DK151154B - Varmepumpeanlaeg - Google Patents

Description

151154

Opfindelsen vedrører et varmepumpeanlæg af den art, som har et kølekredsløb med en kompressor, som drives af en forbrændingsmotor gennem en kobling, et varmekredsløb, hvori et varmemedium optager varme dels 5 fra kølekredsløbets kondensator, dels fra forbrændingsmotoren og dennes udstødsgasser, samt et bremseaggregat indrettet til at drives af forbrændingsmotoren og til at afgive varme til varmekredsløbet.

Varmepumper, der arbejder med kompressorer, der 10 drives af forbrændingsmotorer, er almindeligt kendt.

Ved sådanne anlæg benyttes yder- eller omgivelsesluft som varmekilde, så at det samlede varmebehov, f.eks. til et hus, også ved lave udendørstemperaturer, f.eks.

-15°C, kun da dækkes, når kølemiddelkompressoren er 15 konstrueret til de laveste udendørstemperaturer. Dette har til følge, at ydelsen af kompressoren i de tidsmæssigt hyppigste temperaturområder er så høj, at der ved højere udendørstemperaturer må anvendes en topunktsregulering for at drive kompressoren med den ringe nød-20 vendige ydelse, selv når driftsomdrejningstallet på kompressoren sænkes. En topunktsregulering bevirker imidlertid stilstands- og starttab og forringer endvidere levetiden for kompressoren og forbrændingsmotoren.

Det ville derfor være formålstjenligt at kon-25 struere kølemiddelkompressorens ydelse efter det tidsmæssigt hyppigste temperaturområde. Det vil imidlertid da være nødvendigt ved meget lave udendørstemperaturer at installere en ekstra varmeindretning. Et sådant anlæg kræver dog en betydelig yderligere investering til 30 et system, der vil være ubenyttet i 80% af varmeperio-den.

Et varmepumpeanlæg af den i indledningen nævnte art kendes fra DE-OS 27 28 273, hvor bremseaggregatet er en strømningsbremse, dvs. en af radiatorvandet i 35 fremløbsledningen gennemstrømmet væskebremse, eller al- 151154 2 ternativt en af modstande belastet generator, som ligeledes tjener til yderligere opvarmning af fremløbs-vandet i varmekredsløbet. Ovennævnte ulempe undgås ved dette anlæg ved, at størrelsen af kompressoren kon-5 strueres efter det tidsmæssigt hyppigste årlige driftsområde, og at tabsvarme fra forbrændingsmotoren tilføres varmekredsløbet, ligesom de omtalte ekstra varmekilder, som begge tager effekt fra forbrændingsmotoren, sættes i drift ved indkobling, når der forekommer 10 udetemperaturer under en vis grænseværdi. Herved opnås, at motoren har en højere tabsydelse, der kan bortføres i varmekredsløbet, og at strømningsbremsen eller var-memodstandene danner yderligere varmekilder til opvarmning af varmekredsløbet.

15 Den mekaniske ømfindtlighed ved strømningsbrem sen og driftsforholdenes afhængighed af egenskaberne ved det fluidum, der er indført i et nyttekredsløb, må anses for at være ulemperne ved strømningsbremser. Herved vanskeliggøres en tilstrækkelig regulerbarhed, der 20 kun kan opnås med kostbare reguleringssystemer. Anvendelsen af en af modstande belastet generator kræver indviklede koblingsindretninger (relæer) i det elektriske kredsløb til trinvis eller trinløs regulering af belastningen.

25 Med opfindelsen foreslås der derfor et varmepum peanlæg af den i indledningen nævnte art, der med ringe tekniske omkostninger har en god regulerbarhed.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at bremse-aggregatet er udformet som hvirvelstrømsbremse med en 30 stator, som har kølekanaler, der er sluttet direkte til varmekredsløbet og gennem kanaler i forbrændingsmotorens hus sluttet til motorens kølekredsløb, og et polhjul fastgjort til motorens krumtapaksel, og at anlægget har en netfødet regulator til regulering af hvir-35 velstrømsbremsens magnetisering.

3 151154

Hvirvelstrømsbremser har den fordel, at de ved en simpel regulering af magnetiseringsstrømmen kan indstilles på den ønskede bremseydelse. Specielt fordelagtig er reguleringen af hvirvelstrømsbremsens magnetise-5 ring ved hjælp af en netfødet regulator. Idet magnetiseringsstrømmen udnyttes som indgangsstørrelse for det frembragte bremsemoment og dermed den afgivne varmeef-fekt, forbedres anlæggets reguleringsmulighed og tilpasningsevne til varierende temperaturer af varmekilden 10 i væsentlig grad, og i forbindelse med det specielt udformede kølekredsløb optimeres anlæggets totalvirkningsgrad. Den af forbrændingsmotoren direkte frembragte spildvarme kan på enkel måde styres direkte af brem-semomentet, og den kan med minimale varmetab afgives 15 direkte til varmekredsløbet gennem den ovennævnte udformning af kølekanaler indvendig i hvirvelstrømsbremsens stator og de i motorhuset integrerede kølekanaler.

En hvirvelstrømsbremse arbejder endvidere uden mekaniske indstillingselementer og helt uden slid og pasning.

20 Endvidere bliver det til varmeoverføringen anvendte fluidum ikke strømningsmekanisk belastet.

Da hvirvelstrømsbremsen kun fremkalder et bremsemoment, når magnetiseringen er indkoblet, dvs. at den i tilfælde af, at magnetisering ikke er ind-25 koblet, kan drives næsten tabsfrit af forbrændingsmotoren, og hvirvelstrømsbremsen kan således, som foreslået i en videreudvikling af opfindelsen, drives direkte af forbrændingsmotoren uden en mellemindkoblet kobling. Herved gøres det unødvendigt at instal-30 lere en kobling, der ellers er nødvendig ved ellers sædvanlige ekstraopvarmningsaggregater.

Såfremt hvirvelstrømsbremsen anbringes i et separat hus, der er flanget på forbrændingsmotorens hus, opnår man et meget kompakt og reparationsvenligt 35 anlæg. Endvidere giver denne udførelsesform den fordel, at forbrændingsmotorens krumtaphus ikke skal 151154 4 ændres. Såfremt hvirvelstrømsbremsens polhjul er anbragt på forbrændingsmotorens krumtapaksel, bortfalder en særlig lejring for polhjulet. Herved bliver hele anlægget billigere og enklere.

5 Anvendelsen af hvirvelstrømsbremsen som yder ligere opvarmningsorgan byder endvidere på den fordel, at den kan anbringes direkte i varmekreds-løbet,idet statoren for hvirvelstrømsbremsen har kølemiddelkanaler, der direkte tilsluttes varmekreds-10 løbet. Endvidere er det muligt at forbinde kølekanalerne i statoren gennem kanaler i motorhuset direkte med motorens kølekredsløb. Herved bortfalder en separat varmeveksler og et varmemiddelkredsløb for hvirvelstrømsbremsen.

15 Når magnetiseringen af hvirvelstrømsbremsen reguleres af en fra strømforsyningsnettet forsynet reguleringsindretning, kan der til denne reguleringsindretning anvendes en handelsmæssig, klimastyret fremløbstemperaturregulator. Denne regulator styrer 20 da magnetstrømmen i stedet for en motordrevet fire-vejsblander gennem et egnet, handelsmæssigt indstillingselement. Herved er det muligt til styring af den ekstra varmeindretning at anvende kendte, handelsmæssige konstruktionsdele. I denne regulator kan på 25 i og for sig kendt måde indføres indgangsstørreiser som udetemperaturen, varmekredsfremløbstemperaturen samt temperaturen i det rum, der skal opvarmes, i bygningen etc. Herved opfylder en enkelt regulator hele den forekommende reguleringsfunktion.

30 Såfremt forbrændingsmotoren er forsynet med en omdrejningstalregulator, kan denne ligeledes være tilsluttet reguleringsindretningen, så at der opnås en fuldautomatisk regulering i afhængighed af ydertemperaturen eller varmekredsfremløbstemperaturen samt rum-35 temperaturen.

5 151154

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser skematisk et varmepumpesystem ifølge opfindelsen, og 5 fig. 2 et tværsnit gennem forbrændingsmotoren med påflanget hvirvelstrømsbremse og kompressor.

I fig. 1 er der vist en forbrændingsmotor 1 med en kompressor 2 og en hvirvelstrømsbremse 3. Hvirvelstrømsbremsen er uden mellemkobling direkte forbundet 10 med forbrændingsmotoren 1, medens kompressoren 2 drives gennem en kobling 6.

Kompressoren 2 er anbragt i et i og for sig kendt kølekredsløb I. Kølekredsløbet består af en kondensator 13, en drøvleventil 14 og en fordamper 15 12. I fordmaperen 12 fjernes der på i og for sig kendt måde varme, f.eks. fra omgivelserne eller fra grundvandet, hvilken varme derefter afgives til det til at begynde med flydende kølemiddel. Det fordampede kølemiddel komprimeres i kompressoren 2. I kondensato-20 ren 13 afgiver kølemidlet den fra omgivelserne udvundne varme plus den fra kompressoren tilførte energi til varmekredsløbet II. Herved går kølemidlet igen over i den flydende fase. Ved ekspansion i drøvleventilen 14 bliver kølemidlet ført tilbage til udgangstilstan-25 den foran fordamperen.

I varmekredsløbet II bliver der som varmebærer sædvanligvis anvendt vand. Dette føres af en cirkulationspumpe 15 gennem de i hvirvelstrømsbremsen 3 anbragte kølekanaler, herfra til afkøling af forbræn-30 dingsmotoren 1 og videre til en udstødsvarmeveksler 16 og derefter til radiatorer 17 (varmelegemer) og passerer herefter over kondensatoren 13, hvorfra det optager varme fra kølekredsløbet I, og igen tilbage til cirkulationspumpen 15. Magnetiseringen af hvirvel-35 strømsbremsen 3, omdrejningstals- og belastningsind- 151154 6 stilling af forbrændingsmotoren 1 samt stillingen af en eventuelt i varmekredsløbet II indkoblet firevejs-ventil styres af en reguleringsindretning 7. Som reguleringsstørrelse tjener rumtemperaturen, der afføles 5 af en måleføler 9. Som variable i denne reguleringskreds optræder ydertemperatur og varmekredsfremløbstempera turen . Disse afføles med temperaturfølere 10 og 11 .

I fig. 2 er der vist en detaljeret opbygning 10 af en forbrændingsmotor med integreret hvirvelstrøms-bremse 3 og kompressor 2. Kompressoren 2 er, som allerede omtalt ovenfor, forbundet med forbrændingsmotoren 1 gennem en i huset 19 anbragt kobling 6. Hvirvelstrømsbremsen 3 er anbragt på den anden 15 fri akselende af forbrændingsmotoren. Herved kan polhjulet 3.1 af hvirvelstrømsbremsen 3 være fastgjort direkte på den fri akselende af forbrændingsmotoren 1, så at en ekstra lejring undgås, hvorved der muliggøres en praktisk slidfri drift. Polhjulet 20 3.1 drejer sig i en luftspalte i en af en spole 4 magnetiserbar stator 5, der er forsynet med kølekanaler 18, som gennemstrømmes direkte af varmebære-ren i varmekredsløbet II. Gennem kanalen 20 er kølekanalerne i statoren umiddelbart forbundet med 25 motorens kølesystem. Den beskrevne varmepumpe er konstrueret således, at den ved maksimalt omdrejningstal for forbrændingsmotoren kan dække det krævede varmebehov over ca. -4°C ydertemperatur alene med kondensator- og forbrændingsmotorudstødsvarme. I området 30 for højere ydertemperaturer bliver varmeydelsen til varmebehovet opnået ved indstilling af belastningen og omdrejningstallet af forbrændingsmotoren. Ved højere ydertemperaturer gennemføres der en tilpasning af varmeydelsen ved taktdrift (ind, ud).

Claims (4)

151154 Ved ydertemperaturer under ligevægtspunktet på -4°C drives motoren altid med sit nominelle omdrejningstal og belastes samtidig med hvirvelstrømsbremsen .3........... . Ved hjælp af reguleringsindretningen 7 indstilles 5 størrelsen af magnetiseringsstrømmen og dermed størrelsen af bremsemomentet, idet der samtidig køres med konstant motoromdrejningstal med reguléring af indsprøjtningsmængden over omdrejningstalregulatoren for indsprøjtningspumpen . 10 Anlægget ifølge opfindelsen muliggør desuden og så varmenøddrift ved udfald af kølekredsløbet I. Hertil må kompressoren udkobles ved hjælp af koblingen 6, og varmekredsløbet II tilføres kun varme over hvirvelstrømsbremsen og motorudstødsvarmen. Ved pas-15 sende konstruktion af hvirvelstrømsbremsen kan indtil 90% af brændstofenergien omsættes til varme ved fuld belastning af forbrændingsmotoren.

1. Varmepumpeanlæg af den art, som har et kø lekredsløb (I) med en kompressor (2), som drives af en forbrændingsmotor (1) gennem en kobling (6), et varme-kredsløb (II), hvori et varmemedium optager varme dels fra kølekredsløbets (I) kondensator (13), dels fra 25 forbrændingsmotoren (1) og dennes udstødsgasser, samt et bremseaggregat (3) indrettet til at drives af forbrændingsmotoren (1) og til at afgive varme til varmekredsløbet (II), kendetegnet ved, at bremseaggregatet (3) er udformet som hvir-30 velstrømsbremse med en stator (5), som har kølekanaler (18), der er sluttet direkte til varmekredsløbet (II) og gennem kanaler (20) i forbrændingsmotorens (1) hus sluttet til motorens kølekredsløb, og et polhjul (3.1) fastgjort til motorens krumtapaksel, 35 og at anlægget har en netf ødet regulator (7) til regulering af hvirvelstrømsbremsens (3) magnetisering. 151154 ψ

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hvirvelstrømsbremsen (3) er indbygget i et særskilt hus, som er flanget på forbrændingsmotorens (1) hus.

3. Anlæg ifølge krav 1 eller 2, kende tegnet ved, at temperaturen i det rum eller den bygning, som skal opvarmes, samt ydertemperaturen og fremløbstemperaturen i varmekredsløbet indgår som indgangsstørrelser til regulatoren (7).

4. Anlæg ifølge krav 1, 2 eller 3, kende tegnet ved, at forbrændingsmotoren (1) har en omdrejningstalregulator, der er indrettet til at indstilles fra hvirvelstrømsbremsens regulator (7).