DK168234B1 - Fremgangsmåde ved udvinding af i et varmefordelingsanlæg, f.eks. et fjernvarmenet, anvendelig varmeenergi fra et generatoranlæg med en luftkølet generator, der er drevet ved hjælp af en forbrændingsmotor samt kraftvarmeanlæg til udøvelse af fremgangsmåden - Google Patents

Description

i DK 168234 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til udvinding af i et varmefordelinganlæg anvendelig varmeenergi og af den i indledningen til krav 1 angivne art samt et kraftvarmeanlæg til udøvelse af fremgangsmåden.

5 Varmefordelingsanlæg forsynes sædvanligvis med varme energi fra en kul-, olie eller gasfyret kedel, men i nyere tid er der bygget eller projekteret varmefordelingsanlæg, hvor en større eller mindre del af varmeforsyningen stammer fra køling af en forbrændingsmotor, der driver en i det of-10 fentlige strømforsyningsnet indkoblet generator. Den almindeligste form for sådanne varmefordelingsnet leverer fjernvarme til beboelseshuse og i det følgende anvendes derfor generelt udtrykket fjernvarmenet om sådanne varmefordelingsanlæg. Det er almindelig praksis, at mindre generatorer for-15 synes med en akseldrevet ventilator, der i reglen er rigeligt dimensioneret, og som cirkulerer den luft, som omgiver generatoren, omkring dens elektriske viklinger. For at opnå tilstrækkelig køling må den omgivende luft holdes på et forholdsvis lavt temperaturniveau. For at undgå støjgener er 20 generator og motor i reglen anbragt i samme lydisolerende kabinet, og dette må derfor ventileres i et sådant omfang, at tilstrækkelig køling af generatoren kan opnås. Ved det således opridsede anlæg vil varmen, som findes i den brugte ventilationsluft, blive bortkastet, idet den forekommer ved 25 et temperaturniveau, hvor den ikke uden en varmepumpe lader sig nyttiggøre i fjernvarmenettet.

Det varmetab, som man hidtil har accepteret ved sådanne kraftvarmeanlæg, udgør ca. 12 - 15% af den i anlægget indfyrede effekt, men selvom tabet er betydeligt, har man på 30 grund af det lave temperaturniveau for denne varmemængde hidtil anset det for urentabelt at genvinde denne varmemængde.

Fra beskrivelsen til USA-patent nr. 4.680.478 kendes der et gasmotorgeneratoranlæg med varmegenvinden indbygget i 35 et lukket, lydisolerende kabinet. I dette anlæg sørger en ventilator for, at der i kabinettet foregår en køleluftgennemstrømning, idet køleluften på sin gennemstrømningsbane i serie passerer kondenserende varmevekslere for udstødnings- DK 168234 B1 2 gassen fra motoren, generatoren, motorens køleribber og en primær udstødningsgaskøler. Køleluften leveres i forholdsvis store mængder for at opnå en effektiv køling af de forskellige komponenter, og køleluftafkastet opnår derfor kun en 5 temperatur på ca. 55°, hvilket ikke er tilstrækkeligt til opvarmning af cirkulationsvand i et varmefordelende net, med kun tilstrækkeligt til at kunne anvendes til direkte ind-blæsning i et luftopvarmet hus, der på grund af vanskelighederne med at overføre luftvarme over større afstande, må be-10 finde sig i umiddelbar nærhed af generatoranlægget. Den direkte kontakt mellem den til opvarmning anvendte køleluft og de afkølede maskiner medfører en risiko for lugtgener og udsivning af kulilte.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at anvise 15 en fremgangsmåde til rentabel genvinding af væsentlige dele af den nævnte varmemængde i forbindelse med fjernvarmenet. Opfindelsen udnytter det lydisolerende kabinet til reduktion af varmeafgivelsen til omgivelserne, og bygger på den erkendelse, at motoren har væsentlig større tolerance med hensyn 20 til ventilationsluftens temperatur end generatoren.

I henhold til opfindelsen kan den rentable genvinding opnås ved, at fremgangsmåden er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 angivne.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen anvendes køle-25 luften fra generatoren som ventilationsluft omkring motoren. Ved hjælp af den eksterne køleluftforsyning reduceres køleluftmængden, så den i det væsentlige svarer til generatorens kølebehov. Da den brugte køleluft fra generatoren har en temperatur, som overstiger omgivelsernes, men nærmer sig mo-30 torens overfladetemperatur, reduceres motorens mulige varmeafgivelse til ventilationsluften, hvorved motorens kølebehov må dækkes af motorens kølevandssystem, der så afgiver overskudsvarmen fra motoren til fjernvarmenettet gennem varmeveksling.

35 Desto højere temperatur, der kan ventileres omkring motoren, desto bedre lader den i ventilationsluften optagne varme sig genvinde. Ifølge opfindelsen bringes temperaturen ved ventilationsluftafgangen til at overstige returvandstem- DK 168234 B1 3 peraturen i fjernvarmenettet, hvorved der kan genvindes varme fra afgangsluften. Den reducerede udvendige køling, som kompenseres gennem yderligere varmeveksling med motorens kølevand, resulterer i en forbedret total varmegenvinding. Op-5 timalt reguleres ventilationsluftafgangen til en temperatur, der svarer til eller ligger noget højere end kølevandets temperatur, hvorved forholdene for varmeveksling med fjernvarmevandet bliver de bedst opnåelige. Efter varmeveksling med fjernvarmereturvandet er det ifølge opfindelsen stadig 10 muligt at udnytte restvarme i ventilationsluften til temperering af motorens indsugningsluft, så den kan holdes på et konstant niveau svarende til den indstillede karburering.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er det muligt at opnå et forøget varmeudbytte på op til 8 - 10% af den 15 indfyrede effekt sammenlignet med en fremgangsmåde, hvor · ventilations- og køleluften bortkastes uden varmegenvinding. Fremgangsmåden medfører ikke yderligere anlægsomkostninger, dersom motorens kølekredsløb er tilstrækkeligt dimensioneret til at klare det yderligere kølebehov, som opstår på grund 20 af den højere temperatur omkring motoren.

Opfindelsen omfatter tillige et kraftvarmeanlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1. Kraftvarmeanlægget er defineret i krav 4 og fordelagtige udformninger fremgår af krav 5-7.

25 Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere un der henvisning til tegningen, hvis eneste figur skematisk viser et kraftvarmeanlæg ifølge opfindelsen.

Det på tegningen viste kraftvarmeanlæg består af en forbrændingsmotor l og en elektrisk generator 2. Af hensyn 30 til den af motoren frembragte støj er motoren og generatoren placeret i et kabinet 3, der er fremstillet af et lyddæmpende materiale. Det lyddæmpende materiale vil kunne vælges således, at det yderligere er effektivt varmeisolerende, hvorved en eventuel varmeafgivelse fra kabinettets indre til om-35 givelserne minimeres.

Motoren 1 er forsynet med et luftindtag 4 med en lydsluse 5. I luftindtaget kan der tillige være indføjet en ventilator 6, der dels kompenserer for den modstand,som luf DK 168234 B1 4 ten møder i lydslusen 5, og dels kan give motoren en svag supercharge, som udjævner svingninger i lufttrykket.

Kabinettet 3 er forsynet med et luftindtag 7 for ventilationsluft til køling af generatoren 2 og ventilering af 5 gasser og dampe, som måtte afgives fra motoren 1. Luftindta-get 7 er forsynet med en lydsluse 8 og en ventilator 9. Ventilatoren 9 leder den gennem luftindtaget 7 indstrømmende luft direkte til generatoren 2, hvor den bortleder den i de elektriske og magnetiske kredsløb opståede varme. I henhold 10 til opfindelsen udledes den brugte køleluft fra generatoren til det indre af kabinettet 3. Luften afgives igen til omgivelserne gennem en luftafgang 10, der ligeledes er forsynet med en lydsluse 11.

Den brugte køleluft fra generatoren 2 har en i for-15 hold til omgivelserne forhøjet temperatur. Temperaturen indstilles ved hjælp af en termostat 12, der er indrettet til at påvirke ventilatorens 9 omløbstal således, at generatoren kun køles i nødvendigt omfang. Derved vil køleluften efter brugen have en temperatur, der i det væsentlige svarer til 20 generatorens driftstemperatur, fx 50°C. Denne temperatur kan med fordel eventuelt være højere, dersom generatorens elektriske isolering tillader en højere temperatur. Denne opvarmede luft ledes forbi forbrændingsmotoren 1, som luften på grund af sin relativt høje temperatur ikke formår at fjerne 25 væsentlige varmemængder fra. Motorkølingen må derfor i alt væsentligt ske ved hjælp af varmevekslere, som er indbygget i motorens køle- og smøresystemer. Disse skal imidlertid i forvejen holdes på så høje temperaturer, at en varmeveksling med returvand fra fjernvarmenettet udmærket kan finde sted, 30 blot varmevekslerne og de tilhørende cirkulationspumper er passende dimensioneret, hvilket normalt ikke vil frembyde problemer eller medføre væsentlige økonomiske konsekvenser.

For at undgå overophedning af de varmeste dele af motoren og for at overholde fastsatte minimumsfordringer til 35 ventilationsluftmængden, kan der i køleluftindføringen efter ventilatoren 9 være anbragt et regulerbart spjæld 13, der styres af en foran luftafgangen 10 placeret termostat 14. Temperaturen ved luftafgangen kan derfor holdes konstant på DK 168234.B1 5 et forholdsvis højt og konstant niveau, fx 75°C, hvorved en i luftafgangen 11 placeret varmeveksler 15 vil være i stand til at overføre varme til fx fjernvarmeværket. Den nævnte temperatur angiver ikke nogen maksimumsgrænse, idet man ud-5 mærket kan forestille sig, at ventilationsluften opnår en så høj temperatur, at den afgiver varme til motorens kølevandssystem. Efter varmevekslingen vil afgangsluften stadig indeholde en sådan varmemængde, at en del af afkastluften kan opblandes med eller varmeveksles med den gennem luftindtaget 10 4 indførte luft, således at denne kan holdes på en konstant temperatur, fx 27°C, hvilket er et almindeligt krav for flere gasmotortyper. Opvarmningen af indsugningsluften kan ske i en i luftindtaget 4 anbragt blandeboks 16, der ved hjælp af en kanal 17 er forbundet med ventilationsluftafgangen 10.

15 Ved hjælp af et termostatreguleret spjæld 18 reguleres blandingsforholdet mellem varm luft fra ventilationsluftafgangen 10 og luft fra luftindtaget 4 således, at den ønskede temperatur opnås.

Ved fremgangsmåden til udvinding af varmeenergi fra 20 kraftvarmeanlægget reduceres varmeafgivelsen fra motorens ydre flader til et minimum, hvorved dens kølebehov alene må dækkes gennem køling af olie og vand. Denne køling finder imidlertid sted ved en varmeveksling ved et temperaturniveau, der svarer til den normale temperatur for fjernvarme, 25 og udvindingen kan ske problemfrit og uden varmepumper eller lignende kostbare installationer. Opfindelsen bygger på den erkendelse, at forbrændingsmotorer afgiver store varmemængder fra deres ydre overflader til omgivelserne i form af en ikke udnyttelig varmemængde, men tillige en erkendelse af, 30 at motorens driftssikkerhed normalt ikke er afhængig af denne overfladekøling, når der tages behørigt hensyn til køling af elektriske installationer, såsom fx strømfordeler m.v. Opfindelsen bygger samtidig på den erkendelse, at en for-varmning af ventilationsluften omkring motoren ved hjælp af 35 den uundgåelige generatorkøling er en fordel både med hensyn til at minimere den samlede ventilationsluftmængde, men også til at skabe mulighed for at kunne nyttiggøre den fra generatoren bortkølede varmeenergi. Ved således at reducere den DK 168234 B1 6 spredte varmeafgivelse, kan varmeafgivelsen formidles til en varmeafgivelse ved højere temperaturer gennem kølevand og . olie. Den forbedrede styring af varmeafgivelsen medfører, at der kan opnås en gevinst i varmeudvindingen svarende til 8 -5 10% af den indfyrede effekt uden væsentlige installationsom kostninger .

Claims (7)

1. Fremgangsmåde ved udvinding af i et varmefordelende 5 anlæg, f.eks. et fjernvarmenet, anvendelig varmeenergi fra et generatoranlæg med en ved hjælp af en køleventilator luftkølet generator, der er drevet ved hjælp af en forbrændingsmotor, som er indkapslet i et lydisolerende, ventileret kabinet, ved hvilken fremgangsmåde varmeenergi fra motorens 10 kølesystem og udstødningsgas i en varmeveksler overføres til fjernvarmenettet, og hvor køleluftafkast fra generatoren i det mindste udgør en del af den til kabinettet tilførte ventilationsluftmængde , kendetegnet ved, at ventilationsluftmængden regu-15 leres således, at temperaturen i kabinen overstiger returtemperaturen fra det varmefordelende anlæg.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at køleventilatoren har et af generatoren uafhængigt drivorgan og hastighedsreguleres til 20 opnåelse af en afkasttemperatur fra generatoren tæt på generatorens maksimale arbejdstemperatur og et bypass reguleres således, at ventilationsluftafkastets temperatur tilnærmelsesvis svarer til motorens kølevandstemperatur.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, 25 kendetegnet ved, at kabinettets ventilationsluftafgang varmeveksles med returvand fra det varmefordelende anlæg og eventuelt yderligere opblandes med eller varmeveksles med indsugningsluft til forbrændingsmotoren.

4. Kraftvarmeanlæg til fremstilling af varmeenergi, som 30 er anvendelig i et varmefordelende anlæg, f.eks. et fjernvarmenet, under udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1, hvilket anlæg omfatter en ved hjælp af en køleventilator luftkølet generator, som er drevet ved hjælp af en forbrændingsmotor, der er indkapslet i et lydisolerende, ventileret 35 kabinet, og hvis kølevand og udstødningsgas føres gennem varmevekslere, der er indskudt i det varmefordelende anlæg, og hvor køleluftafkastet fra generatoren afgives til kabinettet, DK 168234 B1 8 kendetegnet ved, at køleluftventilatoren er effektreguleret og styret af en i kabinettet placeret termostat.

5. Kraftvarmeanlæg ifølge krav 4, 5 kendetegnet ved, at termostaten er placeret i generatorens køleluftafkast, og at en yderligere i afgangen fra kabinen placeret termostat er indrettet til at styre et bypass i generatorkølingen foran generatoren.

6. Kraftvarmeanlæg ifølge krav 5, 10 kendetegnet ved, at der i kabinettets ventilationsluftafgang er en af returvand fra det varmefordelende anlæg kølet varmeveksler.

7. Kraftvarmeanlæg ifølge krav 4-6, kendetegnet ved, at motorens indsugning indehol'-15 der en varmeveksler eller blandeboks til varmeveksling med ventilationsafgangsluften.