SE438547B - Sett och anordning for att atervinna verme ur avgaser - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 7309528-7 i skorstenen, vilket kan leda till att skorstenen förstörs. Situationen är särskilt ogynnsam då uppvärmningskretsloppet i fastigheten endast har behov av relativt små värmemängder.

VREDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Grundläggande för föreliggande uppfinning är målsättningen att bättre utnyttja den tillförda bränsleenergin genom värmeåtervinning ur avgaserna utan att utsätta värmeanläggningen för risker på grund av skador. Vidare skall förhindras att föroreningar avgestill omgivningen i kritisk om- fattning.

För att nå denna målsättning anbringas enligt uppfinningen en förångare (evaporator) tillhörande en värmepump med köldmedium i rökgaskanalen så att rökgaserna avger värme till köldmediet. Därvid avkyls avgaserna till en temperatur som ligger under daggpunkten för väsentligen alla föroreningar. Rökgaserna kan därför därefter praktiskt taget avges direkt till ytterluften. Den värme som i förångaren har upptagits av köldmediet överförs till en högre temperaturnivå'bædelst en kompressor på det sätt som är brukligt vid värmepumpar. Därefter överförs värmen medelst värme- växling direkt till värmekretsloppet i uppvärmningsanordningen.

Genom detta nya användningssätt av värmepumpen uppnås ett flertal för- delar. Avgasernas nedkylning vid förångaren är så stor - vilket i och för sig är känt - att de i avgaserna medförda föroreningarna faller ut på ett kontrollerat sätt och därmed också kan avföras. Resterande av- kylda avgaser är så renade att en skorsten i egentlig mening ej längre är erforderlig. Den ur avgaserna vunna värmeenergin kan - på grund av temperaturhöjningen genom värmepumpprincipen - införas direkt i värme- kretsloppet.

Därefter kan den för återvinningen av avgasvärmen använda värmepumpen insättas som enda värmekälla under den tid då värmebehovet är ringa (övergångstid, kyliga dagar etc): Därvid föres ytterluften direkt in í rökgaskanalen och förbi förångaren. l detta driftstíllstånd arbetar värmepumpen på samma sätt som en vanlig luft-värmepump. 10 15 20 25 30 35 7809528-'7 Man kan erhålla en kombination av bägge driftstillstånden hos värme~ pumpen genom att inblanda ytterluft i de från ugnen kommande avgaserna innan dessa når förångaren. På detta sätt uppnås dels att man erhåller den höga genomströmning som behövs för en värmepump som arbetar med endast luft och dels att man undviker en alltför hög uppvärmning av förångaren. Detta driftsätt kan vidareutvecklas därigenom att man istället för att använda frisk ytterluft återför avkylda avgaser som avges efter fläkten som åstadkommer den erforderliga avgas/luftströmmen genom förångaren. Detta har den ytterligare fördelen att den genom frískluftinblandníng erhållna daggpunktssänkningen elimineras och att endast en temperatursänkning erhålles.

Insatsen av en värmepump blir slutligen särskilt fördelaktig därför att den medger en enkel grundreglering av uppvärmningsanordningen. Emedan trycket (och likaså temperaturen) utgör en tillförlitlig indikator av köldmediets tillstånd i värmepumpen och därmed även av värmetransporten genom värmepumpen räcker det med en enkel styranordning som beroende på tryck eller temperatur i förångaren reglerar eldningen och fläkten å så sätt att vid gående fläkt och värmeutbyte mellan ytterluft och 'U köldmedel, eldningen endast tas i drift när ett visst nedre tryckgräns- värde underskrídes. Samtidigt avstängs eldningen då ett visst övre gränsvärde beträffande tryck eller temperatur överskrids.

Denna anordning kan inom ramen för uppfinningen kompletteras med olika typer av värmeutnyttjning huvudsakligen därigenom att ytterligare källor för värmeenergi kopplas in direkt eller indirekt på uppvärmningskrets~ loppet på så sätt att en naturlig reglering utan omfattande styranord- ningar erhålls. Styrningen grundas på förekommande temperaturfall på så sätt att ny primärenergi (med hjälp av oljebrännare) endast tillförs då andra hjälpenergikällor icke är tillräckliga.

I synnerhet kan en solfångaranläggning anordnas som (vid solsken) upp- värmer returledningen hos en uppvärmningskrets innan värmemediet inträder i kondensatorn för att ta upp köldmediets värmeenergi. Först därefter förs värmemediet till värmepannan, som dock endast träder i funktion om returtemperaturen ligger under den önskade tillvattentemperaturen. En fördelaktig bieffekt som erhålles är att värmepannan förblir varm, 10 15 20 25 30 7809528-7 varigenom inga korrosionsskador kan inträda, vilka beror på att pannan inte hålles i drift.

Den omedelbara uppvärmningen av varmvatten är dock en användning av solvärmen som bör erhålla prioritet framför den förut angivna.

Om temperaturen hos värmetransportmediet för solvärmen är tillräckligt hög uppvärmes i första hand varmvattnet och endast om det endera finns tillräcklig solvärme eller om dess temperatur är för låg företas den tidigare nämnda uppvärmningen av returen av värmekretsloppet.

Om solvärmen ligger på en ännu lägre temperaturnivå så att den varken kan användas för uppvärmning av varmvatten eller för förvärmning av mediet i returledningen kan den användas för förvärmning av luften, som endera används som friskluft eller som återförd och avkyld avgas- luftblandning att tillföras värmepumpens förångare Istället för friskluft (eller returluft) kan man även använda den upp- värmda avgående luften från en luftkonditioneringsanläggning (air condi- tioner) som erhåller kall friskluft genom värmeutbyte med åtminstone en del av den från värmepumpen avgående kalla luften (eller från den av- gående blandningen av luft och avgas).

På liknande sätt kan värmeenergin i den avgående luften från varma eller uppvärmda utrymmen som t.ex. simhallar och liknande utnyttjas därigenom att den blandas med den luft (eller luft-avgasblandning) som tillförs värmepumpens förångare. Ä andra sidan kan utnyttjningen av den vunna värmeenergin förbättras därigenom att högtemperaturuppvärmningen av varmvattnet sker i en värme- växlare som på den varma sidan genomströmmas av högt uppvärmt köldmedium i värmepmpens kretslopp, som kommer direkt från kompressorn. Därvid kyles köldmediet från till exempel 850 till 800 och samtidigt tillförs varmvattnet den erforderliga toppvärmen. Samtidigt förbättras även värmepumpens verkningsgrad, som ökar i samband med en sänkning av köld- mediets kondensationstemperatur. 15 20 25 30 35 7809528~7 För att kunna beakta de olika förutsättningar som gäller driften under sommar och vinter kan tvärförbindningar mellan varmvattenreturledningen och uppvärmningsreturledningen samt tvärförbindningar mellan till- ledningarna anordnas på så sätt att man under sommartid vid avstängd uppvärmning har möjligheten att för varmvattenkretsloppet utnyttja de eljest för fÖfVäfmHíH8efl av uppvärmningskretsloppsreturen förut- sedda värmeväxlare. Därtill erfordras förutom en termostatiskt styrd ventil i tvärförbindningen mellan tilledningarna endast två backventiler, en i rerurtvärförbindelsen samt en mellan denna och uppvärmningscirkula- tionspumpen, därför att den sistnämnda är mycket kraftigare än varmvatten- cirkulationspumpen. När uppvärmningscirkulationspumpen inkopplas öppnas den mellan pumpen och tvärförbindningen liggande backventilen på grund av trycket och sluter backventilen i tvärförbindningen även om den svagare cirkulationspumpen i varmvattenkretsen är igång. Så snart som cirkulatíonspumpen i uppvärmningskretsen avstängs kan církulationspumpen í varmvattenkretsen emellertid öppna backventilen i tvärförbindningen varvid samtidigt den andra backventilen stängs och därigenom förhindras sammankoppling av uppvärmningskretsloppet med varmvattenkretsloppet.

Avloppsvattnet utgör ytterligare en hjälpkälla ifråga om energi. Enligt ett utförande av uppfinningen finns det en gren i värmepumpkretsloppet som via en expansionsventil för till en egen förångare som placeras i en behållare för avloppsvatten och som kan utbyta värme med avlopps- vattnet. I stället för avloppsvatten kan varje annat vatten (eller vätska) med motsvarande temperatur användas.

Ytterligare en möjlighet att använda den vunna värmeenergin kan erhållas därigenom att en värmeväxlare placeras i köldmediets returledning till expansionsventilen och förångaren med vars hjälp den värme som fort- farande finns i det varma köldmedietkondensatet kan avges till ytter- luften eller användas för luftuppvärmning i andra rum med hjälp av en fläkt. En sådan utnyttjning av restvärmen i köldmediet hos värmepump- kretsloppet är gynnsammare än ett motströms värmeutbyte med det kalla köldmediel som strömmarfrån förångaren till kompressorn därför att men därigenom höjer kompressortemperaturen. 10 15 20 25 30 35 7809528-7 Möjligheten att från värmepupkretsloppet avge värme kan även användas för att föra bort kondensationsvärmen under sommaren, då värmepumpen endast används för drift av en kylande luftkonditioneringsanläggning (därför att varmvattnet redan är tillräckligt uppvärmt). “ För att undvika uttransport av värme ur fastigheten över uppvärmnings- kretsen kan det vara en fördel om en styrning finns för cirkulations- pumpen i uppvärmningskretsloppet som stänger av pumpen när trycket eller temperaturen i värmepumpens kondensator underskrider ett visst värde.

Då tryck och/eller temperatur åter stiger över sagda värde inkopplas cirkulationspumpen igen.

KORT FIGURBESKRIVNING Ritningarna visar utföringsformer för uppfinningen, varvid Fi . 1 visar en av asvärmeåtervinnin sanläg nin av enkelt sla i S 8 E 8 å 8 schematisk kretsloppspresentation. h: Fig. utgör en sbhematisk presentation av uppbyggnaden av en kompakt anläggning med väsentligen samma egenskaper som enligt Fig. 1 men med en extra styrningsanordning. l Fig. 3 utgör en presentation som svarar mot Fig. 2 och avser en anläggning med ytterligare detaljer som kan utnyttjas för mångsidig värme* utnyttjníng, och Fig. 4 visar ett schematiskt kopplingsschema för den i Fig. 3 visade anläggningen avsedd för att förtydliga verkníngssättet.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Fig. l visar en värmepanna 1 med den därtill hörande, icke i detalj visade, uppvärmningseldningen. Värmetransportmediet, i regel vatten, som uppvärms i pannan, genomströmmar uppvärmningskretsloppet 2 i vilket det finns ett antal inkopplade värmeelement 3; endast ett värmeelement visas i figuren. Medelst cirkulatíonspumpen 4 erhålles tvångscirkulation av värmetransportmediet. Avgaserna från uppvärmningseldningen når det fria via avgaskanal 6. Av huset som innehåller uppvärmningsanordningen visas endast taket 7 schematiskt. 10 20 25 '30 35 7809528-7 En manövrerbar klaff 8 i avgaskanalen gör det möjligt att leda avgaserna in i en förgrening 9 och förbi förångaren 12 tillhörande en nedan beskriven värmepump 13. Genom förgreningen 10 kan avgaserna ledas tillbaka till rökgaskanalen. Genom anslutningen 19 i vilken den ställbara klaffen 21 är anordnad kan omgivningsluft föras in i förgreningen 9 och blandas med den avgasström som strömmar mot förångaren (evaporatorn) l2. En fläkt 22 i förgreningen 10 säkerställer den erforderliga strömningen hos avgaserna eller nos luftavgasblandningen.

Fläkten 22 kan med fördel ha varvtalsreglering så att den kan åstadkomma en mycket högre eller tiofaldig genomströmning vid drift med enbart luft i jämförelse med driften med en blandning av luft och avgas.

Vidare kan det finnas en efter fläkten 22 avgrenad återledning 29 för kall luft (eller kall luftavgasblandning) som leder till anslutningen 19. Den ställbara klaffen 2l är så utformad att den endera öppnar frísklufttill- förseln eller kallufttíllförseln.

Till värmepumpen hör utöver förångaren 12 en kompressor 14, en kondensator l5 och en expansíonsventil 16. Dessa delar bildar tillsammans med till- hörande rörledningar ett sekundärkretslopp som är fyllt med köldmedíum och som drives av kompressorn 14.

Det i förångaren uppvärmda köldmediet strömmar genom rörledningen 17 in i kompressorn 14. Vid kompressionen av köldmediet stiger temperaturen kraftigt. I kondensatorn 15, som har värmeuthyte med uppvärmningskrets- loppet 2, överförs en stor del av köldmediets värme till det í kretsloppet 2 cirkulerande värmetransportmediet. Vid expansionen av köldmediet i expansionsventilen 16 erhålles en stark avkylning som gör köldmediet berett för förnyad värmeupptagning i förångaren 12. Normalt ligger temperaturerna mellan 00 och 500 i förångaren och mellan 800 och 900 i kondensatorn.

Med 25 har en ventilanordning betecknats som medger en kortslutnings- förbindelse 26 av tilledning och returledning hos uppvärmningskretsloppet 2 när uppvärmningen av detta kretslopp endast sker med värme som värme- pumpen 13 erhåller från den omgivande luften, som av fläkten 22 sugs in genom anslutning 19. 7809528-7 Fig. 2 visar schematiskt den konstruktiva utformningen av en uppvärmnings- anordning med samma särdrag som den i Fig. l. Delar med samma funktion har erhållit samma beteckning som tidigare och kräver ingen vidare förklaring. Nedan beskrivs avvikelser och kompletteringar.

I uppvärmingskretsloppet 2 har tilledningen betecknats med 5' och returledningen med Sri; den streckade-linjen 30 anger vad som ingår i en uppvärmningsanordning av enkel konstruktion och i överensstämmelse med uppfinningen. Anordningen kan byggas upp som ett enkelt kompakt aggregat som kan ställas upp på användningsplatsen.

Vid pannan 1 visas en brännare 38 som kontrolleras av styraggregatet 37.

Trycket i värmepumpens l3 förångare 12 mätes över en mätledning 36. Vid underskrídande av ett minimitryck inkopplasbrännaren 38 även en signal- ledning 36'. I stället för trycket i förångaren 12 kan köldmediets temperatur i förångaren användas för styrning av brännaren 38.

En på golvet 34 liggande bottenram 33 bär upp pannan l samt - delvis över pelare 32 för en överram - alla övriga delar tillhörande uppvärm- ningsanordningen. Den till värmepumpen 13 hörande förångaren 12 bärs upp av överramen 31. Därunder finns ett uppsamlingstråg 23 som uppfångar kondensvatten och kondenserade föroreningar.

I Avgaskanalen har reducerats till ett kort avgasrör 6 . Avgaskanalen I fortsätter i en förbindelseledning ll, som omger det korta avgasröret 6 I med en utvidgad del ll på så sätt att omgivningsluft kan inledas i ledningen ll för att där blandas med avgaser - om brännaren 38 är igång.

Genom det korta avgasröret 24 i husväggen leds den av fläkten 22 accelererade luften (eller gas-luftblandningen) ur huset. Någon skorsten är ej erforderlig då den utträdande gasen är avkyld och renad.

Den i Fig.3 återgivna.uppvärmningsanordningen har i jämförelse med anordningen enligt Fig. 2 kompletterats med ett flertal tillsatser som tjänar till en mångsidig värmeutnyttjning. Återigen har delar med samma funktion erhållit samma beteckning som i föregående figur. Detsamma 10 15 20 25 30 35 7809528-7 gäller för Fig. 4 som förtydligar sammankopplingarna hos den i Fig. 3 återgivna konstruktiva uppbyggnaden av uppvärmningsanordningen. Även här suger fläkten Z2 i det korta avgasröret 24 endera luft enligt pilarna 18 eller luft och avgas enligt pilarna 18' in i förbindelse- kanalen lloch genom värmepumpen. Dessutom finns en ingång 56 genom vilken varm luft (från t.ex. en simbassäng) kan tillföras. Vid ingången för omgivningsluften finns en värmeväxlare 48 som på den varma sidan och genom ledning 59 genomflytes av ett genom solenergi uppvärmt värmetrans~ portmedium. Den enligt pilarna 18 inträdande luften kan således förvärmas.

Dessutom kan en - här ej medtagen - förbindelseledning anordnas från det korta avgasröret 24 till det korta ingångsröret med värmeväxlaren 48 så att den kylda avgående luften kan återföras till förbindelseledningen 11. Den ur det korta avgasröret 24 strömmande avgående luften enligt pilarna 24' kan dessutom användas för luftkonditionering (luftkylning); eventuellt i samband med värmeutbyte med friskluft. Detta visas i Fig. 4 medelst luftledningen till vänster och värmeväxlaren 67 samt luftledningen 68 tillhörande en luftkonditioneringsanläggning.

Med hjälp av kontrollorganet 60 tillförs varmt medium till värmeväxlaren 48 endast då solvärmen har låg temperaturnivå. I allmänhet tillförs sol- värmen direkt till varmvattnet. Detta visas inte i Fig. 3 men i stället i Fig.4. Då tillräcklig solvärme står till förfogande eller om solvärmen ej kan användas för varmvattenberedning förs det aktuella värmetransport- mediet genom ledningen 4l till värmeväxlaren 40, som på den kalla sidan genomflyts av returen 5'I från uppvärmningskretsloppet 2. Värmetransport- mediet leds därefter till värmepumpens kondensator 15 och därifrån till den i värmepumpkretsen liggande värmeväxlaren 42 som på den kalla sidan för varmvatten som leds via ledningen 43.

Det medelst kompressorn 14 i värmepmpkretsen církulerande köldmediet leds från kondensatorn 15 till en uppsamlare 28och därifrån till en värmeväxlare 44, som med hjälp av en fläkt 46 uppvärmer omgivningsluften eller - medelst en icke visad rörledníng ~ luften l ett annat rum. Innan expansionsventílen 16 nås finner man avgreningen 51 som leder till expansionsventilen 16' och därifrån till en endast i Fig. 4 visad förångare 12 . Returledníngen har betecknats med 52. 78095284 10 15 20 l0 Církulatíonspmmpen 55 i uppvärmningskretsloppet 2 styrs av den tryck- känsliga kontakten 57, som mäter trycket (ev. temperaturen) i kondensatorn 15 och kopplar ur pumpen då ett visst minimitryck underskrides.

Fig. 4 kompletterar Fig. 3. En ledning 41' förlänger ledningen 41 från solvärmeanläggningen till en värmeväxlare 62 som används till varmvattnets grunduppvärmning. Dessutom visas en cirkulatíonspump 63 som används för att cirkulera värmetransportmediet som uppvärmer varmvattnet. På tryck~ sidan är cirkulationspumparna 63 och 55 förbundna med varandra medelst en ledning 64. I denna ledning 64 finns backventilerna 65 och 66. Den sistnämnda ventilen är placerad mellan cirkulationspupen 55 (i upp-v värmmingskretsloppet 2) och avgreningen till ledning 64. Funktionen hos denna tväríörbindning med ledningen 64 och backventilerna 65 och 66 har tidigare beskrivits. Tilledningarnas tvärförbindning består av en ledning 69 med ventilen 70, som öppnar genom en termostatiskt styrd förtursomkopplare när varmvattnet behöver värme.

Vid störning hos brännaren 38 urkopplas hela anläggningen och framför allt värmepmmpen genom elektrisk förregling.

Claims (9)

H 7809528-7 šâtlfiïlllfišwf a!!

1. l. Sätt att återvinna värme ur avgaserna från en värmekälla, som är avsedd för uppvärmning av en byggnad, vilken källa som är försedd med en brännare, uppvärmes med olja, gas eller liknande bränsle avsett för uppvärmning varvid källan för återvinning av värmeinnehàllet från avgaserna kombineras med en för värmeåtervinning lämpad kylmediekrets som omfat- tar föràngare, värmeväxlare och värmepump med därtill hörande utrustning, k ä n n e t e c k n a t av att en för avsugning av avgaserna lämpad fläkt (22) styrs via ett reglersystem, så att utsugen avgas- volym ástadkommer ett undertryck i en luftinblandnings- kanal (ll) och att en för värmeåtervinning lämpad luftmängd som är beroende av temperaturen i luft- avgasblandningen, därvid blandar sig med avgaserna fràn källan, och att blandningen leds genom förångaren varigenom fukten i luft-gasblandningen kondenserar på förängaren för maximal värmeàtervinning samtidigt som man erhåller renade avgaser, varvid källans brännare (38) startar och/eller stoppar vid på förhand bestämd temperatur och/eller tryck i kylmediekretsen.

2. Sätt enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a t av att den till luftinblandningskanalen tillförda och i fläkten bortsugna luftmängden reglerar under- trycket i luftinblandningskanalen så att alla avgaserna i källan sugs in i förångaren.

3. Sätt enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att styrsystemet är så anordnat att brännaren stoppas när den av fläkten insugna luftens temperatur och/eller gasblandningens temperatur överstiger ett förutbestämt värde. 7809528-7 m

4. Sätt enligt ett av kraven l-3, k ä n n e t e c k- n ä t äv att frånluften från förångaren används för nedkylning av innertemperaturen t.ex. i en villa.

5. Uppvärmningsanordning för användning vid förfarandet enligt något av föregående krav och som består av ett uppvärmningskretslopp (2) och en i detta liggande värmekälla (1) och då speciellt en källa för olje- eller gaseldning, en avgaskanal (6) till vilken inkopplingsbart är ansluten en värmeväxlande förângare (12) som tillhör en värmepump (13) vars kondensator (15) är så anordnad att värmeväxling sker mellan denna och uppvärmningskretsloppet (2) där förångaren med hjälp av en fläkt valfritt arbetar med avgaser, avgas-luftblandning eller ytterluft, k ä n n e t e c k- n a d av att den innehåller en luftinblandningskanal (ll) samt en för gasernas avsugning avsedd fläkt (22) för inblandning av luft i avgaserna före förångaren vilken inblandning styrs av ett reglersystem och att en styranordning (37) är anordnad för att i beroende av trycket (eller temperaturen) till kylmediet i föràngaren (12) koppla in värmekällan (l) då ett undre gränsvärde på trycket (-eller temperaturen) underskrides och/eller att koppla från värmekällan då ett förutbestämt gränsvärde på trycket (resp. temperaturen ) överskrids.

6. Anordning enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a d av att volymen av gasströmmen genom fläkten (22) är reglerbart OCh anOrdnad att kunna reduceras genom inkoppling av källan (l).

7. Anordning enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k- n a d av att fläkten(22) är inkopplad efter förångaren och att en i strömningsriktningen efter förángaren anordnad returledning (29) mynnar i avgas- resp. luftkanalen före förångaren (12). ' 13, 7809528-7

8. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att en klaff (21) är anordnad för att valfritt kunna öppna tillförseln av ytterluft eller returledningen till förángaren.

9. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att klaffen (21) och en omkopplingsklaff (8) vid förgreningen till den grenledning från avgaskanalen som innehåller föràngaren har en gemensam manövrering.