NO872374L - Varmepumpe og fremgangsmaate for varmepumpe. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en varmepumperremgangsmåte, omfattende fordampning, kompresjon og kondensering av et hydrofobisk kjølemedium, fortrinnsvis butan eller annet beslektet hydrokarbon, i et kretsløp som utnytter jordvarme via et jordhull, samt en varmepumpeanordning omfattende en fordamper, en kompressor og en kondensator i et kretsløp av et hydrofobisk kjølemedium, fortrinnsvis butan eller annet beslektet hydrokarbon som utnytter jordvarme via et jordhull.

Ved tidligere kjente varmepumpeanordninger som tar varme fra jorden, har det vært vanlig å bore hull som kommer til å inneholde vann, og plassere et kollektor i hullet. Kollektoren omfatter da ledninger gjennom hvilke et kjølemedium, f.eks. glykol, sirkuleres. Varme overføres fra jorden til vannet og fra vannet gjennom ledningsveien til glykolen. Glykolen sirkuleres gjennom en varmeveksler, fordamperen, der et annet fluid, f.eks. freon, varmes opp. Glykolen sirkuleres deretter tilbake til ledningen i hullet. Freonet sirkuleres i gassform fra fordamperen til kompressoren og fra kompressoren til kondensatoren der freonet kondenseres mens det avgir varme. Freonet tilbakeføres deretter til fordamperen. Denne løsning har den ulempe at flere varmevekslere, kollektoren og fordamperen, som alle omfatter varmeoverføring gjennom ledningsvegger behøves for å overføre varme fra den omkringliggende jord til fluidet som passerer gjennom kompressoren.

Ifølge en annen løsning reduseres varmevekslerkostnad-ene ved at man lar freonet passere gjennom kollektoren som således anvendes som fordamper. I dette tilfelle økes imidlertid mengde av freon i systemet betydelig. Dette sammen med den mer utsatte stilling for en del av ledningene som innehold-er freon, medfører alvorlige ulemper når det gjelder miljøet.

Gjennom den foreliggende oppfinnelse er det tilveie-brakt en varmepumpefremgangsmåte og en varmepumpeanordning, der jordvarme overføres til kjølemediet ved å passere gjennom en forbedret kombinert varmekollektor og fordamper, i hvilken varmeoverføringen fordeles jevnt over kollektorlengden. Ved å velge et hydrofobisk kjølemedium for kretsløpet, fortrinnsvis et hydrokarbon av typen butan, propan eller en blanding av disse, muliggjøres direkte innføring av kjølemediet i en hydro fil væske, fortrinnsvis vann, i kollektoren. Ved mammutpumpe-virkning i denne, oppnås en utjevning av varmeoverf©ringspro-sessen langs etter kollektoren. Kollektoren kan utnytte et vannfylt jordhull for å ta ut varme fra den omliggende jord eller fjell. Dette oppnås ved oppfinnelsen ved det som gis i de etterfølgende patentkrav.

En utførelsesform av oppfinnelsen beskrives nedenfor med henvisning til den medfølgende tegning hvor fig. 1 viser en utførelse av oppfinnelsen innført i et jordhull. Fig. la viser et tverrsnitt av jordhullet når dette er forsynt med en alternativ passende foring.

På fig. 1 omfatter oppfinnelsen en kompressor 20, en kondensator 21 og en kombinert fordamper og varmekollektor 11 i et hull 70 i jorden. Kollektoren 11 består av tynne metal-lrør i form av innbyrdes, ved hjelp av gjenger tett sammenføy-ede seksjoner, og et påskrudd bunnlokk 73. Kollektoren 11 er fylt med en hydrofil væske, slik som vann, og danner en vannpilar 76. Hullet 70 er likeledes fylt med en hydrofil væske, f.eks. grunnvann, som danner en langstrakt væskekropp eller en vannpilar 71. Et hydrofobisk kjølemedium, f.eks. et hydrokarbon slik som butan eller propan, eller alternativt en blanding av disse forskjellige hydrokarboner, innføres i den hydrofile væske via en ledning 16. Kjølemediet skal ha et slikt trykk og en slik temperatur, at det kan innsprøytes i flytende form i væsken og i en slik tilstand at det er let-tere enn væsken, hvorved kjølemediet kommer til å flyte oppover mot et mindre trykk. Kjølemediet begynner å fordampes ettersom en viss varme har blitt opptatt. Varmen som kreves for faseom-vendingen tas fra den omliggende hydrofile væskepilar 76, som i sin tur varmes opp gjennom den omliggende væskepilar 71 og jorden 10 som danner varmekilden. Ledningen 16 kan ved sin nedre ende forsynes med et munnstykke 17 som er tilpasset for å begrense strømmen. Denne strømbegrensning, og ved behov en innebygget strømbegrensning i avstengningsventilen 24, utnyttes for å holde et passende trykk i det innsprøytede kj ølemediet.

Kollektorens 11 øvre ende er tilsluttet en beholder 12. Beholderens 12 øvre del er tett tilsluttet med et lokk 15 som sammen danner et reservoar 14 som samler opp boblene 31 fra fordampet, avskilt kjølemedium. Dette føres i gassform gjennom ledningen 19 til kompressoren 20, der mediets trykk og temperatur økes. Det komprimerte kjølemediet føres så gjennom ledningen 23 til kondensatoren 21. Denne er en konvensjo-nell varmeveksler, der kjølemediet kondenseres ved at det avgir varme til en forbruker som tilsluttes via rørene 22. I flytende tilstand vil kjølemediet siden føres via avsteng-nings- eller reduksjonsventilen 24 og ledningen 16 tilbake til kollektoren 11.

For å forbedre varmevekslingen er kollektoren 11 forsynt med et rør 18 som strekker seg langsmed ledningen 16. Normalt er det passende å la røret 18 strekke seg fra omtrent en meter under væskeflaten i reservoaret 14 til nær hullets bunn. De oppstigende bobler 31 i kollektoren 11 danner en mammutpumpe som forårsaker en væskesirkulasjon opp rundt røret 18 og ned gjennom dette i samsvar med pilene 32. Dette gir en nevn temperaturtordeling langsmed hele kollektoren 11 og fører til en vesentlig konstant varmestrøm over jordhullets 70 lengde. Varmepumpeanordningen som er vist på fig. 1 tilpas-ses ved et boret hull, fortrinnsvis med liten diameter av størrelsesorden 90 mm eller mindre, og passende ned til et dyp på 100 m. Mindre dyp kan tillates hvis en hel gruppe hull utnyttes. Som antydet på fig. la og skjematisk, delvis på fig. 1, kan en innsats 74 passende av brannslangemateriale, vevet impregnert med plastmateriale eller et annet bøyelig tynt rør, anvendes for foring av hele borehullet slik at det ønskede vannivå 75 kan opprettholdes deri uten påvirkning av forandringer i grunnvannivå, eller sviktende vanntilførsel eller en lekkasje fra hullet 70. Dette arrangement kan utnyttes generelt ved alle slags konvensjonelle monterte kollektorer i borehull.

Det vil fremgå at vanlige oljesmørte kompressorer kan utnyttes i den beskrevne varmepumpefremgangsmåte ettersom oljetettheten er mindre enn vannets. Den lille mengde olje som kommer fra kompressoren, kommer til å bli samlet ved væske-overflaten og derfra kan den lett fjernes ved at man åpner vent ilen 72.

Den temperaturutjevning som tilveiebringes av mammut- pumpevirkningen i kollektoren, vil hindre normal isdannelse i denne. En økning av energiuttaket kan imidlertid oppnås ved at man driver dette under 0°C, hvorved lokal sammenfrysning i kollektoren kan hindres ved hjelp av fryspunktnedsettende middel i, eller i en passende kjolevæske som kollektorens væskepæl. Kollektorrøret kan derved få danne en omliggende ismantel i hullet 70 i direkte kontakt med jordhullets vegg, og vil fungere bra som varmeleder. Eksempel på slike midler for innblanding i vann, er sprit, pottaske (kalsiumklorid) og propylenglykol. Som kjolevæske velges en slik, f.eks. de nevnte innblandingsprodukter, som kjemisk ikke reagerer med kjølemediet. I spesielle tilfeller kan man også la væskepilaren 71 dannes av en slik blanding eller kjolevæske innenfor en tettende foring 74.

Claims (7)

1. Varmepumpefremgangsmåte omfattende fordampning, kompresjon og kondensering av et hydrofobisk kjølemedium, fortrinnsvis butan eller annet nær beslektet hydrokarbon, i et kretsløp som utnytter jordvarme via et jordhull, KARAKTERISERT VED at det i jordhullet (70) holdes en langstrakt pilar (76) av hydrofil væske, fortrinnsvis vann, i varmeopptakende kontakt med den omliggende jord eller fjell (10), ved at det etter kondensering i kretsløpet innfører det hydrofobiske kjølemedium i pilaren (76) ved et slikt trykk og en slik temperatur at kjølemediet fordamper ved direkte berøring med den hydrofile væske, samt at kjølemediets gass føres gjennom pilaren og deretter skilles fra væskepilaren (76) for etterfølgende kompresjon i kretsløpet.

2. Fremgangsmåte som i krav 1, KARAKTERISERT VED at kjølemediet innsprøytes i væskepilaren på et slikt nivå at det danner drivmediet i en virkende mammutpumpe i væskepilaren.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, KARAKTERISERT VED at den varmeopptakende kontakt mellom det omliggende fjell eller den omliggende jord, og den langstrakte hydrofile væskepilar (76) opprettholdes ved en fraskilt væskekropp, men denne omliggende vannpilar (71) som fyller borehullet.

4. Varmepumpeanordning omfattende en fordamper (11), en kompressor (20) og en kondensator (21) i et kretsløp av et hydrofobisk medium, fortrinnsvis butan eller annet nær beslektet hydrokarbon, som utnytter jordvarme via et jordhull (70), KARAKTERISERT VED at fordamperen (11) er anordnet som varmekollektor i jordhullet (70) og som omfatter et langstrakt rør (11) fylt med en hydrofil væske, fortrinnsvis vann, samt organ (16, 17) for å innføre et hydrofobisk kjølemedium i røret (11), fortrinnsvis butan eller annet nær beslektet hydrokarbon, i direkte varmeoverførende berøring med den hydrofile væsken, slik at kjølemediet fordamper i denne ved varmeopptak, dessuten røret 11 samtidig er anordnet for å holdes i varmeopptakende kontakt med omliggende jord eller fjell via jordhullets (70) vegg.

5. Varmepumpeanordning ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at kjølemediet er anordnet for å tilføres væsken i varme-kollektorrøret (11) via et munnstykke (17) på et slikt dyp at kjølemediets oppstigende i kollektoren danner en mammutpumpe for væsken (76) i kollektoren.

6. Varmepumpeanordning ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at varmekollektorrøret (11) i jordhullet (70) er omgitt av en hydrofil væske (71), fortrinnsvis vann, som danner den varmeopptakende kontakt med det omliggende fjell eller jord ( 10) .

7. Varmepumpeanordning ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED en tettende foring (74) for jordhullets vegg (70) for å holde den hydrofile væske (71) på ønsket nivå i jordhullet (70).