på vanlig måte med en elektromotor. Herved blir de fordeler, som oppnås ved avkjølingen av røkgassen på den foran beskrevne måte, ikke berørt.

Sammen med den i avløpsgassen inneholdte vanndamp og svoveldioksyd utfelles også det i avløpsgassen inneholdte sot på varmevekslerens 44 varmevekslerflater. For å unngå ned-smussing på grunn av sotansamlinger, bør brenneren innstilles optimalt på et minst mulig sottall. Særlig fordelaktig er blå-brennende oljebrennere, dvs. oljebrennere ved hvilken oljen for-gasses i brenneren og som derfor brenner sotfritt med en gass-flammeliknende flamme.

Oppvarmingsanlegget ifølge oppfinnelsen er også fordelaktig når brennstoffene ikke inneholder noen omgivelses-skadelige bestanddeler, eksempelvis ved anvendelse av gass som brennstoff. I dette tilfelle oppnås allerede et vesentlig frem-skritt i forhold til kjente oppvarmingsanlegg ved hjelp av den fullstendige gjenvinning av avgassvarmen, hvorved oppvarmingsanlegget heller ikke her ville være bundet til anvendelse av skorstein.

Claims (9)

1. Oppvarmingsanlegg med en brenner for flytende eller gassformede brennstoffer i kombinasjon med en varmepumpe hvor den varme som skal avgis fra varmepumpen, over varmevekslere tilføres til oppvarmingstilbakeløpet, karakteri sert ved at kjølemiddelet oppvarmes i en varmeveksler (44) ved hjelp av brennerens (2) avlø psgass.

2. Oppvarmingsanlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at varmeveksleren (44) er utformet slik at avløpsgassen avkjøles ned til omgivelsestemperatur, og at det er anordnet midler for oppsamling av det kondensat som derved utfelles på varmevekslerflåtene.

3. Oppvarmingsanlegg ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det til kjølemiddelet i en varmeveksler (52) også avgis varme fra en oppvarmingskrets med et medium med lavt temperaturnivå.

4. Oppvarmingsanlegg ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at varmepumpen er utformet som en i og for seg kjent absorbatorvarmepumpe hvis absorbator (26) sammen med en kondensator (40) er anordnet i oppvarmingens (20) tilbakeløp, og hvis koker (10) oppvarmes av oppvarmingsbrenneren (2).

5. Oppvarmingsanlegg ifølge ett av kravene 1 - 3, karakterisert ved at varmepumpen på i og for seg kjent måte er forsynt med en motordrevet kompressor (51).

6. Oppvarmingsanlegg ifølge krav 5, karakterisert ved at det som drivanordning for kompressoren (51) er anordnet en dampdrevet drivanordning (54) hvis avløpsdamp innledes i oppvarmingstilbakeløpet.

7. Oppvarmingsanlegg ifølge krav 5, karakterisert ved at det som dampgenerator er anordnet en ved hjelp av brennerens brenngasser påvirket fordamper (60) i hvilken det innmates vann fra varmekjelens fremløp.

8. Oppvarmingsanlegg ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at det som drivanordning for kompressoren (51) er anordnet en dampturbin (54).

9. Oppvarmingsanlegg ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at kompressorens (51) drivanordning er utformet som stempeldampmaskin.