NO152384B - Varmepumpe. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en varmepumpe bestående av en forbrenningskraftmaskin som via en kobling driver en i et kjølemiddelkretsløp anordnet kompressor, et forvarmekrets-

løp som står i forbindelse med kjølemiddelkretsløpet via en kondensator og videre tjener til kjøling av forbrenningskraftmaskinen og dennes avgasser, og et av forbrenn-ingskraf tmaskinen drevet bremseaggregat■som er anordnet i forvarmingskretsløpet.

Varmepumper som arbeider med kompressorer drevet

av forbrenningskraftmaskiner er allment kjent. Dersom det for slike anlegg benyttes uteluft eller omgivelsesluft som varmekilde, kan det totale oppvarmingsbehov, eksempelvis av et hus, også ved meget lave temperaturer i den ytre luft, eksempelvis - 15°C, kun dekkes når kjølemiddelkompressoren er konstruert for de laveste utelufttemperaturer. Dette medfører at kompressorens ytelse er for høy i de tidsmessig hyppigste temperaturområder slik at, også når kompressorens turtall senkes, ved høyere utetemperaturer må det innsettes en topunktsregulering for å kunne kjøre kompressoren med den lave nødvendige ytelse. En topunktsregulering forår-

saker imidlertid tap ved stillstand og igangkjøring og senker også kompressorens og forbrenningskraftmaskinens levetid.

Kjølemiddelkompressoren burde derfor mest hensikts-messig være konstruert for ytelse tilsvarende det tids-

messig hyppigste temperaturområde. Dette krever imidlertid at det ved meget lave ytre temperaturer må installeres en ytterligere oppvarmingsanordning. Et slikt anlegg krever imidlertid en betydelig tilleggsinvestering for et system som forblir ubenyttet i omtrent 80% av oppvarmingsperioden.

Fra DE 2 728 273 er en varmepumpe av den innledningsvis nevnte type kjent hvor kompressorens størrelse er dimensjonert ifølge de hyppigste driftsbetingelser iløpet at et år og hvor varmetapene fra forbrenningskraftmaskinen tilføres oppvarmingskretsløpet. Ved de laveste utetemperaturer kan et tilleggsagregat, nemlig en strøm-ningsbremse eller en generator som kan belastes ved mot-standsledd tilkobles for å belaste forbrenningskraftmaskinen. Derved oppnås at motoren har en høyere taps-effekt som kan føres bort til oppvarmingskretsløpet og at strømningsbremsen, hhv. varmemotstandene danner tilleggs-varmekilder for oppvarming av oppvarmingskretsløpet.

Som en ulempe ved denne kjente varmepumpe må en imidlertid godta strømingsbremsens mekaniske ømfindtlighet og de koblingselementer som forbinder strømingsbremsen med forbrenningskraftmaskinen, i tillegg til at driften er avhengig av egenskapene ved det fluid som er innsatt i nyttekretsløpet. I tillegg kan en regulerbar ytterligere belastning av forbrenningskraftmaskinen og således en til brukerens krav tilpasset varmeutvikling fra forbrennings-kraf tmaskinen kun oppnås med kostbare ytterligere reguler-ingssystemer. Bruken av en generator som belastes ved motstand krever også omfattende koblingsanordninger (vern)

i den elektriske effektkrets for å kunne oppnå en trinnvis eller også trinnløs regulering av forbrenningskraftmaskinens belastning. Videre kan den herved oppnådde totalvirkningsgrad på grunn av det store antall varmevekslere med varmetap, heller ikke virke overbevisende.

Fra US 3 198 176 er det riktignok prinsippielt kjent å benytte en virvelstrømbremse for oppvarming av et varmebærende medium. Ved den herved beskrevne anordning er imidlertid virvelstrømbremsen av en slik art at det kun er mulig å oppvarme det i en beholder totalt innfylte varmebærende medium slik at den især ved varmepumper krevede regulerbare oppvarming tilnærmelsesvis er umulig ved en optimert totalvirkningsgrad.

Det er således den foreliggende oppfinnelses oppgave å frembringe en varmepumpe av den innledningsvis nevnte type som med liten teknisk utrustning gir en god regulerbarhet og i tillegg arbeider med en opptimal total virkningsgrad.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved de i kravenes karakteriserende deler anførte trekk.

Den således som virvelstrømbremse utformede bremse-anordning har den prinsippielle fordel at den ønskede bremseeffekt kan innstilles med en enkel regulering av magnetiseringsstrømmen. En virvelstrømbremse arbeider uten bevegelige mekaniske deler, er helt vedlikeholdsfri og utsettes derfor ikke for slitasje. I tillegg belastes det for varmetransport benyttede fluid ikke strømningsmekanisk.

Ved de i virvelstrømbremsens stator anordnede kjøle-middelkanaler som er direkte tilkoblet forvarmekretsen, kan også små svingninger i forvarmekretsens temperatur ut-lignes tilnærmet uten forsinkelser ved endring av virvel-strøm- bremsens magnetiseringsstrøm. I tillegg kan det totale varmetap ved dette trekk nedsettes på grunn av de innsparte, separate varmevekslere, hhv. et innspart, spesielt varmekretsløp for virvelstrømbremsen.

Ved anordningen av virvelstrømbremsens polhjul på forbrenningskraftmaskinens veivaksel har virvelstrømbremsen ingen spesielle tetningselementer, opplagringer for polhjulet eller noen kobling. Således kan virvelstrømbremsen når ingen magnetiseringsstrøm foreligger, dvs. i drifts-tilstander hvor virvelstrømbremsen ikke utvirker bremse-moment, drives tilnærmet uten tap av forbrenningskraftmaskinen. I tilleggblir den totale anordning herved bil-ligere og dens levetid forbedres ved at enkeltelementer som utsettes for slitasje, innspares.

Da virvelstrømbremsens magnetiserting kan reguleres av en nettdrevet reguleringsanordning, kan det for en slik reguleringsanordning benyttes en klimaavhengig regulator av vanlig handelsvare, som er avhengig av forvarmetempe-raturen. Denne regulator kan regulere magnetiseringsstrøm-men over et egnet innstillingsledd av vanlig handelsvare. Derved er det mulig for styring av den ytterligere opp-varmingsinnretning å benytte anerkjente deler av vanlig handelsvare. I denne regulator kan på kjent måte også utetemperaturen, temperaturen i forvarmingskretsen samt temperaturen i det rom, hus etc. som skal oppvarmes, være innlagt som inngangsstørrelse. Dermed tilfredstiller en enkelt regulator alle påkommende reguleringsfunksjoner.

Dersom virvelstrømbremsen er anordnet i et separat hus som med flenser er festet til forbrenningskraftmaskinens hus, oppnås en meget kompakt og reparasjonsvennlig anordning. I tillegg gir denne utførelse den fordel at forbrenningskraftmaskinens veivhus ikke må forandres.

Dersom forbrenningskraftmaskinen er utrustet med

en turtallregulator, kan denne likeledes styres av reguleringsinnretningen slik at det oppnås en helautomatisk regulering i avhengighet av utetemperaturen eller for-varmekretsløpets temperatur, samt romtemperaturen.

I det følgende beskrives oppfinnelsen på grunnlag

av en foretrukken utførelse slik det er vist på tegningen hvor fig. 1 skjematisk viser et varmepumpesystem ifølge oppfinnelsen og fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom forbrenningskraftmaskinen med påmontert virvelstrømbremse og kompressor.

På fig. 1 er en forbrenningskraftmaskin betegnet med 1, en kompressor med 2 og en virvelstrømbremse med 3. Virvelstrømbremsen er koblet direkte til forbrenningskraftmaskinen 1 uten mellomkobling av en kobling, mens kompressoren 2 kan drives via en løsbar kobling 6.

Kompressoren 2 er anordnet i et i og for seg kjent kjølemiddelkretsløp I. Kjølemiddelkretsløpet består av en kondensator 13, en drosselventil 14 og en fordamper 12. I fordamperen 12 trekkes varme på i og for seg kjent måte fra for eksempel omgivelsen eller grunnvannet og avgis til det i utgangspunktet væskeformede kjølemiddel. Det fordampede kjølemiddel komprimeres i kompressoren 2. I kondensatoren 13 avgir kjølemiddelet den varme som er opptatt fra omgivelsen i tillegg til den energi som er tilført fra kompressoren, til oppvarmingskretsløpet II. Derved går kjølemiddelet igjen over til den væskeformede fase. Ved avspenning i drossel-ventilen 14 tilbakeføres kjølemiddelet til utgangstilstanden før fordamperen.

I forvarmekretsløpet II benyttes vanligvis vann som varmebærer. Dette føres av en sirkulasjonspumpe 15 gjennom i virvelstrømbremsen 3 anordnede kjølekanaler, herfra for avkjøling av forbrenningskraftmaskinen 1 videre til en varme-utveksler 16 for avgasser og deretter til radiatorene 17 (varmelegemene) og derfra videre via kondensatoren 13 hvor det opptar varme fra kjølemiddelkretsløpet I, og tilbake til sirkulasjonspumpen 15. Magnetiseringen av virvelstrømbremsen 3, forbrenningskraftmaskinens 1 innstilling av turtall og belastning, samt innstillingen av en eventuelt i forvarmer-kretsløpet II innkoblet fireveis ventil, overtas av en reguleringsinnretning 7. Som reguleringsparameter tjener romtemperaturen som avføles av en føler 9. Som forstyrrende parametre opptrer i denne reguleringskrets utetemperaturen og forvarme-kretsløpets temperatur. Disse avføles med temperaturføleren 10, 11.

På fig. 2 er vist en detaljert oppbygning av forbrenningskraftmaskinen med den integrerte virvelstrømbremse 3 og kompressoren 2. Kompressoren 2 er, som allerede nevnt, forbundet med forbrenningskraftmaskinen 1 via en i huset 19 anordnet løsbar kobling 6. Virvelstrømbremsen 3 er anordnet ved forbrenningskraftmaskinens andre frie akselende. Derved kan virvelstrømbremsens 3 polhjul 3.1 være festet direkte til f orbrenningskraf tmaskinens 1 frie akselende slik at en ytterligere opplagring bortfaller og dermed muliggjøres en praktisk talt slitasjefri drift. Polhjulet 3.1 roterer i en luftspalte i en ved hjelp av en spole 4 magnetiserbar stator 5 som har kjølekanaler 18 som gjennomstrømmes direkte av varmekretsløpets II varmebærer. Via kanalen 20 er stato-rens kjølekanaler umiddelbart forbundet med motorens kjøle-system.

Den.beskrevne varmepumpe er slik konstruert at

det nødvendige varmebehov ved forbrenningskraftmaskinens maksimale turtall over omtrent - 4° C utetemperatur, kan dekkes alene med varmeavgivelsen fra kondensatoren og forbrenningskraftmaskinen. I området med høyere utetemperaturer

i

oppnås varmeytelsen ved varmebehovet ved innstilling av forbrenningskraftmaskinens belastning og turtall. Ved høyere utetemperaturer tilpasses varmeytelsen ved hjelp av taktdrift (inn/ut).

Ved utetemperaturer under likevektspunktet på - 4° C i

drives motoren alltid med nominent turtall og belastes samtidig i tillegg av virvelstrømbremsen 3. Via reguleringsinnretningen 7 innstilles magnetiseringsstrømmens styrke og dermed også bremsemomentets størrelse idet en samtidig oppnår å holde

motorturtallet konstant ved regulering av den innsprøytede mengde via innsprøytningspumpens turtallregulator.

Anordningen ifølge oppfinnelsen tillater i tillegg også en varmenødstrømsdrift ved utfall av kjølemiddelkretsløpet I. Hertil utkobles kompressoren via koblingen 6 og varmekrets-løpet II tilføres varme kun via virvelstrømbremsen og varme-avgivelse fra motoren. Ved tilsvarende dimensjonering av virvelstrømbremsen kan 9 0% av brennstoffenergien omsettes til oppvarming ved full belastning av forbrenningskraftmaskinen.

Claims (4)

1. Varmepumpe bestående av en forbrenningskraftmaskin (1) som via en kobling (6) driver en i et kjølemiddelkretsløp anordnet kompressor (2), et forvarmekretsløp (II) som står i forbindelse med kjølemiddelkretsløpet via en kondensator (13) og videre tjener til kjøling av forbrenningskraftmaskinen (1) og dennes avgasser, og et av forbrenningskraftmaskinen (1) drevet bremseaggregat (3) som er anordnet i forvarmekrets-løpet (II), KARAKTERISERT VED kombinasjonen av at bremse-aggregatet er utformet som en hvirvelstrømbremse (3), at hvir-velstrømbremsens stator (5) har kjølemiddelkanaler (18) som er direkte tilkoblet forvarmekretsløpet (II), at kjølemiddel-kanalene (18) er forbundet med forbrenningskraftmaskinens (1) kjølekretsløp via kanaler (20) integrert i forbrenningskraftmaskinens (1) hus, at hvirvelstrømbremsens (3) polhjul (3.1) er anordnet på forbrenningskraftmaskinens (1) veivaksel, og at hvirvelstrømbremsens (3) magnetisering kan reguleres av en nettdrevet reguleringsinnretning (7).

2. Varmepumpe ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at hvir-velstrømbremsen (3) er anordnet i et separat hus som er festet til forbrenningskraftmaskinens (1) hus med flenser.

3. Varmepumpe ifølge krav 1-2, KARAKTERISERT VED at utetemperaturen, forvarmekretsløpets temperatur, samt temperaturen i det rom, bygning etc. som skal oppvarmes, er reguler-ingsinnretningens (7) inngangsverdier.

4. Varmepumpe ifølgekrav 1-3, KARAKTERISERT VED at for-brenningskraf tmaskinen (1) har en turtallregulator som kan innstilles av reguleringsinnretningen (7).