SE528293C2 - Uppvärmningsanordning för att alstra värme och elektricitet - Google Patents

Description

25 30 35 5228 293 strömmande flöden, där ett riktas genom brännaren och kallas brännarflöde. Detta flöde har ett tryck som ligger nära atmosfärstrycket vilket gör det möjligt att använda en brännare av sama typ som används i en vanlig värmepanna.

Det andra flödet kallas arbetsflöde och detta strömmar in i kompressorn.

I en första utföringsform av uppfinningen passerar brännarflödet åtminstone en av värmeväxlarna. Värme från brånnarflödet överförs där till arbetsflödet, vilket passerar på den andra sidan av samma värmeväxlare. Det uppvärmda arbetsflödet expanderas därefter i turbinen, vilken driver kompressorn och generatorn. Arbetsflödet kopplas därefter till en vattenvärmeväxlare pä ett sådant sätt, att hela eller en del av arbetsflödet kan överföra värme till vattnet som passerar på den andra sidan. Detta uppvärmda vatten kan därefter användas för att värma upp en byggnad eller användas i en process.

Systemet innehåller även kraftelektronik som omvandlar den högfrekventa elektriciteten som alstras i generatorn till tillstànd som passar lasten. Beroende pà den exakta tillämpningen och dess behov finns det även ventiler i systemet, vilka medger god styrning av mängden användbar värme sä väl som elektricitet som alstras av systemet.

Den snabbroterbara axeln bärs företrädesvis upp av antingen luftlager eller elektromagnetiska lager för att medge mycket litet underhåll och för att minimera användningen av olja i systemet.

Kortfattad beskrivning av ritningen Föreliggande uppfinning är lättare att tillgodogöra sig genom att se på den bifogade ritningen, där Fig. 1 är en schematisk vy av en utföringsform av en uppvärmningsanordning med integrerad elektricitetsalstring. 10 15 20 25 30 35 528 293 Detaljerad beskrivning av en föredragen utföringsform Uppvärmningsanordningen med elektricitetsalstring enligt föreliggande uppfinning använder denna öppna Braytoncykeln och är uppbyggd kring en kompressor 1 och en turbin 2, vilka är sammankopplade av en huvudaxel 3, se Fig. l. Både kompressorn 1 och turbinen 2 bärs företrädes- vis upp av luftlager eller elektromagnetiska lager för att inte förorena luften som strömmar genom anordningen. En generator 4 är även monterad på huvudaxeln 3. Anordningen innefattar dessutom en brännare 5 för förbränning av en lämplig luft-/bränsleblandning, där en styrbar fläkt 6 tillför luften. Åtminstone en värmeväxlare 7, 8, 9, l0 är förbunden med anordningen för att överföra värme från förbränningen i brännaren 5 till luften som passerar turbinen 2, för att återvinna värme Q från det varma arbetsflödet efter turbinen 2, för att exempelvis värma upp en byggnad eller en process och för att förvärma luften som strömmar in i brännaren 5.

För att förklara driften av anordningen kommer en detaljerad beskrivning att ges nedan, där bokstäverna a-f, j, k, m-r betecknar olika rör hos anordningen. Den valda startpunkten är kompressorns 1 inlopp.

Friskluft strömmar in i kompressorn 1 genom ett alternativt luftfilter ll. Luften lämnar kompressorn 1 med förhöjd temperatur och höjt tryck och fortsätter längs rör a till en värmeväxlare 7, där den blir ytterligare uppvärmd av varm luft, se nedan. Den varma luften lämnar värmevàxlaren 7 genom rör b och strömar in i en andra värmeväxlare 8. Denna värmeväxlare 8 värms upp av gaserna som härrör från förbränningen i brännaren 5, se nedan.

Luften är nu upphettad till en temperatur pä åtminstone ca 750 °C och matas genom rör c till turbinen 2, där en del av värmen omvandlas till mekanisk energi. Denna energi används delvis till att driva kompressorn 1 och delvis för att driva generatorn 3, för att alstra elektricitet. Luften 10 15 20 25 30 35 528 293 lämnar turbinen 2 och förs genom rör d till den första värmeväxlaren 7, där en del av den återstående värmen överförs till luft som har lämnat kompressorn 1, se ovan.

Arbetsluften förs därefter genom en andra värmeväxlare 10, vilken kan vara kopplad till ett varmvattensystem eller ett vattenuppvârmningssystem. Luften som lämnar anordningen innehåller inte några förbränningsgaser och kan inte förorenas av olja från några lager, och den kan således direkt för att värma upp en byggnad eller en process med värmen som återstår när den har passerat värmevâxlaren 10.

För att kunna ge värme från förbränning tillförs luft av fläkten 6 genom ett rör m. Förbrânningsluften förvârms av vårmeväxlaren 9, och den upphettade luften förs till brânnaren 5 genom ett rör n. Bränsle tillförs genom ett rör o, och blandas och förbränns i brânnaren 5. Förbrännings- gaserna förs genom ett rör p till värmeväxlaren 8, där värme överförs till arbetsflödet, se ovan. Förbrännings- gaserna leds därefter genom ett rör q till värmevâxlaren 9, där värme från förbrânningsgaserna används för att förvärma luften som är på väg till brânnaren 5. Förbränningsgaserna leds slutligen genom ett rör r till utsidan av gasturbin- systemet, företrädesvis genom en skorsten (ej visad) belägen på avstånd från kompressorns 1 inlopp.

Generatorn 3 drivs även som en motor för att få kom- pressorn 1 att köra under uppstart av systemet. Systemet är självförsörjande när väl förbränningen ger tillräckligt mycket energi genom värmevâxlaren 8 för att erhålla posi- tivt arbete från turbin-generatoraggregatet.

Den ovannämnda anordningen har en omvandlingsverk- ningsgrad på ca 23 %, dvs. omvandlingen av värme till elek- tricitet. Energi i form av uppvärmt vatten och uppvärmd luft lämnar också systemet, och den övergripande verknings- graden är ca 80 %.

Fastän anordningen enligt föreliggande uppfinning ges som ett detaljerat exempel, är det uppenbart för fackmannen 528 293 inom området att flera ändringar kan göras utan att avvika fràn patentkravens omfattning. Bränslet kan exempelvis vara vilket lämpligt bränsle som helst, såsom naturgas, diesel, brânnolja (eldningsolja), bensin, fotogen, metan, etan, kolmonoxid, biobränsle i vilken form som helst, såsom spannmål, vete, korn, tràpellets, trâmjöl etc.

Närhelst en hänvisning görs till en byggnad eller en process avses en generisk byggnad eller process.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 528 295 Patentkrav

1. Uppvârmningsanordning för att alstra värme och elektricitet innefattande: en kompressor (1), åtminstone en vârmeväxlare (7, 8) för värma upp luft hos ett arbetsflöde som lämnar kompressorn (1). en turbin (2) där den uppvärmda luften hos arbets- flödet expanderas, en generator (4), en fluidmâssigt ätskiljd brânnarkrets med en brännare (5) för att anordna varma förbränningsgaser, vilken krets år ansluten till den åtminstone en vårmeväxlaren (7, 8), och vilka delar (1, 2, 4) är arrangerade på ett känt sätt och där turbinen (2) under drift driver kompressorn (1) och generatorn (4), och generatorn (4) tillför elektrisk energi till en bostads elsystem och/eller driver tillsatsanord- ningar hos uppvârmningsanordningen, kännetecknad av att åtminstone en del av luften hos arbetsflödet som lämnar turbinen (2) används för att värma upp en byggnad eller en process.

2. Uppvârmningsanordning enligt krav 1, där åtminstone en del av förbrânningsgaserna hos brännarflödet ätercirkuleras till brânnaren (5).

3. Uppvärmningsanordning enligt krav 1, där en del av brännarflödets förbränningsgaser förs till en värmeväxlare (9) för värma upp däri cirkulerat vatten hos ett varm- vattensystem eller ett vattenuppvârmningssystem_

4. Uppvärmningsanordning enligt krav 1, där värmevâx- laren (8), fluidmässigt arrangerad mellan kompressorn (1) och turbinen (2) och ansluten till brânnarkretsen, 10 15 20 25 30 528 293 förbikopplas på antingen brännarsidan eller pä kompressor/- turbinsidan, för att kunna reglera elproduktionen från generatorn (4).

5. Uppvårmningsanordning enligt krav 1, där åtmin' stone en del av luften hos arbetsflödet som lämnar turbinen (2) förs till brännaren (5).

6. Uppvärmningsanordning enligt krav 1, där åtmin- stone en del av luften hos arbetsflödet tas före vatten- värmeväxlaren (9) och används direkt för att värma upp byggnaden eller processen.

7. Uppvärmningsanordning enligt krav 1, där axelns (3) varvtal styrs av generatorns (4) elektriflka last-

8. Uppvärmningsanordning enligt krav 1, där den snabbroterbara axeln (3) alltid roterar vid ätminstone tomgängsvarvtal för att medge snabb uppstart av kraftproduktionen.

9. Uppvärmningsanordning enligt krav 1, där bränsleförbrukningen ändras för att styra den totala mängden energi som alstras av systemet.

10. Uppvärmningsanordning enligt krav 1, där ett batteri eller en kondensator lagrar energi under normal drift av uppvärmningsanordningen och tillför energi till uppvärmningsanordningen när elnätet är nere, för att ge startförmàga vid elavbrott.

11. Upvärmningsanordning enligt krav 1, där luften hos arbetsflödet och brännarflödets förbrânningsgaser är arrangerade sä att högtrycksluft hos arbetsflödet 528 293 huvudsakligen omger rören och systemen som innehåller förbrânningsgaser.

12. Uppvärmningsanordning enligt krav 1, där en ventil är anordnad vid kompressorns (1) inlopp för att styra hastigheten och trycket hos luften i arbetsflödet.