NO175445B - Fremgangsmåte og anordning ved lukkede varmeanlegg - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å effektivt utnytte de høye energiverdier av fossile brennstoff i lukkede varmekjelanlegg, ved hjelp av en prosessor som innbefatter en luftvarmepumpe og en luft/luft-varmeveksler for kjøling av anleggets røykgasser, idet varmevekslingen skjer mellom to luftsirkulasjonsstrømmer gjennom varmeveksleren. Oppfinnelsen angår også en anordning for gjennomføring av fremgangsmåten.

Slike anlegg er kjent fra de svenske patentskrift 7909528 og 8306259-6, og også fra svensk patentsøknad 8300609-8.

Hovedhensikten med oppfinnelsen er å forbedre driften av denne type, spesielt med hensyn til å sikre at røykgassene alltid forlater anlegget, selv ved feil på varmeveksler eller lignende.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbedring av varmeanlegget slik at brennstoffets energiverdi kan utnyttes effektivt.

Disse og andre hensikter oppnås ved fremgangsmåten og an-ordningen som er kjennetegnet ved de trekk som er angitt i patentkravene.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere ved henvisning til vedlagte tegning. Fig. 1 viser et skjematisk tverrsnitt gjennom varmeanlegget ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom en kondensfanger i anlegget. Fig. 3 viser et snitt i likhet med fig. 1 gjennom en endret utførelsesform av anlegget.

Anlegget illustrert i fig. 1 inkluderer en olje eller gass-brenner 1 montert i en kjel 2. Kjelen 2 er koblet til en kondensfanger K ved hjelp av en kanal 3, som nærmere beskrives nedenfor, idet kondensfangeren K er koblet oppstrøms av en varmeveksler 4. Til kanalen 3 er det koblet en forbilednings-kanal 11 som leder til et utblåsningsrør eller skorstein 9 gjennom hvilken utblåsningsluft eller røykgass/luftblanding forlater anlegget. Ved hjelp av et avstengningsspjell V^, V2 og V3 kan røykgassene eller røykgass/luftblandingen valgfritt ledes gjennom kanalen 3 til kondensfangeren K eller gjennom kanalen 11 til skorsteinen 9, det sistnevnte tilfelle f.eks. ved vedlikehold eller reparasjon av prosessorens komponenter så som varmepumpe eller varmeveksler.

Ovenfor varmeveksleren 4 finnes et utsugningskammer 6, utstyrt med en vifte 7, som er forbundet til utsugningsrøret 9. Anlegget innbefatter også en luftvarmepumpe 5 anordnet med mellomrom til varmeveksleren 4, hvor det i mellomrommet er anordnet en vifte 10 til hvilken det er koblet en innløpskanal 12 for friskluft. Fra kondensfangeren K forløper en kondens-ledning 13 til et nøytraliseringskar 14. Hele anlegget er innbygd i et lukket kjelerom, fra hvilket normalt bare luftinnløpet, luftutløpet og skorsteinen har forbindelse med omgivelsen.

Anlegget illustrert på fig. 1 fungerer på følgende måte: Som vist med stiplede linjer finns en første sirkulasjon C^ av kjelromsluft som passerer inn i varmepumpen 5 ved virkning av viften 10, som trykker luften videre inn i varmeveksleren, eventuelt ved innblanding av friskluft som angis med den dobbeltstiplede linjen i ledningen 12, når brenneren 1 er i funksjon, som beskrevet nedenfor. Fra varmeveksleren 4 går luften tilbake til kjelerommet. Når brenneren 1 er i funksjon utvikles et undertrykk i kjelerommet, som i sin tur gjør at det kommer inn friskluft, slik at oksygen tilføres brenneren. Da brenneren ikke er i funksjon arbeider den første sirkulasjon C]_ uten frisklufttilførsel. Den andre sirkulasjon C2 er den sirkulasjon som utvikles av utsugningsviften 7, idet luften i første rekke kommer inn gjennom brenneren 1 og via kanalen 3 og kondensatfangeren K til varmeveksleren 4, og i annen rekke som en innblandingsluft når den del som passerer brenneren er veldig liten. Denne innblandingsluft kommer inn under kondensatfangeren gjennom hullene 15 i denne. Den luftmengde som suges ut via sirkulasjonen C2 kommer da inn via den mellom varmepumpen 5 og varmeveksleren 4 anordnede vifte 10. Ved at viften 7 startes dannes et undertrykk i kjelrommet, som gjør at friskluft strømmer inn gjennom ledningen 12. På denne måten oppnås en siste avkjøling av røykgassene i varmeveksleren 4 før de av viften 7 blåses ut i atmosfæren.

I og med at kryssvarmeveksleren 4 plasseres etter viften 10 for sirkulasjon av kjelromsluften, utvikler kjelromssirkulasjonen Ci et overtrykk på varmevekslerens avkjølende side, og på varmevekslerens annen side dannes et undertrykk ved hjelp av fraluftsviften 7, som suger fraluften eller røykgass/luft-blandingen ut gjennom varmevekslerens annen side. Dette innebærer at oljebrenneren kan anordnes slik at den ikke kan starte før et forutbestemt undertrykk er dannet i varmeveksleren. Da viften 10 opprettholder et overtrykk for den kjølende side av varmeveksleren, oppnås ifølge oppfinnelsen, en sikring av at røykgassene f.eks. ved en defekt varmeveksler alltid strømmer ut i atmosfæren.

Ved vedlikehold av prosessoren, f.eks. ved vask av varmeveksleren 4 eller service av varmepumpen, kobles avstegningsspjel-lene V]_, V2 og V3 om, slik at røykgassene ledes direkte ut igjennom skorsteinen 9 via ledningen 11. Anlegget opereres da som et vanlig kjelanlegg, uten prosessor, som forsyner huset med energi.

Kondensfangeren K, illustrert i fig. 2, inkluderer et hus 16 hvor det er anordnet hull 15 for innblanding av luft i røykgassene før varmeveksleren, som beskrevet ovenfor, samt en perforert plate 17 gjennom hvilken luften og røykgassene passerer oppover i fangeren K. Ovenfor platen 17 er det anordnet renner 18 som fanger opp kondensat som kommer ovenfra og fører dette til utløpsledningen 13. For at kondensatdråpene ikke skal falle ned i husets 16 nedre del, er tak 19 anordnet over mellomrommet mellom inntil liggende renner 18 og med mellomrom over disse, hvorved luften og røykgassene til varmeveksleren kan passere mellom rennene og under taket oppover i fangeren K, som vist med pilene. Nedenunder har fangeren K et koblingsrør 20 som fører røykgassene fra kanalen 3 til fangeren K og videre til varmeveksleren 4. Luftinn-blandingen gjennom hullene 15 kan reguleres ved hjelp av et spjell 23, som kan beveges oppover og nedover i de viste pilenes retning for å avdekke et større eller mindre område av hullene 15.

For enkelhets skyld beskrives her driften av anlegget når brenneren 1 er i drift, dvs. når røykgassene fra kjelen 2 føres til kondensfangeren K, hvor kjelromsluft blandes via turbu-latorene 17 (de perforerte platene) og de kondensavledende platelameller 19, fig. 2. Kjølingen av røykgassene skjer i varmeveksleren 4, gjennom hvilken det via varmepumpen 5 strømmer kjølt kjelromsluft sammen med friskluft fra utsiden. I dette anlegget senkes røykgasstemperaturen fra 170°C til ca. 5-10°C.

Ved anlegget vist i fig. 3, kjøles røykgassene uten den innblanding av kjeleromsluft gjennom hullene 15, som er vist på figurene 1 og 2, ved at røykgassene får passere i det viste tilfelle gjennom en rørkjøler med flens, hvor røykgassene kjøles av luftsirkulasjonen fra varmeveksleren 4 som passerer over kjøleanordningens 21 flenser. Man kan naturligvis også bruke tilførsel av vann for kjølingen, noe som også øker ekstrasjonsgraden for svovelforurensninger og minsker korro-sjonsfaren.

I sommermånedene ventileres kjelrommet ved hjelp av en vifte 22 i kjelromsveggen, slik at varmluft kan strømme inn utenfra inn i kjelerommet. Varmepumpen er da dimensjonert slik at den alene kan stå for oppvarmingen av nødvendig varmtvann om sommeren. Brenneren 1 kjøres derved bare i gang ved spesifikke varmebehovstopper under sommertid.

Tilsmusningen via røykgassene sammenlignet med konvensjonell teknikk er betydelig mindre, dvs. man får 1) gjennom mindre oljeforbruk på 50-70 % avhengig av bygningen, en tilsvarende 5 0-70 % minskning av svovelforurensninger og nitrogenforurens-ninger til luft, 2) ved kondensering av røykgassene utnyttes oljens øvre energiverdi samtidig som 60-80 % av røykgassenes svovelutslipp gjennom kondensering føres ut via kondensatet til nøytraliseringskaret 14. Kondensatet har før nøytraliseringen en pH på ca. 2,5 - 3,5 og etter, ca. 6-8. Ved forbrenning av 1 liter olje oppnås ca. 1 liter surt kondensat med pH 2,5 - 3,5.

Den totale energibesparelse med det viste og beskrevne anlegg er ca. 50 %. Dersom anleggets maksimumseffekt er f.eks. 100 kW og varmepumpen drives med ca. 5 ± 2 kW, blir energiuttaket av varmepumpen ca. 9 - 21 kW. Varmepumpen har en energisparefaktor 3 under hele året. Arsmiddelvirkningsgraden er mellom 130 og 140 % avhengig av ved hvilken breddegrad anlegget er installert, regnet utifrå den lavere energiverdi. Arsmiddelvirkningsgraden kan uttrykkes som anleggets energisparefaktor, når all olje og elektrisitet regnes som tilført effekt. Denne energi-sparef aktor er da 1,3 - 1,4 over en periode på et år, avhengig av hvilken breddegrad anlegget er installert.

Varmepumpen arbeider kontinuerlig stort sett gjennom hele året, mens brenneren 1 arbeider diskontinuerlig. Varmepumpen 5 kan eksempelvis drives med en dieselmotor (ikke vist) eller hele anlegget kan drives med elektrisitet fra en frittstående dieselgenerator, hvor avgassene kjøles og kondenseres sammen med røykgassene fra kjelen. Ved at anlegget blir selvforsørg-ende med dieselgeneratoren, er det ikke nødvendig å tilføre energi, som f.eks. elektrisk energi, til anlegget fra en utvendig kilde.

Den viste og beskrevede utførelsesform er naturligvis bare et eksempel på oppfinnelsens realisering, og kan varieres innenfor rammen av de vedlagte patentkrav.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for utnyttelse av fossile brennstoffs høyere energiverdi i lukkede varmekjelanlegg ved hjelp av en prosessor som innbefatter en varmepumpe og en varmeveksler, hvor varmeveksling skjer mellom to luftstrømmer som sirkulerer igjennom varmeveksleren, ved å forårsake en første sirkulasjon av kjelromsluft via varmepumpen og varmeveksleren, fortrinnsvis under et overtrykk på den ene side av varmeveksleren der den kjølende kjelromsluft sirkulerer, og ved å fremskaffe en annen sirkulasjon igjennom varmeveksleren ved å suge ut fraluft eller røykgasser eller en blanding derav, idet den annen sirkulasjon forårsaker et undertrykk i kjelrommet som medfører at friskluft utenfra strømmer gjennom varmeveksleren, karakterisert ved at fraluften eller røykgassene eller blandingen av disse bringes å passere en kjøler for derigjennom å avkjøles før de i den annen sirkulasjon passerer gjennom varmeveksleren.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at gassene for-kjøles ved hjelp av sirkulert kjelromsluft.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at gassene avkjøles ved hjelp av vann.

4. Fremgangsmåte i henhold til noen av kravene 1-3, karakterisert ved at minst en del av luften i den første sirkulasjon suges gjennom varmepumpen før den trykkes gjennom varmeveksleren.

5. Fremgangsmåte i henhold til noen av kravene 1-4, karakterisert ved at kjelanleggets brenner bringes til å starte først når et undertrykk er utviklet i den annen sirkulasjon gjennom varmeveksleren.

6. Fremgangsmåte i henhold til noen av kravene 1-5, karakterisert ved at friskluft innblandes i den første sirkulasjon før passasjen gjennom varmeveksleren.

7. Anordning for gj ennomføring av fremgangsmåten i henhold til noen av kravene 1-6, for ved et lukket kjelanlegg å utnytte fossile brensstoffs høye energiverdier, innbefattende en prosessor med en varmepumpe (5) og en varmeveksler (4) samt vifteorganer (10), anordnet til fortrinnsvis under overtrykk å tvinge kjelromsluft gjennom varmevekslerens (4) ene side og et utsugningskammer (6) for utsugning av fraluft eller røykgasser eller en blanding av disse gjennom varmevekslerens (4) annen side, karakterisert ved at det mellom kjelanleggets kjel (2) og varmeveksleren (4) er anordnet en kjøler (21), for kjøling av fraluften eller røykgassene eller blandingen derav før de kommer inn i varmeveksleren (4).

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at kjølingen i kjøleren (21) oppnås ved hjelp av vann.

9. Anordning ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at vifteorganene (10) er anordnet for å suge kjelromsluften gjennom varmepumpen (5) og å trykke luften gjennom varmeveksleren (4).

10. Anordning i henhold til noen av kravene 7-9, karakterisert ved organer (12) for innblanding av friskluft i kjelromsluften, før den trykkes inn i varmeveksleren (4) av vifteorganene (10).

11. Anordning i henhold til noen av kravene 7-10, karakterisert ved at det mellom kjele-anleggets varmekjel (2) og varmevekslerens (4) ene side er anordnet en kondensatfanger (K), som luften eller røykgassene eller blandingen derav passerer gjennom til varmeveksleren (4).

12. Anordning i henhold til noen av kravene 7-11, karakterisert ved at kjelanlegget forsynes med elektrisitet produsert fra en separat eller frittstående forbrenningsmotordrevet generator, idet motorens avgasser kjøles og kondenseres separat eller sammen med røykgassene fra kjelen.

13. Anordning i henhold til noen av kravene 7-12, karakterisert ved at en vifte (22) er montert i en vegg i kjelrommet for å ventilere kjelrommet ved hjelp av uteluft.