SE501505C2 - Förfarande och anordning för värmeåtervinning med ett cirkulerande pannrumsluftflöde - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 501 505 2 kan fås ett cirkulerande pannrumsluftflöde, där värme tas från rökgaser och eller omgivande luft med värmepumpen och ges till ett anslutet uppvärmningssystem för bostäder. Med denna typ av värmeåtervinning fås ej heller problem med kondense-ring i utgående rökgasrör och skorsten beroende på de låga avgastemperaturerna på omkring 10°C. Samtidigt fås relativt rena avgaser beroende på den förhållandevis mycket effektiva rökgasreningen med vatten med möjlighet till avskiljning och uppsamling av de i rökgaserna befintliga föroreningarna.

Beskrivning av utföringsexempel I figurerna visas något förenklat uppbyggnaden av ett värmesystem enligt uppfinningen placerat i ett avskilt utrymme 1 såsom ett pannrum med två väsentligen åtskilda olika gasformiga flöden: ett cirkulerande pannrumsflöde 2 och ett rökgasflöde 3. Till och från pannrummet är anordnat till- försel och bortförsel av luft genom respektive öppningar 4 och 5 i pannrumsväggarna. Med de breda strömningslinjerna 2 visas det cirkulerande luftflödet i pannrummet, vilket luftflöde passerar från vänster till höger först en värme- pump 6 med exempelvis en luftberörd kylare, sedan en fläkt- kammare 7 och en fläkt 8 och därpå en luft-värmeväxlare 9 av exempelvis korsströmstyp för att sedan till största delen återföras/recirkuleras för att åter från vänster till höger passera värmepumpen 6 osv. Till det cirkulerande pannrums- luftflödet tillförs utifrån kommande friskluft genom öpp- ningen 4 och bortförs använd, inifrån kommande luft genom öppningen 5 till omgivande utrymme eller atmosfär.

Från fläktkammaren 7 avleds en med värmepumpen 6 nedkyld luftström genom en kanal 10 till en rökgasblandare 11 för att där sänka rökgastemperaturen till ungefär 60°C före dess inträde i värmeväxlaren 9. I rökgasblandaren finns en avvattningsanordning 12, som samlar upp och leder bort kon- denserat vatten med föroreningar för vidaretransport till ett uppsamlingskärl 13 med ett kemiskt filter 14 eller liknande.

För att förbättra inblandningen av den kylda luften i rök- 10 15 20 25 30 35 501 505 3 gasen i rökgasblandaren kan ett nät eller galler 15 vara monterat tvärs över rökgasblandaren rakt eller något lutande.

Som ett alternativ kan en hålad plåt vara anordnad som blandarhjälpmedel. Avvattningsanordningen kan vara sammansatt av mot varandra anordnade V-formade plåtar med de öppna ändarna mot och överskjutande varandra se fig. 3, som visar en förstoring av avvattningsanordningen i rökgasblandaren.

I figur 2 visas en vidareutveckling av systemet, där i kanalen 10 för tillförsel av nedkyld luft insatts ett reglerbart spjäll 16, som kan regleras manuellt eller auto- matiskt beroende på pannans drifttillstånd eller systemets energibehov eller kan helt stängas när en i systemet in- kopplad värmepanna 17 är avstängd. Ett första läge på spjällinställningen kan t.ex. motsvara ett steg 1 på brän- naren och ett andra läge motsvara ett steg 2 på brännaren.

Eventuellt kan hela värmesystemet vara automatiskt reglerbart där olika parametrar exempelvis avkända mätvärden kan styra en datoríserad övervaknings- och manöverenhet med eventuell beräknings- och lagringskapacitet, som kan användas för beräkning av börvärden, ärvärden och till dessa relaterade verkningsgrader eller effektivitetsnivåer. Genom att placera en fläktmotor 23 vid sidan av ekakueringskammaren 18 fås en säkrare motordrift och en till motorn driven fläkt 24 lättare tillgänglighet.

I rökgasflödet passerar rökgasen först rökgasblan- daren 11 med blandaranordningen 15 och avvattningsanord- ningen 12 sedan luftvärmeväxlaren 9 av korsströmstyp och där- på en evakueringskammare 18 med en fläkt 19 för att sedan ledas ut genom en skorsten 20.

De heta rökgaserna från pannan 17 är 150°-200°C och transporteras via ett rökrör 21 till rökgasblandaren 11, där inblandningen sker av den från värmepumpen med exempelvis anordnat förångarbatteri kommande nedkylda luften, så att temperaturen i rökgasblandaren håller ca 60°C. Denna rök- gasblandning nedkyls ytterligare i värmeväxlaren 9 till ca 10°C och transporteras vidare via evakueringsfläkten 19 i evakueringskammaren 18 ut genom exempelvis den befintliga 10 15 20 25 30 35 501 505 4 skorstenen 20. Denna kraftiga nedkylning av rökgaserna i värmeväxlaren åstadkommes genom att nedkyld luft passerar värmeväxlarens andra sida. Denna luft, som är ren pannrums- luft, har kylts ned av den i värmepumpen placerade luft- kylaren. Med fläkten 8 i fläktkammaren 7 transporteras den kalla luften genom värmeväxlarens rena sida och uppvärms av den varma rökgasblandningen. I värmeväxlaren sker således en värmeväxling, där den varma rökgasblandningen nedkyls och överför sin värmeenergi till den med värmepumpen producerade kylda luften, som därmed uppvärms och sedan återgår till pannrummet. Den energi som värmepumpen har tagit upp via luftkylaren förädlas av värmepumpen, som kan vara ansluten till ett befintligt värmesystem 21, där väsentligen all energi från värmepumpen kan upptas. Fläkten i fläktkammaren 7 är med sin placering dvs. i strömningsriktningen före rökgas- blandaren avsedd att ge ett övertryck, vilket förhindrar att vid läckage i rökgasväxlaren ge något rökgasflöde i pann- rummet.

Sålunda utgör pannrumsluften ett medium för energi- överföring, där pannrummets volym utgör en ackumulator för energi. Så fort luften har passerat värmeväxlaren och upp- värmts recirkuleras denna luft efter uppblandning i den totala luftmängden i pannrummet och återgår i processen för att ånyo nedkylas och uppvärmas i systemet.

Då rökgaserna kyls ned så kraftigt från ca 200°C till 10°C frigöres mycket energi. Dels representerat i form av temperaturdifferensen, men även i form av en s.k. latent "dold" energi som frigörs när den i rökgaserna ingående vattenångan genomgår en s.k. fasomvandling och övergår från sin gas till vätskefas.

Vid förbränning av olja bildas vattenånga, som vid övergång till vätskefas kommer att utfällas på värmeväxlarens ytor, varvid förutom att de kontinuerligt tvättas rena även förbättra energiväxlingen i värmeväxlaren. Vattnet kommer att innehålla det mesta av de föroreningar, som annars obehindrat skulle passera ut genom skorstenen. Föroreningarna såsom svavel, tungmetaller etc. finns nu i det uppsamlade vattnet, 10 15 20 25 30 35 501 505 5 som kan neutraliseras med ett s.k. kemiskt filter. Neutrali- seringen kan exempelvis ske med ett ytaktivt magnesiumgranu- lat, som tillsammans med svavel bildar en neutral sulfit eller sulfat. I botten på uppsamlingskärlet 13 ansamlas tungmetaller, vilka kan deponeras på lämplig plats.

I en sådan här typ av värmesystem kan värmepumpen ligga som en bas i det värmeproducerande systemet och utgöra drygt 18 % av toppeffekten. Resterande del av toppeffekten ca 80 % täcks av pannan. Detta betyder att endast under en kort tid av ett år finns ett behov av maximal effekt och kommer att kontinuerligt produceras en effekt motvarande toppeffekten. Övrig tid då värmepumpen går som bas i värme- systemet kontinuerligt med hela sin installerande effekt innebär detta att oljepannan kommer att gå intermittent, för att kunna stanna helt när värmepumpen själv klarar det totala effektbehovet. I värmepumpen kan företrädesvis kompressorn vara av scrolltyp och köldmediet vara exempelvis butan, Rl34a eller liknande.

Vid stort effektbehov under vintern går värme- pannan mer eller mindre intermittent. När pannan står stilla fungerar systemet som en konventionell luftvärmepump och tar energi som ackumulerats i pannrummet. Då värmepumpens energi- produktion ej räcker till för behovet, startas omedelbart processen med nedkylning av rökgaserna och processen tillför rökgasenergi. Även i pannrummet ackumulerad energi hänfört till värmeförluster från pannan och övrig armatur och utrustning nyttiggörs på detta sätt. När energibehovet minskar vid ökande yttertemperatur går pannan allt mer sällan. När yttertemperaturen är tillräckligt energirik omkring 10°C och däröver startar en väggfläkt i pannrummet, varvid energirik ytterluft strömmar in och skapar en gynn- sammare förutsättning för värmepumpen. Då värmepumpen klarar själv att producera all energi fungerar systemet som en uteluftsvärmepump, som tar all sin energi från den ytterluft som strömmar in i pannrummet. Under sommartid kan värmepannan täcka hela energibehovet och kan producera denna energi med hög värmefaktor (verkningsgrad). När värme tas enbart från 10 15 20 25 30 35 501 505 6 ytterluften, kan en avstängningsanordning som ett spjäll eller liknande vara anordnad före eller efter värmeväxlaren, så att efter ytterluftens passage genom värmepumpen med stängt spjäll i kanalen 10 leds den nedkylda luften rakt uppåt genom en kanal 25 i pannrummets tak för användning som kylluft eller direkt ut i atmosfären. Alternativt kan med spjäll eller liknande ett kanalsystem vara anslutningsbart efter värmeväxlaren, när värme tas enbart från ytterluften, vilket kanalsystem leder den nedkyla luften rakt ut genom en kanal 26 i pannrummets vägg för användning som kylluft eller liknande. En fördel med att ta in ytterluft är att få in vattenånga i systemet, varvid vattenångan kan kondensera under värmefrigörelse. När uteluftstemperaturen sjunker under hösten startar pannan så fort värmepumpens effekt ej räcker till, varvid vid rökgasproduktionen energi kommer att åter- vinnas. Ju kallare det blir ju mer går pannan. Pâ vintern är väggfläkten avstängd och all energi till värmepannan tas infrån pannrumsluften och rökgaserna.

Värmesystemet kan anslutas till en befintlig panna eller kan levereras med panna. Värmepumpen kan anslutas till befintligt värmesystem.

Med detta förfarande och med denna anordning kan fås ett system med en flexibel lösning och en enkel anpass- ning till värmesystem med tillfälliga stora belastningar. En reglerbar värmepanna eller exempelvis en tvåstegspanna med två effektsteg ett första steg för normal belastning och ett andra steg för toppbelastning kan vara ansluten till systemet dock med en enkel modifiering om vid maximal panneffekt denna blir större än värmeväxlingseffekten. Genom att ha evakue- ringsutrymmet direkt anslutet till en separat skorsten av exempelvis plast utan förbindelse med den ordinarie skor- stenen kan vid normal belastning denna strömningsväg användas och kan vid maximal panneffekt, då det uppkommer ett väsent- ligt rökgastillskott, vara anordnat att detta ledes direkt till den ordinarie skorstenen, varvid de heta rökgaserna direkt från pannan ej möter de kraftigt nedkylda rökgaserna från evakueringsutrymmet med risk för kondenseringsproblem.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 501 505 PATENTKRAV

1. Förfarande för värmeåtervinning med ett cirkuler- ande pannrumsluftflöde innefattande en värmepump och en värmeväxlare, k ä n n e t e c k n a t av att hela pann- rumsluftflödet cirkuleras och att hela pannrumsluftflödet först passerar värmepumpen (6) och därefter delas upp i ett delflöde till en rökgasblandare och ett delflöde till värme- växlaren, varvid med värmepumpen nedkyld pannrumsluft dels blandas med rökgaser för deras nedkylning och dels i värme- växlaren kyler i värmeväxlaren passerande med den med värme- pumpen nedkylda pannrumsluften blandade och kylda rökgaserna.

2. Anordning för värmeåtervinning med ett cirkulerande pannrumsluftflöde innefattande en värmepump och en värme- växlare, k ä n n e t e c k n a d av att hela pannrumsluft- flödet är anordnat att först passera värmepumpen (6) och där- efter är anordnat att delas upp i ett delflöde till en rök- gasblandare (11) och ett delflöde till en värmeväxlare (9), att rökgasblandaren (11) är direktansluten till värmeväxlaren (9) och att en fläktkammare (7) är ansluten mellan värme- pumpen (6) och värmeväxlaren (9) med en förbindelse (10) till rökgasblandaren (11).

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k- n a d av att i förbindelsen (10) är anordnat ett reglerbart spjäll (16) eller liknande.

4. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k- n a d av att i rökgasblandaren (11) finns en avvattnings- anordning (12) exempelvis ansluten till ett uppsamlingskärl (13).

5. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k- n a d av att avvattningsanordningen (12) består av mot varandra och överskjutande anordnade vinkelelement.

6. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k- n a d av att i rökgasblandaren (11) finns en blandaranord- ning (15) utformad som ett nät, galler eller hâlad plåt.

7. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k- n a d av att i en evakueringskammare (18) till värmeväxlaren 10 501 505 (9) finns en fläkt (19) .

8. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k- n a d av att en elmotor (23) för en fläkt (24) i evaku- eringskammaren (18) är placerad vid kammarens sida.

9. Anordning enligt något av patentkraven 2-8, k ä n n e t e c k n a d av att ett kanalsystem (25,26) med spjällanordning eller liknande är anslutet till tak eller yttervägg för att avleda kyld luft från värmepumpen.