SE531228C2 - Eloberoende värmepanna och tillsatssystem för en sådan värmepanna - Google Patents

Description

25 30 35 531 228 brännare för värmepannan och elektriciteten som alstras i generatorn används för att upprätthålla alla elektriska laster som behövs för att brännaren och värmepannan skall kunna startas och fungera, utan elkraft från en yttre källa. _ Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen framgår av de underordnade patentkraven.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning kommer att vara enklare att förstå genom att titta på de bifogade figurerna, i vilka Fig. 1 är en schematisk vy av en första utföringsform av ett system för en brännare och en generator enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av en föredragen utföringsform Fig. 1 visar ett traditionellt uppvärmningssystem såsom en panna 100, använd för att värma upp en byggnad exempelvis ett privathus, hyreshus, kontorsbyggnad etc., vilken är integrerad med ett turbogeneratorsystem. Uppvärm- ningssystemet 100 innefattar en brännare 101, en bränn- kammare 102, ett vattenvärmeväxlarsystem 103, ett bränsle- system 104 och ett avgasrör 105.

Systemet för en brännare och en generator är försett med ett utlopp 5, kopplat till en värmekrets innefattande en ventil a, en blandningsanordning ll och en värmeväxlare 8. Värmekretsen innefattar ytterligare en fläkt 9 nedströms om värmeväxlaren 8 och är därefter kopplad till ett inlopp 6 till uppvärmningssystemet 100.

Systemet för en brännare och en generator innefattar även en turbogenerator innefattande exempelvis en kompress- or 1, en turbin 2 och en höghastighetsgenerator 3, monter- ade för att drivas av en axel 4. En värmeväxlare 7 kan vara monterad mellan kompressorn 1 och turbinen 2 utöver värme- växlaren 8. Två trevägsventiler b, c kan vara anslutna 10 15 20 25 30 531 228 nedströms turbinen 2, där ventilen b kan vara ansluten till värmeväxlaren 7 och ventilen c, vilken i sin tur är anslut- en till ett inlopp till brännaren 101 och en utsugnings- anordning.

Systemets funktion kommer att beskrivas mer detaljer- at nedan.

Bränsle förbränns i brännaren 101 och bränngaserna blandas därefter med luft i brännkammaren 102. Värme strålar från flamman hos brännaren 101 till vattenvärme- växlaren 103. Bränngaserna leds därefter genom vattenvärme- växlaren 103 där vattnet värms upp ytterligare. Bränngas- erna lämnar därefter uppvärmningssystemet genom avgasröret 105. Uppvärmningssystemet är även försett med en inlopps- fläkt (inte visad) för att tillföra luft till brännaren 101 och för att tillföra luft för att blandas med bränngaserna i brännkammaren 102. Uppvärmningssystemet är dessutom utrustat med ett styrsystem som styr en bränslepump (inte visad) och inloppsfläkten. Vattenkretsen 103 är utrustad med en vattenpump (inte visad) som cirkulerar vattnet från vatteninloppet till vattenutloppet.

Turbogeneratorsystemet enligt uppfinningen är anslutet till utloppet 5, hos brännkammaren 102, och värmekretsen genom vilken en del av de uppvärmda bränn- gaserna kan transporteras. Blandningsanordningen 11 kan tillföra och blanda extra luft med de varma bränngaserna för att styra temperaturen hos de.heta gaserna. Denna blandningsanordning 11 kan dessutom vara utrustad med en brännare, för att tillföra extra värme. leds genom högtemperaturvärmeväxlaren 8 och leds därefter tillbaka in i avgasröret 105 eller till inloppet 6 hos själva uppvärmningssystemet. Fläkten 9 ökar flödet av varma bränngaser fràn inloppet 5 till utloppet 6. Högtemperatur- värmeväxlaren 8 överför värme från brännarens 101 bränn- gaser till luften hos det lilla turbogeneratorsystemet.

De heta gaserna 10 15 20 25 30 35 531 228 Systemet startas när elektricitet behövs, exempelvis under ett strömavbrott. Ventilen a öppnas och heta bränn- gaser tas från brännkammaren 102, genom värmekretsen nämnd ovan, för att ge värme till värmeväxlaren 8. Vid ett lämpligt tillfälle kommer elektricitet att tas från en energilagrande anordning (inte visad), såsom ett batteri eller en kondensator för att börja rotera turbogeneratorn med hjälp av höghastighetsgeneratorn 3, vilken nu fungerar som en motor. Atmosfärisk luft dras in genom kompressor- inloppet och komprimeras i kompressorn 1. Den komprimerade luften leds därefter till värmeväxlaren 8, där den värms upp av värme från bränngaserna från uppvärmningssystemet.

Den uppvärmda luften leds därefter till turbinen 2, där luften överför energi till axeln 4 vid sin expansion. Den varma luften som lämnar turbinen 2 kan därefter direkt ledas till brännarens 101 inlopp, eller först passera den extra värmeväxlaren 7, eller tömmas ut, beroende på driftsförhâllandena. Detta luftflöde styrs av trevägs- ventilerna b och c. En del av detta luftflöde kan även ledas direkt till brännkamaren 102 genom en ytterligare trevägsventil (inte visad) någonstans nedströms turbinen 2.

Så fort som turbogeneratorn är självförsörjande kommer motorn 3 att fungera som en generator. En del av den överförda energin används för att driva kompressorn 1 och en del används för att alstra elektricitet i generatorn 3, t.ex. för att driva styrsystemet och andra system hos brännaren 101 eller uppvärmningssystemet 100. Ett even- tuellt överskott kan levereras till ett elsystem hos byggnaden som rymmer uppvärmningssystemet eller till någon annan last. Systemet styrs därefter av ett styrsystem (inte visat) för att arbeta vid ett lämpligt varvtal och en lämp- lig effekt.

Under uppstartningsprocessen kommer lasterna som är anslutna till vissa delar av uppvärmningssystemet att vara avstängda för att spara energi från källan med lagrad 10 15 20 25 30 531 228 energi. När turbogeneratorn har nått sitt bärkraftiga varv- tal kommer den att alstra elektricitet som kommer att driva alla elektriska tillsatssystem som behövs för att driva systemet för en brännare och ett uppvärmningssystem, dess vattencirkulationssystem och systemen hos turbogeneratorn, såsom nämns ovan. Den kommer även att ladda den energi- lagrande anordningen. Energimängden som kan tillföras utvändiga elsystem beror på storleken av systemet för en brännare och en generatorn, hur mycket av gaserna från brännaren som avleds till turbogeneratorn och temperaturen hos de heta gaser som kommer in i värmeväxlaren 8.

När systemet skall stängas av (exempelvis när elnätet åter levererar effekt), kommer fläkten 9 att stoppas och ventilen a stängas. Det roterande systemet kommer därefter att stanna. Den roterande axeln 4 bärs företrädesvis upp av luftlager eller elektromagnetiska lager för att inte förorena fluiden som rör sig genom systemet och för att minimera systemets underhållskrav.

Det relativa läget för vissa anordningar är inte kritiskt, anordningen 11 eller fläkten 9, vilka kan placeras var som helst mellan utloppet 5 och värmeväxlaren 8 och fläkten 9 exempelvis läget för ventilen a, blandnings- kan även placeras efter värmeväxlaren 8 men innan inloppet 6. Utloppet 5 kan placeras var som helst i uppvärmnings- systemet där bränngaser finns. Utloppet 6 är antingen beläget nedströms brännaren, för att återvinna återstående värme, eller uppströms brännaren för att påverka förbränn- ingsvillkoren.

Termen turbogenerator är hela tiden ämnad att avse ett aggregat innefattande en kompressor, en turbin och en höghastighetsgenerator monterade på en gemensam axel.

Uppfinningen beskrivs vid användning i en traditionell panna, men kan likaväl användas med vilken uppvärmnings- anordning som helst som använder en brännare. 531 228 Värmeväxlarna är endast avbildade allmänt och kan ha vilket flödesarrangemang som helst, exempelvis parallellt flöde, motflöde eller tvärflöde, trots de schematiska illustrationerna i de bifogade figurerna.

Claims (10)

10 15 20 25 30 531 228 PATENTKRAV

1. l. Eloberoende Värmepanna (100) innefattande: åtminstone en värmeväxlare (8), en turbogenerator, innefattande en kompressor (1), en turbin (2) och en höghastighetsgenerator (3), där turbinen (2) vid vanlig drift är anordnad att driva kompressorn (1) och generatorn (2) genom ett axelarrangemang (4), där den åtminstone en värmeväxlaren (8) på en första sida är fluidmässigt ansluten mellan kompressorn (1) och turbinen (2), en energilagrande enhet, såsom ett batteri eller en kondensator anordnad i förbindelse med generatorn (3), och där den åtminstone en värmeväxlaren (8) på en andra sida värmer upp luften som strömmar från kompressorn (1) till turbinen (2) genom att överföra värme från bränn- gaser hos en brännare (101) för värmepannan (100) och elektriciteten som alstras i generatorn (3) används för att upprätthålla alla elektriska laster som behövs för att brännaren (101) och värmepannan (100) skall kunna startas och fungera, utan elkraft från en yttre källa.

2. Värmepanna enligt krav 1, där värmeväxlaren (8) är belägen inuti en brännkammare (102) hos värmepannan (100) och är intimt integrerad med brännaren (101).

3. Värmepanna enligt krav 1, där en blandnings- anordning (ll) är fluidmässigt ansluten mellan värme- växlaren (8) och ett utlopp (5) från brännkammaren (102) för att tillföra luft utifrån till bränngaserna.

4. Värmepanna enligt krav 3, där blandningsanord- ningen (11) innefattar en brännare.

5. Värmepanna enligt krav 1, där en värmeväxlare (7) pà en första sida är fluidmässigt arrangerad mellan kompressorn (1) och turbinen (2) och på en andra sida tillförs åtminstone en del av den varma luft som lämnar turbinen (2). 10 15 531 228

6. Värmepanna enligt krav 1, där åtminstone en del av luften som lämnar turbinen (2) tillförs brännarens (101) inlopp.

7. Värmepanna enligt krav 1, där åtminstone en del av luften som lämnar turbinen (2) tillförs brännkammaren (102) och blandas med bränngaserna däri.

8. Tillsatssystem för en Värmepanna (100) enligt krav 1, där systemet är integrerat med brännaren (101), och en enskild enhet innefattar turbogeneratorsystemet (1, 2, 3, 4), brännaren (101) och alla styrsystem och reservsystem som behövs för att driva värmepannan/brännargenerator- systemet och kan drivas fristående.

9. Tillsatssystem enligt krav 8, vilket är utbytbart med en traditionell brännare i en Värmepanna.

10. Tillsatssystem enligt krav 8 eller 9, där system- et är mobilt.