(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. F24D 3/08 (06.01) F24D 12/02 (06.01) F24D 19/ (06.01) F24H 1/0 (06.01) F28D /00 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato () Prioritet , FR, (84) Utpekte stater AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR (73) Innehaver Atlantic Climatisation et Ventilation, 13 Boulevard Monge, 693 Meyzieu, Frankrike (72) Oppfinner Lepelletier, Yves, La touche, 8170 LE POIRE SUR VIE, Frankrike Clement, Jean François, 38 rue Guyonnet, 8000 LA ROCHE SUR YON, Frankrike Marie, Jean François, 31 avenue Groenland, 623 ISBERGUES, Frankrike (74) Fullmektig Tandbergs Patentkontor AS, Postboks 170 Vika, 0118 OSLO, Norge (4) Benevnelse Varmeanlegg (6) Anførte publikasjoner DE-A DE-A DE-A DE-A WO-A1-08/16 WO-A1-97/4139

2 [0001] Denne oppfinnelsen gjelder et varmeanlegg så vel som en fremgangsmåte for styring/regulering av en varmegenerator utrustet med et slikt varmeanlegg. [0002] Oppvarmingen av hus og hjem (radiatorer og/eller gulvvarme) og installasjonen for varmtvann kan sikres ved hjelp av en sentral varmeenhet med en varmepumpe som bruker utluften som kald kilde. Imidlertid vil en reduksjon av uteluftens temperatur medføre en reduksjon av den effekt som varmepumpen leverer. Denne reduksjonen av effekt som tilføres, kan være meget uheldig siden behovet for husholdningsoppvarming da er betydelig. [0003] I dette henseende er det innen den kjente teknikk vanlig å bruke elektrisk tilleggsutstyr eller en hjelpekjel sammen med varmepumpen. En slik tilordning krever til tross for sin gode virkningsgrad komplekse hydrauliske og elektriske forbindelser, særskilt for å forbinde varmevekslerne i hjelpekjelen og varmepumpen. [0004] Videre har hjelpekjelen og varmepumpen uavhengig regulering, hvilket gjør det mer komplisert å optimalisere deres samvirke. [000] Teknikkens stilling er representert ved dokumentene DE 33097, DE , DE og WO [0006] Dokumentet DE beskriver et varmeanlegg utrustet med en gassbrenner og en varmepumpe. [0007] Dokumentet WO beskriver en varmeakkumulator med flere varmevekslere skilt fra hverandre med en horisontal skillevegg utrustet med en sentral åpning og en intern varmekilde. [0008] Dokumentet DE beskriver en fremgangsmåte for regulering av et varmeanlegg for vannoppvarming, for å varme opp et vannreservoar i industrielt miljø. [0009] Det er fra den kjente teknikk videre kjent, særskilt fra dokumentet DE , å utruste et varmeanlegg med en varmegenerator for oppvarming av et varmebærende fluid, med et varmelegeme i hvilket det varmebærende fluid sirkulerer, og der varmelegemet fremviser: - et nedre kammer som omfatter: en første varmeveksler som hører til kretsen for en varmepumpe anordnet i det nedre området, en andre varmeveksler anordnet på oversiden av den første varmeveksleren og forbundet med et oppvarmingssystem basert på fossil energi, - et øvre kammer for å romme en beholder for varmtvann, idet det øvre kammer står i forbindelse med det nedre kammer. [00] På denne måten muliggjør tilstedeværelsen av den første og andre varmeveksler i ett og samme varmelegeme at man kan unngå mer komplekse hydrauliske og elektriske forbindelser. [0011] Videre danner den oppstigende varmetransport i det varmebærende fluid ved naturlig konveksjon, fra den første varmeveksleren mot/til den andre varmeveksleren og

3 deretter fra den andre varmeveksleren mot/til det øvre området av det nedre kammer i varmelegemet, en etasjevis temperaturøkning av det varmebærende fluid, hvilket muliggjør oppvarming av den varmebærende væske i det øvre kammer i varmelegemet. [0012] En slik varmegenerator innenfor teknikkens stilling tillater likevel ikke optimalisering av genereringen av varmtvann i det øvre kammer i varmelegemet. [0013] Den foreliggende oppfinnelse sikter mot å avhjelpe ulempen nevnt ovenfor og gjelder et varmeanlegg som kjennetegnes ved de karakteristiske trekk i patentkrav 1. [0014] På denne måten muliggjøres med et varmeanlegg ifølge oppfinnelsen at man kan øke overføringen av varme fra det nedre kammer til det øvre kammer ved en forsert varmeledning via de første midler for forbindelse, i tillegg til den naturlige konveksjon fra det øvre området i det nedre kammer, mot/til det øvre kammer. [001] Den forserte ledning eller konveksjon muliggjøres ved en sløyfe som er dannet ved: - anordning av midler for tilførsel av varmebærende fluid fra det øvre kammer og forbundet med de første midler for forbindelse, - anordning av de første midler for forbindelse forbundet med midlene for utløp av varmebærende fluid fra det nedre kammer i varmelegemet, - anordning av midler for utløp av fluid i et øvre område i det nedre kammer i varmelegemet. [0016] Etableringen av en slik sløyfe muliggjør på den ene side at det anordnes en unik regulering av temperaturen i det varmebærende fluid i det øvre området av det nedre kammer i varmelegemet, og på den annen side muliggjøres en optimalisert og lett drift/styring av energiuttaket både fra varmepumpen og varmeanlegget. [0017] I en utførelsesform er det slik at de første midler for forbindelse omfatter en treveisventil som fremviser: - en første gren i retning mot motstrømsenden av varmekretsen for husholdningen, - en andre gren med retning mot midlene for utløp av varmebærende fluid i det nedre kammer i varmelegemet. [0018] På denne måten får man med en slik sirkulasjonspumpe særskilt akselerert varmeoverføringen fra det nedre kammer til det øvre kammer via en forsert konveksjon og ved hjelp av de første midler for forbindelse. [0019] Det er fordelaktig at varmelegemets øvre og nedre kammer er avgrenset fra hverandre ved en skillevegg som strekker seg hovedsakelig horisontalt og har en sentral åpning. [00] På denne måten vil en slik skillevegg kunne begunstige den naturlige ledning eller konveksjon fra det øvre området av det nedre kammer, mot det øvre kammer, for å kunne varme opp vannbeholderen for varmtvann til husholdningen (en varmtvannsbereder).

4 [0021] I samsvar med en særskilt utførelsesform er det slik at varmeanlegget som er forbundet med en andre varmeveksler, omfatter en brenner som tilføres energi fra en fossil energikilde, så som fyringsolje eller gass. [0022] På denne måten vil bruken av fossil energi muliggjøre et moderat energikonsum for varmeanlegget i den utstrekning dette ikke brukes for realisering av tilleggsvarme. [0023] I en utførelsesform er det slik at varmeanlegget som er forbundet med den andre varmeveksler, omfatter en ovn som tilføres energi fra en fossil energikilde, så som ved eller pellets. [0024] I en særskilt utførelse omfatter varmeanlegget videre: - midler for regulering av effekten av varmepumpen og oppvarmingssystemet, - en første varmeføler som utruster de første midler for forbindelse, - en andre varmeføler som utruster de andre midler for forbindelse, - midler for temperaturregulering av det varmebærende fluid i det øvre området av det nedre kammer i varmelegemet, hvilke midler for temperaturregulering er forbundet med den første og den andre varmeføler, så vel som med midlene for styring av effekten av varmepumpen og oppvarmingssystemet. [002] På denne måten vil tilstedeværelsen av slike midler for regulering muliggjøre optimalisering av virkningen av både varmepumpen og oppvarmingssystemet, ved ikke å behøve å regulere mer enn en enkelt unik størrelse. [0026] Ifølge en utførelsesform omfatter reguleringsmidlene en regulator av typen PID, det vil si med proporsjonal-integrerende-deriverende virkning. [0027] En PID-regulator gjør det mulig å få en robust regulering av temperaturen i det varmebærende fluid, og reguleringen blir både rask og nøyaktig. [0028] Den foreliggende oppfinnelse gjelder videre en fremgangsmåte for regulering av en varmegenerator som inngår i et varmeanlegg i samsvar med oppfinnelsen, og fremgangsmåten er særmerket ved å omfatte følgende fortløpende trinn: a) styring av effekten av varmepumpen ved å tilordne den en nominell temperatur Tc for det varmebærende fluid i romoppvarmingskretsen for husholdningen, b) effektuere en første reguleringssløyfe for temperaturen T i det varmebærende fluid i det øvre området av det nedre kammer i varmeanlegget, ved å utføre følgende: b1) sammenlikne den registrerte temperatur T1 ved hjelp av den første varmeføleren, med temperatur Tc, b2) regulering av temperaturen T ved å styre varmepumpens effekt dersom T1 er forskjellig fra Tc, b3) sammenlikning på ny mellom T1 og Tc, idet den første reguleringssløyfen er utført slik at temperaturen T holdes lavere eller lik den maksimale temperatur Tmax i det varmebærende fluid på utgangen av varmepumpen og tilsvarende den maksimale effekt av varmepumpen, inntil T1 er lik Tc,

5 c) effektuering av en andre reguleringssløyfe så snart temperaturen T overstiger Tmax, og bestående av: c1) sammenlikne T1 med Tc, c2) regulering av temperaturen T ved å styre varmepumpens effekt og effekten av oppvarmingssystemet dersom T1 er forskjellig fra Tc, og c3) på ny sammenlikning mellom T1 og Tc, idet den andre reguleringssløyfen er i virksomhet inntil T1 er lik Tc. [0029] Tilstedeværelsen av slike reguleringssløyfer muliggjør å optimalisere både varmepumpens virkning og virkningen av oppvarmingssystemet. [00] På fordelaktig måte omfatter den andre reguleringssløyfen trinnene foran trinn c2) ved: - sammenlikning mellom den registrerte temperatur T2 ved hjelp av den andre varmeføleren, og Tmax, - stansing av varmepumpen dersom Tmax, hvorved det resulterende trinn c2) består i å regulere temperaturen T ved utelukkende å styre effekten av oppvarmingssystemet dersom T1 er forskjellig fra Tc. [0031] På denne måten vil en stansing av varmepumpen når temperaturen er Tmax, gjøre det mulig å unngå et overforbruk av energi i varmepumpen, hvilket ikke har noen nytte i det aktuelle tilfellet. [0032] Oppfinnelsen vil bedre forstås ut fra beskrivelsen nedenfor, idet det vises til den skjematiske tegningen, som et eksempel som ikke er begrensende, av en utførelsesform av dette varmeanlegget. [0033] Figur 1 viser skjematisk virkemåten for dette varmeanlegget. [0034] Varmeanlegget som er illustrert på figur 1, omfatter en varmegenerator med et varmelegeme 1 med hovedsakelig sylindrisk form, og i hvilket det sirkulerer et varmebærende fluid (ikke vist), så som vann, med eller uten antifrostmiddel (frostvæske). [003] Varmelegemet 1 har et øvre kammer 2 og et nedre kammer 3, idet disse er avgrenset med en skillevegg 4 som strekker seg i hovedsak horisontalt og har en sentral åpning. [0036] Det øvre kammer har en beholder (i originalteksten kalt ballong) 6 for varmt vann til husholdningen, oftest kalt varmtvann. Det nedre kammer 3 omfatter en kondenser 7 med koaksiale rør, der det varmebærende fluid sirkulerer i et indre rør og et ytre rør der et kjølefluid sirkulerer. Kondenseren 7 er anordnet i et nedre område av det nedre kammer 3. [0037] Kondenseren 7 hører til en termodynamisk krets med en varmepumpe og med en fordamper 8, en reduksjonsventil 9 og en kompressor. Varmeanlegget omfatter likeledes midler for regulering av effekten av varmepumpen 7, 8, 9, (ikke vist). [0038] Det nedre kammer 3 omfatter videre en varmeveksler 11 på oversiden av kondenseren 7, og forbundet med en brenner 12, tilført energi fra en fossil energikilde, så som

6 1 2 3 fyringsolje eller gass. Varmeanlegget omfatter også midler for regulering av effekten av brenneren 12 (ikke vist). [0039] Videre er det nedre kammer 3 utrustet med en nedre tilkoplingsåpning 13 og en øvre tilkoplingsåpning 14 henholdsvis anordnet i det nedre området og et øvre område av det nedre kammer 3, slik at disse åpninger henholdsvis danner midler for tilførsel og midler for utløp av det varmebærende fluid. [0040] Det øvre kammer 2 er likeledes utrustet med en tilkoplingsåpning 1 utformet i et øvre område av det øvre kammer 2. [0041] Varmeanlegget omfatter videre en romoppvarmingskrets 16 for husholdningen og med radiatorer og/eller utrustning for gulvvarme (ikke vist), idet denne romoppvarmingskrets 16 har et innløp 17 og et utløp 18. [0042] Utløpet 18 på romoppvarmingskretsen 16 er forbundet med det nedre kammer 3 i varmelegemet 1 ved en returledning 19 som passerer den nedre tilkoplingsåpning 13 og munner ut i det indre rør i kondenseren 7. [0043] Innløpet 17 av romoppvarmingskretsen 16 er forbundet med det nedre kammer 3 i varmelegemet 1 via en tilledning anordnet på innløpet, og en sirkulasjonspumpe 21 for det varmebærende fluid på utløpssiden, i tillegg til en treveisventil 22. [0044] Treveisventilen 22 har en første gren rettet mot innløpet 17 av romoppvarmingskretsen 16. Treveisventilen 22 har så en andre gren rettet mot den øvre tilkoplingsåpning 14 på det nedre kammer 3 i varmelegemet 1. Sist har treveisventilen 22 en tredje gren mot tilkoplingsåpningen 1 for det øvre kammer 2 i varmelegemet 1. [004] For øvrig har varmeanlegget en regulator av typen proporsjonal-integrerendederiverende (ikke vist) og forbundet via midlene for styring av effekten av varmepumpen 7, 8, 9, og brenneren 12, så vel som en første varmeføler (ikke vist) anordnet i tilledningen, og en andre varmeføler (ikke vist) anordnet i returledningen 19. [0046] Fremgangsmåten for styring/regulering av varmegeneratoren som utruster dette varmeanlegget, omfatter følgende fortløpende trinn, bestående av: a) styring av effekten av varmepumpen 7, 8, 9, ved å tilordne den en nominell temperatur Tc for det varmebærende fluid i romoppvarmingskretsen 16 for husholdningen, b) effektuere en første reguleringssløyfe for temperaturen T i det varmebærende fluid i det øvre området av det nedre kammer 3 i varmeanlegget 1, ved å utføre følgende: b1) sammenlikne den registrerte temperatur T1 ved hjelp av den første varmeføleren, med temperatur Tc, b2) regulering av temperaturen T ved å styre varmepumpens 7, 8, 9, effekt dersom T1 er forskjellig fra Tc, b3) sammenlikning på ny mellom T1 og Tc, idet den første reguleringssløyfen er utført slik at temperaturen T holdes lavere eller lik den maksimale temperatur (Tmax) i

7 6 1 det varmebærende fluid på utgangen av kondenseren 7 og tilsvarende den maksimale effekt av varmepumpen 7, 8, 9,, inntil T1 er lik Tc, c) effektuering av en andre reguleringssløyfe så snart temperaturen T overstiger Tmax og bestående av å: c1) sammenlikne T1 med Tc, c2) sammenlikning av den detekterte temperatur T2 ut fra den andre varmeføler, med Tmax, og deretter stansing av varmepumpen 7, 8, 9, dersom Tmax, eventuelt regulering av temperaturen T ved bare å styre brennerens 12 effekt dersom T1 er forskjellig fra Tc, dersom T2 Tmax, regulering av temperaturen T ved å styre varmepumpens 7, 8, 9, effekt og effekten av brennerens 12 dersom T1 er forskjellig fra Tc, og c3) på ny sammenlikning mellom T1 og Tc, idet den andre reguleringssløyfen er i virksomhet inntil T1 er lik Tc. [0047] Naturligvis er utførelsesformen av oppfinnelsen og beskrevet her, ikke av begrensende karakteristikk. Både detaljer og forbedringer vil kunne utføres og tilføyes i andre utførelsesformer uten at man dermed kommer ut over oppfinnelsens ramme.

8 P a t e n t k r a v 1. Varmeanlegg som omfatter: - en varmegenerator for oppvarming av et varmebærende fluid, med et varmelegeme (1) i hvilket det varmebærende fluid sirkulerer, og der varmelegemet (1) fremviser: et nedre kammer (3) som omfatter: midler (13, 14) for innløp og utløp av det varmebærende fluid, en første varmeveksler (7) som hører til kretsen for en varmepumpe (8, 9, ) anordnet i det nedre området, en andre varmeveksler (11) anordnet på oversiden av den første varmeveksleren og forbundet med et oppvarmingssystem (12) basert på fossil energi, et øvre kammer (2) for å romme en beholder (6) med varmtvann, idet det øvre kammer (2) står i forbindelse med det nedre kammer, omfattende: - en romoppvarmingskrets (16) for husholdning og med et innløp (17) og et utløp (18), - første midler () for forbindelse mellom innløpet (17) av romoppvarmingskretsen (16) og midler (14) for utløp av det varmebærende fluid fra det nedre kammer (3) i varmelegemet (1), - andre midler (19) for forbindelse mellom utløpet (18) av romoppvarmingskretsen (16) og midlene (13) for innløp av det varmebærende fluid i det nedre kammer (3) i varmelegemet (1), hvilket varmeanlegg er karakterisert ved at det øvre kammer (2) omfatter midler (1) for tilførsel av det varmebærende fluid, forbundet med de første midler () for forbindelse, og ved at midlene (13, 14) for innløp til henholdsvis utløp av det varmebærende fluid fra det nedre kammer (3) er anordnet henholdsvis i et nedre og et øvre område av dette nedre kammer (3). 2. Varmeanlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at de første midler () for forbindelse omfatter en treveisventil (22) som fremviser: - en første gren i retning mot motstrømsenden (17) av varmekretsen (16) for husholdningen, - en andre gren med retning mot midlene for utløp av varmebærende fluid i det nedre kammer i varmelegemet (1), og - en tredje gren med retning mot midlene (1) for tilførsel av det varmebærende fluid fra det øvre kammer (2) i varmelegemet 1.

9 8 3. Varmeanlegg ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de første midler () for forbindelse omfatter en sirkulasjonspumpe (21) for varmebærende fluid og innrettet for å akselerere forskyvningen av det varmebærende fluid fra midlene (14) for utløp fra det nedre kammer (3) i varmelegemet (1) Varmeanlegg ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at varmelegemets (1) øvre og nedre kammer (2, 3) er avgrenset fra hverandre ved en skillevegg (4) som strekker seg hovedsakelig horisontalt og har en sentral åpning ().. Varmeanlegg ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert ved at varmeanlegget som er forbundet med en andre varmeveksler (11), omfatter en brenner (12) som tilføres energi fra en fossil energikilde, så som fyringsolje eller gass. 6. Varmeanlegg ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert ved at varmeanlegget som er forbundet med den andre varmeveksler (11), omfatter en ovn som tilføres energi fra en fossil energikilde, så som ved eller pellets Varmeanlegg ifølge ett av kravene 1-6, karakterisert ved videre å omfatte: - midler for regulering av effekten av varmepumpen (7, 8, 9, ) og oppvarmingssystemet (12), - en første varmeføler som utruster de første midler () for forbindelse, - en andre varmeføler som utruster de andre midler (19) for forbindelse, - midler for temperaturregulering av det varmebærende fluid i det øvre området av det nedre kammer (3) i varmelegemet (1), hvilke midler for temperaturregulering er forbundet med den første og den andre varmeføler, så vel som med midlene for styring av effekten av varmepumpen (7, 8, 9, ) og oppvarmingssystemet (12). 8. Varmeanlegg ifølge krav 7, karakterisert ved at midlene for regulering omfatter en regulator av typen proporsjonalintegrerende-deriverende Fremgangsmåte for regulering av en varmegenerator som utruster et varmeanlegg ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved å omfatte følgende fortløpende trinn bestående av:

10 9 1 2 a) styring av effekten av varmepumpen (7, 8, 9, ) ved å tilordne den en nominell temperatur (Tc) for det varmebærende fluid i romoppvarmingskretsen (16) for husholdningen, b) effektuere en første reguleringssløyfe for temperaturen (T) i det varmebærende fluid i det øvre området av det nedre kammer i varmeanlegget (1), ved å utføre følgende: b1) sammenlikne den registrerte temperatur (T1) ved hjelp av den første varmeføleren, med temperatur Tc, b2) regulering av temperaturen T ved å styre varmepumpens (7, 8, 9, ) effekt dersom T1 er forskjellig fra Tc, b3) sammenlikning på ny mellom T1 og Tc, idet den første reguleringssløyfen er utført slik at temperaturen T holdes lavere eller lik den maksimale temperatur (Tmax) i det varmebærende fluid på utgangen av varmepumpen (7, 8, 9, ) og tilsvarende den maksimale effekt av varmepumpen (7, 8, 9, ), inntil T1 er lik Tc, c) effektuering av en andre reguleringssløyfe så snart temperaturen T overstiger Tmax og bestående av å: c1) sammenlikne T1 med Tc, c2) regulering av temperaturen T ved å regulere effekten av varmepumpen (7, 8, 9, ) og effekten av oppvarmingssystemet (12) dersom T1 er forskjellig fra Tc, og c3) på ny sammenlikning mellom T1 og Tc, idet den andre reguleringssløyfen er i virksomhet inntil T1 er lik Tc.. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at den andre reguleringssløyfen omfatter trinnene foran c2) bestående av: - sammenlikning mellom den registrerte temperatur (T2) ved hjelp av den andre varmeføleren, og Tmax, - stansing av varmepumpen (7, 8, 9, ) dersom T2 > Tmax, hvorved det resulterende trinn c2) består i å regulere temperaturen T ved utelukkende å styre effekten av oppvarmingssystemet (12) dersom T1 er forskjellig fra Tc.

11