SE515670C2 - Anläggning för att disponera överskottsvärme från en krafttransformator - Google Patents

Description

N U huvudsak genom användning av kommersiellt tillgängliga stan- dardkomponenter.

Enligt uppfinningen nås åtminstone det grundläggande syftet medelst de särdrag som är angivna i patentkravet 1.

Fördelaktiga utföranden av den uppfinningsenliga inrättningen är vidare definierade i de osjälvständiga patentkraven.

Kort beskrivning av bifogad ritning På ritningen är: Fig 1 en planvy av ett transformatorhus i vilket ingår två transformatorer samt en inrättning enligt uppfinningen, Fig 2 en förstorad, schematisk illustration av en i den upp- finningsenliga inrättningen ingående värmepump, och Fig 3 en förstorad, schematisk detalj A i fig 1.

Detaljerad beskrivning av ett föredraget utförande av upofin; ningen I fig 1 betecknar 1 generellt ett hus i vilket två transformatorer 2 är inbyggda. Detta hus kan utgöras av en mindre sk nätstation av det slag som installeras i anslutning till villaområden eller andra bebyggelser med begränsad stor- lek. Av mellanväggar år huset 1 delat i ett antal fack 3, som var för sig är åtkomliga via i husets ytterväggar upptagna öppningar som kan stängas medelst luckor eller dörrar 4. De båda transformatorerna 2 är installerade i var sitt fack. I övriga fack installeras olika former av hjälputrustning för transformatorerna, t ex frånskiljare, strömskenor, etc. I ett av dessa fack är monterad en i sin helhet med 5 betecknad vär- mepump ingående i en inrättning enligt uppfinningen.

I varje enskild transformator 2 ingår en schematiskt illustrerad kylanordning generellt betecknad 6. Denna kyl- anordning kan utgöras av ett med olja fyllt kärl i vilket transformatorns kärna och lindningar är nedsänkta. Kylanord- ningen kan emellertid även ha annan form. Exempelvis kan den- samma utgöras av ett samlingsutrymme för varmluft, varvid värme ur luften kan avges till annan fluid än just luft via lämpliga värmeväxlare.

Mellan de båda transformatorerna 2 och värmepumpen 5 sträcker sig ett första ledningssystem 7 i vilket en första I 7 fl-w... H - s .i ,, H « - . , ., 6 Û 'Iv-.f "*' 'vi å ,, ;-~- -.;.. . i i = fi: 2:. , »i- ' « H .i ' m .n 3 värmebärande fluid kan cirkuleras, närmare bestämt i en matar- ledning 7' och en returledning 7". Såsom framgår av fig 1 är den ena änden av var och en av dessa ledningar förbunden med transformatorernas kylanordningar 6 via grenkanaler 8', 8".

Den andra änden av varje ledning 7', 7" är ansluten till en värmeväxlare 9, t ex en plattvärmeväxlare, placerad i närheten av värmepumpen 5. I praktiken kan ledningssystemet 7 bestå av enkla rörledningar, vilka ansluts till transformatorkylanord- ningarnas oljekärl via de befintliga nipplar som konventio- nellt utnyttjas för påfyllning av olja i kärlen. Med andra ord utgörs den värmebärande fluiden i ledningssystemet 7 i detta fall av transformatorns egen kylolja.

Ovannämnda ledningssystem 7 jämte värmeväxlaren 9 har till uppgift att möjliggöra avgivning av värme till en i värmepumpen 5 ingående förångare 10, vilken pà känt sätt via ett andra ledningssystem 11 kommunicerar med en kompressor 12, en kondensor 13 samt en expansionsventil 14. Ledningssystemet 11 jämte komponenterna 10, 12, 13, 14 bildar tillsammans ett slutet ledningssystem i vilket en andra fluid kan cirkuleras på gängse sätt. Denna andra fluid utgörs av ett konventionellt sk köldmedel, t ex av den typ som innehåller propan, som för- mår omväxlande förångas och kondenseras under upptagning resp. avgivning av värme.

Ett tredje ledningssystem 15, som inbegriper en matar- ledning 15' och en returledning 15", är med sin ena ände anslutet till den värmeavgivande kondensorn 13 och med sin motsatta ände anslutet till en eller flera värmeförbruknings- enheter 16. Dessa enheter kan utgöras av exempelvis radiatorer eller andra värmeavgivande anordningar i byggnader av olika slag. Den del av ledningssystemet 15 som är ansluten till kon- densorn 13 illustreras schematiskt i form av en rörslinga 17 som är införd i kondensorns inre. I praktiken utgörs konden- sorn dock lämpligast av en plattvärmeväxlare. I matarledningen ' finns en pump 18 med vars hjälp en värmebärande fluid, t ex vatten eller olja, kan cirkuleras i ledningssystemet 15.

I den uppfinningsenliga inrättningen ingår vidare ett fjärde ledningssystem 19 innefattande två ledningar 19', 19" vilka omväxlande kan tjäna såsom matarledning resp. returled- ning i beroende av inrättningens funktionstillständ. Detta W U m. H. c . ß-H...

U 1.. ledningssystem är åtminstone delvis nedfört i exempelvis berg, mark eller sjö, varvid omgivningen omkring ledningssystemets underjordiska eller submarina del kan - i beroende av inrätt- ningens funktionstillstånd - tjäna antingen såsom värmeav- givare (på samma sätt som vid konventionell sk bergvärme) eller såsom en värmesänka eller -ackumulator. I fig 2 är denna kombinerade värmeackumulator resp. -avgivare schematiskt visad vid 20.

I det visade utförandeexemplet, vid vilket det första ledningssystemet 7 är anslutet till en värmeväxlare 9, är det fjärde ledningssystemet 19 anslutet till och integrerat med ett femte ledningssystem 21 innefattande dels första och andra ledningar 21', 21" utanför förångaren 10. Ledningssystemets 21 anslutning till förångaren visas schematiskt i form av en rör- slinga 22, men även i detta fall består förångaren av en plattvärmeväxlare. I en förgreningspunkt mellan homologa led- ningar, i detta fall ledningarna 19' och 21', i de båda led- ningssystemen 19, 21, är anordnad en flervägsventil 23 av den typ som icke blott kan öppna och stänga utan även strypa flö- dena i respektive ledningar. I ledningssystemet 21, närmare bestämt i ledningen 21' mellan flervägsventilen 23 och förång- aren 10, är anordnad en pump 24. De båda ledningssystemen 19 och 21 är integrerade med varandra såtillvida att de inne- håller en och samma fluid, företrädesvis i form av sk Brine- vätska som kan utgöras av exempelvis en blandning av sprit och vatten.

Reglering av flervägsventilen 23 sker med hjälp av en motor 25 som drivs elektriskt via en med streckprickade linjer schematiskt antydd, elektrisk krets i vilken även ingår en temperaturgivare 26 i det första ledningssystemets 7 matarled- ning 7'. I detta sammanhang må även påpekas att en pump 27 ingår i ledningssystemets 7 returledning 7" för att cirkulera den värmebärande fluiden i ledningssystemet 7.

I det på ritningen visade, föredragna utförandet av den uppfinningsenliga inrättningen är till värmeförbrukarlednings- systemet 15 ansluten en särskild värmeangivare 28, t ex en med en fläkt samverkande radiator, som är placerad i exempelvis det fack 3 i vilket värmepumpen 5 är placerad. Under alla omständigheter skall dock värmeangivaren 28 vara placerad U 515 670 -...,,, v 6 f., ,, inuti huset. Värmeangivaren 28 är kopplad till ledningssyste- met 15 via ett sjätte ledningssystem 29. Närmare bestämt är en matarledning i detta ledningssystem ansluten till motsvarande matarledning 15' i systemet 15 via en flervägsventil 30 som regleras av en motor 31. En viss del av den värmeenergi som transporteras till förbrukningsenheten 16 kan vid behov utta- gas via ledningssystemet 29 och värmeangivaren 28 i syfte att värma luften i husets 1 inre, enkannerligen luften i de fack 3 som är åtskilda från facken för transformatorerna 2.

Den uopfinningsenliga inrättningens funktion och fördelar Antag att inrättningen skall arbeta under årets kalla perioder och värmepumpens 5 konventionella sk bergvärmefunk- tion är inkopplad. I detta tillstånd häller flervägsventilen 23 icke blott matarledningen 19' från den underjordiska värme- avgivaren 20, utan även den del av ledningen 21' som sträcker sig mellan ventilen och värmeväxlaren 9 öppna. Detta innebär att fluid (Brine-vätska) med jämförelsevis måttlig temperatur (t ex omkring O°C) blandas med varmare fluid frän värmeväxlaren 9, vilken i sin tur upptar värme direkt från transformatorer- nas 2 kylanordningar 6 via den i ledningssystemet 7 cirkule- rande fluiden. Den vätska som blandas i flervägsventilen 23 och därefter passerar förångaren 10 kommer därför att ha en betydligt högre temperatur än den vätska som tas upp ur under- jorden via matarledningen 19'. I beroende av varierande tempe- raturer i såväl underjorden som transformatorernas kylanord- ningar 6 varierar givetvis temperaturen i förångaren 10, men i praktiken kan den mycket väl ligga inom området +10 á +15°C.

Genom att temperaturen hos den genom förångaren cirkulerande fluiden kan ökas betydligt (i medeltal från cirka O°C till +10°C) förbättras värmepumpens verkningsgrad radikalt, närmare bestämt från en faktor 3 (i normalfallet) till en faktor 5-7 eller större.

Under årets varma perioder, då behovet av uppvärmning i byggnader är lågt eller obefintligt, kan värmepumpen behöva avställas. För att då fortfarande möjliggöra effektiv kylning av transformatorerna kan flervägsventilen 23 omställas så att värme från värmeväxlaren 9 i och för sig icke nyttiggörs i värmeväxlaren, utan leds ned i underjorden (eller till led- 515 670 6 ningssystemets 19 submarina omgivning). Detta sker genom att pumpen 24 matar ned fluiden i ledningssystemet 19 via led- ningen 19', som då verkar såsom matarledning, och därefter förs i retur till ledningssystemet 21 via ledningen 19".

Uppfinningens fördelar är uppenbara. Då behovet av värme till förbrukningsenheterna under den kalla årstiden är högt kan överskottsvärme från transformatorerna 2 nyttiggöras för uppvärmningsändamål på ett mycket ekonomiskt sätt samtidigt som kylningen av transformatorerna blir effektiv. Under den varma årstiden då behovet av uppvärmning upphör, kan inrätt- ningen, genom reglering av ventilen 23, enkelt omställas så att överskottsvärme från transformatorerna leds ned underjor- diskt eller submarint, varvid värmeenergin i det förstnämnda fallet kan lagras i berggrunden eller jorden. Enheten 20 fun- gerar då såsom en värmeackumulator ur vilken lagrad energi kan återvinnas under den kalla årstiden (då ledningssystemet 19 är nedsänkt i t ex sjövatten tjänar vattnet enbart såsom en värmesänka). Med andra ord säkerställer den uppfinningsenliga inrättningen effektiv kylning av den eller de aktuella trans- formatorerna oavsett årstid, dvs oberoende om värmepumpen be- höver arbeta för uppvärmningsändamål eller ej.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Uppfinningen är ej begränsad blott till det ovan be- skrivna och på ritningen visade utförandeexemplet. Sålunda är det tänkbart att avvara den särskilda värmeväxlaren mellan de första och femte ledningssystemen, varvid en och samma värme- bärande fluid kan cirkuleras i de första, fjärde och femte ledningssystemen. Det är även tänkbart att såsom värmebärande fluid i det till transformatorn anslutna ledningssystemet an- vända annan vätska (eller gas) än just olja. Det skall vidare påpekas att den uppfinningsenliga inrättningens värmepump ej nödvändigtvis måste vara monterad i samma hus som den eller de aktuella transformatorerna. Sålunda kan själva vårmepumpen även installeras i eller i närheten av den eller de byggnader till vilka överskottsvärmeenergin från transformatorn skall överföras för uppvärmningsändamål. I dylika fall sträcker sig de första ledningssystemet mer eller mindre långväga mellan transformatorhuset och den eller de aktuella byggnaderna. Ej 515 670 7 heller behöver ovannämnda förbrukningsenheter vara installerade inomhus. Sålunda kan enheterna vara placerade utomhus (t.o.m. underjordiskt) för att helt enkelt avge värmeenergi. Inrätt- ningen tjänar då enbart till att effektivt kyla transformatorn.

Claims (3)

10 15 20 25 35 1 v _ _ . . . . .. .. ,, - . . . . ,. _. 13; f - - . n n.

1. Anläggning för att disponera överskottsvärme från en kraft- transformator (2) av det slag som inbegriper en kylanordning (6) för kylning av transformatorns lindningar, k ä n n e - t e c k n a d därav, att till transformatorkylanordningen (6) är anslutet ett första ledningssystem (7) för cirkulation av en första, värmebärande fluid mellan transformatorkylanord- ningen och en värmepump (5) i syfte att möjliggöra avgivning av värme till en i värmepumpen ingående föràngare (10), vilken på känt sätt via ett andra ledningssystem (11) innehållande en andra värmebärande fluid kommunicerar med en kompressor (12); en kondensor (13) och en expansionsventil (14), att till värmepumpens kondensor (13) är anslutet ett tredje lednings- system (15) med en tredje värmebärande fluid för överföring av värme till en eller flera förbrukningsenheter (16), att till det första ledningssystemet (7) är direkt eller indirekt anslutet ett fjärde ledningssystem (19), vilket är delvis ned- fört i en värmeackumulator eller -avgivare (20) i berg, mark och/eller sjö, och att mellan de första och fjärde lednings- systemen (7, 19) verkar en flervägsventil (23) för att leda överskottsvärme från transformatorkylanordningen (6) via det första ledningssystemet (7) till värmepumpens förångare (10) och/eller till sagda värmeackumulator (20).

2. Inrättning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att det första ledningssystemet (7) är anslutet till en värme- växlare (9), som i sin tur är ansluten till värmepumpens (5) föràngare (10) via ett femte ledningssystem (21), vilket kom- municerar med det fjärde ledningssystemet (19) och innehåller samma värmebärande fluid som detta, varvid flervägsventilen (23) är anordnad i en förgreningspunkt mellan homologa led- ningar (19', 21') i sagda båda ledningssystem (19, 21).

3. Inrättning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att densamma är placerad i ett och samma hus (1) som transformatorn (2) och att till en matarledning (15') i det tredje ledningssystemet (15) är ansluten en värmeangivare (28) för uppvärmning av luften inuti huset.